项目十一数字钟组装与调试

1、项目项目11 数字钟组装与调试数字钟组装与调试主讲主讲 王启洋王启洋 项目样机项目样机项目目标项目目标知识目标知识目标1. 掌握计数器分类、构成原理；掌握计数器分类、构成原理；2. 了解寄存器分类、输入了解寄存器分类、输入/输出工作方式。输出工作方式。技能目标技能目标1. 认识集成计数器、寄存器的引脚图及功能；认识集成计数器、寄存器的引脚图及功能；2. 能连接计数、译码和显示电路；能连接计数、译码和显示电路；3. 能制作有秒、分和小时计数、走时精确的数能制作有秒、分和小时计数、走时精确的数字钟。字钟。项目介绍项目介绍 数字钟能进行精确的秒、分、小时计数、译码和数字钟能进行精确的秒、分、小时计数

2、、译码和显示。显示。 数字钟中含有多谐振荡器、分频器、计数器、译数字钟中含有多谐振荡器、分频器、计数器、译码器、显示器等组合电路和时序电路，使用了码器、显示器等组合电路和时序电路，使用了CMOS集成电路集成电路CD4518双十进制计数器、双十进制计数器、CD4511显示译码器、显示译码器、CD4060 模模214计数器和计数器和CD4013双双D触发器等。触发器等。 数字钟可用于家庭、学校、企事业单位等场合。数字钟可用于家庭、学校、企事业单位等场合。任务任务1 1 认识计数器认识计数器 知识链接知识链接1 1 认识时序逻辑电路认识时序逻辑电路 做一做做一做 EWBEWB软件仿真时序逻辑电路软件

3、仿真时序逻辑电路任务任务1 1 认识计数器认识计数器认一认认一认 时序逻辑电路时序逻辑电路 1. 1. 时序逻辑电路特点时序逻辑电路特点（1）任意时刻输出信号不仅取决于该时刻输入信号，）任意时刻输出信号不仅取决于该时刻输入信号，而且还取决于电路原来状态。而且还取决于电路原来状态。（2）由组合逻辑电路和触发器构成，而触发器是必不）由组合逻辑电路和触发器构成，而触发器是必不可缺少的。可缺少的。2.2.时序逻辑电路分类时序逻辑电路分类同步时序逻辑电路同步时序逻辑电路CP端接在一起端接在一起异步逻辑时序电路异步逻辑时序电路CP端未接在一起、或无端未接在一起、或无CP任务任务1 1 认识计数器认识计数器

4、做一做 判断同步和异步时序电路任务任务1 1 认识计数器认识计数器 知识链接知识链接2 2 认识二进制计数器认识二进制计数器 计数器计数器 累积并寄存输入脉冲（累积并寄存输入脉冲（CPCP）个数的时序逻辑部件）个数的时序逻辑部件 任务任务1 1 认识计数器认识计数器一、异步二进制计数器一、异步二进制计数器1 1、EWBEWB软件仿真软件仿真3 3位异步二进制加法计数器位异步二进制加法计数器 任务任务1 1 认识计数器认识计数器 2 2、电路构成、电路构成 JK触发器转换为T触发器，前级Q端接后级CP端 3 3、时序图、时序图 任务任务1 1 认识计数器认识计数器 4 4、状态表、状态表 任务任

5、务1 1 认识计数器认识计数器异步二进制计数器构成方法异步二进制计数器构成方法1、由、由T触发器构成；触发器构成；2、CP端接法端接法 Q减法：CP后沿：后沿：前级前级 端接后级端接后级CP端端CP前沿：前沿：前级前级Q端接后级端接后级CP端端Q加法：CP后沿：后沿：前级前级Q端接后级端接后级CP端端CP前沿：前沿：前级前级 端接后级端接后级CP端端任务任务1 1 认识计数器认识计数器 二、同步二进制计数器 1 1、EWBEWB仿真同步二进制计数器仿真同步二进制计数器 任务任务1 1 认识计数器认识计数器2 2、电路结构、电路结构JK触发器转换成触发器转换成T触发器，触发器，CP端接在一起端接

