電工電子綜合實驗

1、電子電工綜合試驗（II）試驗報告 數(shù)字計時器設(shè)計班級：學(xué)號: 姓名：指導(dǎo)老師；一、試驗?zāi)康?.把握常見集成電路實現(xiàn)單元電路的設(shè)計過程。2.了解各單元再次組合新單元的方法。二、試驗要求實現(xiàn)0000到5959的可整點報時的數(shù)字計時器。三、試驗內(nèi)容1 設(shè)計實現(xiàn)信號源的單元電路。2 設(shè)計實現(xiàn)0000”-5959”計時器單元電路。3 設(shè)計實現(xiàn)快速校分單元電路。含防抖動電路（開關(guān)k1,頻率F2,校分時秒計時器停止）4 加入任意時刻復(fù)位單元電路（開關(guān)K2）5 設(shè)計實現(xiàn)整點報時單元電路（產(chǎn)生5953”,5955”,5957”,三低音頻率F3，5959”高音頻率F4）四、試驗器件1、 集成電路：NE5551片(

2、多諧振蕩)CD40401片（分頻）CD45182片（8421BCD碼十進制計數(shù)器）CD45114片（譯碼器）74LS003片（與非門）74LS201片（4輸入與非門）74LS212片（4輸入與門）74LS741片（D觸發(fā)器）2、 電阻：1K1只3K1只150 4只3、 電容：0.047uf 1只4、 共陰極雙字屏顯示器兩塊。五元器件引腳圖及功能表1.NE5551片(多諧振蕩)：(1)引腳布局圖：圖1 NE555引腳布局圖（2）規(guī)律功能表：(引腳4 )Vi1(引腳6)Vi2(引腳2)VO(引腳3)0××01> Vcc>Vcc01< Vcc<Vcc11&

3、lt; Vcc>Vcc不變表1 NE555規(guī)律功能表2.CD40401片（分頻）：（1）引腳布局圖：圖2 CD4040引腳布局圖（2）規(guī)律功能說明：CD4040是一種常用的12分頻集成電路。當在輸入端輸入某一頻率的方波信號時，其12個輸出端的輸出信號分別為該輸入信號頻率的2-12-12，在電路 中利用其與NE555組合構(gòu)成脈沖發(fā)生電路。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。引腳圖如圖3所示，其中VDD為電源輸入端，VSS為接地端，CP端為輸入端CR為清零端，Q1Q12為輸出端，其輸出信號頻率分別為輸入信號頻率的2-12-12。3.CD45182片（8421BCD碼十進制計數(shù)器）：（1）引腳布局圖：圖3

4、 CD4518引腳布局圖（2）規(guī)律功能表：輸入輸出CRCPENQ3Q2Q1Q0清零1××0000計數(shù)01BCD碼加法計數(shù)保持0×0保持計數(shù)00BCD碼加法計數(shù)保持01×保持表2 CD4518規(guī)律功能表4.CD4511四片（譯碼器）：（1）引腳布局圖：圖4 CD4511引腳布局圖（2）規(guī)律功能表：輸入輸出LEDCBAgfedcba字符測燈0××××××11111118滅零10×00000000000消隱鎖存111××××顯示LE=01時數(shù)據(jù)譯碼11

5、0000001111110110000100001101110001010110112110001110011113110010011001104110010111011015110011011111006110011100001117110100011111118110100111001119表3 CD4511規(guī)律功能表5.74LS003片（與非門）：（1）引腳布局圖：圖5 74LS00引腳布局圖（2）規(guī)律功能表：輸入輸出BAQ000011101110表4 74LS00規(guī)律功能表6.74LS20一片（4輸入與非門）：（1）引腳布局圖：圖6 74LS20引腳布局圖（2）規(guī)律功能表：輸入輸出AB

6、CDQ0XXX1X0XX1XX0X1XXX0111110表5 74LS20規(guī)律功能表74LS212片（4輸入與門）：（1）引腳布局圖：圖7 74LS21引腳布局圖（2）規(guī)律功能表：輸入輸出ABCDQ0XXX0X0XX0XX0X0XXX0011111表6 74LS21規(guī)律功能表8.74LS741片（D觸發(fā)器）：（1）引腳布局圖：圖8 74LS74引腳布局圖（2）規(guī)律功能表：輸入輸出CPDQ清零X01X01置“1”X10X10送“0”110O1送“1”11110保持O11X保持不允許X00X不確定表7 74LS74規(guī)律功能表9.電阻：電路所用的電阻為4色環(huán)電阻，阻值為330或者300的電阻共28只

7、、阻值為1k和3k的電阻各1只。10.電容：0.047uf 1只11.共陰極雙字屏兩塊：（1）引腳布局圖：圖9 共陰極雙字屏引腳布局圖（2）規(guī)律功能表：顯示字型gfedcba段碼001111113fh1000011006h210110115bh310011114fh4110011066h511011016dh611111017dh7000011107h811111117fh911011116fh表8 共陰極雙字屏規(guī)律功能表六、試驗原理電子計時器是由計時電路、譯碼顯示電路、脈沖發(fā)生電路和把握電路等幾部分組成的，其中把握電路可以分為校分電路、清零電路和報時電路。其具體的原理框圖如圖1所示。圖10

