电工电子综合实验.docx

1、电工电子综合实验电子电工综合实验（II）实验报告 数字计时器设计班级：学号: ：指导老师；一、实验目的1.掌握常见集成电路实现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、实验要求实现0000到5959的可整点报时的数字计时器。三、实验容1 设计实现信号源的单元电路。2 设计实现0000”-5959”计时器单元电路。3 设计实现快速校分单元电路。含防抖动电路（开关k1,频率F2,校分时秒计时器停止）4 加入任意时刻复位单元电路（开关K2）5 设计实现整点报时单元电路（产生5953”,5955”,5957”,三低音频率F3，5959”高音频率F4）四、实验器件1、 集成电路：NE5

2、55 1片 (多谐振荡)CD4040 1片 （分频）CD4518 2片 （8421BCD码十进制计数器）CD4511 4片 （译码器）74LS00 3片 （与非门）74LS20 1片 （4输入与非门）74LS21 2片 （4输入与门）74LS74 1片 （D触发器）2、 电阻：1K 1只3K 1只150 4只3、 电容：0.047uf 1只4、 共阴极双字屏显示器两块。五元器件引脚图及功能表1.NE555 1片 (多谐振荡)：(1)引脚布局图：图1 NE555引脚布局图（2）逻辑功能表：(引脚4 )Vi1(引脚6)Vi2(引脚2)VO(引脚3)001 VccVcc01 VccVcc11Vcc不

3、变表1 NE555逻辑功能表2.CD4040 1片 （分频）：（1）引脚布局图：图2 CD4040引脚布局图（2）逻辑功能说明：CD4040是一种常用的12分频集成电路。当在输入端输入某一频率的方波信号时，其12个输出端的输出信号分别为该输入信号频率的2-12-12，在电路 中利用其与NE555组合构成脉冲发生电路。其部结构图如图4所示。引脚图如图3所示，其中VDD为电源输入端，VSS为接地端，CP端为输入端CR为清零端，Q1Q12为输出端，其输出信号频率分别为输入信号频率的2-12-12。3.CD4518 2片 （8421BCD码十进制计数器）：（1）引脚布局图：图3 CD4518引脚布局图

4、（2）逻辑功能表：输入输出CRCPENQ3Q2Q1Q0清零10000计数01BCD码加法计数保持00保持计数00BCD码加法计数保持01保持表2 CD4518逻辑功能表4.CD4511 四片 （译码器）：（1）引脚布局图：图4 CD4511引脚布局图（2）逻辑功能表：输入输出LEDCBAgfedcba字符测灯011111118灭零1000000000000消隐锁存111显示LE=01时数据译码110000001111110110000100001101110001010110112110001110011113110010011001104110010111011015110011011111

5、006110011100001117110100011111118110100111001119表3 CD4511逻辑功能表5.74LS00 3片 （与非门）：（1）引脚布局图：图5 74LS00引脚布局图（2）逻辑功能表：输入输出BAQ000011101110表4 74LS00逻辑功能表6.74LS20 一片 （4输入与非门）：（1）引脚布局图：图6 74LS20引脚布局图（2）逻辑功能表：输入输出ABCDQ0XXX1X0XX1XX0X1XXX0111110表5 74LS20逻辑功能表74LS21 2片 （4输入与门）：（1）引脚布局图：图7 74LS21引脚布局图（2）逻辑功能表：输入输出

6、ABCDQ0XXX0X0XX0XX0X0XXX0011111表6 74LS21逻辑功能表8.74LS741片 （D触发器）：（1）引脚布局图：图8 74LS74引脚布局图（2）逻辑功能表：输入输出CPDQ清零X01X01置“1”X10X10送“0”110O1送“1”11110保持O11X保持不允许X00X不确定表7 74LS74逻辑功能表9.电阻：电路所用的电阻为4色环电阻，阻值为330或者300的电阻共28只、阻值为1k和3k的电阻各1只。10.电容：0.047uf 1只11.共阴极双字屏两块：（1）引脚布局图：图9 共阴极双字屏引脚布局图（2）逻辑功能表：显示字型gfedcba段码0011

