《多功能数字计时器实验报告.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《多功能数字计时器实验报告.doc（14页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、电工电子综合实验 (多功能数字计数器)实验报告 姓名: 学号: 专业:通信工程 院系:电光学院 指导老师:钟德荣 2012.9.17目录 报告封面 1摘要，关键词3一、实验简介3二、 设计简介 4 设计概况4 设计要求4三、设计原理 5秒脉冲信号发生电路 5 计时电路6 清零电路7 校分电路7 报时电路8 附加电路9四、实验中遇到的问题及解决办法 10五、实验总结 10六、附录11总电路图 11 芯片管脚图及功能表11参考文献 13摘要:数字计时器由秒脉冲信号发生器、计时电路、译码显示电路、校分电路、清零电路、报时电路等几部分单元电路组成。本次试验要求采用中小规模集成电路实现数字计时器的设计，
2、并附加开机清零，快速校分，整点报时等功能。关键词:脉冲信号发生电路、计时电路、报时电路、校分电路、清零电路、起停电路 正文:一、实验简介实验目的：1. 掌握中小规模数字电路的设计原理；2. 培养动手连接电路的能力；3. 培养分析问题解决问题的能力，提高学生实验技能。实验内容：1. 运用电路模拟软件，设计多功能数字计时器；2. 连接实物电路，完成电路功能的测试：3. 完成实验报告。实验需求：实验物品：剪刀，起子，镊子，剥线钳，插线板，导线，元器件；元器件清单：名称型号数量显示字共阴3译码器CC45113BCD码计数器CC45181四位二进制计数器74LS1612分频器CC40601D触发器74L
3、S741非门CC40691二入与非门74LS002四入与门74LS215二入或门74LS321晶振32768Hz1三极管（NPN）3DG61蜂鸣器1电容10p120p122u1电阻3303470110k322M1二、设计简介设计概况：本实验采用中小规模集成电路设计一个多功能数字计时器。实验需要分别设计脉冲发生电路，计时电路，译码显示电路，和控制电路以及附加电路，然后进行连接组成。要求完成0分00秒9分59秒的计时功能，并在控制电路作用下实现开机清零，快速校分，整点报时功能。设计要求：1、设计一个脉冲发生电路，为计时器提供秒脉冲、为报时电路提供驱动蜂鸣器的脉冲信号（f1=1Hz,f2=1KHz,
4、f3=2KHz）。2、设计一个计时电路，完成0分00秒9分59秒的计时功能。3、设计报时电路，使数字计时器从9分53秒开始报时，每隔一秒发一声，共发三声低音，一声高音；即9分53秒、9分55秒、9分57秒发低音（频率1kHz），9分59秒发高音（频率2kHz）。4、设计校分电路，在任何时候，拨动校分开关，可以2HZ进行校分。5、设计清零电路，具有开机自动清零功能，并且在任何时候，按动清零开关，可以进行计时器清零。6、系统级联调试，将以上电路进行级联完成计时器的所有功能。7、可增加数字计时器附加功能，例如数字计时器定时功能、电路起停功能、电路采用动态显示等。（本次实验选择附加电路为起停电路）三、
5、设计原理 整体电路设计原理：数字计时器是由计时电路、译码显示电路、脉冲发生电路和控制电路等几部分组成的，其中控制电路按照设计要求可以由校分电路、清零电路和报时电路组成。原理框图如下：分步电路设计原理：秒脉冲发生电路：脉冲信号发生电路完成为计时电路提供计数脉冲的功能。本电路采用32768Hz的石英晶体多谐振荡器作为脉冲信号源。通过分频器4060多级分频，从输出端Q14Q4可分别获得2，4，8，1024,2048Hz不同频率的输出信号。其中2Hz的脉冲信号经二分频电路得到1Hz的秒脉冲信号。最后用D触发器实现倍频器，确保输出1Hz的秒脉冲信号。分电路所用器件：32768Hz晶体管、20M电阻、20
6、PF电容、10PF电容、CC4060、74LS74。其电路设计截图如下：计时电路：计时电路实现0分00秒到9分59秒的计时功能，是本计数器功能实现中最为重要的电路，同时也是接线最为复杂的电路。其中分计数器、秒个位计数器均为逢10进位，秒十位计数器为逢6进位。因此分计数器和秒十位计数器可采用CD4518BCD码计数器来实现十进制计数，秒十位计数器需要采用74LS161连接成模六计数器，计数范围为00000101。电路设计时，1Hz的秒脉冲信号连接秒个位计数器的使能端，秒个位单元中的输出Q4端口通过非门接入74LS161的时钟端，实现个位与十位的级联。做秒十位记数时，用反馈置位法，2Q1和2Q3通
