电气制图及CAD实验报告.docx
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电气制图及CAD实验报告
电气制图及CAD实验报告
—--——一小时电子计时器
姓名：
杨荣宗
学号：
913110200228
专业:
自动化专业
一、实验简介
此次实验主要是两个实验的设计,数字秒表与电子计时器。
由于当时由于学校的一些社会实践的工作比较忙，因此选择了这些较为简单的实验科目进行,并完成了数字秒表的原理图绘制与PCB板制作。
后期在数字秒表的基础上，加上部分元器件完成了功能更加复杂的电子计数器的原理图绘制与PCB板的制作.由于两个电路的工作原理相似，电子计数器包涵了数字秒表的功能，本文在给出数字秒表的原理图与PCB板之后，着重从电子计数器进行详细介绍。
包括电子计数器原理图的multisim软件仿真，电路各个模块功能的分析，主要芯片的功能介绍以及内部封装和引脚分布，之后利用protel软件绘制出电子计数器的原理图与PCB板。
数字秒表只能完成00到59秒的计时功能，而电子计数器则可以完成从00：
00到59:
59的计时功能，并在控制电路的作用下实现快速校分,清零，自动报时等功能.
二、实验器件介绍
主要芯片引脚图及功能表
CD4511译码器
图2。
2.1CD4511译码器引脚图
表2.2。
1CD4511译码器功能表
输入
输出
LT
BI
LE
D4
D3
D2
D1
g
f
e
d
c
b
a
字符
测灯
0
×
×
×
×
×
×
1
1
1
1
1
1
1
8
灭零
1
0
×
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
消隐
锁存
1
1
1
×
×
×
×
显示LE=0→1时数据
译码
1
1
0
0
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
0
1
1
0
0
0
0
1
0
0
0
0
1
1
0
1
1
1
0
0
0
1
0
1
0
1
1
0
1
1
2
1
1
0
0
0
1
1
1
0
0
1
1
1
1
3
1
1
0
0
1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
4
1
1
0
0
1
0
1
1
1
0
1
1
0
1
5
1
1
0
0
1
1
0
1
1
1
1
1
0
0
6
1
1
0
0
1
1
1
0
0
0
0
1
1
1
7
1
1
0
1
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
8
1
1
0
1
0
0
1
1
1
0
0
1
1
1
9
CD4518计数器
图2.2.2CD4518BCD码计数器引脚图
表2.2.2CD4518BCD码计数器功能表：
输入
输出
CR
CP
EN
Q3
Q2
Q1
Q0
清零
1
×
×
0
0
0
0
计数
0
↑
1
BCD码加法计数
保持
0
×
0
保持
计数
0
0
↓
BCD码加法计数
保持
0
1
×
保持
CD4040分频器
图2.2。
3CD4040分频器引脚图
NE555定时器
图2.2.2NE555定时器引脚图
表2。
2。
2NE555定时器功能表
（引脚4）
Vi1（引脚6）
Vi2（引脚2）
VO（引脚3）
0
×
×
0
1
〉2/3Vcc
>1/3Vcc
0
1
<2/3Vcc
<1/3Vcc
1
1
<2/3Vcc
>1/3Vcc
不变
74LS74D触发器
图2.2.574LS74D触发器引脚图
表2。
2。
574LS74D触发器功能表
输入
输出
CP
D
清零
×
0
1
×
0
1
置“1”
×
1
0
×
1
0
送“0"
↑
1
1
0
0
1
送“1”
↑
1
1
1
1
0
保持
0
1
1
×
保持
不允许
×
0
0
×
不确定
74LS00双四与非门
图2.2.674LS00双四与非门引脚图
74LS20四入双与非门
图2。
2.774LS20四入双与非门引脚图
74LS21四入双与门
图2.2。
874LS21四入双与门引脚图
三、电路设计及结果
3。
1数字秒表原理图
3。
2数字秒表PCB板布线图
3.3数字秒表PCB板3D图
3。
4电子计时器设计原理
3.4。
1、各部分电路解析
3.4.1.1、脉冲发生电路
脉冲发生电路即为电子计时器产生脉冲的电路，本文采用NE555振荡器和CD4040分频器产生实验所需要的脉冲信号频率其中：
f0=1.44/[（R1+2R2）C]=4.38kHzR1=1KΩ，R2=3KΩ，C=0，047uF。
12
CD4040的最大分频系数是2,即Q12=f0/2=1Hz（理论值为1。
068579Hz,每小时慢231.04秒），从Q12可以输出1Hz，从Q11可以输出2Hz，从Q6可以输出500Hz,从Q7可以输出1kHz。
Multisim仿真电路如图1：
图1
3.4。
1..2、计时电路
本文采用二—十进制加法计数器CD4518来实现来实现计时电路.CD4518时一种常用的8421BCD码加法计数器。
每一片CD4518集成电路中集成了两个相互独立的计数器，正好作为计时器的分位（00—59）与秒位（00-59）的计数。
当清零端输入1,EN端为1且CP端输入时钟信号.其输出端Q3Q2Q1Q0输出从0000到1001（即十进制中的0到9）的循环。
所以当使用其作为分和秒的个位进行计数时不需对其进行反馈清零，而用其进行分和秒的十位计数时，需要在Q3Q2Q1Q0输出0110时（即十进制中的6），对其进行清零（因为CD4518是异步清零）.
