南理工電子電工綜合設(shè)計(jì)Ⅱ(優(yōu)秀)

1、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) 學(xué) 號(hào): 913101140321姓 名： 大橋洪水專(zhuān) 業(yè)：電子科學(xué)與技術(shù)指導(dǎo)老師： 丁淑艷日 期： 2015年9月12日 摘 要本實(shí)驗(yàn)采用中小規(guī)模集成電路實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡(jiǎn)單的數(shù)字計(jì)時(shí)器。數(shù)字計(jì)時(shí)器是由脈沖發(fā)生電路，計(jì)時(shí)電路，譯碼顯示電路，校分電路、清零電路、報(bào)時(shí)電路等幾部分單元電路組成。該數(shù)字計(jì)時(shí)器，可以完成0分00秒-9分59秒的計(jì)時(shí)功能，并在控制電路的作用下具有開(kāi)機(jī)清零、手動(dòng)清零、快速校分、整點(diǎn)報(bào)時(shí)功能。關(guān)鍵詞:脈沖信號(hào)發(fā)生電路、計(jì)時(shí)電路、報(bào)時(shí)電路、校分電路、清零電路英文摘要In this experiment, 

2、we use medium-sized integrated circuit to achieve a simple digital timer. The digital timer is composed of several unit circuits, such as the pulse generating circuit, ti

3、ming circuit, decoding display circuit, calibrated circuit, clear circuit and clock circuit. The digital timer can time within 9 minutes and 59 seconds and with the contr

4、ol circuit, it has the function of boot reset, manual reset, fast calibration points and hourly chime. Keyword：Pulse signal generating circuit Timing circuit Timekeeping circuit Clear circuit 目錄一、 設(shè)計(jì)要求說(shuō)明 ··

5、3;·····························2二、 方案論證···················&#

6、183;·················2三、 各子模塊，設(shè)計(jì)原理及其電路圖·················31. 秒脈沖發(fā)生電路··········

7、83;··················32. 計(jì)時(shí)器電路······························

8、···43. 譯碼顯示電路·······························64. 清零電路·············

9、······················65. 校分電路··························

10、3;········76. 報(bào)時(shí)電路···································8四、 實(shí)驗(yàn)感想····

11、·································101.實(shí)驗(yàn)中遇到的問(wèn)題及解決問(wèn)題的方法···········102.實(shí)驗(yàn)的收獲與感受

12、3;··························103.期望及要求······················&

13、#183;··········11五、 附錄······································

14、·· 121.工具及器件清單·····························122.各元件引腳圖及功能表··············

15、3;········13六、 參考文獻(xiàn)·····································15一、 設(shè)計(jì)要求說(shuō)明1. 設(shè)計(jì)一個(gè)脈

16、沖發(fā)生電路，為計(jì)時(shí)器提供秒脈沖，為報(bào)時(shí)電路提供驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)聲的脈沖信號(hào)；2. 設(shè)計(jì)計(jì)時(shí)和顯示電路，完成0分00秒至9分59秒的計(jì)時(shí)和顯示功能；3. 設(shè)計(jì)清零電路，具有開(kāi)機(jī)自動(dòng)清零的功能，并在任何時(shí)候，按動(dòng)清零開(kāi)關(guān)，就可以實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)器清零；4. 設(shè)計(jì)校分電路，在任何時(shí)候，按下校分開(kāi)關(guān)，可以進(jìn)行快速校分；5. 設(shè)計(jì)報(bào)時(shí)電路，使數(shù)字計(jì)時(shí)器從9分53秒開(kāi)始報(bào)時(shí)，每隔2秒發(fā)一聲，共發(fā)三聲低音，一聲高音；即9分53秒、9分55秒、9分57秒發(fā)低音（頻率為1KHz）,9分59秒發(fā)高音（頻率為2KHz）；6. 系統(tǒng)級(jí)聯(lián)調(diào)試，將上述電路進(jìn)行級(jí)聯(lián)完成計(jì)時(shí)器的所有功能；7. 可增加數(shù)字計(jì)時(shí)器附加功能，例如數(shù)字計(jì)時(shí)器定