6、在一起任务任务1 1 认识计数器认识计数器3 3、时序图、时序图任务任务1 1 认识计数器认识计数器 4 4、状态表、状态表任务任务1 1 认识计数器认识计数器同步二进制计数器构成方法同步二进制计数器构成方法1、由、由T触发器构成；触发器构成；T端接法：端接法： 减法：加法：2、CP端接法：所有端接法：所有CP接在一起接在一起0111QQQQTiii 0111QQQQTiii 任务任务1 1 认识计数器认识计数器 认一认 集成同步二进制加法计数器 74LS161四位二进制加法计数器 74LS160十进制加法计数器引脚图引脚图任务任务1 1 认识计数器认识计数器输入端输入端清零端（清零端（0有效

7、）有效）置数端（置数端（0有效）有效）ET、EP 控制端控制端D、C、B、A 数据输入端数据输入端CP 计数脉冲（前沿）计数脉冲（前沿）输出端输出端Q3、Q2、Q1、Q0 输出端输出端CO 进位输出端进位输出端任务任务1 1 认识计数器认识计数器 任务任务1 1 认识计数器认识计数器做一做 判断计数器判断同步、异步；加法、减法；判断同步、异步；加法、减法；任务任务1 1 认识计数器认识计数器知识链接3 认识十进制计数器一、异步十进制计数器1、EWB仿真异步十进制加法计数器仿真异步十进制加法计数器 任务任务1 1 认识计数器认识计数器2、电路结构、电路结构J0=K0=1；J1= K1=1；J2=

8、Q1 K2=1；J3=Q2Q1 K3=13、时序图、时序图 3Q任务任务1 1 认识计数器认识计数器 4、状态表、状态表CP（ ）Q3Q2Q1Q0十进制1000112001023001134010045010156011067011178100089100191000000任务任务1 1 认识计数器认识计数器认一认 集成二五十异步计数器74LS2901、集成计数器、集成计数器74LS290引脚图引脚图任务任务1 1 认识计数器认识计数器输入端输入端 清清0端（端（1有效）有效）置置9端（端（1有效）有效）CP 0、CP1 计数脉冲（后沿）计数脉冲（后沿）输出端输出端Q3、Q2、Q1、Q0 输出

9、端输出端R0（1）、）、R0（2）S9（1）、）、S9（2）2、引脚名称、引脚名称任务任务1 1 认识计数器认识计数器复位输入复位输入置位输入置位输入计数脉冲计数脉冲输输 出出R0（1）R0（2）S9（1）S9（2）CPQ3Q2Q1Q01100000110000011100100计数计数0000000任务任务1 1 认识计数器认识计数器（1 1）1 1位二进制计数器位二进制计数器 计数脉冲计数脉冲=CP0 Q0输出输出（2 2）异步五进制加法计数器）异步五进制加法计数器 计数脉冲计数脉冲=CP1 Q3Q2Q1输出输出（3 3）异步十进制加法计数器）异步十进制加法计数器 Q0=CP1、计数脉冲、

10、计数脉冲=CP0 Q3Q2Q1Q0输出输出 任务任务1 1 认识计数器认识计数器二、同步十进制加法计数器74LS160 1 1、EWBEWB仿真十进制加法计数器仿真十进制加法计数器74LS16074LS160任务任务1 1 认识计数器认识计数器2 2、引脚名称、引脚名称与与74LS16174LS161相同。状态表与异步十进制计数器相同。相同。状态表与异步十进制计数器相同。 3 3、时序图、时序图任务任务1 1 认识计数器认识计数器认一认 CMOS双十进制计数器CD45181、引脚图、引脚图任务任务1 1 认识计数器认识计数器输入端输入端 清清0端（端（1有效）有效）计数脉冲（前沿）计数脉冲（前