8、電路原理框圖電路各單元工作原理及規(guī)律設(shè)計總工作原理：由振蕩器產(chǎn)生的穩(wěn)定的高頻脈沖信號，作為數(shù)字鐘的時間基準，再經(jīng)分頻器輸出標準秒脈沖。秒計數(shù)器記滿60后向分計數(shù)器進位。計數(shù)器的輸出經(jīng)譯碼器送顯示器。記時消滅誤差時可以用校時電路進行校分，校秒。擴展電路必需在主體電路正常運行的狀況下才能進行功能擴展。1.秒脈沖發(fā)生電路規(guī)律圖如下：圖11 脈沖發(fā)生電路圖脈沖發(fā)生電路為計時電路供應(yīng)計數(shù)脈沖，由于設(shè)計的是計時器，所以需要產(chǎn)生1Hz的脈沖信號。這里接受石英晶體振蕩器和分頻器構(gòu)成。具體電路可由頻率為f0212Hz的晶體振蕩器和12位二進制串行分頻器CD4040實現(xiàn)。CD4040的最大分頻系數(shù)是212,即Q1

9、21Hz，從Q12可以輸出脈沖信號。2.計時電路秒個位清零信號f1=1Hz清零信號校分保持秒位信號秒十位分十位分個位清零信號清零信號圖12計時器規(guī)律電路圖計時電路鐘的計數(shù)器，可以接受加法計數(shù)器CD4518實現(xiàn)。將分和秒的個位、十位分別與七段數(shù)碼顯示器上對應(yīng)管腳連起來，使顯示器上顯示從0分0秒到59分59秒，然后清零重新計數(shù)。圖11電路左半部分對應(yīng)的是分的十位和個位，右部分對應(yīng)的是秒的個位和十位。秒的個位的CP端和分的個位的EN端都由校分電路供應(yīng)信號。同時分十位的EN連到分個位的6號角，秒同分。3.譯碼顯示電路譯碼器選用四線七段譯碼器CD4511，顯示器選用共陰雙字顯示器。圖13 譯碼顯示電路圖

10、將譯碼器CD4511的7個輸出端1、2、3、4、5、6、7分別與顯示器上的對應(yīng)端相連，譯碼器的3，4，5腳分別接1，1，0，輸入端接計數(shù)器CD4518的輸出端，即可實現(xiàn)數(shù)字顯示的功能。兩者都是從計數(shù)器的輸出端向CD4511的輸入端輸入信號，通過譯碼器4511后再輸入到數(shù)碼管中。（330的電阻是以防電流過大使數(shù)碼管燒毀）4.報時電路圖14 報時電路圖當需要在某一時刻報時，就將該時刻輸出為“1”的信號作為觸發(fā)信號，選通報時脈沖信號用蜂鳴器進行報時。要使蜂鳴器在5953、5955、5957時發(fā)出低聲（頻率為500Hz）；在5959時發(fā)出高聲（頻率為1KHz）。蜂鳴器的一端接地， 則另一端的輸入應(yīng)滿足

11、以下式子：H5953f3+5955 f3+5957 f3+5959f45951（QBf3QCf3QDf4）其中，QB、QC、QD分別是秒個位的輸出。 假設(shè)分十位所對應(yīng)的計數(shù)器的輸出為1QD,1QC,1QB,1QA；分個位所對應(yīng)的計數(shù)器的輸出為2QD,2QC,2QB,2QA；秒十位所對應(yīng)的計數(shù)器的輸出為3QD,3QC,3QB,3QA；秒個位所對應(yīng)的計數(shù)器的輸出為4QD,4QC,4QB,4QA。其中，Q4為高位，Q1為低位。 在5951時，四個計數(shù)器的輸出分別為：1QD1QC1QB1QA0101，2QD2QC2QB2QA1001，3QD3QC3QB3QA0101，4QD4QC4QB4QA0001。

12、因此，此時的觸發(fā)信號F1QC1QA2QD2QA3QC3QA4QA。而報時脈沖信號可以由CD4040輸出分頻信號中得到，低音選用500Hz的脈沖，高音選用1KHz的脈沖。連好之后，將輸出接到蜂鳴器的一端，蜂鳴器的另一端接地即可實現(xiàn)了定點報時的功能。5.校分電路校分開關(guān)分計時器個位時鐘端秒計數(shù)器十位進位端f2=2Hz秒計數(shù)器個位時鐘端（CP）圖15 校分電路圖如圖，校分開關(guān)打到“0”時，計數(shù)器正常計數(shù)；當開關(guān)打到“1”時，分計數(shù)器以2Hz的頻率進行快速校分。校分電路工作原理：當校分開關(guān)打開時：輸出為3Qc，接到分個位的EN端，實現(xiàn)正常進位；當校分開關(guān)閉合時：2Hz的脈沖正好送到分個位的EN端，使得

