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电工电子综合试验
( )
多功能数字计时器设计
姓名: 学号:
专业:通信工程
学院:电子工程与光电技术学院指导老师:
完成时间:
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目录
一、设计内容简介 3
二、设计要求 3
三、设计原理 3
1、整体电路设计原理 3
2、各部分电路的设计及原理 4
脉冲电路 4
计时电路 5
译码显示电路 6
清零电路 7
校分电路 8
报时电路 9
3、附加电路:起停电路设计及原理 (7 分 57 秒自动停止 5 秒) 9
4、电路仿真波形 10
四、实验中遇到的问题及解决方法 12
五、实验心得 13
六、附录 14
1、器件清单 14
2、各元件的引脚图及功能表 14
3、总电路图 18
4、参考文献 19
一、设计内容简介
本实验采用中小规模集成电路设计一个数字计时器。要求可以完成 0 分 00 秒~9 分 59 秒的计时功能,并在控制电路的作用下具有开机清零,快速校分,整点报时的功能。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。
二、设计要求
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的脉冲信号。
2、设计一个计时电路,完成 0 分 00 秒~9 分 59 秒的计时功能。
3、设计报时电路,使数字计时器从9 分 53 秒开始报时,每隔一秒发一声,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,可以 2HZ 进行校分。
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。
7、可增加数字计时器附加功能,例如数字计时器定时功能、电路起停功能、电路采用动态显示等。
三、设计原理
1、整体电路设计原理
数字计时器是由脉冲发生电路、计时电路、译码显示电路和控制电路等几部分组成的,其中控制电路由校分电路、清零电路和报时电路组成。其中由秒脉冲电路为计时器提供 1hz 的计时脉冲,而计时电路则完成相应的计时功能,并由显示电路显示出来,控制电路则均与计时电路有关。具体的原理框图如下:
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2、各部分电路的设计及原理
脉冲电路
器件:32768Hz 晶体管、20MΩ电阻、20PF 电容、10PF 电容、CC4060、74LS74 功能:为计时电路提供计数脉冲。
原理:实验中采用 32768Hz 的石英晶体多谐振荡器作为脉冲信号源。经分频器 CD4060 的多级分频,从 Q14可获得 2Hz 输出信号(Q4 和 Q5 提供 2kHZ,1kHZ 留报时电路备用)。再将 2Hz 的脉冲信号经二分频电路得到 1Hz 的秒脉冲信号。
二分频电路由 D 触发器实现。将D 触发器的 D 端与Q 端接在一起实现,Q 端的输出信号即为 1Hz 的秒脉冲信号。
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计时电路
器件:CD4518、74LS161、74LS00
功能:完成 0 分 00 秒~9 分 59 秒的计时功能
原理:计时电路由分计数器、秒十位计数器、秒个位计数器构成。秒个位计数器用 CD4518A 直接实现十进制计数功能;秒十位计数器是由 74LS161 做成一个从 0000~0101 的模六计数器实现;分位也是用 CD4518A 直接实现十进制计数功能。将脉冲信号发生器生成的 1HZ 脉冲信号送入秒个位计数器(CD4518A)的CP 端,秒个位的 Q1、Q4 通过一个与非门接入 74LS161 的时钟端作为时钟信号完成秒个位与十位的级联,与非门实现 1001 到 1000 的下降沿跳变。秒十位记数的模六用反馈置数法实现。将计数位 2Q1、2Q3 与非后作为驱动信号送入分计数器
(CD4518A)的 EN 端,完成分计数。
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译码显示电路
器件: CC4511、300Ω电阻、LED 共阴数码管。功能:实现计时时的数字显示
原理:显示电路由三片 CD4511 显示译码器和三个七段共阴数码管组成。四线七线译码器 CD4511 的LT, BI 分别接高电平, LE 端接低电平,此时器件处于译码状态。再将译码器的输出分别与数码管的相应端对接,并在数码管接地端串
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联进 300 欧姆的电阻用以限流,这样令共阴极七段 LED 数码管进行循环显示。而译码器 CD4511 的输入则由秒个位,秒十位,分位的输出接入。
清零电路
器件:CC4069、10KΩ电阻、2
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