南理工電子電工實(shí)驗(yàn)2資料

1、南京理工大學(xué)電工電子綜合實(shí)驗(yàn)II1104210121 蔣華熔1/18電子電工綜合實(shí)驗(yàn)（ II）實(shí)驗(yàn)報(bào)告數(shù)字計(jì)時(shí)器設(shè)計(jì)班級(jí)： 9121042102學(xué)號(hào) : 912116660123姓名：王剛指導(dǎo)老師；鐘徳榮1南京理工大學(xué)電工電子綜合實(shí)驗(yàn)II1104210121 蔣華熔2/18目錄一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?,3二、 實(shí)驗(yàn)要求 ,3三、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 ,3四、 實(shí)驗(yàn)器件 ,3五、 元器件引腳圖及功能表 ,4六、 實(shí)驗(yàn)原理 ,101.秒脈沖發(fā)生電路 ,112.計(jì)時(shí)器電路 ,113.譯碼顯示電路 ,124.報(bào)時(shí)電路 ,135.校分電路 ,146.清零電路 ,15七、 邏輯圖 ,16八、 引腳接線圖 ,16九、 實(shí)驗(yàn)總

2、結(jié) ,16參考文獻(xiàn) ,17一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆粘Ｒ?jiàn)集成電路的工作原理和使用方法。學(xué)會(huì)單元電路的設(shè)計(jì)方法和單元間設(shè)計(jì)組合。2南京理工大學(xué)電工電子綜合實(shí)驗(yàn)II1104210121 蔣華熔3/18二、實(shí)驗(yàn)要求實(shí)現(xiàn)從 0000到 59 59的多功能數(shù)字計(jì)時(shí)器，并且滿足規(guī)定的清零，快速校分以及報(bào)時(shí)功能的要求。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試脈沖發(fā)生電路。2設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試 5959計(jì)時(shí)器電路。3設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試譯碼顯示電路。4設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試任意狀態(tài)清零電路。5設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試快速校分電路。6設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路（5953、 5955、 5957時(shí)發(fā)出頻率為 500Hz的低聲； 59 59時(shí)發(fā)出頻率為

3、 1KHz的高聲）。7設(shè)計(jì) 1 5項(xiàng)聯(lián)接構(gòu)成數(shù)字計(jì)時(shí)器電路四、實(shí)驗(yàn)器件1、集成電路：NE5551 片( 多諧振蕩 )CD40401 片（分頻）CD45182 片（8421BCD碼十進(jìn)制計(jì)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330 （300）28 只3、電容：0.047uf1 只3南京理工大學(xué)電工電子綜合實(shí)驗(yàn)II1104210121 蔣華熔4/184、 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 ) ：引

4、腳布局圖：圖 1 NE555 引腳布局圖（ 2）邏輯功能表：錯(cuò)誤！未找Vi1 ( 引腳 6)Vi2 ( 引腳 2)VO( 引腳 3)到引用源。(引腳 4)001210 3 Vcc 3Vcc1211 3 Vcc 3Vcc121不變 3Vcc表 1 NE555邏輯功能表2.CD4040 1 片（分頻）：（ 1）引腳布局圖：4南京理工大學(xué)電工電子綜合實(shí)驗(yàn)II1104210121 蔣華熔5/18圖 2 CD4040 引腳布局圖（ 2）邏輯功能說(shuō)明：CD4040是一種常用的12 分頻集成電路。 當(dāng)在輸入端輸入某一頻率的方波信號(hào)時(shí)，其 12 個(gè)輸出端的輸出信號(hào)分別為該輸入信號(hào)頻率的2-1 2-12 ，在電

5、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 CR112-1-12。為清零端， Q Q 為輸出端，其輸出信號(hào)頻率分別為輸入信號(hào)頻率的223.CD45182 片（8421BCD碼十進(jìn)制計(jì)數(shù)器）：（ 1）引腳布局圖：圖 3 CD4518 引腳布局圖（ 2）邏輯功能表：輸入輸出CRCPENQ3Q2Q1Q0清零100005南京理工大學(xué)電工電子綜合實(shí)驗(yàn)II1104210121 蔣華熔6/18計(jì)數(shù)01BCD碼加法計(jì)數(shù)保持00保持計(jì)數(shù)00BCD碼加法計(jì)數(shù)保持01保持表 2 CD4518邏輯功能表4.

