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電工電子 綜合實驗報告 多功能數(shù)字計時器設(shè)計 1. 學(xué)習(xí)要求 ……………………………………………2 2. 題目簡介…………………………………………………… 2 3．電路功能設(shè)計…………………………………………………2 4. 單元電路設(shè)計 ……………………………………………………3 　4.1 脈沖發(fā)生電路 …………………………………………………3 4.2 計時電路 …………………………………………………… 3 4.3 譯碼顯示電路 …………………………………………………4 4.4 清零電路 …………………………………………………… 5 4.5 校分電路 …………………………………………………… 6 4.6 仿電臺報時電路 ………………………………………………6 5.總電路圖 …………………………………………………………7 6.主體電路的裝調(diào) ………………………………………………7 7.電路故障的檢查 ……………………………8 8.實驗心得 …………………………………………………………8 9.附錄 ……………………………………………………………8 9.1 元件清單 …………………………………………………… 9 9.2 芯片引腳圖和功能表 ……………………………………………9 10.參考文獻(xiàn) …………………………………………………………10 一、學(xué)習(xí)要求 掌握數(shù)字電路系統(tǒng)的設(shè)計方法，裝調(diào)技術(shù)及數(shù)字鐘的功能擴展電路的設(shè)計 二、題目簡介 要求大家運用所學(xué)集成電路的工作原理和使用方法，學(xué)會在單元電路的基礎(chǔ)上進(jìn)行小型數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計。要求設(shè)計一個數(shù)字計時器，可以完成0分00秒—9分59秒的計時功能，并在控制電路的作用下具有開機清零、快速校分、整點報時功能。采用中小規(guī)模集成電路實現(xiàn)，培養(yǎng)大家分析問題解決問題的能力，提高大家設(shè)計電路、調(diào)試電路的實驗技能。 三.電路功能設(shè)計要求 1、設(shè)計制作一個0分00秒～9分59秒的多功能計時器,設(shè)計要求如下： 1) 設(shè)計一個脈沖發(fā)生電路，為計時器提供秒脈沖（1HZ），為報時電路提供驅(qū)動蜂鳴器的高低脈沖信號（1KHZ、2KHZ）； 2) 設(shè)計計時電路：完成0分00秒～9分59秒的計時、譯碼、顯示功能； 3) 設(shè)計清零電路：具有開機自動清零功能，并且在任何時候，按動清零開關(guān)，可以對計時器進(jìn)行手動清零。 4) 設(shè)計校分電路：在任何時候，撥動校分開關(guān)，可進(jìn)行快速校分。（校分隔秒） 5) 設(shè)計報時電路：使數(shù)字計時器從9分53秒開始報時，每隔一秒發(fā)一聲，共發(fā)三聲低音，一聲高音；即9分53秒、9分55秒、9分57秒發(fā)低音（頻率1kHz），9分59秒發(fā)高音（頻率2kHz）； 6) 系統(tǒng)級聯(lián)。將以上電路進(jìn)行級聯(lián)完成計時器的所有功能。 7) 可以增加數(shù)字計時器附加功能：定時、動態(tài)顯示等。 2. 電路原理簡介 數(shù)字計時器由計時電路、譯碼顯示電路、脈沖發(fā)生電路、校分電路、清零電路和報時電路這幾部分組成。其原理框圖如下： 四、 單元電路設(shè)計要求 1、脈沖發(fā)生電路 振蕩器是數(shù)字鐘的核心。采用石英晶體構(gòu)成振蕩器電路，產(chǎn)生穩(wěn)定的高頻脈沖信號，作為數(shù)字鐘的時間基準(zhǔn)，再經(jīng)過分頻器輸出標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖（1HZ）。 分頻器的功能主要有兩個：一是產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖（1HZ）。 二是提供功能擴展電路所需驅(qū)動脈沖信號（1KHZ、2KHZ）。 采用晶體的固有頻率為32768HZ=215HZ。 CC4060、74LS74 脈沖電路 采用石英晶體構(gòu)成振蕩器電路，產(chǎn)生穩(wěn)定的高頻脈沖信號，作為數(shù)字鐘的時間基準(zhǔn)，再經(jīng)過分頻器輸出標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖（1HZ）。為了得到秒脈沖信號，還需再經(jīng)過一個二分頻器件（由D觸發(fā)器74LS74實現(xiàn)）。同時分頻器還能為蜂鳴器提供1KHz和2KHz的脈沖信號。 2、計數(shù)器的設(shè)計 CC4518（分位、秒個位）、74LS161（秒十位） 計時電路 將2Q1和2Q3通過與非門與同步置數(shù)端連接，當(dāng)“秒十位”變成101時，在下一個脈沖時變成0000，從而完成模六計數(shù)。當(dāng)“秒十位”由101變?yōu)?00時，2Q3由1變0，由于連接4518的EN端，便向“分個位”輸送一個下降沿，從而完成了向“分個位”的進(jìn)位。