1、电工电子综合实验II -电子计时器电路设计 xxxxxxxxxxxxx xxxxxx电工电子综合实验 II电子计时器电路设计学院：电光学院专业：xxxxxxxxxxxxxx学号：xxxxxxxxx姓名：xxxxxx时间：2012 年 9 月电工电子综合实验II -电子计时器电路设计 xxxxxxxxxxxxx xxxxxx第 0 页目录一、实验内容及要求。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。1二、电路原理。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。
2、。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。11. BCD 码译码显示电路。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。12. 脉冲发生器电路。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。13.六十进制计数器电路。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。
3、 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。24.报时电路。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。25.校分电路。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。36.清零电路。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。
4、 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。3三、实验电路单元设计说明。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。31.BCD 码译码显示电路。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。42.脉冲发生器电路。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。
5、 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。53.六十进制计数器电路（分位、秒位） 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。54.整点报时电路。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。75.校分、清零电路。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。
6、 。 。 。9四、实验电路逻辑总图及引脚接线总图。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。101.逻辑总图。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。102.引脚接线总图。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。11五、实验电路芯片引脚图、功能表。 。 。 。 。 。
7、。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。12电工电子综合实验II -电子计时器电路设计 xxxxxxxxxxxxx xxxxxx第 1 页六、实验总结及创新设计。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。16七、参考书目。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。17一、实验内容及要求1、安装调试四位 BCD 码译码显示电路。2、设计、安装、调试脉冲发生器电路。3、设计、安装、调试六十进
8、制计数器电路（分位、秒位）4、设计、安装、调试整点报时电路（5953” 、5955” 、5957”报时低声，5959”报时高声） 。5、设计、安装、调试校分、清零电路。要求：校分电路防抖动，清零电路任意状态可以清零。6、联接 15 各项设计电路，实现一小时整点报时的电子计时器电路。7、实验要求：设计正确、布局合理、排线整齐、功能齐全。二、电路原理电子计时器是由计时电路、译码显示电路、脉冲发生电路和控制电路等几部分组成的，其中控制电路可以分为校分电路、清零电路和报时电路。其具体的原理框图如图 1 所示。电工电子综合实验II -电子计时器电路设计 xxxxxxxxxxxxx xxxxxx第 2 页
9、图 1 电路原理框图下面对计时器的工作原理按其组成进行说明。1. BCD 码译码显示电路译码器可以采用 CD4511 通过 330 电阻来驱动共阴极显示器。2. 脉冲发生器电路脉冲发生电路是为计时器提供计数脉冲的，因为设计的是计时器，所以需要产生 1Hz 的脉冲信号。这里采用 NE555 集成电路和分频器 CD4040 构成。3.六十进制计数器电路计时电路钟的计数器，可以采用二-十进制加法计数器 CD4518 实现。60秒为 1 分，将分和秒的个位、十位分别在七段数码显示器上显示出来，从0 分 0 秒到 59 分 59 秒，然后重新计数。4.报时电路电路每小时进行一次报时，从 59 分 53
