1 多功能数字计时器设计 姓名：杨会章 学号: 1004220242 专业：通信工程 学院：电光学院 指导教师：

2021-9-15 2

目录 一、设计内容简介··················································3 二、电路功能设计要求··············································3 三、电路原理简介··················································3 四、各单元电路原理 1、脉冲发生电路 ···············································3 2、计时电路 ··················································4 3、译码显示电路················································4 5、校分电路····················································5 4、清零电路····················································6 6、报时电路 ···················································7 7、基本电路原理图··············································8 8、动态显示原理················································9 9、动态显示原理图················································10 10、波形图······················································11

五、实验中问题及解决办法··········································11 六、附录··························································12 1、元件清单 ····················································12 2、 芯片引脚图和功能表 ··········································12 3、参考文献 ····················································15 3

一、设计内容简介 实验采用中小规模集成电路设计一个数字计时器。数字计时器是由脉冲发生电路，计时电路，译码显示电路，和附加电路控制电路几部分组成。其中控制电路由清零电路，校分电路和报时电路组成。附加电路采用动态显示。

二、电路功能设计要求 1、设计制作一个0分00秒～9分59秒的多功能计时器,设计要求如下： 1）设计一个脉冲发生电路，为计时器提供秒脉冲（1HZ），为报时电路提供驱动蜂鸣器的高低脉冲信号（1KHZ、2KHZ）； 2）设计计时电路：完成0分00秒～9分59秒的计时、译码、显示功能； 3）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，可以对计时器进行手动清零。 4）设计校分电路：在任何时候，拨动校分开关，可进行快速校分。（校分隔秒） 5）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）； 6）系统级联。将以上电路进行级联完成计时器的所有功能。 7）可以增加数字计时器附加功能：定时、动态显示等。

三、电路原理简介 32678Hz石英晶体振荡器产生的稳定的高频脉冲信号，作为数字钟的时间基准，再经分频器、D触发器输出标准秒脉冲。秒计数器记满60后向分计数器进位。计数器的输出经译码器送显示器。记时出现误差时可以用校时电路进行校分，校秒。利用74153四选一数据选择器和128Hz、64Hz时钟信号控制选择秒位、秒十位、分位输出到译码器，并选通相应的数码管，实现动态显示。

四、各单元电路原理 1、秒脉冲发生电路 采用32678Hz的石英晶体多谐振荡器作为脉冲信号源。经分频器CD4060的分频，从Q14端输出的2Hz的脉冲信号经D触发器组成的二分频电路得到1Hz的秒脉冲信号。原理图如下： 4

*注：下图中4060的引脚与实验中的引脚图不一样，下图的Q13相当于实验中的Q14。

2、计时电路 用CD4518BCD码计数器实现分位计数器和秒个位计数器；用74LS161做成一个模六计数器实现秒十位计数器。1HZ脉冲信号接秒个位计数器的CP端，秒个位单元中的输出Q3通过一个非门接入74LS161的时钟端作为秒十位时钟信号秒十位记数的模六用反馈置数法，2Q0和2Q2通过一与非门接入置数端，同时数据输入端均接地，实现0000~0101的模六功能。将计数位2Q2与非后作为驱动信号送入分计数器的EN端，分位CP端接地。原理图如下：

3、译码显示电路 采用CD4511显示译码器和七段共阴数码管实现显示功能。CD4511的，分

RS11MR12Q37Q45

Q54

Q66

Q714Q813Q915Q111Q122Q133CTC9RTC10

22M20pD2Q

5

CLK3

Q6

S4

R1

74LS74

接秒位CLK

CLK1E2MR7Q03Q14Q25Q364518CLK9E10MR15Q011Q112Q213Q3144518D03Q014D14Q113D25Q212D36Q311RCO15ENP7ENT10CLK2LOAD9MR1

74LS161

131211RS11MR12Q37Q45

Q54

Q66

Q714Q813Q915Q111Q122Q133CTC9RTC10R2

22M

20p20p

X1CRYSTAL

D2Q5CLK3Q6S4R174LS74VCCGND5674LS04GND

分位秒十位秒位

接清0控制端接清0控制端接清0控制端

接校分控制端

1Hz5

别接高电平LT、E接高电平， LE端接低电平，此时器件处于译码状态。电路连接过程中将各位计数器输出Qa，Qb，Qc，Qd与译码器CD4511的输入A，B，C，D连接。将译码器的输出a，b，c，d，e，f，g分别与数码管的相应端对接。数码管阴极串接一个300Ω的限流电阻。原理图如下:

4、校分电路 当开关打开，下方的与非门被选通，上方的与非门总是输出逻辑1，秒十进位产生的脉冲送至分计数器的EN端；当开关关闭，上方的与非门被选通，下方与非门总输出逻辑1，校分2Hz信号送至分计数器的时钟端。 消颤原理：用RS锁存器

A7B1C2D6LT3BI4LE/STB5

QA13QB12QC11QD10QE9QF15QG144511

GND+5VVCC

300GND6 5、清零电路 实现开机清零和控制清零功能。连接方法如图所示。刚开机时，由于电容上的电压不能突变，电容两端为低电平，经过第一个非门输出高电平，接到CC4518的连个清零端，实现秒个位和分位的清零。在经过非门输出低电平，接到74LS161的清零端，实现秒十位的清零。开机后，按下开关后，电容被短路，两个非门的输出端分别为高电平和低电平，实现异步清零。

12374LS00109874LS0013121174LS00131274LS04GND2QC接4518EN端123

U1:A

74LS00456

U1:B

74LS00

R1310K

SW1SW-SPDT

2Hz

GNDR1110K

1274LS043474LS04C3

22u

VCC接秒位MR

接分位MR

接秒十位MR7

6、报时电路 功能：在9分53秒、9分55秒、9分57秒各报出一个低音，在9分59秒报出一个高音。 各时刻各位对应的二进制码如下图： 时刻分位秒十位秒位 9:53 1001 0101 0011 9:55 1001 0101 0101 9:57 1001 0101 0111 9:59 1001 0101 1001 先控制分位和秒十位分别为9和5，即1001和0101。根据上表可以得出CONTROL0=3Qa & 3Qd & 2Qa & 2Qc。 当秒位为0011、0101、0111时，输出1KHz的低音调，可以得出控制发出表达式为CONTROL1=CONTROL0 & 1Qa & CLK1khz (1Qb ||1Qc) 当秒位为1001时，发出2KHz的高音调，可以得出控制表达式CONTROL2=CONTROL0 & 1Qa & 1Qd & CLK2khz， 将CONTROL1 || CONTROL2输入到NPN管的基极。 原理图如下：

124569101213

8

12456123R1

300

R1210k3QD2QA2QC

VCC

123

1QA1QD

2KHz1KHz1QA3QA3QD

2QA2QC

1QB1QC