电工实验二数字钟.docx
电工电子综合实验2)多功能数字钟设计姓名：学号：专业：电气工程及其自动化时间：2013年9月目录一 .设计内容简介3二 .实验要求3三 .实验原理4四 .电路设计原理及其电路图51.分频电路52 .计时电路63 ,清零电路84 .校分电路95 .报时电路10五 .遇到问题及解决方法11六 .实验体会12七 .附录121.工具及器件清单122各元件的引脚图及功能表143总电路逻辑图184.参考文献19一.设计内容简介本实验采用中小规模集成电路设计一个由脉冲发生电路，计时电路，译码显示电路，和控制电路（包括清零电路，校分电路，和报时电路）等四局部组成的数字计时器。二.实验要求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O分OO秒一9分59秒计时功能；3、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；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，共发三声低音，一声高音；即9分53秒、9分55秒、9分57秒发低音频率IKHZ）,9分59秒发高音（频率2KHZ）；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;三.实验原理数字计时器由脉冲发生电路、计时电路、译码显示电路、校分电路、清零电路和报时电路这几局部组成。其原理框图如下：数字计时器以一个标准频率1Hz）进行计数。为了其准确并且稳定，实验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，使用CC4518的对计时器的秒的个位和分的十位进行计数，用741.S161构成模六（六进制）计数器实现对秒的十位进行计数。利用计数器的异步清零端，通过简单的电路使电路具有开机清零功能和随时清零功能。利用校分电路，校正分时刻的数字，并先于蜂鸣电路来节省时间。同时增加电台报时功能。四.电路设计原理及电路图1 .分频电路秒信号发生器提供计时电路的时钟并为报时电路提供驱动信号。为提供较为精确的秒脉冲信号，采用32768Hz的石英晶体多谐振荡器作为脉冲信号源。分频器CD4060最高可实现2"分频，即最低频率端Q14的脉冲信号频率为2Hz,因此增加一个D触发器实现的倍频器来产生IHz的秒脉冲信号。将D触发器的0端与D端扭接在一起实现倍频器，那么Q端的输出信号即为IHZ的秒脉冲信号。报时电路所需要的IKHz,2KHz的脉冲信号由4060的管脚Q4和管脚Q5提供。所用器件：32768Hz晶体管、22MQ电阻、20PF电容、10PF电容、4060、741.S74o2 .计时电路该电路是本实验根底电路中的关键电路，由分计数器秒十位计数器、秒个位计数器构成。分计数器和秒十位计数器直接用CD4518BCD码计数器实现十进制计数功能；秒十位计数器为六进制计数器，将741.S161做成一个从00000101的模六计数器实现。连接时，秒脉冲电路产生的秒脉冲信号送入秒个位计数器CD4518A）的EN端，秒个位单元中的输出1Q4通过一非门接入741.S161的时钟端作为时钟信号完成个位与十位的级联（接非门是因为161的“C1.K是上升沿触发，而1Q4在91）的跳变时是下降沿“1001”一“0000”）。做秒十位记数时，用反应置位法，2Q1和2Q3通过一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，那么数字计数器整体的计数功能即可实现。显示电路采用三片CD4511显示译码器和三个七段共阴显示字,电路从0分00秒计到9分59秒，译码显示电路用三片四线七线译码器CD4511进行译码，而采用共阴极七段1.ED数码管进行循环显示。CD4511的输入接到相应计数器的输出，而它的输出端与数码管的相应端相连，数码管通过300的电阻接地。所用器件:4518、741.S161>741.S00>CC451KCC4069>300电阻、1.ED数码显示管。3 .清零电路该电路具有开机清零和控制清零功能。其中秒个位和分位的清零端即CC4518的管脚7和15（高电平有效）接在第一个非门之后，秒十位741.S161的清零端即管脚1低电平有效）接在第二个非门之后。刚开机时，由于电容上的电压不能突变，电容两端为低电平，经过第一个非门输出高电平，接到CC4518的管脚7和15,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741.S161的管脚1,实现秒十位的清零。按下开关后，电容被短路，第一个非门的输入端为低电平，两个非门的输出端分别为高电平和低电平，原理同上，实现控制清零功能（异步清零）。所用器件：CC4069>IoKQ电阻、22uF电容。4 .