计时器设计

电工电子综合实验报告

数字计时器设计

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指导老师：钟德荣

目录

一．实验目的 (3)

二．实验要求 (3)

三．实验内容 (3)

四．实验原理 (3)

1.单元电路设计过程及逻辑电路 (4)

（1）信号源电路 (4)

（2）计时及译码显示电路 (4)

（3）快速校分电路 (6)

（4）报时电路 (7)

（5）清零电路 (8)

2、实现计时器逻辑总图 (8)

五．实验总结与体会 (9)

六．附录 (9)

1．所用集成电路，功能表，引脚布局图 (8)

2．参考文献 (8)

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、学会单元电路的设计方法。

二、实验要求：

设计实现00'00''~59'59''报时计时器

三、实验内容:

1.设计实现信号源单元电路，即脉冲发生电路，为计时器提供秒脉冲、为

报时电路提供驱动蜂鸣器的脉冲信号。（f1=1HZ.f2=2HZ.f3=500HZ.f4=1KHZ)

2.设计实现00'00''~59'59''计数，译码，显示单元电路。

3.设计实现快速校分单元电路，在任何时候，拨动校分开关，可进行快速

校分（K1,带防抖动电路，校分时秒不计数）。

4.设计实现任意时刻复位单元电路（K2）

5.设计实现整点报时单元电路（59′53″，59′55″，59′57″三低音（f3) 59′59″一高音（f4））

6.实现00'00''~59'59''报时计时器：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、实验原理

数字计时器是由脉冲发生电路、计时电路、译码显示电路、校分电路、复位

电路和报时电路组成的。具体的原理框图如下：

数字计时器整体电路原理框图

1.单元电路的设计过程及逻辑图

（1）信号源电路

脉冲发生及分频电路可由NE555作为信号源发生电路和二进制串行分频器CD4040实现。用NE555由f=1/t ,t=C(R1+2R2)ln2,其中R1=1000Ω，R2=3000Ω，C=0.047μF 可得4385.09HZ 的频率，大约为2的12次方，因此如下图所示从CD4040上获得脉冲信号的最小频率约为1HZ 作为时钟信号，还可以获得约为2HZ 的校分频率，以及约为500HZ 和1000HZ 的报时控制频率。

（2）计时译码显示电路

计时电路可由两片CD4518二-十进制双8421BCD 码同步加法计数器、四片CD4511 8421BCD 码七段译码器及两片共阴极显示器构成。两片4518分别控制秒

500Hz

2Hz

1KHz

凊 零

校 分

计时电路

控制电路

译码显示电路

报时电路

脉冲发生电路

1Hz

和分。秒和分都是60进制。四片4511分别与两片显示器相连，计数器完成计数功能。秒的个位进行十进制计数，当它从9变成0时向秒的十位进位，秒的十位完成一次计数。秒的十位进行六进制计数，当它从5将要变成6时，它的置数端有效并置零，同时向分的个位发出进位信号，分个位完成一次计数。分的计数与秒的基本相同，但到达59分59秒后全部置0。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，本设计采用后者，其输出端Q

D Q

C

Q

B

Q

A

输出从0000到1001

的循环，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

C 2Q

B

，Cr4=4Q

C

4Q

B

。当秒个位的状态

1Q

D 1Q

C

1Q

B

1Q

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

，分十位时钟端

EN4=3Q

D

。秒个位时钟端外接脉冲信号。

显示电路只需将共阴极显示器与译码器CD4511输出端对应连接且GND管脚接一150Ω电阻再接地即可。

（3）快速校分电路

实现快速校分功能：设置一个开关k1，当开关打到高电平“1”（开关接VCC)时，计数器正常计数；当开关打到低电平“0”（开关接GND)时，秒计数器停止计数，同时分计数器开始进行快速校分,即分计数器可以不受秒计数器的进位信号控制，而选通一个频率较快的校分信号进行校分。

由于D触发器的输出端只在时钟的上升沿变化，而其他时刻保持上一次的电平，当开关在高低电平两种状态之间转换时，由于机械振动，在很短的时间内会