数字计时器

电工电子综合实验报告

—数字计时器

院系：电光学院

专业：通信工程

班级：07042201

学号：0704220100

姓名：* * *

指导教师：李元浩

时间：2009.09.17—2009.09.20

目录

1．设计电路功能要求（1）

2．设计电路原理图（1）

3．电路逻辑原理图及工作原理（2）4．各单元电路原理及逻辑设计

4.1脉冲发生电路(2-3)

4.2计时电路(3-4)

4.3显示电路(4)

4.4清零电路(5)

4.5校分电路(5)

4.6报时电路(6)

5．电路安装与调试说明(6-7) 6．对电路的改进意见（7）

7．收获体会及建议（7）

8．设计参考资料（7）

9．附录（8-10）

1．设计电路功能要求

本实验要求设计一个0分00秒-9分59秒的多功能数字计时器。数字计时器是由脉冲发生电路，计时电路，译码显示电路，和控制电路等几部分组成。其中控制电路由清零电路，校分电路，和报时电路组成。该数字计时器可以在控制电路的作用下具有开机清零、手动清零、快速校分和整点报时功能。

①．设计一个脉冲发生电路，为计时器提供秒脉冲，为报时电路提供驱动蜂鸣器发声的脉冲信号；

②．设计计时和显示电路，将分及秒的个位、十位分别在七段显示器上显示出来，从0分0秒开始，计到9分59秒，然后重新计数。将分及秒的个位、十位分别在七段显示器上显示出来，七段显示器循环显示数字000～959；

③．设计清零电路，实现手动及开机清零；

④．设计校分电路，在校分开关控制下实现分校正；

⑤．设计报时电路，使数字计时器实现在9分53秒、9分55秒、9分57秒低音（1KHz）报时，以及在9分59秒高音（2KHz）报时；

2．设计电路原理图

图2-1 电路原理图

3．电路逻辑原理图及工作原理

数字计时器的原理方框图如图3-1所示，该电路系统由脉冲发生电路、计时和显示电路、清零电路、校分电路和报时电路和其它附加电路等几部分组成的。脉冲发生电路由振荡器和分频器组成，振荡器产生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的秒脉冲，同时也可得到其他不同频率的脉冲。电路要实现0分00秒至9分59秒的计时和显示功能，所以由三个计时器分别计时，分位（模10）、秒十位（模6）、秒个位（模10），然后再通过译码器，由LED数字显示管显示出来。清零电路实现开机清零和任意时刻手动清零，通过逻辑门与计时器连接，从而实现清零。校分电路实现快速校分，只要将分计数器的频率调快等操作即可实现。报时电路是根据计时电路的输出状态产生一个脉冲信号，然后去触发蜂鸣器实现报时。

图3-1 数字计时器原理方框图

4．各单元电路原理及逻辑设计

4.1脉冲发生电路

脉冲发生电路是计时器的核心部分，它提供计时电路的时钟并为报时电路提供驱动信号。脉冲发生电路是由振荡器和分频器构成，其原理图如图4-1。

一般来说，振荡器的振荡频率越高，及时精度越高。本实验采用的石英晶体多谐振荡器的频率为32768Hz。分频器CD4060内部有14级二分频器，有两个反相器，最大可实现分频，所以可输出的最低频率为2Hz；为了得到1Hz的脉冲，需要在振荡器后再加一级二分频器，只要将D触发器的端与D端连接在一起就可以用D触发器实现二分频，所以在CD4060的Q14端接一个D触发器，即可以输出频率为1Hz的脉冲信号。同时CD4060也可提供报时电路所需要的频率为1KHz和2KHz的脉冲信号。

图4-1脉冲发生电路

4.2 计时电路

计时电路由分计数器、秒十位计数器和秒个位计数器构成。一片CD4518含有两个十进制计数器，因此可以用一片CD4518组成秒计数器的个位和分计数器的十位计数。用一片74LS161构成一个模六计数器就可以实现秒十位的计数。

秒个位：连接电路时，秒信号发生器产生的秒脉冲信号送入秒个位计数器CD4518的CP端，上升沿触发，秒个位单元中的输出Q4通过非门接入74LS161的时钟端，当输入第十个脉冲时，Q4输出跃变，产生进位脉冲，完成个位与十位的进位。

秒十位：秒十位记数器应实现模六功能，可以采用反馈置位法，Q1和Q3通过一与非门接入置数端，74LS161的四个数据输入端接地，这样当计数器的状态0101时，时钟到来的时候又重新置数为0000。

分位：分计数器的电路与秒个位计数器相似，用CD4518实现十进制计数功能，把74LS161的Q3接到分计时电路CD4518的引脚CP端，上升沿触发，作为进位信号。

电路原理图如图4-2：

图4-2 计时电路图

4.3 译码显示电路

计时器的输出（用二进制代码表示的数），经译码器驱动数码显示器，就可以直接显示出数字。本实验采用三片CD4511显示译码器和三个七段共阴LED显示管，电路从0分00秒计到9分59秒，译码显示电路用三片四线七线译码器CD4511进行译码，然后用共阴极七段LED数码管进行显示。CD4511的输入端应与相应计数器的输出相连，而它的输出端应与数码管的管脚对应相连，而CD4511每个输出端与数码管对应管脚相连时还应连接一个300欧姆的电阻，以起保护作用。为了使CD4511工作在译码状态，必须LT=1，BI=1，LE=0。

其电路原理图如图4-3：

图4-3 译码显示电路图

4.4 清零电路

清零电路要实现两项功能：开机清零和任意时刻手动清零。开机清零是指在电路刚刚上电时可以使所有的计数器自动复位，即从零开始工作。手动清零是指在电路正常工作时，按动清零开关，使计数器全部回零。开机清零是通过电容两端电压的非调变特性实现的。电路刚接通电源时，节点处的电位为1。该电位经过一个反相器接入秒十位计数器的Cr端，经过两个反相器接入分计数器和秒个位计数器的Cr端，则这三个计数器的清零端均接入有效电平，实现清零。此后，只要电源始终保持接通，电路持续计数，开机清零电路就失效了。

断开清零开关时，节点1处电位为5V，此时送入各计数器清零端的信号均为无效信号，无法实现清零。而闭合清零开关时，因为电容要充电，所以节点1处电位为1，送入各计数器清零端的信号均有效，电路实现清零。

其电路原理图如图4-4：

图4-4 清零电路图

4.5 校分电路

校分电路是由开关和逻辑门电路实现的。当校分电路开关打开时，计数器正常计数；当开关闭合时，秒个位和秒十位正常计数，分位进行快速校分，即分计数器可以不受秒计数器的进位信号的控制。当开关合上时，2Hz的信号通过与非门，秒十位计数器的次高位进位脉冲被截止，与非门输出高电平，这时2Hz的信号可以再通过一次与非门，把2Hz的脉冲送入分计数器时钟脉冲端，实现快速校分。

其电路原理图如图4-5：

图4-5 校分电路图