17、時(shí)功能、電路啟停功能、電路采用動(dòng)態(tài)顯示功能。二、 方案論證數(shù)字計(jì)時(shí)器是由脈沖發(fā)生電路、計(jì)時(shí)和顯示電路、清零電路、校分電路和報(bào)時(shí)電路和其它附加電路等幾部分組成的。電路由振蕩器、分頻器、計(jì)數(shù)器、譯碼器、顯示器等元件構(gòu)成。電路由石英晶體提供頻率，然后通過(guò)分頻器可以得到電路所需的不同頻率；電路要實(shí)現(xiàn)0分00秒-9分59秒的計(jì)時(shí)和顯示功能，所以由三個(gè)計(jì)時(shí)器分別計(jì)時(shí)，分位、秒十位、秒個(gè)位，然后再通過(guò)譯碼器，由LED數(shù)字顯示管顯示出來(lái)。清零電路實(shí)現(xiàn)開(kāi)機(jī)清零和任意時(shí)刻選擇清零，通過(guò)邏輯門(mén)與計(jì)時(shí)器連接，從而實(shí)現(xiàn)清零。校分電路實(shí)現(xiàn)快速校分，只要將分計(jì)數(shù)器的頻率調(diào)快等操作即可實(shí)現(xiàn)。報(bào)時(shí)電路是實(shí)現(xiàn)9分53秒、9分55

18、秒、9分57秒發(fā)低音（頻率為1KHz）,9分59秒發(fā)高音（頻率為2KHz），通過(guò)蜂鳴器和一些邏輯門(mén)實(shí)現(xiàn)。 三、 各子模塊，設(shè)計(jì)原理及其電路圖1. 秒脈沖發(fā)生電路l 所用器件：32768Hz晶振、22M電阻、20PF電容、10 PF電容、CD4060、74LS74。l 原理: 秒信號(hào)發(fā)生器提供計(jì)時(shí)電路的時(shí)鐘并為報(bào)時(shí)電路提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)。為提供較為精確的秒脈沖信號(hào)，采用32768Hz的石英晶體多諧振蕩器作為脈沖信號(hào)源。分頻器CD4060最高可實(shí)現(xiàn)214分頻，即最低頻率端Q14的脈沖信號(hào)頻率為2Hz，因此增加一個(gè)D觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)的倍頻器來(lái)產(chǎn)生1Hz的秒脈沖信號(hào)。將D觸發(fā)器的端與D端扭接在一起實(shí)現(xiàn)倍頻器，則Q

19、端的輸出信號(hào)即為1Hz的秒脈沖信號(hào)。報(bào)時(shí)電路所需要的1KHz，2 KHz的脈沖信號(hào)由4060的管腳Q4和管腳Q5提供。l 原理圖： 2. 計(jì)時(shí)器電路l 所用器件:4518、74LS161、74LS00、CC4511、CC4069、300電阻、LED數(shù)碼顯示管。l 原理：該電路是本實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)電路中的關(guān)鍵電路，由分計(jì)數(shù)器、秒十位計(jì)數(shù)器、秒個(gè)位計(jì)數(shù)器構(gòu)成。分計(jì)數(shù)器和秒位計(jì)數(shù)器直接用CD4518BCD碼計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)十進(jìn)制計(jì)數(shù)功能；秒十位計(jì)數(shù)器為六進(jìn)制計(jì)數(shù)器，將74LS161做成一個(gè)從00000101的模六計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)。連接時(shí)，秒脈沖電路產(chǎn)生的秒脈沖信號(hào)送入秒個(gè)位計(jì)數(shù)器（CD4518A）的EN端，秒個(gè)位單元中

20、的輸出1Q4通過(guò)一非門(mén)接入74LS161的時(shí)鐘端作為時(shí)鐘信號(hào)完成個(gè)位與十位的級(jí)聯(lián)（接非門(mén)是因?yàn)?61的CLK是上升沿觸發(fā)，而1Q4在90的跳變時(shí)是下降沿 “1001”“0000”）。做秒十位記數(shù)時(shí)，用反饋置位法，2Q1和2Q3通過(guò)一與非門(mén)接入置數(shù)端同時(shí)數(shù)據(jù)輸入端均接地，實(shí)現(xiàn)模六功能。將計(jì)數(shù)位2Q3作為驅(qū)動(dòng)信號(hào)送入分計(jì)數(shù)器（CD4518B）的EN端，則數(shù)字計(jì)數(shù)器整體的計(jì)數(shù)功能即可實(shí)現(xiàn)。l 原理圖：3. 譯碼顯示電路l 所用器件：3個(gè)300歐姆電阻，3個(gè)LED共陰極顯示器。l 原理：顯示電路采用三片CD4511顯示譯碼器和三個(gè)七段共陰LED顯示管，電路從0分00秒計(jì)到9分59秒，譯碼顯示電路用三片

