【精品】多功能数字计时器
设计
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-张梦甜
时间就是金钱,效率就是生命~
电工电子
综合实验
报告
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题目:多功能数字计时器设计
姓名:张梦甜
学号:1010200217
班级:10102002
院系:自动化
专业:自动化
指导:电子技术中心
完成时间:2012年9月5日
唯有惜时才能成功,唯有努力方可成就~
时间就是金钱,效率就是生命~
目录
1. 电路功能设计要求介绍 ..................................................................... 3
2. 电路原理简介 .................................................................................... 3
3. 单元电路设计 .................................................................................... 4
3.1 脉冲发生电路............................................................................. 4
3.2 计时电路 .................................................................................... 4
3.3 译码显示电路............................................................................. 5
3.4 清零电路 .................................................................................... 6
3.5 校分电路 .................................................................................... 6
3.6 仿电台报时电路 ........................................................................ 6 4. 总电路图 ............................................................................................ 8
5. 电路调试和改进意见......................................................................... 8
6. 实验中遇到的问题、出现原因及解决方法 .................................... 9
7. 实验体会 ........................................................................................... 9
8. 附录 .................................................................................................... 9
8.1 元件清单 .................................................................................... 9
8.2 芯片引脚图和功能
表
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............................................................... 10 参考文献 ............................................................................................... 12
唯有惜时才能成功,唯有努力方可成就~
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1. 电路功能设计要求介绍
设计制作一个0分00秒,9分59秒的多功能计时器,设计要求如下: 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,
可以对计时器进行手动清零。
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,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:定时、动态显示等。
2. 电路原理简介
数字计时器由计时电路、译码显示电路、脉冲发生电路、校分电路、清零电路和报时电路这几部分组成。其原理框图如图2。
图2 数字计时器原理框图
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3. 单元电路设计
3.1 脉冲发生电路
脉冲发生电路为计时电路提供数据脉冲,本实验运用石英晶体构成振荡器电
15路,产生稳定的高频脉冲信号,晶振管固有振荡频率为32768HZ=2HZ。作为数字钟的时间基准,再经过分频器输出标准秒脉冲(1HZ)。即经过一片CC4060分频从Q14管脚输出频率为2HZ的脉冲,再将74LS74的管脚连接成D触发器,输入2HZ脉冲,输出1HZ脉冲。
分频器有两方面主要功能:一是产生标准秒脉冲(1HZ),二是提供功能扩展电路所需驱动脉冲信号(1KHZ、2KHZ)。
使用万用表的10V直流电压档进行检验,黑表笔接地,红表笔接74LS74的5管脚,指针在0到5V间做周期为一秒的震荡说明电路连接正确。
电路图如图3.1。
图3.1 脉冲发生电路
3.2 计时电路
采用CD4518实现秒个位和分个位,因为4518为模十计数器。秒十位使用74LS161,虽然74LS161为模十六BCD计数器,但是我们可以通过电路的连接实现模六的设计。当秒个位循环由1001跳为0000,可以用Q3的输出取反作为秒十位的脉冲输入使秒十位计数。当秒十位循环由0101跳为0000时Q0、Q2由1变为0,将这两位相与取反后输入清零端即可构成模六计数器。因为由4518的功能表得出如图管脚接法的4518为下降边沿触发,所以可以将Q2信号作为分个位的输入脉冲信号,如图3.2。
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图3.2 计时电路
3.3 译码显示电路
码译码显示电路使用CC4511、74161及共阴LED七段字型数码管实现。
因为4518是MOS管,所以管脚不能悬空。根据功能表将3、5脚接高电平,4脚接地。三片4518分别接对应计数器的Q0、Q1、Q2、Q3。
管脚对应连接,每个管脚前加300Ω的电阻,然后将译码器和显示字对应的a、b、c、d、e、f、g管脚连接起来。三个接地端连接起来后同时接地,如图3.3。
如图3.3 译码显示电路
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3.4 清零电路
开关断开时4518和74LS161清零端都不起作用,闭合时即可触发清零端,由功能表得4518为低电平清零74LS161为高电平清零,如图3.4。
图3.4 清零电路
3.5 校分电路
开关断开时输出的脉冲信号是原74LS161的输出信号,闭合时输出时脉冲信号频率是1HZ,较分电路可以加快分位的计数,如图3.5。
图3.5 校分电路
3.6 仿电台报时电路
电路具有如下要求,蜂鸣器要能够在9分53秒、9分55秒、9分57秒发出低音,而在9分59秒发出高音。用二进制数分别表示如表3.6。