10、秒开始报时，每隔一秒发一声，共三声低音、一声高音。即 59 分 53 秒、59 分 55 秒、59 分 57 秒为低音，59 分 59 秒为高音。实际上，需要在某一时刻报时，就将该时刻输出为“1”的信号作为触发信号，选通报时脉冲信号，进行报时即可。5.校分电路电路中存在一个开关，当开关打到“正常”档时，计数器正常计数；当开关打到“校分”档时，分计数器进行快速校分（即分计数器可以不受秒计数器的进位信号控制，而选通一个频率较快的校分信号进行校分） ，而秒计数器保持。在任何时候，拨动校分开关，可以进行快速校分。即令计时电工电子综合实验II -电子计时器电路设计 xxxxxxxxxxxxx xxxxx
11、x第 3 页器分为快速计数，频率是正常计数的两倍，而秒位保持。6.清零电路在任何时刻，拨动清零开关，可以进行计数器的清零。三、实验电路单元设计说明1.BCD 码译码显示电路BCD 码译码显示电路使用 CD4511 及共阴双字显示器实现。CD4511 是一种 8421BCD 码向 8 段数码管各引脚码的转换器。当在其四个输入端输入 8421BCD 码时，其 7 个输出端可直接输出供 7 段数码管使用的信号。根据 CD4511 的逻辑功能表可知，当 时，其 7 个输出端0,1,LEBIT分别输出一定的信号。只需将这些信号接入 8 段数码管相对应的引脚即可使其显示我们所需要的数字。然而实际上我们需要
12、在每个 CD4511 的输出端和数码管相应的输入端之间接入一个阻值为 330 的电阻以防电流过大使数码管烧毁。显示部分电路如图 2 所示。图 2 显示部分电路电工电子综合实验II -电子计时器电路设计 xxxxxxxxxxxxx xxxxxx第 4 页图中每个 CD4511 下侧四个输入端分别连接 CD4518 的 4 个输出端。这样 8段数码管就可以正常显示计数器所记载的数字编码了。由于电路的显示部分不会出现小数，故 8 端数码管的小数点引脚悬空。2.脉冲发生器电路脉冲发生电路为计时电路提供数据脉冲，本实验运用 NE555 器件构成一自激多谐振荡器。将 NE555 输出频率接入有 CD404
13、0 所构成的分频电路中，其输出 Q12=1HZ 作为秒针的输入脉冲，Q11=2HZ 作为校分电路的输入脉冲，Q3、Q2 分别为报时电路的输入脉冲。脉冲发生电路如图 3 所示。图 3 脉冲发生电路3.六十进制计数器电路（分位、秒位）采用 CD4518 和门电路实现六十进制计数，当清零端输入 1，EN=1 且 CP端输入时钟信号或者 EN 端输入时钟信号且 CP=0 时计数器进行计数。为减少延时，采用直接进位时钟由 EN 端输入。电工电子综合实验II -电子计时器电路设计 xxxxxxxxxxxxx xxxxxx第 5 页其输出端 Q3 Q2 Q1 Q0输出从 0000 到 1001 的循环。所以
14、当使用其作为分和秒的个位进行计数时不需对其进行反馈清零，而用其进行分和秒的十位计数时，需要在 Q3 Q2 Q1 Q0输出 0110 时对其进行清零（因为 CD4518 是异步清零） 。下面以秒的计数器为例，如图 4，来说明其电路结构。图 4 计时器秒位电路结构图 4 中两个集成电路即为 1 片 CD4518 所集成的两个计数器。下方（U8B）为个位计数器，上方（U8A）为十位计数器。引脚 9 始终接高电平，引脚 10 接由 CD4040 所输出的 1Hz 的时钟信号，每当时钟信号出现下降沿则计数器加 1。在此使用 EN 端为时钟信号控制端而不用 CP 端是因为在集成电路内部，CP 端比 EN
15、端多通过一个非门，因此若通过 CP 端接入时钟信号则会因为此非门的存在而增加延时，从而出现误差。接通时钟信号后，输出端引脚 Q3Q2Q1Q0开始计数。当输出为 1001 时需要对十位进位，也就是说，此时需要给控制十位计数的集成电路一个下降沿。考虑 Q3端当且仅当输出由 1001 变为 0000 时出现下降沿，于是直接将 Q3端作为十位计数器的输入时钟信号。在接收到第 6 个下降沿信号后，十位输出端将由 0101 变为0110。此时，需要对其进行清零。考虑电路清零模块，使用两个与非门（图中空置的输入端为清零输入端） 。当 CD4518 的 4 号引脚和 5 号引脚同电工电子综合实验II -电子计
16、时器电路设计 xxxxxxxxxxxxx xxxxxx第 6 页时输出 1 或者清零端输入 0 时十为被清零。这就使得其在短暂输出 0110 后立即被清零成 0000。同时考虑当且仅当十位输出由 0101 经过短暂的 0110变为 0000 时 Q2输出一个下降沿，于是利用其通过校分电路向分钟位进位。时钟计数器如图 5 所示。图 5 时钟计数器电路4.整点报时电路电路具有如下要求，蜂鸣器要能够在 59 分 53 秒、55 秒、57 秒发出低音，而在 59 分 59 秒发出高音。用二进制数分别表示，如表 1 所示：分十位 分个位 秒十位 秒个位时刻m8m7m6m5 m4m3m2m1 s8s7s6
17、s5 s4s3s2s1 音高 频率59 分 53秒0101 1001 0101 0011 低 约 500Hz59 分 55秒0101 1001 0101 0101 低 约 500Hz59 分 57秒0101 1001 0101 0111 低 约 500Hz59 分 59 0101 1001 0101 1001 高 约 1000Hz电工电子综合实验II -电子计时器电路设计 xxxxxxxxxxxxx xxxxxx第 7 页秒表 1 蜂鸣器发声情况表经过化简，可得如下结果：H=5953”f3+5955”f3+5957”f3+5959”f4=5951”(2”f3+4”f3+6”f3+8”f4)=5951”(2”f3 4”f3 8”f4)这样，将 k 经过三极管的放大接入蜂鸣器，就可以在所期望的时候进行报时了。这样可以设计出报时电路的电路如图 6 所示。电工电子综合实验II -电子计时器电路设计 xxxxxxxxxxxxx xxxxxx第 8 页图 6 报时电路5.校分、清零电路校分电路：运用 74LS74 芯片与门电路实现。校分时，秒针停止计数，分针以 2HZ 的频率计数。校分功能表 2 如下：输入 输出K A B Q0 A X A1 X B B表 2清零电路：设计清零电路，当开机时计数器自动复位，当控制开关断开时
