多功能数字计时器

电工电子综合试验

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多功能数字计时器设计

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专业：通信工程

学院：电子工程与光电技术学院

指导老师：

完成时间：

目录

一、设计内容简介 (3)

二、设计要求 (3)

三、设计原理 (3)

1、整体电路设计原理 (3)

2、各部分电路的设计及原理 (4)

（1）脉冲电路 (4)

（2）计时电路 (5)

（3）译码显示电路 (6)

（4）清零电路 (7)

（5）校分电路 (8)

（6）报时电路 (9)

3、附加电路：起停电路设计及原理 (7分57秒自动停止5秒) 9

4、电路仿真波形 (10)

四、实验中遇到的问题及解决方法 (12)

五、实验心得 (13)

六、附录 (14)

1、器件清单 (14)

2、各元件的引脚图及功能表 (14)

3、总电路图 (18)

4、参考文献 (19)

一、设计内容简介

本实验采用中小规模集成电路设计一个数字计时器。要求可以完成0分00秒~9分59秒的计时功能，并在控制电路的作用下具有开机清零，快速校分，整点报时的功能。数字计时器是由脉冲发生电路，计时电路，译码显示电路，和控制电路等几部分组成。其中控制电路由清零电路，校分电路和报时电路组成。

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

的脉冲信号。

2、设计一个计时电路，完成0分00秒~9分59秒的计时功能。

3、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）。

4、设计校分电路，在任何时候，拨动校分开关，可以2HZ进行校分。

5、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，

可以进行计时器清零。

6、系统级联调试，将以上电路进行级联完成计时器的所有功能。

7、可增加数字计时器附加功能，例如数字计时器定时功能、电路起停功能、电

路采用动态显示等。

三、设计原理

1、整体电路设计原理

数字计时器是由脉冲发生电路、计时电路、译码显示电路和控制电路等几部分组成的，其中控制电路由校分电路、清零电路和报时电路组成。其中由秒脉冲电路为计时器提供1hz的计时脉冲，而计时电路则完成相应的计时功能，并由显示电路显示出来，控制电路则均与计时电路有关。具体的原理框图如下：

2、各部分电路的设计及原理

（1）脉冲电路

器件：32768Hz晶体管、20MΩ电阻、20PF电容、10PF电容、CC4060、74LS74 功能：为计时电路提供计数脉冲。

原理：实验中采用32768Hz的石英晶体多谐振荡器作为脉冲信号源。经分频器CD4060的多级分频，从Q14可获得2Hz输出信号（Q4和Q5提供2kHZ，1kHZ 留报时电路备用）。再将2Hz的脉冲信号经二分频电路得到1Hz的秒脉冲信号。二分频电路由D触发器实现。将D触发器的D端与Q端接在一起实现，Q端的输出信号即为1Hz的秒脉冲信号。

（2）计时电路

器件:CD4518、74LS161、74LS00

功能：完成0分00秒~9分59秒的计时功能

原理：计时电路由分计数器、秒十位计数器、秒个位计数器构成。秒个位计数器用CD4518A直接实现十进制计数功能；秒十位计数器是由74LS161做成一个从0000～0101的模六计数器实现；分位也是用CD4518A直接实现十进制计数功能。将脉冲信号发生器生成的1HZ脉冲信号送入秒个位计数器（CD4518A）的CP 端，秒个位的Q1、Q4通过一个与非门接入74LS161的时钟端作为时钟信号完成秒个位与十位的级联，与非门实现1001到1000的下降沿跳变。秒十位记数的模六用反馈置数法实现。将计数位2Q1、2Q3与非后作为驱动信号送入分计数器（CD4518A）的EN端，完成分计数。

（3）译码显示电路

器件: CC4511、300Ω电阻、LED共阴数码管。

功能：实现计时时的数字显示

原理：显示电路由三片CD4511显示译码器和三个七段共阴数码管组成。四线七线译码器CD4511的LT，BI分别接高电平， LE端接低电平，此时器件处于译码状态。再将译码器的输出分别与数码管的相应端对接，并在数码管接地端串

联进300欧姆的电阻用以限流，这样令共阴极七段LED数码管进行循环显示。而译码器CD4511的输入则由秒个位，秒十位，分位的输出接入。

（4）清零电路

器件：CC4069、10KΩ电阻、22μF电容。

功能：具有开机自动清零功能，并且在任何时候，按动清零开关，可以进行计时器清零。

原理：开机时，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的管脚7和15，实现秒个位和分位的清零。在经过第二个非门输出低电平，接到74LS161的管脚1，实现秒十位的清零。

开机后，开关打开为正常工作状态，按下开关后，电容被短路，第一个非门的输入端为低电平，两个非门的输出端分别为高电平和低电平，实现控制清零功能。

（5）校分电路

器件：22μf电容，10kΩ电阻，74LS00

功能：在任何时候，拨动校分开关，可以2HZ进行校分。

原理：开关打开时，正常计数：电容两端为高电平，输入秒信号的与非门被选通，输入校分信号的与非门被封锁，秒进位产生的脉冲送至分计数器的时钟端。

开关闭合时，开始校分：电容两端为低电平，输入校分信号的与非门被选通，输入秒信号与非门被封锁，校分信号（2HZ由CC4060的Q14得到）送至分计数器的时钟端。