[工学]南京理工大学电工电子综合实验数字计时器的设计

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1、南京理工大学目 录一， 实验目的二， 实验仪器三， 设计内容简介四， 设计原理五， 分部电路图及原理六， 电路安装与调试七， 实验中遇到的问题及解决方法八， 心得体会九， 附录一 实验目的1、掌握常见集成电路的工作原理和使用方法，学会单元电路的设计方法。2、锻炼学生的分析问题解决问题的能力以及设计电路和动手组装电路的能力。二实验仪器电源发生器，三用表，示波器，镊子，剪刀三 设计内容简介1、设计一个脉冲发生电路，为计时器提供脉冲、为报时电路提供驱动蜂鸣器的脉冲信号；2、设计计时电路，完成 0分00秒9分59秒计时功能；3、设计报时电路，使数字计时器从9分53 秒开始报时，每隔两秒发一声，共发三声

2、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，可进行快速校分；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；四 设计原理数字计时器是一个对标准频率（1Hz）进行计数的计数电路。由于计数的起始时间与所需要的起点可能会不相同，所以需要在电路上加一个校分电路，以便将分时刻跳到想要的时刻（这也是为什么校分电路先于蜂鸣电路的原因，这样做节省了很多时间）。为了使标准的1Hz时间信号准确并且稳定，实验

3、中我们使用了石英晶体振荡器构成脉冲发生电路。为了使电路更加简单，实验中我们使用了一片CD4518的集成块对计时器的秒的个位和分的十位进行计数，用74LS161构成模六（六进制）计数器实现对秒的十位进行计数，当低位计数器计满10时向高位产生一个脉冲信号，触发高位计数器计数。由于所使用的计数器都有异步清零端，故可通过简单的电路就可以使电路具有开机清零功能和随时清零功能。五 分部电路图及原理（1） 脉冲电路脉冲电路为计时电路提供频率为1Hz的秒脉冲计数信号，可以用石英晶体振荡器32768和分频器cc4060构成。石英晶体振荡器提供的脉冲频率为32768Hz（=215Hz）而分频器cc4060的最大分

4、频系数是214，因此两者组合最小可提供2 Hz的脉冲信号，为了得到秒脉冲信号，还需再经过一个二分频器件分频，分频可以由74LS74实现。（2） 计时电路此部分为该实验的核心部分。可以用十进制加法计数器cc4518和四位二进制加法计数器74161来实现。cc4518集成了两个十进制加法计数器，可分别作为秒个位计数和分计数，74161改造成六进制计数器作为秒十位计数。图中秒进分进位脉冲处于74161的12号管脚处及EN端。（3） 校分电路校分电路通过与非门实现。原理：正常计数时时开关打在“1”电平，下面的与非门被选通，上面的与非门被封锁，秒进位产生的脉冲送至分计数器的时钟端；当开关打在“0”电平时

5、，上面的与非门被选通，下面的与非门被封锁，校分信号送至分计数器的时钟端。校分信号可由4060分频信号得到，一般选为2Hz。（4） 清零电路74161的清零端接低电平，CD4518的清零端接高电平（接秒十位的清零要经过一个电容）（5）蜂鸣电路（报时电路）需要在某一时刻报时，就将该时刻输出为“1”的信号作为触发信号，选通报时脉冲信号，进行报时。此部分由四与门、二或门、晶体管和蜂鸣器构成。使电路在9分53秒、9分55秒、9分57秒发低音（1KHz），9分59秒发高音（2KHz）即当3QD3QC3QB3QA为1001，2QD2QC2QB2QA为0101，1QD1QC1QB1QA为0011或0101或0

6、111时发低音，1QD1QC1QB1QA为1001时发高音。因此可以将3QD、3QA、2QC、2QA相与后的信号作为公共选通信号，1QB1QA、1QC1QA，1QC1QB1QA与或后的信号也即1QA和（1QB+1QC）相与的信号作为低音的另一选通信号，1QD、1QA相与的信号作为高音的另一选通信号。六 电路安装与调试说明电路安装前应该先把面包板的各个横通孔用导线连好，并且统一用红线代表电源线，用黑线代表地线，连接完成后应该接上电源用万用表测试各插孔以确保整块板子上无漏掉的插孔以免影响后面的安装工作。电路安装过程中需要注意对照各元器件的功能表和引脚图，将应该与电源相连接的或者与地线相连接的脚均用