21、四線七線譯碼器CD4511進(jìn)行譯碼，然后用共陰極七段LED數(shù)碼管進(jìn)行顯示。CD4511的輸入端應(yīng)與相應(yīng)計(jì)數(shù)器的輸出相連，而它的輸出端應(yīng)與數(shù)碼管的管腳對(duì)應(yīng)相連，而每個(gè)數(shù)碼管對(duì)應(yīng)接地管腳與地線還應(yīng)連接一個(gè)300歐姆的電阻，起保護(hù)作用。l 原理圖：4. 清零電路l 所用器件：CC4069、10K電阻、22F電容。l 原理：該電路具有開(kāi)機(jī)清零和控制清零功能。其中秒個(gè)位和分位的清零端即CC4518的管腳7和15（高電平有效）接在第一個(gè)非門(mén)之后，秒十位74LS161的清零端即管腳1（低電平有效）接在第二個(gè)非門(mén)之后。剛開(kāi)機(jī)時(shí)，由于電容上的電壓不能突變，電容兩端為低電平，經(jīng)過(guò)第一個(gè)非門(mén)輸出高電平，接到CC45

22、18的管腳7和15，實(shí)現(xiàn)秒個(gè)位和分位的清零。在經(jīng)過(guò)第二個(gè)非門(mén)輸出低電平，接到74LS161的管腳1，實(shí)現(xiàn)秒十位的清零。按下開(kāi)關(guān)后，電容被短路，第一個(gè)非門(mén)的輸入端為低電平，兩個(gè)非門(mén)的輸出端分別為高電平和低電平，原理同上，實(shí)現(xiàn)控制清零功能 （異步清零）。l 原理圖：5. 校分電路l 所用器件：一個(gè)10k的電阻，一個(gè)22uF的電容，一片74LS00，一片CD4069，以及直流電源。l 原理：當(dāng)校分電路打到“正?！睜顟B(tài)時(shí)，計(jì)數(shù)器正常計(jì)數(shù)；當(dāng)開(kāi)關(guān)打到“校分”狀態(tài)時(shí)，秒個(gè)位和秒十位正常計(jì)數(shù)，分位進(jìn)行快速校分，即分計(jì)數(shù)器可以不受秒計(jì)數(shù)器的進(jìn)位信號(hào)的控制。校分電路的工作原理是：當(dāng)校分開(kāi)關(guān)在高電平，與非門(mén)2被選

23、通，與非門(mén)1被封鎖，秒進(jìn)位產(chǎn)生的脈沖送至分計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘端；當(dāng)開(kāi)關(guān)打在低電平時(shí)，與非門(mén)1被選通，與非門(mén)2被封鎖，校分信號(hào)送至分計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘端。由于校分電路的信號(hào)直接送到分計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘端，開(kāi)關(guān)的顫動(dòng)產(chǎn)生的脈沖會(huì)導(dǎo)致分計(jì)數(shù)器的觸發(fā)，從而影響校分功能，所以對(duì)校分開(kāi)關(guān)應(yīng)加一個(gè)電容器消顫。l 原理圖：6. 報(bào)時(shí)電路l 所用器件：74LS21芯片、74LS32芯片、蜂鳴器。l 原理：用需要報(bào)時(shí)的時(shí)刻所對(duì)應(yīng)的計(jì)數(shù)器的輸出作為觸發(fā)信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器報(bào)時(shí)，因?yàn)樾枰?分53秒、9分55秒、9分57秒各報(bào)出一個(gè)低音，在9分59秒報(bào)出一個(gè)高音。具體設(shè)計(jì)過(guò)程如下：將各時(shí)刻各位對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制碼作如下圖的比較：時(shí)間（DEC）分

24、位（BIN）秒十位(BIN)秒個(gè)位（BIN）9:531001010100119:551001010101019:571001010101119:59100101011001a) 將秒個(gè)位的3（0011）、5（0101）、7（0111）取或，通過(guò)卡諾圖的化簡(jiǎn)可得應(yīng)該從秒個(gè)位取1Q1（1Q2+1Q3）b) 將1中所得結(jié)果和分位的9（1001）與再和秒十位的5（0101）與，所得的結(jié)果和1KHz的信號(hào)與就可得到在9分53秒、9分553秒、9分57秒報(bào)出低音的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。c) 將分位的9（1001）和秒十位的5（0101）與再和秒個(gè)位的9（1001）與再和2KHz的信號(hào)與就得到在9分59秒報(bào)出高音的驅(qū)動(dòng)

