2023年电工电子实验报告

电工电子综合实验（II）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。分。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

Abstract

Designamulti-purposedigita1registe

rwhichcandisp1aythetime.Itstartsfrom0

minute0seconds,countsafter9minute59se

condsautomaticclearzero.Theclockhasthe

basicfunotionsofc1earing,minute-correctin

g,beepinginthesharphourandthestopwat

ch.Weusedynamicdisplaycircuittodisplay,namely

realizingdisplayinginthesametimeusingo

neeneoderandahighfrequency.

目录

一.设计目的

二设计规定

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.实验中碰到的问题

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

一、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.设计规定

（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，完毕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IKHz）,59分59

秒发高音（频率为2KHz）］；

（6）可增长数字计时器附加功能，例如数字计时器定期功能、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，然后通过度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5

5秒、59分57秒发低音（频率为1KHz）,59分59秒发高音（频

率为2KHz），通过蜂鸣器和一些逻辑门实现。

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、10PF

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

CD4060最可实现最大为2”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0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IKHz和2KHz的脉冲信号。

③原理图：

2.计时电路

①所用重要器件：74LS161芯片、CD4518芯片、7400芯片等。

秒个位：连接电路时,秒脉冲电路产生的秒脉冲信号送入秒个位

计数器(CD4518A)的CP端，秒个位单元中的输出(1Q4、1Q1)通

过与非门接入74LS161的时钟端作为时钟信号完毕个位与十位的进

位。

秒十位：秒十位记数器应实现模六功能，2Q1和2Q3通过一个与

非门接入置数端,74LS161的四个数据输入端应接地，这样当计数器

到达0101时，又重新置数为0000o

分位：以CD4518BCD码计数器来实现十进制计数功能，把7

4LS161的引脚12(Q3)接到分计时电路CD4518的引脚2,作为进位

信号。级联组装时，则要把分计时电路CD4518的引脚2接到快速

校分的输出端。

VCC

3

2

1

4511

109

4518

154

13

12

—11

10

9

415

414

(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。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相应相连,而每个数码管相应接地管脚与地线

还应连接一个300欧姆的电阻，以起保护作用。

4

5一

3

7一

-I

1

2

6

4.清零电路

①所用器件:一个1。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lo该电位通过一个反相器接入秒十位计数

器的Cr端,通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，电路连续计数,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，由于电容

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：

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74LS

00,一片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

关开时一，计数器正常计数；当开关闭合时一，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:

校分信号4060Q14第

工2＞分计数第时刖

秒进位嘛冷.E>

工

->

/

6.报时电路

①所用器件:一个蜂鸣器，一个三极管，两片74LS21,一片74LS

32,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。按照设计规定，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2KHz）。

设计思绪：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也许。然后当秒个位计数器分别

为0011,0101,0111的时候，可以与IKHz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：

Q3Q200011110

QIQO^^

000010

010110

11XXXX

1000XX

9分50秒时，分计数器的3Q1、3Q4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；由于U1的输出

端是作为此外两个与门U2和U3的输入端，因此只有在9分50秒以

后U2和U3才有被选通的也许。在此基础上，只要秒个位是3、5、

7时，也即当1QO=1,且1Q1或1Q2为高电平时，U2被选通，频率

为1kHz的信号可以通过与门U2,进入蜂鸣器产生鸣响。同样，当

秒个位为9时一，也即当1Q0、1Q3为高电平时,U3被选通，频率为2

kHz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。

②原理图：

3

4

AND

五.附加电路

。运用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成动态显示的效果。

电路图:

接显示酶服速丽

1GZBvcwc

3

接分个位。

1•IC22c3

接杪十位Q1•，僵分个位Q0

1C1警

理秒个位Q1・1CO'猊秒十位Q0

1Y'袋的个位QQ2

GNDDBVDD

^?DCOT8±

■,41'..：LT'

BrOA上

EL-OB

上3DDMOC8

FvccVCC±

十RCaO2G,vssOE

A

用

壬2c3

2C2接分个位Q2

晶

搂秒十位。2

一-SCI

I^CSCO接秒个位Q2

一LOAD

一

叫

士

六.实验感想

这次实验做的并不是十分抱负，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，由于我的振荡

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营。我

想重新连接校分电路,拔导线的时候犯错了，后来找不犯错误只

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

了我大量时间，也磨走了我的耐心,好几次找不犯错误的时候想

到要放弃，却还是不甘心。一遍又一遍地对线路，保证无误，然后

又请教其他同学，终于在最后一天的上午成功了。

这次实验不抱负的一个很重要的因素就是预习不够充足,对

于很多地方不理解，连接时稀里糊涂，犯错频繁。这次实验给了

我很好的教训I,对于任何事情做之前都要做好准备,才干不会在

执行的过程中有太多的阻碍。

七.实验中碰到的问题：

1.秒十连接好显示器显示九分九十九秒之后就暗了，通过几

十秒之后又从零开始计时。因素是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。

2.在校分时,连接于161Q3的线要去掉一根，这个细节我

一直没注意到,导致校分一直不成功,后来通过同学提醒才

知道。

八.附录

1.工具及器件清单

名称型号数量

直流稳压电源1

剥线钳1

面包板1

剪刀1

导线若干

镶子1

万用表1

LED显示器共阴3

译码器CD45113

BCD码计数器CD45181

四位二进制计数器74LS1612

分频器CD40601

D触发器74LS741

二入与非门74LS002

四入与门74LS212

非门CD40691

二入或门74LS321

晶振32768Hz1

三极管(NPN)80501

蜂鸣器1

电容10p1

20p1

22u2

电阻3003

4701

10k3

22M1

2、各元件的引脚图及功能表

(1)元件引脚图

VDDQ10Q8Q9Cr%CP0CP0Vcc2RD2D2CP2SD2Q2Q

VDD2Cr2QD2Qc2QB2QA2EN2CP

116115114113112I11I1UI9|14|13|12|ll|10|9|8|16|15|14|13|12|ll|10|9

)CC4060)74LS74)CC4518

1112131415161718_[11213l_415]6I?111213141516I718

G

Q12Q13Q14QQ5Q?Q4VSS1RD1D1CP1SD1Q1Q-GND1CP1ENlQAlQBlQclQnlCrWs

VccQccQAQBQCQDSILDVcc4B4A4Q3B3A3QVDD6A6Q5A5Q4A4Q

|16|15|14|13|1211111019114113121111101918|14|13|12|ll|10|9|8

)74LS161)74LSOO)CC4069

IIII6

1p2ABCD1112I3I4I516I7111213I41516I?

SoGND1AIBiQ2A2B2QGND1AIQ2A2Q3A3QVss

VDDfgabcdeVcc2D2CNC2B2A2Q

|16|15|14|13|12|14|13|12|ll|10|9|8

)CC4511

74LS21

1112Jj_l41516IT18111213I41516I7

BCLTBILEDAVss1AIBNCICIDIQGND

Vcc4B4A4Q3B3A3Q

|i4|13|12|ll|10|9|8

)74LS32

13n刖段爆，

edGNDch

CC4511逻辑功能表

输入输出

LEDCBAgfedcba字符

LT面

测灯0XXXXXX11111118

灭零10X00000000000消隐

锁存111XXXX显示LE=Of1时数据

110000001111110

110000100001101

110001010110112

110001110011113

译码110010011001104

110010111011015

110011011111006

110011100001117

110100011111118

110100111001119

CC4518逻辑功能表

输入输出

CrCPEN

QB

Ql)QcQA

清零1XX0000

计数