6、CD4511四片（譯碼器）：（1）引腳布局圖：圖 4 CD4511 引腳布局圖（2）邏輯功能表：輸入輸出LEDCBA g fe d c b a字符測(cè)燈011111118滅零1000000000000消隱鎖存111 顯示 LE=01 時(shí)數(shù)據(jù)譯碼1100000011111101100001000011011100010101101121100011100111131100100110011041100101110110151100110111110061100111000011171101000111111181101001110011196南京理工大學(xué)電工電子綜合實(shí)驗(yàn)II1104210121 蔣

7、華熔7/18表 3 CD4511 邏輯功能表5.74LS003 片（與非門）：（1）引腳布局圖：圖 5 74LS00 引腳布局圖（2）邏輯功能表：輸入輸出BAQ000011101110表 474LS00邏輯功能表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）邏輯功能表：輸入輸出7南京理工大學(xué)電工電子綜合實(shí)驗(yàn)II1104210121 蔣華熔8/18ABCDQ0XXX1X0XX1XX0X1XXX0111110表 574LS20 邏輯功能表74LS212 片（4 輸入與門）：（1）引腳布局圖：圖 7 74LS21 引腳布局圖（2）邏輯功能表：輸入輸

8、出ABCDQ0XXX0X0XX0XX0X0XXX0011111表 674LS21 邏輯功能表8.74LS741 片（D觸發(fā)器）：（ 1）引腳布局圖：8南京理工大學(xué)電工電子綜合實(shí)驗(yàn)II1104210121 蔣華熔9/18圖 8 74LS74 引腳布局圖（ 2）邏輯功能表：輸入輸出CPRDSDDQ N 1QN 1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邏輯功能表電阻：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、阻值為 1k和 3k的電阻各 1 只。電容：0.047uf

9、1 只共陰極雙字屏兩塊：（1）引腳布局圖：圖 9共陰極雙字屏引腳布局圖9南京理工大學(xué)電工電子綜合實(shí)驗(yàn)II1104210121 蔣華熔10/18（2）邏輯功能表：顯示字型gfedcba段碼001111113fh1000011006h210110115bh310011114fh4110011066h511011016dh611111017dh7000011107h811111117fh911011116fh表 8共陰極雙字屏邏輯功能表六、實(shí)驗(yàn)原理電子計(jì)時(shí)器是由計(jì)時(shí)電路、譯碼顯示電路、脈沖發(fā)生電路和控制電路等幾部分組成的，其中控制電路可以分為校分電路、 清零電路和報(bào)時(shí)電路。 其具體的原理框圖如圖 1

10、 所示。圖 10 電路原理框圖電路各單元工作原理及邏輯設(shè)計(jì)總工作原理 ：由振蕩器產(chǎn)生的穩(wěn)定的高頻脈沖信號(hào)，作為數(shù)字鐘的時(shí)間基準(zhǔn)， 再經(jīng)分頻器10南京理工大學(xué)電工電子綜合實(shí)驗(yàn)II1104210121 蔣華熔11/18輸出標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖。 秒計(jì)數(shù)器記滿 60后向分計(jì)數(shù)器進(jìn)位。 計(jì)數(shù)器的輸出經(jīng)譯碼器送顯示器。記時(shí)出現(xiàn)誤差時(shí)可以用校時(shí)電路進(jìn)行校分，校秒。擴(kuò)展電路必須在主體電路正常運(yùn)行的情況下才能進(jìn)行功能擴(kuò)展。秒脈沖發(fā)生電路邏輯圖如下：VDD5VR1VDDU2555_TIMER_RATED1.0k VCCRSTOUT2 R2DISC1THR1.0k 1TRI47nFCONGND0圖 11 脈沖發(fā)生電路圖脈沖

