南京理工大学电工电子综合实验,数字计时器的设计

目录

一，实验目的

二，实验仪器

三，设计内容简介

四，设计原理

五，分部电路图及原理

六，电路安装与调试

七，实验中遇到的问题及解决方法

八，心得体会

九，附录

一．实验目的

1、掌握常见集成电路的工作原理和使用方法，学会单元电路的设计方法。

2、锻炼学生的分析问题解决问题的能力以及设计电路和动手组装电路的能力。二．实验仪器

电源发生器，三用表，示波器，镊子，剪刀

三．设计内容简介

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 0分00秒—9分59秒计时功能；

3、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1KHZ），9分59秒发高音（频率2KHZ）；

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；

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；

四．设计原理

数字计时器是一个对标准频率（1Hz）进行计数的计数电路。由于计数的起始时间与所需要的起点可能会不相同，所以需要在电路上加一个校分电路，以便将分时刻跳到想要的时刻（这也是为什么校分电路先于蜂鸣电路的原因，这样做节省了很多时间）。为了使标准的1Hz时间信号准确并且稳定，实验中我们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，实验中我们使用了一片CD4518的集成块对计时器的秒的个位和分的十位进行计数，用74LS161构成模六（六进制）计数器实现对秒的十位进行计数，当低位计数器计满10时向高位产生一个脉冲信号，触发高位计数器计数。由于所使用的计数器都有异步清零端，故可通过简单的电路就可以使电路具有开机清零功能和随时清零功能。

显示器秒十位译秒十位计数显示器

秒个位译

秒个位计数

校分二分频

显示器分个位译秒十位计数分个位计数清零

报时

振荡器进位

五． 分部电路图及原理

（1） 脉冲电路

脉冲电路为计时电路提供频率为1Hz 的秒脉冲计数信号，可以用石英晶体振荡器32768和分频器cc4060构成。石英晶体振荡器提供的脉冲频率为32768Hz （=215

Hz ）而分频器cc4060的最大分频系数是214，因此两者组合最小可提供2 Hz 的脉冲信号，为了得到秒脉冲信号，还需再经过一个二分频器件分频，分频可以由74LS74实现。

（2） 计时电路

此部分为该实验的核心部分。可以用十进制加法计数器cc4518和四位二进制加法计数器74161来实现。cc4518集成了两个十进制加法计数器，可分别作为秒个位计数和分计数，74161改造成六进制计数器作为秒十位计数。图中秒进分进位脉冲处于74161的12号管脚处及EN端。

（3）校分电路

校分电路通过与非门实现。原理：正常计数时时开关打在“1”电平，下面的与非门被选通，上面的与非门被封锁，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，上面的与非门被选通，下面的与非门被封锁，校分信号送至分计数器的时钟端。校分信号可由4060分频信号得到，一般选为2Hz。

（4）清零电路

74161的清零端接低电平，CD4518的清零端接高电平（接秒十位的清零要经过一个电容）

（5）蜂鸣电路（报时电路）

需要在某一时刻报时，就将该时刻输出为“1”的信号作为触发信号，选通报时脉冲信号，进行报时。此部分由四与门、二或门、晶体管和蜂鸣器构成。使电路在9分53秒、9分55秒、9分57秒发低音（1KHz），9分59秒发高音（2KHz）即当3Q D3Q C3Q B3Q A为1001，2Q D2Q C2Q B2Q A 为0101，1Q D1Q C1Q B1Q A为0011或0101或0111时发低音，1Q D1Q C1Q B1Q A为1001时发高音。因此可以将3Q D、3Q A、2Q C、2Q A相与后的信号作为公共选通信号，1Q B1Q A、1Q C1Q A，1Q C1Q B1Q A与

或后的信号也即1Q A和（1Q B+1Q C）相与的信号作为低音的另一选通信号，1Q D、1Q A相与的信号作为高音的另一选通信号。

六．电路安装与调试说明

电路安装前应该先把面包板的各个横通孔用导线连好，并且统一用红线代表电源线，用黑线代表地线，连接完成后应该接上电源用万用表测试各插孔以确保整块板子上无漏掉的插孔以免影响后面的安装工作。

电路安装过程中需要注意对照各元器件的功能表和引脚图，将应该与电源相连接的或者与地线相连接的脚均用红线或者黑线插好，使各个元器件处于正常工作状态，以免影响后面的插线工作，影响实验的效率。除此之外，安装时还要耐住性子，不要因为导线过多而变得不耐烦，不认真，这就犯了该实验的一大忌，只有认认真真地做好每一步才能顺利地完成电路安装工作，为了使电路美观且各个功能容易识别，应该一个功能用一种颜色的导线连接。具体安装过程如下：

（1）按照电路原理图安装脉冲发生电路：将脉冲发生电路产生的CP脉冲接入CD4518的EN 端。此时可通过万用表观察秒信号是否正常输出。将万用表打在电压10V档，若正常输出则可以看到万用表指针左右摆动，频率为1次/秒。

（2）按照计时电路原理图接好计时电路：测试计数器是否开始计数，使秒的个位由0～9

显示，每当由9变为0时，秒十位进一。当秒十位为5秒个位由9变到0时，秒十位清零，分个位变为1。

（3）按译码显示电路原理，接好显示电路，接通电源观察数码管是否正常显示，同时也可观察计数器是否正常计数。

（4）连接清零电路：利用到CD4069反相器，注意开关使用。当开关打开时，实现开机清零；当开关闭合时，实现不掉电清零。如果开关与面包板接触不良，即开关闭合后，不掉电清零功能不能百分之一百实现，则可用一根导线代替开关使用。