电工电子实验报告电工电子综合实验（U）实验报告—多功能数字计时器摘要设计搭建一个多功能数字计数器，从0分0秒开始计时, 计到9分59秒后自动清零。

具有计时、清零、校分、整点报时的基本功能和闹钟、秒表的附加功能。

显示电路使用的是动态显示方式，即只使用一片译码器外加较高频率的时钟控制电路来实现数码管的“同时”显示功能AbstractDesig n a multi-purpose digital register which candisplay the time . It starts from 0 mi nute 0 sec on ds, countsafter 9 minute 59 sec onds automatic clear zero.The clock has the basic functions of clearing,minute-correcting, beeping in the sharp hour and thestopwatch. We use dyn amic display circuit to display, n amelyrealiz ing display ing in the same time using one en coder and ahigh freque ncy.目录设计目的二. 设计要求三. 实验原理四. 单元电路设计及其电路图1信号发生电路2、计时电路3、显示电路4、清零电路5、校分电路6、报时电路五. 附加电路六. 实验感想七. 实验中遇到的问题八. 附录1、工具及器件清单2、各元件的引脚图及功能表3、总电路逻辑图4、参考文献、实验目的1.掌握常见集成电路实验单元电路的设计过程。

2.了解各单元再次组合新单元的方法。

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发声的脉冲信号；（2）设计计时和显示电路，完成0分00秒至59分59秒的计时和显示功能；（3）设计清零电路，具有开机自动清零的功能，并在任何时候，按动清零开关，就可以实现计时器清零；（4）设计校分电路，在任何时候，按下校分开关，可以进行快速校分；（5）设计报时电路，使数字计时器从59分53秒开始报时，每隔2秒发一声，共发三声低音，一声高音；［即59分53秒、59分55秒、59分57秒发低音（频率为1KH0 ,59分59 秒发高音（频率为2KHZ ］；（6）可增加数字计时器附加功能，例如数字计时器定时功能、电路启停功能、电路采用动态显示功能。

三. 实验原理数字计时器是由脉冲发生电路、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。

电路由振荡器、分频器、计数器、译码器、显示器等元件构成。

电路由石英晶体提供频率，然后通过分频器可以得到电路所需的不同频率；电路要实现0 分00秒-59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、秒十位、秒个位，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选择清零，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。

报时电路是实现59分53秒、59分55秒、59分57秒发低音（频率为1KH0 ,59分59秒发高音（频率为2KH0,通过蜂鸣器和一些逻辑门实现。

======0 = == == ■ =I I I、清零丿iI I I I II〔报时〕iII || I I I || I || i| >1 || I H I^振——J^分——J1四. 单元电路设计及其电路图1. 秒信号发生器① 所用器件：32768Hz 晶体管、22MQ 电阻、20PF 电容、10 PF 电容、CD4060 74LS74 5V 直流电源。

② 原理：秒信号发生器提供计时电路的时钟并为报时电路提供驱 动信号。

秒信号发生器是由一个石英晶体，一片CD4060 一个D 触发器，电阻，电容，以及直流电源组成。

采用32768Hz 的石英晶体多 谐振荡器作为脉冲信号源，能提供较为精确的秒脉冲信号。

分频器〔秒十位I 分译丿CD4060最可实现最大为214的分频，所以可输出的最低频率为2Hz; D 触发器可以实现脉冲信号的二分频，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。

D 触发器实现二分频 的方法：将D 触发器的Q 端与D 端连接在一起。

CD4060也可提供后 面电路所需要的频率为1KHz 和2KHz 的脉冲信号。

③ 原理图：VCC2. 计时电路I1卜20pFII> CP1 >CPO■:级Q1D3CD406Q"-1PH > 1CLK1Q MA£ JLDJre（原理图）3.显示电路①用器件：3个300欧姆电阻，3个LED共阴极显示器。

②原理图：显示电路采用三片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，而每个数码管对应接地管脚与地线 还应连接一个300欧姆的电阻，以起保护作用4. 清零电路① 所用器件：一个10千欧电阻，一个22uF 的电容，一片CD4069 以及5V 的直流电源。

② 原理：清零电路要实现两项功能：开机清零和任意时刻选择清 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。