7、红线或者黑线插好，使各个元器件处于正常工作状态，以免影响后面的插线工作，影响实验的效率。除此之外，安装时还要耐住性子，不要因为导线过多而变得不耐烦，不认真，这就犯了该实验的一大忌，只有认认真真地做好每一步才能顺利地完成电路安装工作，为了使电路美观且各个功能容易识别，应该一个功能用一种颜色的导线连接。具体安装过程如下：（1）按照电路原理图安装脉冲发生电路：将脉冲发生电路产生的CP脉冲接入CD4518的EN端。此时可通过万用表观察秒信号是否正常输出。将万用表打在电压10V档，若正常输出则可以看到万用表指针左右摆动，频率为1次/秒。（2）按照计时电路原理图接好计时电路：测试计数器是否开始计数，使秒的

8、个位由09显示，每当由9变为0时，秒十位进一。当秒十位为5秒个位由9变到0时，秒十位清零，分个位变为1。（3）按译码显示电路原理，接好显示电路，接通电源观察数码管是否正常显示，同时也可观察计数器是否正常计数。（4）连接清零电路：利用到CD4069反相器，注意开关使用。当开关打开时，实现开机清零；当开关闭合时，实现不掉电清零。如果开关与面包板接触不良，即开关闭合后，不掉电清零功能不能百分之一百实现，则可用一根导线代替开关使用。（5）连接校分电路：当开关断开时，电路正常计时；当开关闭合时，电路实现快速校分。如果开关与面包板接触不良，即开关闭合后，不能立刻实现校分功能，则可用一根导线代替开关使用。（

9、6）连接报时电路：若电路正常工作蜂鸣器会从9分53秒开始每隔一秒报一声低音（1KHz），9分59秒时报一声高音（2KHz）。如果电路连接正确，蜂鸣器没有声音，则将信号直接接入蜂鸣器中；如果有声音，则错误发生在发声电路中电阻与三极管的连接；如果没有声音，则检测报时电路部分芯片74LS21的连接；若蜂鸣器声音不断，则检测蜂鸣器的管脚是否接反。七 实验中遇到的问题及解决办法（1） 首先遇到的问题是，秒脉冲产生不正常，经老师指导，检测了4060和74LS74各引脚电位，发现有一根电源线没有接好。（2） 其次，计时电路不能正常工作。这次问题比较严重，很多地方出现了问题，我自己先检查了一下电路，发现有几个

10、接电源和接地的引脚接错了，但改正后发现还是不对。经老师指导后，发现是我的译码器4511和计数器74161坏了，更换过后，可以正常工作了。（3） 后来的校分电路、清零电路以及蜂鸣电路，在吸取了前面的经验教训后都是一气呵成，没有出现差错。八 心得体会通过这次实验我学到了很多，得到了很大的启示，不仅仅是电路学习方面的，从大学学习到今后的科研，再到做人做事方面，我都获益匪浅。做实验要预先预习，要对各元器件有充分的了解，要充分理解所做实验的理论知识。接电路一定要细心、合理，尽量按信号流向分级安装，逐级级联，平行布线。不论做什么一定要知道前因后果、来龙去脉，这样学东西才能学明白、学透彻。不论做什么一定要仔

11、细、认真，这样可以避免很多不必要的麻烦。但一旦发生错误，不要慌张，从头到尾一步一步查找错误，总会解决问题的。九 附录1、 参考文献电子线路实践教程 王建新、姜萍编著 科学出版社数字逻辑电路与系统设计 蒋立平主编 电子工业出版社2、元件清单共阴数码管： 3只 、 分频器cc4060 ：1只、 译码器CC4511： 3只、 晶体振荡器32768：1只、计数器CC4518 ： 1只 、74161 ：1只、晶体管8050 ： 1只、 蜂鸣器： 1只、D触发器74LS74 ：1只、二四与非门74 LS00 ： 2只 、 电阻1K ： 21只、10K、22M、470 各1只、四二与门74 LS21： 2只、 二四或门74 LS32 ： 1只、电容100uf、10pf、20pf 各1只、六反相器cc4069 ： 1只3、芯片引脚图4、电路总图： 10 / 10