南理工電子電工實(shí)驗(yàn)數(shù)字計(jì)時(shí)器設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告.doc

17電子電工綜合實(shí)驗(yàn)（ii）實(shí)驗(yàn)報(bào)告 數(shù)字計(jì)時(shí)器設(shè)計(jì) 班級(jí)：9121042201學(xué)號(hào): 912104220132姓名：董躍 目錄一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?二、 實(shí)驗(yàn)要求3三、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容3四、 實(shí)驗(yàn)器件3 五、 元器件引腳圖及功能表4六、 實(shí)驗(yàn)原理101. 秒脈沖發(fā)生電路112. 計(jì)時(shí)器電路113. 譯碼顯示電路124. 報(bào)時(shí)電路135. 校分電路146. 清零電路15七、 邏輯圖16八、 引腳接線圖16九、 實(shí)驗(yàn)總結(jié)16參考文獻(xiàn)17一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.掌握常見集成電路的工作原理和使用方法。2.學(xué)會(huì)單元電路的設(shè)計(jì)方法和單元間設(shè)計(jì)組合。二、實(shí)驗(yàn)要求實(shí)現(xiàn)從0000到5959的多功能數(shù)字計(jì)時(shí)器，并且滿足規(guī)定的清零，快速校分以及報(bào)時(shí)功能的要求。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試脈沖發(fā)生電路。2設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試5959計(jì)時(shí)器電路。3設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試譯碼顯示電路。4設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試任意狀態(tài)清零電路。5設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試快速校分電路。6設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路（5953、5955、5957時(shí)發(fā)出頻率為500hz的低聲；5959時(shí)發(fā)出頻率為1khz的高聲）。7設(shè)計(jì)15項(xiàng)聯(lián)接構(gòu)成數(shù)字計(jì)時(shí)器電路四、實(shí)驗(yàn)器件1、 集成電路：ne5551片(多諧振蕩)cd40401片（分頻）cd45182片（8421bcd碼十進(jìn)制計(jì)數(shù)器）cd45114片（譯碼器）74ls003片（與非門）74ls201片（4輸入與非門）74ls212片（4輸入與門）74ls741片（d觸發(fā)器）2、 電阻：1k1只3k1只330（300）28只3、 電容：0.047uf 1只4、 共陰極雙字屏顯示器兩塊。五元器件引腳圖及功能表1.ne5551片(多諧振蕩)：(1)引腳布局圖：圖1 ne555引腳布局圖（2）邏輯功能表：(引腳4 )vi1(引腳6)vi2(引腳2)vo(引腳3)001 vccvcc01 vccvcc11vcc不變表1 ne555邏輯功能表2.cd40401片（分頻）：（1）引腳布局圖：圖2 cd4040引腳布局圖（2）邏輯功能說明：cd4040是一種常用的12分頻集成電路。當(dāng)在輸入端輸入某一頻率的方波信號(hào)時(shí)，其12個(gè)輸出端的輸出信號(hào)分別為該輸入信號(hào)頻率的2-12-12，在電路 中利用其與ne555組合構(gòu)成脈沖發(fā)生電路。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。引腳圖如圖3所示，其中vdd為電源輸入端，vss為接地端，cp端為輸入端cr為清零端，q1q12為輸出端，其輸出信號(hào)頻率分別為輸入信號(hào)頻率的2-12-12。