闭合清零开关时，节点1处电位为0V,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。

而断开清零开关时，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。

③ 原理图：4511dp GFDvccR1\ =HiODuF——~iokn5V接7416】清零端接CD4518ft零瑞5.校分电路①所用器件：一个10千欧的电阻，一个22uF的电容，一片74LS00, —片CD4069以及直流电源。

②原理：校分电路是由开关和逻辑门电路实现的。

当校分电路开关开时，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。

③原理图：6.报时电路①所用器件：一个蜂鸣器，一个三极管，两片74LS21, —片74LS32,直流电源，以及一个470欧姆的电阻和一个10K欧姆的电阻。

②原理：报时电路由逻辑门电路组成的。

按照设计要求，数字计时器应在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2KH0。

设计思路：当分为计数器为输出1001,秒十位计数器输出为0101 时，这时电路才有可以报时的可能。

然后当秒个位计数器分别为0011，0101, 0111的时候，可以与1KHz的脉冲信号与非，使电路报时；当秒个位计数器为1001时，可以与2KHz的脉冲信号与非。

为化简电路，画卡诺图:Q3Q200 01 11 10Q1Q0X00 0 0 1 001 0 1 1 011 x x x xx x10 0 09分50秒时，分计数器的3Q13Q4计数端与秒十位计数器的2Q1 2Q3计数端均呈现高电平，与门U1被选通；因为U1的输出端是作为另外两个与门U2和U3的输入端，因此只有在9分50秒以后U2和U3才有被选通的可能。

在此基础上，只要秒个位是3、5、7时，也即当1Q0=1,且1Q1或1Q2为高电平时，U2被选通，频率为1kHz的时，也即当1Q0 1Q3为咼电平时，U3被选通，频率为2kHz 的信号 可以通过与门U3,进入蜂鸣器产生鸣响。

或门U4实现了允许不同频 率的信号在不同时刻被送入蜂鸣器的功能。

五. 附加电路利用4个四选一的数据选择器和模三计数器，每个时刻只选择一 个数据到译码器。

再通过模三计数器的 AB 端控制显示器的接地端, 每个时刻只亮一盏灯达到动态显示的效果。

电路图:4D N AI■I'」■412M2222A11413 □9M3VQ IR1 -I 470 0R2 w.oknBUZZERQ1沏缶六. 实验感想这次实验做的并不是十分理想， 做到第三天早上才做完。

一 开始的时候对整体电路还不是很了解 （虽然预习了但还是不很了 解），没有一个整体的概念对于每一个部分的衔接不清楚。

到真 正开始做实验的时候才发现我的问题有一些严重，因为我的振荡调了一个下午才调试成功，不知道是排版问题还是管脚接错了， 总是不振，后来由竖版变成横版就成功了。

第二天早上之后的连接都很顺利， 秒个、秒十、分个、清零, 都是一次成功。

当校分电路连接成功后， 却没有执行其功能，我 检查了各条线路，均没有问题，但还是没有按照预期结果运行。

我想重新连接校分电路，拔导线的时候出错了，后来找不出错误 只能重新连过。

由于各种各样的小失误导致了整个电路重连了三次， 这浪费<1»?L<A峪 VCC Eat?1Q A1C21Q acz ICO EC1 ITzcoGND-Ji-• T416174 J ■：CLR 1 :・0_K右BC0 D-F Ef-WLLftD'IM 号-亠 7»^-i■:网蚀On t _ ftB-ririii •一 J 0•亍值—L-^ -h • iW^-ftQD * FM4-*-ltQDaz74133■托勺吓阻粗*松垃®了我大量时间，也磨走了我的耐心，好几次找不出错误的时候想到要放弃，却还是不甘心。

一遍又一遍地对线路，确保无误，然后又请教其他同学，终于在最后一天的上午成功了。

这次试验不理想的一个很重要的原因就是预习不够充分，对于很多地方不理解，连接时稀里糊涂，出错频繁。

这次实验给了我很好的教训，对于任何事情做之前都要做好准备，才能不会在执行的过程中有太多的阻碍。

七. 实验中遇到的问题：1.秒十连接好显示器显示九分九十九秒之后就暗了，经过几十秒之后又从零开始计时。

原因是74161是模十六的计数器，我没有进行六进一的操作连接，这个问题困扰着我很久，直到老师指出问题所在。