南理工电子电工实验2资料

1、南京理工大学电工电子综合实验II1104210121 蒋华熔1/18电子电工综合实验（ II）实验报告数字计时器设计班级： 9121042102学号 : 912116660123姓名：王刚指导老师；钟徳荣1南京理工大学电工电子综合实验II1104210121 蒋华熔2/18目录一、 实验目的 ,3二、 实验要求 ,3三、 实验内容 ,3四、 实验器件 ,3五、 元器件引脚图及功能表 ,4六、 实验原理 ,101.秒脉冲发生电路 ,112.计时器电路 ,113.译码显示电路 ,124.报时电路 ,135.校分电路 ,146.清零电路 ,15七、 逻辑图 ,16八、 引脚接线图 ,16九、 实验总

2、结 ,16参考文献 ,17一、实验目的掌握常见集成电路的工作原理和使用方法。学会单元电路的设计方法和单元间设计组合。2南京理工大学电工电子综合实验II1104210121 蒋华熔3/18二、实验要求实现从 0000到 59 59的多功能数字计时器，并且满足规定的清零，快速校分以及报时功能的要求。三、实验内容1设计、安装、调试脉冲发生电路。2设计、安装、调试 5959计时器电路。3设计、安装、调试译码显示电路。4设计、安装、调试任意状态清零电路。5设计、安装、调试快速校分电路。6设计、安装、调试整点报时电路（5953、 5955、 5957时发出频率为 500Hz的低声； 59 59时发出频率为

3、 1KHz的高声）。7设计 1 5项联接构成数字计时器电路四、实验器件1、集成电路：NE5551 片( 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330 （300）28 只3、电容：0.047uf1 只3南京理工大学电工电子综合实验II1104210121 蒋华熔4/184、 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 ) ：引

4、脚布局图：图 1 NE555 引脚布局图（ 2）逻辑功能表：错误！未找Vi1 ( 引脚 6)Vi2 ( 引脚 2)VO( 引脚 3)到引用源。(引脚 4)001210 3 Vcc 3Vcc1211 3 Vcc 3Vcc121不变 3Vcc表 1 NE555逻辑功能表2.CD4040 1 片（分频）：（ 1）引脚布局图：4南京理工大学电工电子综合实验II1104210121 蒋华熔5/18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2-1 2-12 ，在电

5、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 CR112-1-12。为清零端， Q Q 为输出端，其输出信号频率分别为输入信号频率的223.CD45182 片（8421BCD码十进制计数器）：（ 1）引脚布局图：图 3 CD4518 引脚布局图（ 2）逻辑功能表：输入输出CRCPENQ3Q2Q1Q0清零100005南京理工大学电工电子综合实验II1104210121 蒋华熔6/18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.

6、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LEDCBA g fe d c b a字符测灯011111118灭零1000000000000消隐锁存111 显示 LE=01 时数据译码1100000011111101100001000011011100010101101121100011100111131100100110011041100101110110151100110111110061100111000011171101000111111181101001110011196南京理工大学电工电子综合实验II1104210121 蒋

7、华熔7/18表 3 CD4511 逻辑功能表5.74LS003 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 474LS00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7南京理工大学电工电子综合实验II1104210121 蒋华熔8/18ABCDQ0XXX1X0XX1XX0X1XXX0111110表 574LS20 逻辑功能表74LS212 片（4 输入与门）：（1）引脚布局图：图 7 74LS21 引脚布局图（2）逻辑功能表：输入输

8、出ABCDQ0XXX0X0XX0XX0X0XXX0011111表 674LS21 逻辑功能表8.74LS741 片（D触发器）：（ 1）引脚布局图：8南京理工大学电工电子综合实验II1104210121 蒋华熔9/18图 8 74LS74 引脚布局图（ 2）逻辑功能表：输入输出CPRDSDDQ N 1QN 1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。电容：0.047uf