Multisim仿真电路如图2:
（由于截图限制，只截下了部分电路，下同）
图2
3.4。
1.3、译码显示电路
本文选用CD4511数码管驱动芯片，将计数电路产生的即使信号转化为数码管的显示信号.此处数码管选用共阴双字显示器，来自计数电路的信号通过译码器CD4511，为了避免电路中的电流过大而烧坏电路，本实验中在数码管的每一个显示输入端加上了限流电阻（约330欧姆）。
Multisim仿真电路如图3：
（同上，只截下分位电路）
图3
3.4.1。
4、报时电路
记蜂鸣器的符号为W，根据报时要求实现三低一高整点报时（59分53秒、59分55秒、59分57秒低声报时，59分59秒高声报时）。
得到报时电路的表达式如下：
W=59′53″*f3+59′55″＊f3+59′57″＊f3+59′59″*f4
=59′53″（2″＊f3+4″＊f3+6″*f3+8″＊f4）
本模块中采用74LS00、74LS20、74LS21、蜂鸣器的组合产生了需要的电路。
Multisim仿真电路如图4：
图4
3.4。
1.5、控制电路
3.4.1.5.1、校分电路
为了快速对计时器进行调时，并且检测的电路报时功能。
在该电子计时器中设计了快速较分电路。
校分电路要实现的功能为:
当开关打到“0”时,计数器能够正常计数；当开关打到“1"时，分计数器输入2Hz的脉冲实现快速的计数，调整分位的显示，而秒位则保持不变。
考虑到事件情况中容易出现抖动的现象，电路中引入了D触发器,由于D触发器的输出端只在时钟的上升沿变化，而其他时刻保持上一次的电平，很好的实现了防抖动的功能。
相对应的在清零电路中也可以采用同样的方式解决抖动的问题。
图5
3。
4。
1。
5.2、清零电路
考虑到电子计数器功能的完整性，应该具备在任意时刻将计时器复位的功能，因此设计了清零电路，来实现这一功能.因为前面74LS74还有一端没有用着,正好可以利用剩余的部分接到开关上来实现同步清零。
（实际连接中发现，此处可以不设置防抖动电路）（此处由于截图不变略去，见总图6）
3.4。
2、整体电路及PCB板
3。
4.2.1、电子计时器multisim模拟仿真电路
由于软件的原因部分元器件的符号与实际芯片有所差异，对部分进行了等效替代，但是实现了相同的功能，因此验证了实验电路的正确性。
原理图见图6：
图6
3。
4。
2.2、电子计时器Protel原理图
图7
3。
4.2.3、电子计时器PCB板布线图
图8
3。
4。
2。
4、电子计时器PCB板3D图
图9
四、实验总结
本课程为期三个礼拜，在实验的过程中，尽管由于社会实践等原因最终的实验没有做好充足的准备，但是，整个的实验过程。
整个关于CAD制图的细节基本了解到了。
绘图的过程中遇到了一个不小的麻烦，由于元器件数量比数字秒表明显增加,使得导入PCB之后令人眼花缭乱，无从下手。
为了兼顾布局的美观与线路的清晰简洁。
我决定按照原理图的布局进行PCB板布局，再通过细微部分的调节尽量缩小板子的尺寸.
板子尺寸的缩小给后期的布线增加了工作量，经过反反复复很多次的尝试之后，我选择了自动布线.但是效果并不理想，因此我又在这基础上,对部分线路进行了调整，得到了一个较为理想的线路图。
完成整体布局与布线之后，我由在PCB板上增加了“泪滴”效果，对焊盘附近的线路进行了加粗。
为了方式电流过大烧坏电路，之后又将电源与地线进行了加粗。
通过本课程的课堂教学和实验操作，我学会了Protel的一些基本操作方法但要熟练掌握这款软件,我知道自己很有很多的不足，还需要更多的实践训练。
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