11、沿） 使能端（使能端（1有效）有效）/ 计数脉冲（后沿）计数脉冲（后沿）输出端输出端1Q3、1Q2、1Q1、1Q0 输出端输出端1Rd、2Rd1CP、2CP2、引脚名称、引脚名称 2Q3、2Q2、2Q1、2Q0 输出端输出端任务任务1 1 认识计数器认识计数器做一做 根据时序图判断计数器 任务任务2 N2 N进制计数器功能测试进制计数器功能测试实训操作实训操作1 1 星期计数、译码和显示星期计数、译码和显示1、实训器件、实训器件 74LS160、74LS00、74LS32、74LS48、数码管、数码管2、星期计数、译码和显示电路、星期计数、译码和显示电路 计数循环：计数循环： 00000101

12、0011100101110 000 显显 示：示： 日日 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 日日任务任务2 N2 N进制计数器功能测试进制计数器功能测试3、原理图识读、原理图识读 任务任务2 N2 N进制计数器功能测试进制计数器功能测试4、电路连接、电路连接 任务任务2 N2 N进制计数器功能测试进制计数器功能测试 5、星期计数、译码和显示测试、星期计数、译码和显示测试 电路连接好后，将电路连接好后，将74LS160的的CP端接至数字电路端接至数字电路实验箱的实验箱的1Hz连续脉冲。连续脉冲。 测试时：每秒测试时：每秒1个个CP脉冲脉冲 正常工作时：每天正常工作时：每天1个个CP

13、脉冲脉冲任务任务2 N2 N进制计数器功能测试进制计数器功能测试实训操作2 秒计数、译码和显示1、实训器件、实训器件 CD4518、CD4511、CD4081、数码管、数码管2、秒计数、译码和显示电路、秒计数、译码和显示电路 计数循环：计数循环： 0000 00000000 00010000 0010. . . 0101 10000101 1001 0000 000 显显 示：示： 00 0102035859 00任务任务2 N2 N进制计数器功能测试进制计数器功能测试3、原理图识读、原理图识读 （1）六十进制计数器）六十进制计数器译码逻辑：译码逻辑：RD2=2Q22Q1计数到计数到0110

14、0000时：时：RD2=2Q22Q1=11=1高位计数器清高位计数器清0，返回，返回00（2）级联连接）级联连接低位低位1Q3接高位接高位EN2（ ）低位低位CP前沿、高位前沿、高位CP后沿后沿（3）译码器连接）译码器连接如图所示如图所示2CP任务任务2 N2 N进制计数器功能测试进制计数器功能测试4、电路连接、电路连接按原理图连接电路。按原理图连接电路。输入端不能悬空，按要求接至电源或接地端。输入端不能悬空，按要求接至电源或接地端。 任务任务2 N2 N进制计数器功能测试进制计数器功能测试5、秒计数、译码和显示测试、秒计数、译码和显示测试电路连接好后，将电路连接好后，将CD4518的的CP1

15、端接至数字电路端接至数字电路实验箱的实验箱的1Hz连续脉冲。连续脉冲。 按照按照60进制进行计数循环。进制进行计数循环。想一想：如果构成想一想：如果构成24进制计数器，将如何连接？进制计数器，将如何连接？任务任务2 N2 N进制计数器功能测试进制计数器功能测试N N进制计数器构成方法（进制计数器构成方法（74LS160/161/162/16374LS160/161/162/163）1、清、清0法法（1）译码逻辑：）译码逻辑：译码数译码数=进制数进制数 （2）级间连接：）级间连接：前级前级CO 非门非门 后级后级CP2、置数法、置数法（1）译码逻辑：）译码逻辑： 译码数译码数=进制数进制数-1