校分电路当校分电路打到“正常”状态时，计数器正常计数；当开关打到“校分”状态时，秒个位和秒十位正常计数，分位进行快速校分，即分计数器可以不受秒计数器的进位信号的控制。校分电路的工作原理是：当校分开关在“1”电平，与非门2被选通，与非门1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，与非门1被选通，与非门2被封锁，校分信号送至分计数器的时钟端。由于校分电路的信号直接送到分计数器的时钟端，开关的颤抖产生的脉冲会导致分计数器的触发，从而影响校分功能，所以对校分开关应加一个RS锁存器构成消颤开关。5 .报时电路用需要报时的时刻所对应的计数器的输出作为触发信号来驱动蜂鸣器报时，因为需要在9分53秒、9分55秒、9分57秒各报出一个低音，在9分59秒报出一个高音。具体设计过程如下：将各时刻各位对应的二进制码作如下列图的比拟:时间(DEC)分位(B1.N)秒十位(B1.N)秒个位(BIN)9:531001010100119:551001010101019:5710010101O1.1.1.9:591001010110011.将秒个位的310011)、5(0101)、7(On1.)取或，通过卡诺图的化简可得应该从秒个位取IQ1(IQ2+IQ3)2 .将1中所得结果和分位的91001)与再和秒十位的50101)与,所得的结果和IKHz的信号与就可得到在9分53秒、9分553秒、9分57秒报出低音的驱动信号。3 .将分位的9(1001)和秒十位的5(0101)与再和秒个位的9(100I)与再和2KHz的信号与就得到在9分59秒报出高音的驱动信号。4 .将2和3中得到的信号取或，就可以得到最终的报时驱动信号。所用器件：741.S2K741.S32、蜂鸣器、三极管。五.遇到问题及解决方法1.分频电路接好后检测不到震荡我先检查了秒脉冲发生电路的接线，发现没有问题后又检查了芯片，也没有问题,最后发现是电源电压没有调到5V,调回5V后，用万用表检测能检测到IHz和2Hz的震荡。2 .显示器不能正常显示开始只有中间的显示器能显示数字，检查接线发现有两根导线接错位了，更改接线后，三个显示器仍不能正确显示，经老师指点发现存在短路，显示器七个管脚连接的电阻相接触导致了短路，将其余电阻拔去，只在接地端接上电阻，显示器能显示，但是不变化。再次检查后发现，没有将计时电路和秒脉冲发生电路相连，连好后显示器能从O分O秒正确计时到9分59秒。3 .蜂鸣器一接上就不停地叫经检查发现是蜂鸣器本应接地的管脚接到了5V电源上。六.实验体会这次实验是对我们数电所学习的知识的一次检验，实验原理并不复杂，在经过老师的讲解后，我们在周一下午就开始设计电路，经过同学之间的相互讨论，查找资料,复习数电所学知识,我们在星期二下午完成了整个电路的设计。但是光有电路图还是不行，我们到实验室后开始了为期两天的接线检验工作，这次的实验不仅需要我们知识的储藏，还需要接线时的耐心细心，遇到问题时的冷静。周三一个上午的连接，我已经连完了分频电路和计时电路,遇到了不少问题，比方没有脉冲，显示器不显示等等，经过老师和同学的帮助，都已经顺利解决了，此外,我还熟练掌握了剥线钳的使用方法。周三下午到达实验室后，我继续连接了清零电路，校分电路和报时电路，都还算顺利，我在周三下午4点左右完成了整个实验。能顺利完成实验是对我信心的一次极大鼓励，这次实验不仅稳固了我的书本知识，也培养了我的动手能力，是一次很难得的经历。七.附录1.工具及器件清单工具：剪刀、镶子、剥线钳元器件清单：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741.S1612分频器CC40601D触发器741.S741非门CC40691二入与非门741.S002四入与门741.S215二入或门741.S321晶振32768Hz1三极管(NPN)3DG61蜂鸣器1电容IOp120p122u1电阻33034701IOk322M12.各元件的引脚图及功能表引脚图:功能表:CC4511逻辑功能表输入输出1.TBI1.EDCBAgfedCba字符测灯0XXX×XX11111118灭零1OXOOOOOOOOOOO消隐锁存111XXXX显示1.E=O1时数据译码11OOOOOO111111O11OOOO1OOOO11O111OOO1O1O11O11211OOO111OO1111311OO1OO11OO11O411OO1O111O11O1511OO11O11111OO611OO111OOOO111711O1OOO1111111811O1OO111OO1119CC4518逻辑功能表输入输出CrCPENQnQcQBQa清零1XXOOOO计数Ot1BCD码加法记数保持O×O保持计数OOIBCD码加法记数保持O1X保持741.S74逻辑功能表输入输出CP与DQnQn+1清零X01X01置“1”X10X10送“0”t11001送“1”t11110保持011X保持不允许X00X不确