3.cd45182片（8421bcd碼十進(jìn)制計(jì)數(shù)器）：（1）引腳布局圖：圖3 cd4518引腳布局圖（2）邏輯功能表：輸入輸出crcpenq3q2q1q0清零10000計(jì)數(shù)01bcd碼加法計(jì)數(shù)保持00保持計(jì)數(shù)00bcd碼加法計(jì)數(shù)保持01保持表2 cd4518邏輯功能表4.cd4511四片（譯碼器）：（1）引腳布局圖：圖4 cd4511引腳布局圖（2）邏輯功能表：輸入輸出ledcbagfedcba字符測(cè)燈011111118滅零1000000000000消隱鎖存111顯示le=01時(shí)數(shù)據(jù)譯碼110000001111110110000100001101110001010110112110001110011113110010011001104110010111011015110011011111006110011100001117110100011111118110100111001119表3 cd4511邏輯功能表5.74ls003片（與非門）：（1）引腳布局圖：圖5 74ls00引腳布局圖（2）邏輯功能表：輸入輸出baq000011101110表4 74ls00邏輯功能表6.74ls20一片（4輸入與非門）：（1）引腳布局圖：圖6 74ls20引腳布局圖（2）邏輯功能表：輸入輸出abcdq0xxx1x0xx1xx0x1xxx0111110表5 74ls20邏輯功能表74ls212片（4輸入與門）：（1）引腳布局圖：圖7 74ls21引腳布局圖（2）邏輯功能表：輸入輸出abcdq0xxx0x0xx0xx0x0xxx0011111表6 74ls21邏輯功能表8.74ls741片（d觸發(fā)器）：（1）引腳布局圖：圖8 74ls74引腳布局圖（2）邏輯功能表：輸入輸出cpdq清零x01x01置“1”x10x10送“0”110o1送“1”11110保持o11x保持不允許x00x不確定表7 74ls74邏輯功能表9.電阻：電路所用的電阻為4色環(huán)電阻，阻值為330或者300的電阻共28只、阻值為1k和3k的電阻各1只。10.電容：0.047uf 1只11.共陰極雙字屏兩塊：（1）引腳布局圖：圖9 共陰極雙字屏引腳布局圖（2）邏輯功能表：顯示字型gfedcba段碼001111113fh1000011006h210110115bh310011114fh4110011066h511011016dh611111017dh7000011107h811111117fh911011116fh表8 共陰極雙字屏邏輯功能表六、實(shí)驗(yàn)原理電子計(jì)時(shí)器是由計(jì)時(shí)電路、譯碼顯示電路、脈沖發(fā)生電路和控制電路等幾部分組成的，其中控制電路可以分為校分電路、清零電路和報(bào)時(shí)電路。其具體的原理框圖如圖1所示。圖10 電路原理框圖電路各單元工作原理及邏輯設(shè)計(jì)總工作原理：由振蕩器產(chǎn)生的穩(wěn)定的高頻脈沖信號(hào)，作為數(shù)字鐘的時(shí)間基準(zhǔn)，再經(jīng)分頻器輸出標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖。秒計(jì)數(shù)器記滿60后向分計(jì)數(shù)器進(jìn)位。計(jì)數(shù)器的輸出經(jīng)譯碼器送顯示器。記時(shí)出現(xiàn)誤差時(shí)可以用校時(shí)電路進(jìn)行校分，校秒。擴(kuò)展電路必須在主體電路正常運(yùn)行的情況下才能進(jìn)行功能擴(kuò)展。1.秒脈沖發(fā)生電路邏輯圖如下：圖11 脈沖發(fā)生電路圖脈沖發(fā)生電路為計(jì)時(shí)電路提供計(jì)數(shù)脈沖，因?yàn)樵O(shè)計(jì)的是計(jì)時(shí)器，所以需要產(chǎn)生1hz的脈沖信號(hào)。這里采用石英晶體振蕩器和分頻器構(gòu)成。具體電路可由頻率為f0212hz的晶體振蕩器和12位二進(jìn)制串行分頻器cd4040實(shí)現(xiàn)。cd4040的最大分頻系數(shù)是212,即q121hz，從q12可以輸出脈沖信號(hào)。2.計(jì)時(shí)電路秒個(gè)位清零信號(hào)f1=1hz清零信號(hào)校分保持秒位信號(hào)秒十位分十位分個(gè)位清零信號(hào)清零信號(hào)圖12計(jì)時(shí)器邏輯電路圖計(jì)時(shí)電路鐘的計(jì)數(shù)器，可以采用加法計(jì)數(shù)器cd4518實(shí)現(xiàn)。將分和秒的個(gè)位、十位分別與七段數(shù)碼顯示器上對(duì)應(yīng)管腳連起來，使顯示器上顯示從0分0秒到59分59秒，然后清零重新計(jì)數(shù)。