而“秒個位”由1001變成0000時，1Q4由1變0，而74161通過上升沿計數(shù)，所以1Q4要經(jīng)過一個非門連接到74161的CP端，從而實現(xiàn)向“秒十位”的進(jìn)位。 3、譯碼、顯示電路的設(shè)計 譯碼器 CC4511 顯示器 共陰LED七段字型數(shù)碼管 顯示電路 譯碼器通過共陰極顯示器，將分和秒的個位、十位分別在七段數(shù)碼顯示器上顯示出來。 4、校分電路、清零電路、仿電臺報時電路的設(shè)計 74LS00（與非門）、74LS21（與門）、CC4069（非門）、74LS32（或門） 校分電路 對于校分模塊，分計數(shù)器的計數(shù)脈沖有兩個不同的來源：一個是秒的進(jìn)位信號，還有一個是快速校分信號（可以是1Hz或2Hz脈沖，這里我選擇的是1Hz脈沖），根據(jù)校分開關(guān)的不同狀態(tài)決定送入分計數(shù)器的脈沖來源，以完成正常工作或快速校分功能。因為（以校分設(shè)計為例）分計數(shù)器的計數(shù)脈沖由兩個來源（如上所述），只要這兩個來源中有一個滿足，則分計數(shù)器可進(jìn)行計數(shù)，因此這兩個來源將滿足“或”的關(guān)系，我們通過一個或門來選通這兩個信號。 清零電路 這個模塊可以將使能端與清零端的接口封裝在整個模塊中作為整個的計時模塊的使能與清零來使用 報時電路 將3Q4、3Q1、2Q3、2Q1同時為“1” （與運算）作為公共選通信號，1Q21Q1、1Q31Q1、1Q31Q21Q1其中一個為“1”（與或運算）后的信號，通過運算可得1Q21Q1+1Q31Q1+1Q31Q21Q1=1Q1（1Q2+1Q3+1Q31Q2）=1Q1（1Q2+1Q3），即將1Q1（1Q2+1Q3）的信號作為低音的另一選通信號，1Q41Q1相與的信號作為高音的另一選通信號。 五、總電路圖： 六、主體電路的裝調(diào) （1）連接“脈沖發(fā)生電路”，正確連接后利用萬用表檢測。將萬用表打在電壓10V檔，若正常輸出則可以看到萬用表指針以1次/秒的頻率左右擺動； （2）連接“計時（顯示）電路”，觀察數(shù)碼管是否正常顯示，同時也可觀察計數(shù)器的計數(shù)、清零等功能； （3）連接校分電路，首先斷開74161與“分個位”4518EN端的導(dǎo)線，將校分電路接入，利用一根導(dǎo)線代替開關(guān)使用。 （4）連接“清零電路”，注意將“清零電路”接入后，原先74161和4518清零端的導(dǎo)線要拔掉； （5）連接“報時電路”，根據(jù)電路圖仔細(xì)連接，要耐心。 七、電路故障的檢查 1、檢查電路的連接 在接好連線后，首先必須對照電路圖認(rèn)真仔細(xì)檢查電路連線，如集成塊的引腳是否插對了，是否有漏線和錯線，特別要檢查電源和地線是否有短路現(xiàn)象。 2、通電檢查 （1）、直接觀察。在上述檢查無誤后，要先調(diào)好所需的電源電壓，然后才能給電路通電。觀察電路是否有發(fā)熱、冒煙等異?，F(xiàn)象。如果有，應(yīng)立即關(guān)斷電源，排除故障后，才可重新通電。 （2）、通電測試。用萬用表直接測量集成塊的電源管腳。檢查電源的正、負(fù)極是否接好。如果電源正確仍然有錯誤，要在錯誤的狀態(tài)下，用萬用表逐個檢查各個門的輸出邏輯是否正確，若某個門的輸出不對時再檢查其輸入，順藤摸瓜找出原因。 （3）、動態(tài)逐級跟蹤法?？捎冒l(fā)光二極管來逐級顯示低頻階躍信號是否符合動態(tài)邏輯關(guān)系。 （4）、采用替代法檢查?？赏ㄟ^更換同型號元器件來發(fā)現(xiàn)器件故障。 八、實驗心得 通過這次實驗，我了解了更多的集成電路的功能原理，也增強了自己的實際動手能力。實驗前要先了解元器件的功能和引腳圖，這樣會使實驗更加流暢，實驗中要仔細(xì)謹(jǐn)慎，連線時要頭腦清醒，有層次。在確定得到脈沖時，可以用紅表筆接4060的3腳，黑表筆接地，將萬用表打到直流10V檔，看是否指針來回擺動。 總的來說這次實驗讓我學(xué)到了許多知識，感謝老師和同學(xué)給予的幫助。 九、芯片引腳圖和功能表 引腳圖 CC4518邏輯功能表 輸入 輸出 Cr CP EN 清零 1 0 0 0 0 計數(shù) 0 ↑ 1 BCD碼加法記數(shù) 保持 0 0 保持 計數(shù) 0 0 ↓ BCD碼加法記數(shù) 保持 0 1 保持 74LS74邏輯功能表 輸入 　　輸出 CP Ｄ 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 不允許 ０ ０ 不確定 74LS161邏輯功能表 輸入 輸出 CP D C B A 清零 0 0 0 0 0 0 送數(shù) ↑ 1 0 d c b a d c b a 0-1 記數(shù) ↑ 1 1 1 1 二進(jìn)制加法記數(shù) 保持 1 1 0 1 不變 保持 1 1 1 0 不變 十、參考文獻(xiàn) [1]馬鑫金編.電子技術(shù)實驗指導(dǎo)書.南京：南京理工大學(xué)，2006年 [3]李銀華等編著.電子線路設(shè)計指導(dǎo).北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2005年 [4]王建新，姜萍編著.電子線路實踐教程.北京：科學(xué)出版社，2003年