7、11113fh1000011006h210110115bh310011114fh4110011066h511011016dh611111017dh7000011107h811111117fh911011116fh表8 共阴极双字屏逻辑功能表六、实验原理电子计时器是由计时电路、译码显示电路、脉冲发生电路和控制电路等几部分组成的，其中控制电路可以分为校分电路、清零电路和报时电路。其具体的原理框图如图1所示。图10 电路原理框图电路各单元工作原理及逻辑设计总工作原理：由振荡器产生的稳定的高频脉冲信号，作为数字钟的时间基准，再经分频器输出标准秒脉冲。秒计数器记满60后向分计数器进位。计数器的输出经译码

8、器送显示器。记时出现误差时可以用校时电路进行校分，校秒。扩展电路必须在主体电路正常运行的情况下才能进行功能扩展。1.秒脉冲发生电路逻辑图如下：图11 脉冲发生电路图脉冲发生电路为计时电路提供计数脉冲，因为设计的是计时器，所以需要产生1Hz的脉冲信号。这里采用石英晶体振荡器和分频器构成。具体电路可由频率为f0212Hz的晶体振荡器和12位二进制串行分频器CD4040实现。CD4040的最大分频系数是212,即Q121Hz，从Q12可以输出脉冲信号。2.计时电路分个位秒十位秒个位清零信号f1=1Hz分十位图12计时器逻辑电路图计时电路钟的计数器，可以采用加法计数器CD4518实现。将分和秒的个位、

9、十位分别与七段数码显示器上对应管脚连起来，使显示器上显示从0分0秒到59分59秒，然后清零重新计数。图11电路左半部分对应的是分的十位和个位，右部分对应的是秒的个位和十位。秒的个位的CP端和分的个位的EN端都由校分电路提供信号。同时分十位的EN连到分个位的6号角，秒同分。3.译码显示电路译码器选用四线七段译码器CD4511，显示器选用共阴双字显示器。图13 译码显示电路图将译码器CD4511的7个输出端1、2、3、4、5、6、7分别与显示器上的对应端相连，译码器的3，4，5脚分别接1，1，0，输入端接计数器CD4518的输出端，即可实现数字显示的功能。两者都是从计数器的输出端向CD4511的输

10、入端输入信号，通过译码器4511后再输入到数码管中。（330的电阻是以防电流过大使数码管烧毁）4.报时电路图14 报时电路图当需要在某一时刻报时，就将该时刻输出为“1”的信号作为触发信号，选通报时脉冲信号用蜂鸣器进行报时。要使蜂鸣器在5953、5955、5957时发出低声（频率为500Hz）；在5959时发出高声（频率为1KHz）。蜂鸣器的一端接地， 则另一端的输入应满足以下式子：H5953f3+5955 f3+5957 f3+5959f45951（QBf3QCf3QDf4） 其中，QB、QC、QD分别是秒个位的输出。 假设分十位所对应的计数器的输出为1QD,1QC,1QB,1QA；分个位所对

11、应的计数器的输出为2QD,2QC,2QB,2QA；秒十位所对应的计数器的输出为3QD,3QC,3QB,3QA；秒个位所对应的计数器的输出为4QD,4QC,4QB,4QA。其中，Q4为高位，Q1为低位。 在5951时，四个计数器的输出分别为：1QD1QC1QB1QA0101，2QD2QC2QB2QA1001，3QD3QC3QB3QA0101，4QD4QC4QB4QA0001。因此，此时的触发信号F1QC1QA2QD2QA3QC3QA4QA。而报时脉冲信号可以由CD4040输出分频信号中得到，低音选用500Hz的脉冲，高音选用1KHz的脉冲。连好之后，将输出接到蜂鸣器的一端，蜂鸣器的另一端接地即可

12、实现了定点报时的功能。5.校分电路秒计数器个位时钟端（CP）校分开关分计时器个位时钟端秒计数器十位进位端f2=2Hz图15 校分电路图如图，校分开关打到“0”时，计数器正常计数；当开关打到“1”时，分计数器以2Hz的频率进行快速校分。校分电路工作原理：当校分开关打开时：输出为3Qc，接到分个位的EN端，实现正常进位；当校分开关闭合时：2Hz的脉冲正好送到分个位的EN端，使得分位的数字能以2Hz的频率快速跳动，从而实现快速校分。在校分过程中，将原本接地的秒个位的CP端接到74LS74的端。这样，当校分开关打开时：实现正常进位，正常计数；当校分开关闭合时：相当于秒个位的CP端接高电平，秒个位停止计