16、DCBA根据要求设定根据要求设定（2）级间连接：）级间连接：前级前级CO ET/EP，CP并接并接N N进制计数器构成方法（进制计数器构成方法（CD4518CD4518）（1）译码逻辑：）译码逻辑：译码数译码数=进制数进制数 （2）级间连接：）级间连接：前级前级CO 后级后级EN任务任务2 N2 N进制计数器功能测试进制计数器功能测试 做一做 计数器判断 1. 三个电路分别采用什么方法构成三个电路分别采用什么方法构成N进制计数器；进制计数器； 2. 三个电路都是几进制计数器，叫出其名称。三个电路都是几进制计数器，叫出其名称。任务3 数字钟组装与调试电路识读 数字钟原理图1、数字钟框图、数字钟框

17、图任务3 数字钟组装与调试2、 数数字字钟钟原原理理图图任务3 数字钟组装与调试3、工作过程、工作过程（1 1）标准秒脉冲发生器）标准秒脉冲发生器电路原理图电路原理图任务3 数字钟组装与调试各部作用各部作用石英晶体多谐振荡器（石英晶体多谐振荡器（R1、R2、C1、C2、Y、与非门）：、与非门）：产生频率为产生频率为32768Hz32768Hz矩形波矩形波14位二进制（模位二进制（模214）计数器）计数器CD4060：作作214分频器，将分频器，将32768Hz32768Hz频率分频成频率分频成2Hz2Hz，即，即32768Hz/232768Hz/21414=2Hz=2Hz双双D触发器触发器CD

18、4013：作作2分频器，将分频器，将2Hz频率分频成频率分频成1Hz秒脉冲秒脉冲 任务3 数字钟组装与调试 （2 2）秒、分计数、译码和显示）秒、分计数、译码和显示秒和分电路原理图秒和分电路原理图各部作用同前各部作用同前任务3 数字钟组装与调试 （3 3）小时计数、译码和显示）小时计数、译码和显示小时电路原理图小时电路原理图各部作用同前各部作用同前任务3 数字钟组装与调试实训操作1 元器件选择与识别1、集成电路识别、集成电路识别 RD 清清0端（端（1有效）有效） 石英晶体多谐振荡器输出端石英晶体多谐振荡器输出端Qi输出端输出端其他集成电路见前面其他集成电路见前面任务3 数字钟组装与调试2、数

19、码管识别与测试、数码管识别与测试测试方法同前测试方法同前 3、阻容元件识别与测试、阻容元件识别与测试测试方法同前测试方法同前 4、稳压二极管识别与检测、稳压二极管识别与检测测试方法同前测试方法同前5、石英晶体、石英晶体不需测试不需测试6、单刀双掷开关、单刀双掷开关使用万用表测试使用万用表测试任务3 数字钟组装与调试任务3 数字钟组装与调试任务3 数字钟组装与调试 任务3 数字钟组装与调试序号元器件名称规格数量代 号备注1电阻器电阻器2k1R1红黑黑棕棕红黑黑棕棕2电阻器电阻器10M1R2棕黑黑绿棕棕黑黑绿棕3电阻器电阻器100k3R3R5棕黑黑橙棕棕黑黑橙棕4电容器电容器33pF2C1、C25

20、稳压二极管稳压二极管3.3V6V1V66石英晶体石英晶体f0=32768Hz1Y7集成电路集成电路CD40601IC18集成电路集成电路CD40131IC2元器件清单 任务3 数字钟组装与调试9集成电路集成电路CD45183IC3IC510集成电路集成电路CD45116IC6IC1111集成电路集成电路CD40811IC1212数码管数码管BS201613开关开关3S1S3单刀双掷单刀双掷14集成电路插座集成电路插座14脚脚215集成电路插座集成电路插座16脚脚1016印刷电路板印刷电路板1任务3 数字钟组装与调试实训操作2 数字钟组装1、焊接前准备工作、焊接前准备工作（1）清点组件；）清点组