25、信號(hào)。d) 將2和3中得到的信號(hào)取或，就可以得到最終的報(bào)時(shí)驅(qū)動(dòng)信號(hào)。l 原理圖： 四、 實(shí)驗(yàn)感想1. 實(shí)驗(yàn)中遇到的問(wèn)題及解決問(wèn)題的方法問(wèn)題：我在連接第一部分時(shí)鐘電路時(shí)總是不能在數(shù)碼管上看見(jiàn)現(xiàn)象，第一部分1Hz信號(hào)總是不對(duì)，反復(fù)檢查電路沒(méi)有問(wèn)題。方法：用萬(wàn)用表的電壓檔依次檢查線路，后來(lái)發(fā)現(xiàn)是面包板出現(xiàn)問(wèn)題，所以在實(shí)驗(yàn)的是要一步一步來(lái)每一步都要檢查結(jié)果是否正確，免得最后檢查非常辛苦。問(wèn)題：在接完清零電路后發(fā)現(xiàn)我的電路是斷開(kāi)清零閉合不清零。以及開(kāi)機(jī)清零無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。方法：自己重新檢查了一遍電路圖，找出了不確定的地方，再找同學(xué)討論了一下，發(fā)現(xiàn)自己的電路圖有錯(cuò)誤，做了及時(shí)的修改。2. 實(shí)驗(yàn)的收獲與感受這次

26、實(shí)驗(yàn)我花了一天的時(shí)間，速度與質(zhì)量我認(rèn)為算中上吧。但是在實(shí)驗(yàn)中也發(fā)現(xiàn)了自己的不足。第一天由老師跟我們講課，關(guān)于實(shí)驗(yàn)要求以及原理，下午我們就回去設(shè)計(jì)電路了，這個(gè)實(shí)驗(yàn)與我們之前做的數(shù)字電路的實(shí)驗(yàn)有些類(lèi)似，但比以前做的，電路更復(fù)雜，考慮的東西更多。由于電路復(fù)雜，在連接的時(shí)候經(jīng)常出現(xiàn)問(wèn)題，所以在連接電路的時(shí)候，按老師的方法，分塊連接，脈沖發(fā)生電路、計(jì)時(shí)和顯示電路、清零電路、校分電路和報(bào)時(shí)電路，一步一步來(lái)，出錯(cuò)的時(shí)候也方便檢查多了。一小塊完成之后，就做下一小塊，這樣能夠減小工作量。連線的時(shí)候，盡量橫平豎直，不要把線弄得蜂窩，鳥(niǎo)巢之類(lèi)的，方便自己后期修正與檢查。整個(gè)連接電路中，我由于沒(méi)有考慮到元器件的好壞，

27、在實(shí)驗(yàn)中遇到了不小的麻煩。比如一個(gè)74153芯片有問(wèn)題，怎么找也找不到錯(cuò)誤在哪里，浪費(fèi)了不少時(shí)間。不過(guò)經(jīng)過(guò)這次實(shí)驗(yàn)之后，如果遇到了這樣的問(wèn)題，就應(yīng)該用萬(wàn)用表來(lái)檢查。實(shí)際上，檢查的過(guò)程也體現(xiàn)了自己對(duì)電路的理解，不熟悉電路的是找不出錯(cuò)誤在哪的。我在這之中也學(xué)會(huì)了簡(jiǎn)單的電路分析方法，能夠幫助自己找出電路出現(xiàn)的錯(cuò)誤。星期三中午連了線之后，發(fā)現(xiàn)有很多同學(xué)的速度都比我快。當(dāng)時(shí)就意識(shí)到自己的不足，回顧自己的預(yù)習(xí)流程還是不夠努力認(rèn)真。不過(guò)最后還是成功了，自己的付出總有回報(bào)，讓我很開(kāi)心，也很滿足。這次實(shí)驗(yàn)讓我覺(jué)得非常有挑戰(zhàn)，因?yàn)樽约涸O(shè)計(jì)，連接，調(diào)試。每一塊電路的成功，自己都會(huì)有巨大的成就感，同時(shí)也感受到了實(shí)驗(yàn)類(lèi)課程的樂(lè)趣與魅力所在。 最后，感謝老師在實(shí)驗(yàn)中對(duì)我的指導(dǎo)幫助。3. 期望及要求通過(guò)這樣一次實(shí)驗(yàn)也讓我們學(xué)以致用，把理論的學(xué)習(xí)用到實(shí)踐中去，同時(shí)也在鍛煉我們發(fā)現(xiàn)問(wèn)題解決問(wèn)題的能力。實(shí)驗(yàn)的過(guò)程就可以看出一個(gè)人做事的態(tài)度