圖11電路左半部分對(duì)應(yīng)的是分的十位和個(gè)位，右部分對(duì)應(yīng)的是秒的個(gè)位和十位。秒的個(gè)位的cp端和分的個(gè)位的en端都由校分電路提供信號(hào)。同時(shí)分十位的en連到分個(gè)位的6號(hào)角，秒同分。3.譯碼顯示電路譯碼器選用四線七段譯碼器cd4511，顯示器選用共陰雙字顯示器。圖13 譯碼顯示電路圖將譯碼器cd4511的7個(gè)輸出端1、2、3、4、5、6、7分別與顯示器上的對(duì)應(yīng)端相連，譯碼器的3，4，5腳分別接1，1，0，輸入端接計(jì)數(shù)器cd4518的輸出端，即可實(shí)現(xiàn)數(shù)字顯示的功能。兩者都是從計(jì)數(shù)器的輸出端向cd4511的輸入端輸入信號(hào)，通過譯碼器4511后再輸入到數(shù)碼管中。（330的電阻是以防電流過大使數(shù)碼管燒毀）4.報(bào)時(shí)電路圖14 報(bào)時(shí)電路圖當(dāng)需要在某一時(shí)刻報(bào)時(shí)，就將該時(shí)刻輸出為“1”的信號(hào)作為觸發(fā)信號(hào)，選通報(bào)時(shí)脈沖信號(hào)用蜂鳴器進(jìn)行報(bào)時(shí)。要使蜂鳴器在5953、5955、5957時(shí)發(fā)出低聲（頻率為500hz）；在5959時(shí)發(fā)出高聲（頻率為1khz）。蜂鳴器的一端接地， 則另一端的輸入應(yīng)滿足以下式子：h5953f3+5955 f3+5957 f3+5959f45951（qbf3qcf3qdf4）其中，qb、qc、qd分別是秒個(gè)位的輸出。 假設(shè)分十位所對(duì)應(yīng)的計(jì)數(shù)器的輸出為1qd,1qc,1qb,1qa；分個(gè)位所對(duì)應(yīng)的計(jì)數(shù)器的輸出為2qd,2qc,2qb,2qa；秒十位所對(duì)應(yīng)的計(jì)數(shù)器的輸出為3qd,3qc,3qb,3qa；秒個(gè)位所對(duì)應(yīng)的計(jì)數(shù)器的輸出為4qd,4qc,4qb,4qa。其中，q4為高位，q1為低位。 在5951時(shí)，四個(gè)計(jì)數(shù)器的輸出分別為：1qd1qc1qb1qa0101，2qd2qc2qb2qa1001，3qd3qc3qb3qa0101，4qd4qc4qb4qa0001。因此，此時(shí)的觸發(fā)信號(hào)f1qc1qa2qd2qa3qc3qa4qa。而報(bào)時(shí)脈沖信號(hào)可以由cd4040輸出分頻信號(hào)中得到，低音選用500hz的脈沖，高音選用1khz的脈沖。連好之后，將輸出接到蜂鳴器的一端，蜂鳴器的另一端接地即可實(shí)現(xiàn)了定點(diǎn)報(bào)時(shí)的功能。5.校分電路校分開關(guān)分計(jì)時(shí)器個(gè)位時(shí)鐘端秒計(jì)數(shù)器十位進(jìn)位端f2=2hz秒計(jì)數(shù)器個(gè)位時(shí)鐘端（cp）圖15 校分電路圖如圖，校分開關(guān)打到“0”時(shí)，計(jì)數(shù)器正常計(jì)數(shù)；當(dāng)開關(guān)打到“1”時(shí)，分計(jì)數(shù)器以2hz的頻率進(jìn)行快速校分。校分電路工作原理：當(dāng)校分開關(guān)打開時(shí)：輸出為3qc，接到分個(gè)位的en端，實(shí)現(xiàn)正常進(jìn)位；當(dāng)校分開關(guān)閉合時(shí)：2hz的脈沖正好送到分個(gè)位的en端，使得分位的數(shù)字能以2hz的頻率快速跳動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)快速校分。在校分過程中，將原本接地的秒個(gè)位的cp端接到74ls74的端。這樣，當(dāng)校分開關(guān)打開時(shí)：實(shí)現(xiàn)正常進(jìn)位，正常計(jì)數(shù)；當(dāng)校分開關(guān)閉合時(shí)：相當(dāng)于秒個(gè)位的cp端接高電平，秒個(gè)位停止計(jì)數(shù)，僅由分個(gè)位快速校準(zhǔn)。6清零電路圖16 清零電路圖清零電路的工作原理：分別將分十位和秒十位的qb、qc端與非，之后再和一個(gè)清零開關(guān)與非，最后的輸出接到分十位和秒十位