13、分位的數(shù)字能以2Hz的頻率快速跳動，從而實現(xiàn)快速校分。在校分過程中，將原本接地的秒個位的CP端接到74LS74的端。這樣，當校分開關(guān)打開時：實現(xiàn)正常進位，正常計數(shù)；當校分開關(guān)閉合時：相當于秒個位的CP端接高電平，秒個位停止計數(shù)，僅由分個位快速校準。6清零電路圖16 清零電路圖清零電路的工作原理：分別將分十位和秒十位的QB、QC端與非，之后再和一個清零開關(guān)與非，最終的輸出接到分十位和秒十位的Cr端。這樣，就可以實現(xiàn)任意狀態(tài)功能：任意狀態(tài)清零：若清零開關(guān)在某一時刻閉合，則無論1QB、1QC的值是多少，清零電路的輸出都為高電平，這樣可以實現(xiàn)任意狀態(tài)的清零。59清零：清零開關(guān)斷開，無論是對分位還是對秒

14、位，計數(shù)器計數(shù)到59時，假如再計數(shù)一次到60，即在秒十位到6的瞬間，3QB和3QC同時消滅高電平1，則會產(chǎn)生清零脈沖信號到達秒十位的Cr端實現(xiàn)59到00的清零；分位上的原理相同。七、試驗總規(guī)律圖八、試驗總引腳圖9. 試驗總結(jié)與感想 本次電工電子試驗總共持續(xù)了兩天時間，主要通過設(shè)計一個數(shù)字電子計時器來考察我們的動手操作力量，設(shè)計電路的力量和整理資料的力量，目的是為了掛念我們把握常見集成電路實現(xiàn)單元電路的設(shè)計過程，了解各單元再次組合新單元的方法。開學(xué)前一天下午，在試驗室聚精會神的聽完老師對我的試驗要求之后，回到寢室的我們就開頭了緊鑼密鼓的預(yù)備工作，我們通過同學(xué)之間的爭辯和溝通，加上從網(wǎng)上搜集的各種

15、資料，漸漸的設(shè)計出了完整清楚的規(guī)律圖，雖然我們對每個部分的功能都進行了認真的劃分和設(shè)計，但是等到了試驗臺的時候才發(fā)覺一切不是那么回事，首先是幾個集成元器件的布局問題，雖然在設(shè)計電路，畫電路圖的時候就已經(jīng)留意到了這個，但在真實的試驗臺上連線的時候感覺還是完全不一樣的，第一次的時候由于布局的不合理導(dǎo)致線路連到后面格外的亂，并且很難安裝電阻和電容，接著就是每個芯片都應(yīng)當連接電源，但是在做試驗的時候，卻在檢查電路的時候發(fā)覺自己的很多芯片并沒有連上電源，導(dǎo)致很多芯片并沒有工作，所以雖然我第一個半天就已經(jīng)把線路連好，但是在接上電源之后顯示屏并沒有任何的反映，當天回到寢室之后，認真爭辯了一下電路圖，又回想了

16、一下當天的問題，顯示屏上的數(shù)字完全沒有動，說明整個電路都沒有工作，那就可能是芯片的電源沒有接上去，或者就是電路設(shè)計錯誤。其次天到了試驗室之后開頭檢查電路，發(fā)覺線路和自己的電路圖沒有什么兩樣，之后從時間的角度考慮，最終選擇放棄了第一版的電路圖轉(zhuǎn)而選擇了其次版的電路圖，重新開頭了連線，但是在連完線之后發(fā)覺電路照舊不工作，最終我選擇用萬用表一個接一個管腳的去試，最終發(fā)覺是試驗臺的電源處不供電，換了一個電源之后，電路最終開頭工作了，但是僅僅是秒鐘的部分，分鐘的部分照舊不走，經(jīng)過認真的檢查發(fā)覺，竟然有一根線完全沒有接進顯示屏，而是接在了外面，最終經(jīng)過檢查和調(diào)整，全部的部分都正常運行，除了蜂鳴器，有了前幾次的檢查閱歷，這次檢查起來就順風(fēng)順水多了，一會會兒就發(fā)覺蜂鳴器不響的緣由是沒有接地，最終在中午結(jié)束前，順當?shù)耐瓿闪诉@次的試驗。通過這次的試驗，我發(fā)覺在做試驗的時候肯定要戒驕戒躁，心平氣和的去連線，每一根線都要看清楚，不能連串了，要找準各管腳的位置，另外要留意一些1和0 的管腳借口，然后是安裝秒脈沖電路，要留意1千歐和3千歐的區(qū)分，這個可以用歐姆表測量。計數(shù)器電路選好進位管腳即可，但是要留意接入校分和清零電路時引腳的細節(jié)。報時電路接口比較簡單，從4518引出導(dǎo)線時留意吧，很多同學(xué)都是進位沒有處