11、發(fā)生電路為計(jì)時(shí)電路提供計(jì)數(shù)脈沖，因?yàn)樵O(shè)計(jì)的是計(jì)時(shí)器， 所以需要產(chǎn)生 1Hz的脈沖信號(hào)。這里采用石英晶體振蕩器和分頻器構(gòu)成。具體電路可由頻率為 f 0212Hz的晶體振蕩器和 12位二進(jìn)制串行分頻器 CD4040實(shí)現(xiàn)。 CD4040的最大分頻系數(shù)是 212, 即Q121Hz，從 Q12可以輸出脈沖信號(hào)。計(jì)時(shí)電路11南京理工大學(xué)電工電子綜合實(shí)驗(yàn)II1104210121 蔣華熔12/18清零信號(hào)清零信號(hào)U8A14U6A15&10&574LS00D74LS00DU7AU5A74LS00D74LS00D&11&64U4A7U3AU2A2U1A8 93&23232323EN11AEN11AEN11AEN1

12、1A14141414CP11BCP11BCP11BCP11B55551C1C1C1C76767676MR11DMR11DMR11DMR11D14518BD_5V4518BD_5V4518BD_5V4518BD_5V013f 1=1Hz1216秒個(gè)位分十位分個(gè)位秒十位清零信號(hào)清零信號(hào)校分保持秒位信號(hào)圖 12計(jì)時(shí)器邏輯電路圖計(jì)時(shí)電路鐘的計(jì)數(shù)器，可以采用加法計(jì)數(shù)器CD4518實(shí)現(xiàn)。將分和秒的個(gè)位、十位分別與七段數(shù)碼顯示器上對(duì)應(yīng)管腳連起來(lái)，使顯示器上顯示從0分 0秒到 59分 59秒，然后清零重新計(jì)數(shù)。圖11電路左半部分對(duì)應(yīng)的是分的十位和個(gè)位，右部分對(duì)應(yīng)的是秒的個(gè)位和十位。秒的個(gè)位的 CP端和分的個(gè)位

13、的 EN端都由校分電路提供信號(hào)。 同時(shí)分十位的 EN連到分個(gè)位的 6號(hào)角，秒同分。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。0CAU3ABCDEFGHABCDEFGH151617181912345673210954111111GABCDEFGOOOOOOOES7/DLITCBABCDE B L DDDD5437126212820U24511BD_5V2223242526278910111213143210954111111ABCDEFGG OOOOOOOEU1S7/4511BD_5VDLITCBABCDE B L DDDD5437126VCC5V0VCC圖 1

14、3 譯碼顯示電路圖12南京理工大學(xué)電工電子綜合實(shí)驗(yàn)II1104210121 蔣華熔13/18將譯碼器 CD4511的7個(gè)輸出端 1、2、3、4、5、6、7分別與顯示器上的對(duì)應(yīng)端相連，譯碼器的 3，4，5腳分別接 1，1，0，輸入端接計(jì)數(shù)器 CD4518的輸出端，即可實(shí)現(xiàn)數(shù)字顯示的功能。兩者都是從計(jì)數(shù)器的輸出端向 CD4511的輸入端輸入信號(hào)，通過(guò)譯碼器 4511 后再輸入到數(shù)碼管中。（ 330的電阻是以防電流過(guò)大使數(shù)碼管燒毀）報(bào)時(shí)電路U1B74LS21DU2A74LS20DU1AU3CU3BU3A74LS21 D74LS00 D74LS00 D74LS00 D3Qd3Qa 2Qc2Qa1QdF

15、41QcF31QbF31Qa圖 14 報(bào)時(shí)電路圖13南京理工大學(xué)電工電子綜合實(shí)驗(yàn)II1104210121 蔣華熔14/18當(dāng)需要在某一時(shí)刻報(bào)時(shí)，就將該時(shí)刻輸出為“1”的信號(hào)作為觸發(fā)信號(hào)，選通報(bào)時(shí)脈沖信號(hào)用蜂鳴器進(jìn)行報(bào)時(shí)。要使蜂鳴器在 5953、5955、5957時(shí)發(fā)出低聲（頻率為 500Hz）；在 5959時(shí)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)滿足以下式子：H 5953f 3+5955 f 3+59 57 f 3+5959f 45951（ QBf 3QCf 3 QDf 4）5951 QB f 3QC f 3QD f 4其中， QB、QC、QD分別是秒個(gè)位的輸出。假