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表3.6 蜂鸣器发声情况表
分个位 秒十位 秒个位 时刻 音高 频率
mmmm ssss ssss 432187654321
9分53秒 1001 0101 0011 低 约500Hz 9分55秒 1001 0101 0101 低 约500Hz 9分57秒 1001 0101 0111 低 约500Hz 9分59秒 1001 0101 1001 高 约1000Hz
蜂鸣器发1KHZ频率的鸣叫,将1KHZ的信号与3Q3、3Q0、2Q0、2Q0、1Q1和1Q2的或、1Q0六个信号相与即可;蜂鸣器发2KHZ频率的鸣叫,将2KHZ的信
、3Q0、2Q0、2Q0、1Q3、1Q0六个信号相与即可。 号与3Q3
用于报时的2KHZ频率的信号是从4060的Q4管脚引出来的,用于报时的1KHZ频率的信号是从4060的Q5管脚引出来的,如图3.6。
图3.6
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4. 总电路图
图4 总电路图
5. 电路调试和改进意见
(1)实验时使用的面包板左边四列上下25孔被隔开需要使用导线连接起来,其
他的行左右25孔是被隔开的也需要用导线连接起来。
(2)连接电路时采用分级调试的方法,先调试振荡源的发出的震荡信号的正确性。然后先后调试秒个位、秒十位、分个位的显示。最后将较分电路、清零电路、仿电台报时电路分别接入后调试电路的完整性。
(3)在译码显示部分,由于4511为COMS电路电流较大,所以要串接电阻降压以防烧毁器件。
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6. 实验中遇到的问题、出现原因及解决方法
(1)LED七段显示器没有显示,直流电压输出衰减。 出现原因:直流电压源本身有问题。
解决
办法
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:换了一台直流电压源。
(2)校分电路不起作用。
出现原因:电容负极没有真正接地。
解决办法:用导线将左右各25个插线孔连接起来。
,从39跳到50。 (3)显示电路秒位从19跳到30
出现原因:进位端出错。
解决办法:将秒个位连的非门改为和的与非门连接到74161的CP端。 QQQDAD
7. 实验体会
(1)实验前充分预习,画出电路图,理清原理图连线,可以在连线两端都标注
连接各器件的管脚号,实际连线时才能做到既快又准确。 (2)导线长度要合适,尽量紧贴面包板不要跨接,方便修改及查错。颜色选择
要有规律,如接高电平用红线,接地用黑线,连接线用一种颜色的线方便检查。
(3)电路连线一定要细心谨慎,放慢速度,及时调试,切忌急于求成。 (4)本次实验提高了我的动手实践能力、独立思考能力、查阅资料解决问题的
能力以及遇到错误仔细检查排除故障的能力。
8. 附录
8.1 元件清单
名称 型号 数量 显示数码管 共阴 3 译码器 CC4511 3 BCD码计数器 CC4518 1 四位二进制计数器 74LS161 1 分频器 CC4060 1 D触发器 74LS74 1 非门 CC4069 1 二入与非门 74LS00 2 四入与门 74LS21 2 二入或门 74LS32 1 晶振 32768Hz 1 唯有惜时才能成功,唯有努力方可成就~
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蜂鸣器 1
电容 10p 1
20p 1
22u 1
电阻 300 21
10k 2
22M 1
8.2 芯片引脚图和功能表
图8.2.1 CC4518引脚图 图8.2.2 74LS74引脚图 图8.2.3 CC4069引脚图
图8.2.4 CC4511引脚图 图8.2.5 74LS00引脚图 图8.2.6 CC4060引脚图
图8.2.7 74LS21引脚图 图8.2.8 74LS161引脚图 图8.2.9 74LS32引脚图
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图8.2.10 LED七段显示器引脚图
表8.2.1 CC4518逻辑功能
输入 输出
QQQQ Cr CP EN DCBA 清零 1 × × 0 0 0 0 计数 0 ? 1 BCD码加法记数 保持 0 × 0 保持 计数 0 0 ? BCD码加法记数 保持 0 1 × 保持
表8.2.2 74LS74逻辑功能表
输入 输出
QRSQ CP , NDDN,1
清零 × 0 1 × 0 1 置“1” × 1 0 × 1 0 送“0” ? 1 1 0 0 1 送“1” ? 1 1 1 1 0
保持 0 1 1 × 保持 不允许 × 0 0 × 不确定
表8.2.3 74LS161逻辑功能
A AY=
0 1
1 0
表8.2.4 CC4511逻辑功能
输 入 输 出
BI LE D C B A g f e d c b a 字符 LT
测灯 0 X X X X X X 1 1 1 1 1 1 1 8
灭零 1 0 X 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 消隐
锁存 1 1 1 X X X X 显示LE=0?1时数据
1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0
1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 1 0 1
1 1 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 2
译 1 1 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 3
1 1 0 0 1 0 0 1 1 0 1 1 1 0 4
1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 0 1 5
码 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 0 0 6
1 1 0 0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 7
1 1 0 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 8
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1 1 0 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 9
表8.2.5 74LS00逻辑功能
A B Y= AB
0 0 1
0 1 1
1 0 1
1 1 0
表8.2.7 74LS21逻辑功能
A B Y=AB
0 0 0
0 1 0
1 0 0
1 1 1
8.2.8 74LS161逻辑功能
输入 输出
CP D C B A SSQQQQQCr11DCBACCLD 清× 0 × × × × × × × 0 0 0 0 0 零
送? 1 0 × × d c b a d c b a 0-1 数
记? 1 1 1 1 × × × × 二进制加法记数 数
保× 1 1 0 1 × × × × 不变 持
保× 1 1 1 0 × × × × 不变 持
表7.2.9 74LS32逻辑功能
A B Y=A+B
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 1
参考文献
[1]马鑫金编.电子技术实验指导书.南京:南京理工大学,2006年
[3]李银华等编著.电子线路设计指导.北京:北京航空航天大学出版社,2005年
[4]王建新,姜萍编著.电子线路实践教程.北京:科学出版社,2003年
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