7、过与非门接入置数端同时数据输入端均接地，实现模六功能。将计数位2Q3作为驱动信号送入分计数器（CD4518B）的EN端，则数字计数器整体的计数功能即可实现。显示电路需要三片CD4511显示译码器和三个七段共阴显示字，由4511进行二进制的译码，由共阴显示电路实现0分00秒计到9分59秒的显示。4511的输入端接对应编码分位，秒个位，秒十位的的输出，其输出端与共阴显示字对应相接。共阴显示字需要通过300电阻接地。分电路所用器件:4518、74LS161、74LS00、4511、4069、300电阻、LED数码显示管。其电路设计截图如下：清零电路：该电路实现清零作用其中秒个位和分位的清零端接在第一
8、个非门之后，秒十位74LS161的清零端接在第二个非门之后。开机时，由于电容上的电压不能突变，电容两端为低电平，实现秒个位和分位的清零。在经过第二个非门输出低电平，接到74LS161的管脚1，实现秒十位的清零。若已开机，电容两端的开关就是清零开关。开关断开电路正常计时，开关闭合实现电路清零。器件：CC4069、10K电阻、22F电容。其电路设计截图如下：校分电路： 该电路实现快速校分的功能。当开关断开电路正常工作，开关闭合时，分信号选通频率较高的进位信号，进行快速变化，分计数器进行快速校分，同时秒位的选通频率不变，秒位正常计时。当开关断开时，分位正常计时。其设计电路截图如下：报时电路： 电路完
9、成报时功能，在9分53秒，9分55秒，9分57秒的时候，由蜂鸣器发出声音，分别为低音低音高音。 找到电路时刻对应的二进制码，运用卡诺图简化，确定电路连线。用1kHz的信号驱动低音蜂鸣，2kHz信号驱动高音蜂鸣。 分电路器件：74LS21，74LS32，蜂鸣器。 其设计电路截图如下：基本电路总图： 将如上的所有分电路进行连接，得到基本电路总路如下：附加起停电路：该附加电路作用是使得显示计时器到达7分37秒时自动停止5秒，然后又重新启动计时功能。其原理是，未到停止时间时，秒信号输端正常输入脉冲，电路正常计时；到达设定的停止时间时，通过起停电路使得1Hz信号无法进入秒个位输入端，电路切断秒信号脉冲过
10、程持续五秒，五秒后继续恢复Qc端的输出。 其设计电路截图如下： 附加起停电路的实验总图：四、实验中遇到的问题以及解决方法1、计时电路的设计中发现秒十位的显示灯管不亮，先查接地线，在检查4511的输入端问题，最后发现接地端的电阻过大，远远超过300欧姆，更换电阻重新启动电路，灯亮。2、显示电路接完后调试中，发现秒十位是0，2，4，0的显示顺序，每次越过奇数位，首先检查整体电路的连接，最后发现是地线接入错误，矫正地线，电路恢复正常进位。3、附加起停电路无法实现起停功能，一直保持正常计数功能，最后检查到秒个位的信号输入端始终接入1Hz信号，断掉其信号输入，将信号接入附加起停电路的信号输入段，起停电路
11、输出端接入秒个位的输入，问题得到解决。4、起停电路在多点都进行停止，并且时间停止时间不一，有长有短。检查附加电路设计图，发现电路设计中存在一些缺陷，和同组的同学讨论，并进行重新设计改造之后，重连电路，电路起停功能正常。五、实验总结本次实验过程大体分为两部分，主要包括前期准备和实验室动手操作。前期准备的任务相对繁重，需要去温习数字逻辑电路与系统设计课程的相关知识，加深对实验所用到的元器件的熟悉与应用，前期准备也需要去图书馆借阅中小规模数字电路设计的相关资料，还要在网络上寻找合适的电路设计软件，先采用Multisim软件设计仿真，发现部分元器件不同于实验室准备的元器件，后来又转选择proteus软
12、件，但最终因为一些问题，又重新使用了Multisim软件。整个软件的下载破解过程较为费时，导致在前期准备中的电路设计用时较多。在实验室动手操作阶段，发现电路连接复杂，远远不同于仿真软件的明了，整个接线板导线横布，错综复杂，纵横交错，尤其是在电路未能到达预期结果，需要进行检查调换时，检查过程变的十分复杂。本次实验又重新温习了数电的相关知识，加深对数字电路设计的理解，初步了解了中小规模数字电器的设计生产过程，初步熟悉生产实践过程。在动手中学会认知，在认识中丰富知识。本次实验中有繁琐的前期工作以及复杂的电路连线，而且也因为一些小问题在实验室不断的改进自己的电路，检查故障，这个过程本身就是对心智的一种
13、磨练，对人情绪的一种考验，对毅力的一种锻炼。最后实验采取两人一组的实验方式，培养了团队合作能力，增强团队协作能力，学习合理分工和共同操作。六、附录总电路图：芯片管脚图及功能表： CC4518逻辑功能表：输入输出CrCPEN清零10000计数01BCD码加法记数保持00保持计数00BCD码加法记数保持01保持74LS74逻辑功能表：输入输出CP清零置“”送“”送“”保持保持不允许不确定74LS161逻辑功能表：输入输出清零RD预置LDEPET时钟CP预置数输入A BCDABCD0XXXXXXXX000010XXABCDABCD110XXXXXX保持11X0XXXXX保持1111XXXX计数参考文献：电子线路实践教程 王建新，姜萍 编著 科学出版社数字电路 蒋立平，编著 兵器工业出版社数字逻辑电路与系统设计 蒋立平，姜平等编著 电子工业出版社电子技术实验指导书 马鑫金编著 机械工业出版社14