13、数，仅由分个位快速校准。6清零电路图16 清零电路图清零电路的工作原理：分别将分十位和秒十位的QB、QC端与非，之后再和一个清零开关与非，最后的输出接到分十位和秒十位的Cr端。这样，就可以实现任意状态功能：任意状态清零：若清零开关在某一时刻闭合，则无论1QB、1QC的值是多少，清零电路的输出都为高电平，这样可以实现任意状态的清零。59清零：清零开关断开，无论是对分位还是对秒位，计数器计数到59时，如果再计数一次到60，即在秒十位到6的瞬间，3QB和3QC同时出现高电平1，则会产生清零脉冲信号到达秒十位的Cr端实现59到00的清零；分位上的原理相同。七、实验总逻辑图八、实验总引脚图9.实验总结与

14、感想 本次电工电子实验总共持续了两天时间，主要通过设计一个数字电子计时器来考察我们的动手操作能力，设计电路的能力和整理资料的能力，目的是为了帮助我们掌握常见集成电路实现单元电路的设计过程，了解各单元再次组合新单元的方法。开学前一天下午，在实验室聚精会神的听完老师对我的实验要求之后，回到寝室的我们就开始了紧锣密鼓的准备工作，我们通过同学之间的讨论和交流，加上从网上搜集的各种资料，渐渐的设计出了完整清晰的逻辑图，虽然我们对每个部分的功能都进行了仔细的划分和设计，但是等到了试验台的时候才发现一切不是那么回事，首先是几个集成元器件的布局问题，虽然在设计电路，画电路图的时候就已经注意到了这个，但在真实的

15、实验台上连线的时候感觉还是完全不一样的，第一次的时候因为布局的不合理导致线路连到后面非常的乱，并且很难安装电阻和电容，接着就是每个芯片都应该连接电源，但是在做实验的时候，却在检查电路的时候发现自己的很多芯片并没有连上电源，导致很多芯片并没有工作，所以虽然我第一个半天就已经把线路连好，但是在接上电源之后显示屏并没有任何的反映，当天回到寝室之后，仔细研究了一下电路图，又回想了一下当天的问题，显示屏上的数字完全没有动，说明整个电路都没有工作，那就可能是芯片的电源没有接上去，或者就是电路设计错误。第二天到了实验室之后开始检查电路，发现线路和自己的电路图没有什么两样，之后从时间的角度考虑，最终选择放弃了

16、第一版的电路图转而选择了第二版的电路图，重新开始了连线，但是在连完线之后发现电路依然不工作，最后我选择用万用表一个接一个管脚的去试，最后发现是试验台的电源处不供电，换了一个电源之后，电路总算开始工作了，但是仅仅是秒钟的部分，分钟的部分依然不走，经过仔细的检查发现，竟然有一根线完全没有接进显示屏，而是接在了外面，最终经过检查和调整，所有的部分都正常运行，除了蜂鸣器，有了前几次的检查经验，这次检查起来就顺风顺水多了，一会会儿就发现蜂鸣器不响的原因是没有接地，最终在中午结束前，顺利的完成了这次的实验。通过这次的实验，我发现在做实验的时候一定要戒骄戒躁，心平气和的去连线，每一根线都要看清楚，不能连串了

17、，要找准各管脚的位置，另外要注意一些1和0 的管脚借口，然后是安装秒脉冲电路，要注意1千欧和3千欧的区别，这个可以用欧姆表测量。计数器电路选好进位管脚即可，但是要注意接入校分和清零电路时引脚的细节。报时电路接口比较复杂，从4518引出导线时注意吧，很多同学都是进位没有处理好导致功能总是不对，这个进位项必须注意一下就好。总的来说，这次的实验还是比较顺利的，关键就在于细心不细心，细致不细致。作为一名工科生，非常感学校提供的平台，能够给我这次机会，亲手完成一个数字计时器的设计和操作的机会，也非常感老师在我实验时提供的帮助和指导。参考文献 1 立平数字逻辑电路与系统设计：电子工业，2006.2 萍电子线路实践教程：科学，2007.3】 黄锦安. 电路. : 机械工业, 2004. 4 高吉祥电子技术基础实验与课程设计：电子工业，2003.