定时控制电路的设计实验

一、实验目的（1）掌握用中小规模集成电路设计时序逻辑电路的方法。（2）训练并掌握数字电路的安装、测试及查找错误及排除故障的能力。（3）熟悉74LS161的两种置零方法（异步置零和同步置数）的应用。二、实验任务按照实验室给定的器件设计一个定时控制电路，控制电暖气的工作。其功能要求是：（1）用定时控制电路控制电暖气工作。（2）在电暖气停止工作期间该电路作为电子表，显示“时”、“分”。控制电暖气的的工作程序如下:电路启动后预热（慢速升温）3升温452号，等待主人关断总电源。电暖气控制电路设置一个温度检测信号的输入端，当温度没有超过预定值时，该输入端为低电平；超过预定值时该输入端变成高电平。用这个跳变电压，控制电路立即转换为保温状态。电路的开启、预热、加速升温、温度保持其告警的状态分别用五个发光二极管表示告警还同时用实验箱上的蜂鸣器做声音告警。三、实验内容1、必做内容：设计安装时钟电路。最小单位为“分”，小时以“24”小时进制计数。小时的十位显示用左数第三个字码管，为简化电路，要求字码管的b、c段同时亮表示“1”，字码管的a、d、e、g段同时亮表示“2”，字码管的公共端要接地。时钟显示电路设计思路：用两个74LS161级联组成60进制计数器，再将两个74LS90级联组成24进制计数器，计数器按照如下图方式级联可以使得所用的逻辑门最少。60进制电路由书中给出，24进制电路将Q0与CPB相连是一个2进制计数，再将Q3与第二级的CPA相连，使第一级为10进制电路；第二级中，Q0与CPB相连组成2进制计数电路后，将第一二级的R1相连后与第一级的Q2相连，第一二级的R2相连后与第二级的Q1相连，此时电路满足当计数器为24时，电路清零，即24进制计数器。电路图为：连线图为：电路用数码管显示分、时，左边显示分，采用60进制；右边显示时，采用24进制。2、选做内容1：设计安装定时电路，显示累计时间，依次在计数到3分、48分、2小时48分时三个时刻电路有动作，用五个指示灯分别显示电源、预热、加热、保温、告警等工作状态。温度到达预定值时能够停止加热。累计时间电路设计思路：在上图电路中，加上由D触发器组成的工作电路。将D触发器的输入端接所需要的条件，例如：3分钟=分钟计数器个位中Q0、Q1均为1，并将D触发器的输出的逆Q’接到置位端S’上。当条件不满足时，Q’为1，当条件满足后，Q’为0，电路被置位，电路开始持续工作。电路仿真如下图所示：满足3分钟时：满足48分钟时：满足2小时48分钟时：注意事项：实验箱上只有3个数码管，所以时钟十位数码管需要自己搭建。电路图已给出。小时十位的显示方法：因为一个门电路的输出，在高电平时带动的发光二极管数不要超过三个，否则亮度不够，因此采用下面的电路来驱动：四、思考题（1）如果计数器不能启动，应采用什么方法解决？怎样避免计数器不能启动的问题？答：计数器不能启动有两种解决方法：1、增加异步清零，当电路不在工作状态时启动异步清零使电路回到正常工作状态，但是这种方法存在竞争冒险的风险。2、增加适当的逻辑关系，使所有的非正常工作状态可以再有限个状态转换之后回到正常工作状态。避免计数器不能启动，必须在电路设计完毕之后认真检查电路是否存在不能启动的问题，预先做好解决办法。（2）如果要求定时控制电路的“时”计数器既能以十二进制计数，又能以二十四进制计数（用高低电平控制），应如何实现？答：设计思想：电路图如下图所示，使用数据选择器（多路复用器），控制端M选择时钟进制，当M=0时，多路复用器选择S1，即时钟个位Q1和十位Q0，其余电路连接方法相同，此时为12进制；当M=0时，多路复用器选择S2，即时钟个位Q2和时钟十位Q1，其余电路连接方法相同，此时电路为24进制。（3）在进行计时时钟的对表调整时，会出现按动一次开关，计数器跳动若干次的现象，这是什么原因造成的，怎样克服？答：计数器跳动是因为由于手的颤抖使电路中发生险象，可以使用一个触发器解决，即只对用户的第一个输入做出反映，然后立即保持这一状态一段时间，直到足够的时钟周期之后才接受用户的下一个输入。五、实验总结仿真跟实际电路还是有多不同，仿真通过了真正做实验还是会遇到很多问题。电路检查的时候，由于线比较多，而且连接的不是很整齐，跟上次一样，检查起来很复杂，所以真的是要尽量使电路分布更清晰，避免跳线、飞线，良好的习惯对实验是很有帮助的。有时会产生接触不良的现象，会使实验现象不稳定。实验时也遇到很多问题，真的好多都是自己习惯的问题，自己接线的问题，都是细心一点可以避免的。