南京理工大学电工电子综合实验

1、1电工电子综合实验实验报告数字计时器设计姓名：学号：学院：自动化学院专业：自动化2013-9-62013-9-6、实验目的：21、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。、实验要求:实现0分0秒到59分59秒的可整点报时的数字计时器。三、实验内容:1、设计实现信号源的单元电路。2、设计实现0分0秒到59分59秒的计时单元电路。3、设计实现快速校分单元电路，含防抖动电路。4、加入任意时刻复位单元电路。5、设计实现整点报时的单元电路。四、实验所用元件及功能介绍元件型号数量NE5551片CD40401片CD45182片CD45112片74LS003片74LS201

2、片74LS213片74LS741片电容 0.047uf1个电阻15004个电阻1kO1个电阻3kQ1个单字屏共阴极数码管2块蜂鸣器1个开关2个主要芯片引脚2 2、及功能表图CD4511译码器2.2.1、34DpfDpf eaea tedted e e表2.2.1 CD4511译码器功能表输入输出LTBILED4D3D2D1gfedcba字符测灯0XXXXXX11111118灭零10X00000000000消隐锁存111XXXX显示LE=CH 1时数据1100000011111101100001000011011100010101101121100011100111131100100110011

3、04110010111011015110011011111006110011100001117110100011111118译码1101001110011192.2.2、CD4518计数器qD2CR2Q42Q32QqD2CR2Q42Q32Q；2Q2Q2EN2C2EN2C P P161514131312n n109 912 234 45 5B B7 7G GICPlENlQlQ.lQjiqiCRICPlENlQlQ.lQjiqiCR 形s s图2.2.2 CD4518BCD码计数器引脚图5THRESHOLDCONTROL VOLTAGEScDISCHARGE表222 CD4518BCD码计数器功

4、能表:输入输出CRCPENQQQQ0 0清零1XX0000计数0T1BCD码加法计数保持0X0保持计数00BCD码加法计数保持01X保持2.2.3、CD404O分频器口 Q Q丄丄QsQs QgQg CRCR CPCP Q Q丄2.2.4、NE555定时器图2.2.2 NE555定时器引脚图表2.2.2 NE555 定时器功能表歸石（引脚4 ）Vi1i1（引脚6）Vi2i2 （引脚2）Vo o（引脚3）0XX012/3Vcc1/3Vcc06图 2.2.6 74LS00GNUGNU双四与非门引脚图12/3 VccV1/3VCC111/3Vcc不变225、74LS74 D触发器Vcc22D2CP2

5、2qVcc22D2CP22q 2Q2Q14141312121111103 331 17 73 345 5e eTI IW W IDID 1CP1CP LQLQ iQGNDiQGND图2.2.5 74LS74D触发器引脚图表2.2.5 74LS74D触发器功能表输入输出CP师彌DQji+iJQn-hl清零X01X01置“1”X10X10送“ 0”T11001送“1”T11110保持011X保持不允许X00X不确定2.2.6、74LS00双四与非门H 9 e e) )1 123 34 45 56 6 7 72.2.7、74LS20四入双与非门7图 2.2.7 74LS20

6、四入双与非门引脚图图 2.2.8 74LS21四入双与门引脚图14131J110g gSb b) )11也1 134 4567 7GNDGND228、74LS21四入双与门1413i21110109 9e e二食-1 3 34 4s s e e7 7G忖D3 3、电子计时器设计原理3.1、各部分电路解析3. 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 = 1KD ,R2=3KQ,C=0,047uF。8CD4040的最大分频系数是 2 ，即Q1

7、2= 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。93.1.2、计时电路本文采用二一十进制加法计数器CD4518来实现来实现计时电路。CD4518时一种常用的8421BCE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 Q Q2 2 Qi i Q0 0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

8、分和秒的个位进行计数时不10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QQQ Qo o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）。图23.4.1.33.4.1.3、译码显示电路本文选用CD451CD451 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 CD4511CD4511为了避免电路中的电流11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330330欧姆）。330330341.4、报时电路记蜂鸣器的符号为VV根据报时要求实现三低一高整点

9、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74LS0a 74LS20 74LS21、蜂鸣器的组合产生了需要的电路。12图43. 1.5、控制电路3.1.5.1、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

10、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虫发器,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。133. 1.5.2、清零电路计时电路中的计数器,从00分00秒到59分59秒计时，可采用两片CD4518来实现。采用CD4518来实现模六十计数器，用74LS00与非门来实现进位、清零工作，通过与非关系可以实现进位；通过实现拨 动清零开关，可以使计数器清零。1474LS74犒零开关2HZ信号0 0+5V4 4、总原理图秒、分个位清零

11、端O O CDCLKCLK秒、分十位清零端+5V|SD0 0-+5V15卄彳I5 H ti rA iQ QCZCZ54J)0_-u T?m，ItuItuG G .I.IK K：W17W17It?讼举_ 申一V =*串一 时 -% Kt 屮 ；!uglTuglTWLVuVu1-11-1vnvn弼严H Hl lOl讪Ib bl lrH；f -订H H , , i i I I J J: :F F n n-i.Q Q皿 (訂-0 b.HiHi IIn n讪卩：I I11HLAJiJ环 rfrf 1717 rriTrriTTPridlridlr期II IH HLlM-llLlM-llLTLT blblE

12、llEll= =LWLW 刖 I I:皿TJI I.屮 IIII专b b:一 i.i.計D DIIII;屮|3333 IFIFfl? hn.jnL LJ fJ JwL L J JI I I.I.1 1f f J J r r11t tn.n.B.16五、实验感想与总结在上一学期数电知识和一些小实验的基础上， 我们进行了这次电 子电工综合试验。本次实验是上大学以来我所经历的印象最深刻的实17不仅影响美观，接着就是实际的接连电路了。如何减少交差的排线，缩短线长，因此就需要在验。在实物连线的时候，我一直很细心，因为如果一根线连错，最后 不仅很难在导线密布的面包板上将它找出来， 而且还会影响其它导线 的

13、布局。此次实验我没有犯很多错，较为顺利地完成了实物连线，这 与实验前充分的准备，合理的布局是分不开的。通过本次多功能数字计时器的设计， 我对于中规模集成电路有了 初步的了解。虽然我们之前学过数电，模电，并做过相关的实验，但 并没有实际应用起来。 而此次的实验， 却让我们自己动手设计一个成 品，从原理分析、单元设计到最后的组成联接、功能调试，无一不是 知识的全方面应用，每一个环节我都体会颇深。首先是原理分析。 一个数字计时器的由哪几个部分组成， 各自有 什么作用，可以用什么器件或芯片来实现， 这些都是要考虑的。 并且， 由于电路板面的限制， 引脚总图需要合理的布局， 使排线尽可能贴着板面，而不要跨在芯片上。 否则最后的板面会很混乱，也会给后面的接线带来麻烦，甚至造成信号的干扰。是必须要解决的问题。 由于整个电路是多个部分组成， 每个功能模块完成后， 都给与调试， 避免总体调试产生问题时不知是 什么地方出错，可以缩小问题范围，提高查错效率。最后是总体的功能调试。根据出现的问题，找到相应的模块电路 进行检查，包括线的连接是否正确，各逻辑门是否正常工作，这点可 以用发光二极管的亮灭来判断高低电平。 以此一步步查错， 至查找成 功。18路的认识，进一步增进了对一些常见逻辑器件的了解