电子电工综合实验2—多功能数字计时器

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1、电工电子综合实验（Ⅱ）多功能数字计时器设计实验报告目录一.实验目的二.实验内容简介三.设计要求四.设计原理五.实验中遇到的问题及解决方法六.实验总结七.附件一.实验目的1.运用所学集成电路的工作原理和使用方法，学会在单元电路的基础上进行小型数字电路系统设计。2.培养分析问题解决问题的能力，提高设计电路，调试电路的实验技能。二.实验内容简介本次实验采用中小规模集成电路，设计实现一多功能数字计时器，该计时器由脉冲发生电路，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）等四部分组成，可完成开机

2、清零、快速校分、整点报时等功能，并附加起停电路，实现电路的起停功能。三.设计要求1）设计一个脉冲发生电路，为计时器提供秒脉冲（1HZ），为报时电路提供驱动蜂鸣器的高低脉冲信号（1KHZ、2KHZ）；2）设计计时电路：完成0分00秒～9分59秒的计时、译码、显示功能；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，可以对计时器进行计时器清零。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。（校分隔秒）5）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，

3、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）；6）系统级联。将以上电路进行级联完成计时器的所有功能。7）可以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。四.设计原理1.整体电路设计原理数字计时器通过32678Hz石英晶体振荡器产生的稳定的高频脉冲信号，作为数字钟的时间基准，再经分频器输出标准秒脉冲。秒计数器记满60后向分计数器进位。计数器的输出经译码器送显示器。记时出现误差时可以用校时电路进行校分，校秒。扩展电路为一启

4、停电路，利用74LS161的计数和置数实现电路的起停功能。整体原理框图如下：2.分部电路设计原理1）秒脉冲发生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。经分频器CD4060分频，可从Q14端得到最低为2HZ的信号，再经由一D触发器构成的二分频电路，即可从Q端得到1HZ的秒脉冲信号。其原理图如下：*注：图中4060的引脚与实验所用芯片的引脚图不一样，图中的Q13相当于实验中的Q14。2）记时电路记时电路由分计数器、秒

5、十位计数器、秒个位计数器构成，为本次实验的核心电路，分计数器和秒个位计数器直接用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，通过74LS161实现从0000～0101的模六计数。1HZ信号接入秒个位计数器的CLK端，秒个位单元的输出Q3通过一个非门接入74LS161的CLK端，作为秒十位的时钟信号。秒十位记数时，用反馈置数法，2QA和2QC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(0000～0101）功能。同时将2QC作为驱动信号送入分计数器的EN端，CLK端接地，即可

6、实现整体的计时功能，原理图如下：3）译码显示电路译码显示电路采用CD4511显示译码器和七段共阴数码管实现，电路从0分00秒计到9分59秒。连接时，，分别接高电平，LE端接低电平，此时器件处于译码状态。同时，CD4518计数器输出QA，QB，QC，QD与译码器CD4511的输入A，B，C，D对接，译码器的输出a，b，c，d，e，f，g分别与数码管的相应端对接，数码管阴极串接一个300Ω的限流电阻。原理图如下：4）清零电路清零电路实现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MR端（高电平有效

7、），接在第一个非门之后，秒十位74LS161的清零端MR（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74LS161的管脚1，实现秒十位的清零。开机后，开关打开为正常工作状态，按下开关后，电容被短路，实现异步控制清零功能。原理图如下：5）校分电路当校分电路开关打开时，即开关位于上端时，RS锁存器输出为0，秒十进位端2QC被送至分位EN端，计数器正常计数；当开

8、关合上时，开关位于下端，RS锁存器输出为1，2HZ信号（由4060分频器得到）被送至分位EN端，秒个位和秒十位正常计数，分位进行快速校分。同时，由于校分电路的信号直接送到分计数器的时钟端，开关的颤动产生的脉冲会导致分计数器的触发，从而影响校分功能，所以添加一个RS锁存器构成消颤开关。6）报时电路因为需要在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