16、設(shè)分十位所對(duì)應(yīng)的計(jì)數(shù)器的輸出為 1QD,1QC,1QB,1QA；分個(gè)位所對(duì)應(yīng)的計(jì)數(shù)器的輸出為 2QD,2QC,2QB,2QA；秒十位所對(duì)應(yīng)的計(jì)數(shù)器的輸出為 3QD,3QC,3QB,3QA；秒個(gè)位所對(duì)應(yīng)的計(jì)數(shù)器的輸出為 4QD,4QC,4QB,4QA。其中， Q4為高位， Q1為低位。在 5951時(shí)，四個(gè)計(jì)數(shù)器的輸出分別為：1QD1QC1QB1QA0101，2QD2QC2QB2QA1001，3QD3QC3QB3QA0101，4QD4QC4QB4QA0001。因此，此時(shí)的觸發(fā)信號(hào) F 1QC1QA2QD2QA3QC3QA4QA。而報(bào)時(shí)脈沖信號(hào)可以由CD4040輸出分頻信號(hào)中得到，低音選用 500H

17、z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(shí)現(xiàn)了定點(diǎn)報(bào)時(shí)的功能。校分電路14南京理工大學(xué)電工電子綜合實(shí)驗(yàn)II1104210121 蔣華熔15/18f 2 =2Hz秒計(jì)數(shù)器十位進(jìn)位端VDD2VDD5VU1AU2A分5VVDD641PR&計(jì)83U4AVDD31CLK1Q574LS00D_VHDL7時(shí)1&21D1Q6U3A5器0VDD1CLR&74LS00D_VHDL個(gè)1校74LS74D位分74LS00D_VHDL時(shí)開VDD45V鐘關(guān)端秒計(jì)數(shù)器個(gè)位時(shí)鐘端（ CP）圖 15校分電路圖如圖，校分開關(guān)打到 “0時(shí)”，計(jì)數(shù)器正常計(jì)數(shù)；當(dāng)開關(guān)打到“1時(shí)”，分

18、計(jì)數(shù)器以 2Hz的頻率進(jìn)行快速校分。校分電路工作原理：當(dāng)校分開關(guān)打開時(shí)：輸出為 3Qc，接到分個(gè)位的 EN端，實(shí)現(xiàn)正常進(jìn)位；當(dāng)校分開關(guān)閉合時(shí)： 2Hz的脈沖正好送到分個(gè)位的 EN端，使得分位的數(shù)字能以 2Hz的頻率快速跳動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)快速校分。在校分過(guò)程中， 將原本接地的秒個(gè)位的 CP端接到 74LS74的 Q 端。這樣，當(dāng)校分開關(guān)打開時(shí)：實(shí)現(xiàn)正常進(jìn)位，正常計(jì)數(shù)；當(dāng)校分開關(guān)閉合時(shí)：相當(dāng)于秒個(gè)位的CP端接高電平，秒個(gè)位停止計(jì)數(shù)，僅由分個(gè)位快速校準(zhǔn)。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(gè)清零開關(guān)與非， 最后的輸出接到分十位和秒十位的Cr

19、端。這樣，就可以實(shí)現(xiàn)任15南京理工大學(xué)電工電子綜合實(shí)驗(yàn)II1104210121 蔣華熔16/18意狀態(tài)功能：任意狀態(tài)清零：若清零開關(guān)在某一時(shí)刻閉合，則無(wú)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(shí)現(xiàn)任意狀態(tài)的清零。59清零：清零開關(guān)斷開，無(wú)論是對(duì)分位還是對(duì)秒位，計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到59時(shí)，如果再計(jì)數(shù)一次到 60，即在秒十位到 6的瞬間， 3QB和3QC同時(shí)出現(xiàn)高電平 1，則會(huì)產(chǎn)生清零脈沖信號(hào)到達(dá)秒十位的Cr端實(shí)現(xiàn) 59到 00的清零；分位上的原理相同。七、實(shí)驗(yàn)總邏輯圖U7A74LS00D92 919074U8AU9A74LS00D74LS00DVCC935V94VCC9565U13

