多功能数字计时器设计概要

电工电子综合实验（Ⅱ）

实验报告

多功能数字计时器设计

姓名：

I、设计要求

一、实验目的

1.掌握常见集成电路的工作原理和使用方法。

2.培养学生分析问题解决问题的能力。

3. 提高学生设计单元电路的，调试电路的实验技能

二、实验内容及要求

1. 应用CD4511BCD码译码器﹑LED双字共阴显示器﹑300Ω限流电阻设计﹑安装调试四位BCD译码显示电路实现译码显示功能。

2. 应用NE555时基电路、3KΩ、1KΩ电阻、0·047UF电容和CD4040计数分频器设计，安装，调试秒脉冲发生器电路（输出四种矩形波频率 f1=1HZ f2=2HZ f3≈500Hz f4≈1000Hz）。

3. 应用CD4518BCD码计数器、门电路，设计、安装、实现00′00″---59′59″时钟加法计数器电路。

4. 应用门电路，触发器电路设计，安装，调试校分电路且实现校分时停秒功能（校分时F2=2Hz）。设计安装任意时刻清零电路。

5. 应用门电路设计、安装、调试报时电路59′53″，59′55″，59′57″低声报时（频率f3≈500Hz）,59′59″高声报时（频率f4≈1000Hz）。整点报时电路。

H=59′53″·f3+59′55″· f3+59′57″·f3+59′59″·f4

6.联接试验内容 1.—5.各项功能电路，实现电子计时器整点计时﹑报时、校分、

清零电路功能。

三、实验要求

设计正确、布局合理、排线整齐、功能齐全。

四、实验器材：

1、集成电路：

NE555 一片(多谐振荡)

CD4040 一片（分频）

CD4518 两片（8421BCD码十进制计数器）

CD4511 四片（译码）

74LS00 三片（与非）

74LS20 一片（4输入与非）

74LS21 两片（4输入与门）

74LS74 一片（D触发）

2、电阻：

1KΩ一个

3KΩ一个

300Ω二十八个

3、电容：

0.047uf 一只

4、共阴极双字屏两块

五、器件引脚图及功能表

1．CD4511

图 CD4511引脚图

2、共阴双字显示器

3、NE555

NE555功能表如下：

(引脚

4 )

4、CD4040

5、CD4518

CD4518逻辑功能如表所示。

74LS00是一种十分常见的集成电路，其中集成了4个与非门。其引脚图如图所示：

功能表

7、74LS20

74LS20同样是一种与非门集成电路，与74LS00不同的是它的每个与非门有4个输入端。其引脚图如图所示：

8、74LS21

74LS21是一种4输入与门集成电路，其引脚图如图所示：

功能表

9、74LS74

74LS74集成电路是一种D触发器。其引脚图如图所示，功能如下表所示：

74LS74引脚图

输出

0 1 0 1

六、电路设计过程

1.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。其原理框图如下：

Ⅱ、电路设计过程

一、脉冲发生电路：

脉冲发生电路是为计时器提供计数脉冲的，因为设计的是计时器，所以需要产生1Hz的脉冲信号。这里采用NE555集成电路和分频器CD4040构成。555定时器不仅体积小，而且用它来构成多谐振荡器，波形稳定，上升沿和下降沿小，振幅大，占空比可调，因此越来越广泛地被用作振荡器。而后通过CD4040产生几种频率供后面使用。

当将NE555连结成图所示的自激多谐振荡电路时，输出端为周期矩形波。

图 周期矩形波发生电路

震荡周期T=0.695（12R 2R +）C ，其中1R 1k =Ω，2R 3k =Ω，C 0.047F μ=，所以

6T=228.66510s -⨯，f=4373.401Hz ，产生大约为4kHz 的脉冲。

将图13所示电路的输出端接至CD4040的输入端，从12Q 输出端得到12

2分频信号1Hz （f 1），

作为时钟信号；从11Q 输出端得到11

2分频信号2Hz （f 2），提供给校分电路D 触发器CP 端和校分信号；从3Q 和2Q 输出端分别得到8分频、4分频信号500Hz （3f ）和1KHz （4f ），提供给报时电路。

于是脉冲发生电路部分如图所示。

图脉冲发生电路

二、 00分00秒～59分59秒计时器电路：

该电路由CD4518及74LS00组合得到。

由CD4518的功能表可知，当清零端输入0，EN端为1且CP端输入时钟信号或者清零端输入0，EN端输入时钟信号且CP端为0时计数器进行计数。其输出端Q D Q C Q B Q A 输出从0000到1001的循环（本设计采用后者）。所以当使用其作为分和秒的个位进行计数时不需对其进行反馈清零，而用其进行分和秒的十位计数时，需要在Q D Q C Q B Q A输出0110时对其进行清零（因为CD4518是异步清零）。所以Cr2=2Q C2Q B，Cr4=4Q C4Q B。

在计时过程中，当秒个位的状态1Q D1Q C1Q B1Q A=1001时，秒十位需要接收一个进位信号来实现进位，即秒十位时钟端EN2接收的脉冲信号产生由“1”到“0”的变化时秒十位开始计数，从而实现进位。1Q D只在秒个位状态由1001转变为0000时产生由“1”到“0”的变化。综上分析可得EN2=1Q D。同样可以分析得到：分个位时钟端EN3=2Q C，分