21、件；（2）识别）识别CD4060、CD4013、CD4518、CD4511、CD4081引脚和数码管引脚；引脚和数码管引脚； （3）使用万用表检测阻容元器件和稳压二极管。）使用万用表检测阻容元器件和稳压二极管。认识石英晶体。认识石英晶体。（4）找各元器件焊接位置、元器件引脚整形。）找各元器件焊接位置、元器件引脚整形。任务3 数字钟组装与调试2、按工艺组装、按工艺组装 任务3 数字钟组装与调试实训操作3 数字钟调试1、通电前检查、通电前检查测试集成电路、检查元器件焊接是否正确测试集成电路、检查元器件焊接是否正确 2、调试电路、调试电路（1）标准秒脉冲发生器 调稳压电源：调整到+5V 连接电源：关

22、闭电源，+5V接数字钟电源 测1Hz脉冲：开启电源，示波器测CD4013的1脚 故障检查：无1Hz脉冲，检查外围元件 高频波形观察：示波器逐点观察CD4060的Q端波形任务3 数字钟组装与调试 （2 2）秒计数、译码和显示）秒计数、译码和显示 秒计数：秒计数：开关打到计数状态。观察计数开关打到计数状态。观察计数0059 故障检查：故障检查：不正常，检查集成电路电源电压不正常，检查集成电路电源电压 示波器检查示波器检查CP端是否有秒脉冲端是否有秒脉冲 （3 3）分计数、译码和显示）分计数、译码和显示 分计数：分计数：分计数检查与秒相同分计数检查与秒相同 （4 4）小时计数、译码和显示）小时计数、

23、译码和显示 小时计数：小时计数：与分相同与分相同任务3 数字钟组装与调试 （5 5）校时）校时 校时（开关按下）：校时（开关按下）：校准到当地时间校准到当地时间 校时顺序：校时顺序：校时、校分、校秒校时、校分、校秒任务3 数字钟组装与调试做一做做一做 画画N N进制计数器原理图进制计数器原理图1、试用、试用74LS160分别采用置零法和置数法构成七进分别采用置零法和置数法构成七进制计数器，画出原理图。制计数器，画出原理图。2、试用、试用CD4518采用置零法设计十二进制计数器，采用置零法设计十二进制计数器，画出原理图。画出原理图。 知识拓展 寄存器知识拓展 寄存器认一认 寄存器应用EWB仿真移

24、位寄存器 知识拓展 寄存器学一学 寄存器及分类知识拓展 寄存器 学一学 数码寄存器 1、EWB仿真数码寄存器仿真数码寄存器 知识拓展 寄存器2、4位集成寄存器位集成寄存器74LS175的逻辑图的逻辑图 知识拓展 寄存器3、74LS175的引脚图的引脚图 输入端输入端 清清0端（端（0有效）有效）CP脉冲（前沿）脉冲（前沿）输出端输出端Q3Q2Q1Q0 原码输出端原码输出端CP 反码输出端反码输出端D3D2D1D0 数据输入端数据输入端0123QQQQDR知识拓展 寄存器 学一学 移位寄存器 移位寄存器：移位寄存器：移位寄存器内存储的二进制数在移移位寄存器内存储的二进制数在移位脉冲的作用下，依次

25、左移或右移。位脉冲的作用下，依次左移或右移。 1、电路结构、电路结构知识拓展 寄存器2、工作方式、工作方式串入串入串出串出 串入串入并出并出 并入并入 串出串出 并入并入并出并出知识拓展 寄存器3、4位移位寄存器工作状态表位移位寄存器工作状态表 CP DIQ3Q2Q1Q0000000110001200010310101411011500110601100701000800000知识拓展 寄存器4、移位寄存器工作波形、移位寄存器工作波形 知识拓展 寄存器1、引脚图、引脚图认一认认一认 集成移位寄存器集成移位寄存器74LS19474LS194知识拓展 寄存器2、74LS194的引脚图的引脚图 输入端输入端 清清0端（端（0有效）有效）CP脉冲（前沿）脉冲（前沿）输出端输出端Q3Q2Q1Q