20、AQQ1RR1L4CP11 KLCD113274LS74D89J2Key = Space770VCCVCC5V88U19O07O16O25O33O42O54O613O712O8014O9MR 1115O101O11CP104040BD_5VVCCR291k 8586R303k C10VCC5VVCCJ1Key = SpaceU22A2EN11A3697470MR11B01C516CP11D4518BD_5VU2A73U3A74LS00D74LS00DU23A2EN11A37574MR11B0 11C5CP11D64518BD_5VU4A74LS00DU24A2EN11A361627MR11B4

21、01C51CP11D64518BD_5VU5A7674LS00DU6A74LS00DU25A2EN11A3577MR11B4585591C6CP11D4518BD_5V969779U15B74LS21D87VCC5V8U17VCC4RSTOUT37DIS6THR2TRI5CONGND1LM555CM0U187DAOA1329111230271DBOB2DCOC11313726DDOD103243350 5ELOE9OF153464BIOG14357VCC3LT4511BD_5VVCC5V65U1936127DAOA1366112371378DBOB3814672DCOC11686DDOD103

22、98OE94090 5EL154110OF4BIOG1442113LTVCC4511BD_5VVCCVCCVCC5V5VU2043197DAOA134420631DBOB122DCOC114521646DDOD104615471605ELOE9OF1548174BIOG1449183LTVCC4511BD_5VVCC5VU2150267DAOA131DBOB125127211522860DCOC53226DDOD100OE954235ELOF1555244BIOG1456253LTVCC4511BD_5V5V VCCU11AU12A74LS00D74LS00DU14A74LS21D838482

23、8081U16BU30A74LS20D74LS21D98U310BUZZER200 HzU26K CBCDEFG0U27K CBCDEFGU28K CBCDEFGU29K CBCDEFGU10A74LS00D47nF16南京理工大學(xué)電工電子綜合實(shí)驗(yàn)II1104210121 蔣華熔17/18八、實(shí)驗(yàn)總引腳圖（見(jiàn)手繪圖）九 . 實(shí)驗(yàn)總結(jié)與感想本次實(shí)驗(yàn)總體考察動(dòng)手能力和收集，整理資料的能力， 目的是制作一個(gè)多功能計(jì)數(shù)器， 掌握常見(jiàn)集成電路實(shí)現(xiàn)單元電路的設(shè)計(jì)過(guò)程，了解各單元再次組合新單元的方法。在實(shí)驗(yàn)室聽(tīng)了老師的詳細(xì)講解及一些關(guān)鍵點(diǎn)的指導(dǎo)后，加上回寢與同學(xué)的交流探討，還有網(wǎng)絡(luò)查詢，最后設(shè)計(jì)出來(lái)了完整的邏輯圖，幾大功能模塊很清晰，一目了然，但實(shí)際做的時(shí)候卻發(fā)現(xiàn)并非那么容易，首先是布局， 就那么點(diǎn)大一塊面包板，上面需要放上 17個(gè)集成芯片加上 30個(gè)電阻，沒(méi)有一個(gè)全局的思想， 后面就會(huì)出現(xiàn)混亂。 接著就是電源問(wèn)題， 每個(gè)芯片都需要接電源， 這就需要電源合理的安排，這樣還能避免出現(xiàn)冒險(xiǎn)， 可以達(dá)到濾波的效果。 雖然實(shí)驗(yàn)前已經(jīng)把理論研究的很透徹了，但是理論跟實(shí)踐并不是一回事，做實(shí)驗(yàn)的時(shí)候問(wèn)題層出不窮。第一天下午并沒(méi)有完成任務(wù)， 畢竟是第一次遇到這么復(fù)雜的排線布局， 難免有些慌