电工电子综合实验

1、电子电工综合试验（II）试验报告 数字计时器设计班级：学号: 姓名：指导老师；一、试验目的1.把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、试验要求实现0000到5959的可整点报时的数字计时器。三、试验内容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、试验器件1、 集成电路：NE5551片(

2、多谐振荡)CD40401片（分频）CD45182片（8421BCD码十进制计数器）CD45114片（译码器）74LS003片（与非门）74LS201片（4输入与非门）74LS212片（4输入与门）74LS741片（D触发器）2、 电阻：1K1只3K1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.NE5551片(多谐振荡)：(1)引脚布局图：图1 NE555引脚布局图（2）规律功能表：(引脚4 )Vi1(引脚6)Vi2(引脚2)VO(引脚3)0××01> Vcc>Vcc01< Vcc<Vcc11&

3、lt; Vcc>Vcc不变表1 NE555规律功能表2.CD40401片（分频）：（1）引脚布局图：图2 CD4040引脚布局图（2）规律功能说明：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。其内部结构图如图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.CD45182片（8421BCD码十进制计数器）：（1）引脚布局图：图3

4、 CD4518引脚布局图（2）规律功能表：输入输出CRCPENQ3Q2Q1Q0清零1××0000计数01BCD码加法计数保持0×0保持计数00BCD码加法计数保持01×保持表2 CD4518规律功能表4.CD4511四片（译码器）：（1）引脚布局图：图4 CD4511引脚布局图（2）规律功能表：输入输出LEDCBAgfedcba字符测灯0××××××11111118灭零10×00000000000消隐锁存111××××显示LE=01时数据译码11

5、0000001111110110000100001101110001010110112110001110011113110010011001104110010111011015110011011111006110011100001117110100011111118110100111001119表3 CD4511规律功能表5.74LS003片（与非门）：（1）引脚布局图：图5 74LS00引脚布局图（2）规律功能表：输入输出BAQ000011101110表4 74LS00规律功能表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）规律功能表：输入输出AB

6、CDQ0XXX1X0XX1XX0X1XXX0111110表5 74LS20规律功能表74LS212片（4输入与门）：（1）引脚布局图：图7 74LS21引脚布局图（2）规律功能表：输入输出ABCDQ0XXX0X0XX0XX0X0XXX0011111表6 74LS21规律功能表8.74LS741片（D触发器）：（1）引脚布局图：图8 74LS74引脚布局图（2）规律功能表：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规律功能表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

7、、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）规律功能表：显示字型gfedcba段码001111113fh1000011006h210110115bh310011114fh4110011066h511011016dh611111017dh7000011107h811111117fh911011116fh表8 共阴极双字屏规律功能表六、试验原理电子计时器是由计时电路、译码显示电路、脉冲发生电路和把握电路等几部分组成的，其中把握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

8、电路原理框图电路各单元工作原理及规律设计总工作原理：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器送显示器。记时消灭误差时可以用校时电路进行校分，校秒。扩展电路必需在主体电路正常运行的状况下才能进行功能扩展。1.秒脉冲发生电路规律图如下：图11 脉冲发生电路图脉冲发生电路为计时电路供应计数脉冲，由于设计的是计时器，所以需要产生1Hz的脉冲信号。这里接受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Q1

9、21Hz，从Q12可以输出脉冲信号。2.计时电路秒个位清零信号f1=1Hz清零信号校分保持秒位信号秒十位分十位分个位清零信号清零信号图12计时器规律电路图计时电路钟的计数器，可以接受加法计数器CD4518实现。将分和秒的个位、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端都由校分电路供应信号。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

10、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

11、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。

12、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实现了定点报时的功能。5.校分电路校分开关分计时器个位时钟端秒计数器十位进位端f2=2Hz秒计数器个位时钟端（CP）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

13、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，最终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

14、位，计数器计数到59时，假如再计数一次到60，即在秒十位到6的瞬间，3QB和3QC同时消灭高电平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、试验总规律图八、试验总引脚图9. 试验总结与感想 本次电工电子试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力量，设计电路的力量和整理资料的力量，目的是为了挂念我们把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，在试验室聚精会神的听完老师对我的试验要求之后，回到寝室的我们就开头了紧锣密鼓的预备工作，我们通过同学之间的争辩和沟通，加上从网上搜集的各种

15、资料，渐渐的设计出了完整清楚的规律图，虽然我们对每个部分的功能都进行了认真的划分和设计，但是等到了试验台的时候才发觉一切不是那么回事，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留意到了这个，但在真实的试验台上连线的时候感觉还是完全不一样的，第一次的时候由于布局的不合理导致线路连到后面格外的乱，并且很难安装电阻和电容，接着就是每个芯片都应当连接电源，但是在做试验的时候，却在检查电路的时候发觉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，认真争辩了一下电路图，又回想了

16、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。其次天到了试验室之后开头检查电路，发觉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，最终选择放弃了第一版的电路图转而选择了其次版的电路图，重新开头了连线，但是在连完线之后发觉电路照旧不工作，最终我选择用万用表一个接一个管脚的去试，最终发觉是试验台的电源处不供电，换了一个电源之后，电路最终开头工作了，但是仅仅是秒钟的部分，分钟的部分照旧不走，经过认真的检查发觉，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，全部的部分都正常运行，除了蜂鸣器，有了前几次的检查阅历，这次检查起来就顺风顺水多了，一会会儿就发觉蜂鸣器不响的缘由是没有接地，最终在中午结束前，顺当的完成了这次的试验。通过这次的试验，我发觉在做试验的时候肯定要戒骄戒躁，心平气和的去连线，每一根线都要看清楚，不能连串了，要找准各管脚的位置，另外要留意一些1和0 的管脚借口，然后是安装秒脉冲电路，要留意1千欧和3千欧的区分，这个可以用欧姆表测量。计数器电路选好进位管脚即可，但是要留意接入校分和清零电路时引脚的细节。报时电路接口比较简单，从4518引出导线时留意吧，很多同学都是进位没有处