9、1 只共阴极双字屏两块：（1）引脚布局图：图 9共阴极双字屏引脚布局图9南京理工大学电工电子综合实验II1104210121 蒋华熔10/18（2）逻辑功能表：显示字型gfedcba段码001111113fh1000011006h210110115bh310011114fh4110011066h511011016dh611111017dh7000011107h811111117fh911011116fh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

10、 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10南京理工大学电工电子综合实验II1104210121 蒋华熔11/18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。秒脉冲发生电路逻辑图如下：VDD5VR1VDDU2555_TIMER_RATED1.0k VCCRSTOUT2 R2DISC1THR1.0k 1TRI47nFCONGND0图 11 脉冲发生电路图脉冲

11、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 f 0212Hz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。计时电路11南京理工大学电工电子综合实验II1104210121 蒋华熔12/18清零信号清零信号U8A14U6A15&10&574LS00D74LS00DU7AU5A74LS00D74LS00D&11&64U4A7U3AU2A2U1A8 93&23232323EN11AEN11AEN11AEN1

12、1A14141414CP11BCP11BCP11BCP11B55551C1C1C1C76767676MR11DMR11DMR11DMR11D14518BD_5V4518BD_5V4518BD_5V4518BD_5V013f 1=1Hz1216秒个位分十位分个位秒十位清零信号清零信号校分保持秒位信号图 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、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

13、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。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。0CAU3ABCDEFGHABCDEFGH151617181912345673210954111111GABCDEFGOOOOOOOES7/DLITCBABCDE B L DDDD5437126212820U24511BD_5V2223242526278910111213143210954111111ABCDEFGG OOOOOOOEU1S7/4511BD_5VDLITCBABCDE B L DDDD5437126VCC5V0VCC图 1

14、3 译码显示电路图12南京理工大学电工电子综合实验II1104210121 蒋华熔13/18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）报时电路U1B74LS21DU2A74LS20DU1AU3CU3BU3A74LS21 D74LS00 D74LS00 D74LS00 D3Qd3Qa 2Qc2Qa1QdF

15、41QcF31QbF31Qa图 14 报时电路图13南京理工大学电工电子综合实验II1104210121 蒋华熔14/18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：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分别是秒个位的输出。假

16、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。因此，此时的触发信号 F 1QC1QA2QD2QA3QC3QA4QA。而报时脉冲信号可以由CD4040输出分频信号中得到，低音选用 500H

17、z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。校分电路14南京理工大学电工电子综合实验II1104210121 蒋华熔15/18f 2 =2Hz秒计数器十位进位端VDD2VDD5VU1AU2A分5VVDD641PR&计83U4AVDD31CLK1Q574LS00D_VHDL7时1&21D1Q6U3A5器0VDD1CLR&74LS00D_VHDL个1校74LS74D位分74LS00D_VHDL时开VDD45V钟关端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

18、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 Q 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， 最后的输出接到分十位和秒十位的Cr

19、端。这样，就可以实现任15南京理工大学电工电子综合实验II1104210121 蒋华熔16/18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南京理工大学电工电子综合实验II1104210121 蒋华熔17/18八、实验总引脚图（见手绘图）九 . 实验总结与感想本次实验总体考察动手能力和收集，整理资料的能力， 目的是制作一个多功能计数器， 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。在实验室听了老师的详细讲解及一些关键点的指导后，加上回寝与同学的交流探讨，还有网络查询，最后设计出来了完整的逻辑图，几大功能模块很清晰，一目了然，但实际做的时候却发现并非那么容易，首先是布局， 就那么点大一块面包板，上面需要放上 17个集成芯片加上 30个电阻，没有一个全局的思想， 后面就会出现混乱。 接着就是电源问题， 每个芯片都需要接电源， 这就需要电源合理的安排，这样还能避免出现冒险， 可以达到滤波的效果。 虽然实验前已经把理论研究的很透彻了，但是理论跟实践并不是一回事，做实验的时候问题层出不穷。第一天下午并没有完成任务， 毕竟是第一次遇到这么复杂的排线布局， 难免有些慌