南京理工大学电工电子综合试验II

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电子电工II

姓名：王镇窑班级：9131046801学号：913104680120

2023/10/02

综合试验

一、试验要求

实现从00′00″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。二、试验内容

1.应用CD4511BCD码译码器、LED双字共阴显示器、300Ω限流电阻设计、安装调试四位BCD译码显示电路实现译码显示功能。

2.应用NE555时基电路、3kΩ、1kΩ电阻、0.047μF电容和CD4040计数分频器设计，安装，调试秒脉冲发生器电路（输出四种矩形波频率f1=1Hzf2=2Hzf3≈500Hzf4≈1000Hz）。

3.应用CD4518BCD码计数器、门电路设计、安装、实现00′00″——59′59″时钟加法计数器电路。

4.应用门电路，触发器电路设计，安装，调试校分电路且实现校分时停秒功能（校分时f2=2HZ）。设计安装任意时刻清零电路。

5.应用门电路设计、安装、调试报时电路59′53″，59′55″，59′57″低声报时（频率f3≈500Hz），59′59″高声报时（频率f4≈1000Hz），整点报时电路，H?59'53\?f3?59'55\?f3?59'59\?f2。三、试验元件清单

1、集成电路：

NE555

1片1片2片4片3片1片2片1片

(多谐振荡)（分频）

（8421BCD码十进制计数器）（译码器）（与非门）（4输入与非门）（4输入与门）（D触发器）

CD4040CD4518CD451174LS0074LS2074LS2174LS742、电阻：

1KΩ3KΩ330Ω3、电容：

0.047uf

1只1只28只

1只

4、共阴极双字屏显示器两块。

四、试验器件引脚图及功能表1.NE555

(1)引脚布局图：

8VccD765THCONE555GNDTROUTRD1（2）规律功能表：

234

RD(引脚4)Vi1(引脚6)Vi2(引脚2)VO(引脚3)01112.CD4040

（1）引脚布局图：

×>2Vcc3×>1Vcc3001不变1Vcc316VDD1514131211109Q11Q10Q8Q9CRCPQ1CD4040Q12Q6Q5Q7Q4Q3123456（2）规律功能说明：

Q2Vss87

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，Q1~Q12为输出端，其输出信号频率分别为输入信号频率的2-1~2-12。3.CD4518

（1）引脚布局图：

16VDD15141312111092CR2Q42Q32Q22Q12EN2CPCD45181CP1EN1Q11Q21Q31Q41CRVss81234567（2）规律功能表：清零计数保持计数保持4.CD4511

（1）引脚布局图：

CR10000输入CP×↑×01EN×10↓×Q30Q20输出Q10

Q00BCD码加法计数保持BCD码加法计数保持16VDD1514131211109fgabcdeCD4511D2D3LTBILED4123456

D1Vss87

（2）规律功能表：测灯灭零锁存译码LTBI输入输出字符8消隐LEDCBAgfedcba0111111111111××××××1111111011111111111×000000000001××××0000000000显示LE=0→1时数据0000011111100010000110001010110110011100111101001100110010111011010110111110001110000111100011111111001110011101234567895.74LS00

（1）引脚布局图：

14134B4A124Q113B1093A3Q8Vcc74LS001A11B21Q32A42B52Q6GND7

（2）规律功能表：

输入B0011A0101输出Q0110

6.74LS20

（1）引脚布局图：

14132D2C12NC112B1092A2Q8Vcc74LS201A11B2NC31C41D51Q6GND7

（2）规律功能表：

输入A0XXX1BX0XX1CXX0X1

7．74LS21

（1）引脚布局图：

14输出DXXX01Q11110132D2C12NC112B1092A2Q8Vcc74LS211A11B2NC31C41D51Q6GND7

（2）规律功能表：

输入A0XXX1BX0XX1CXX0X1DXXX01输出Q000018.74LS74

（1）引脚布局图：

14Vcc132RD2D12112CP74LS741RD11D21CP3102SD2Q92Q81SD41Q51Q6GND7

（2）规律功能表：清零置“1〞送“0〞送“1〞保持不允许CPXX↑↑OXRD输入SD输出DXX01XXQN?101O1保持不确定QN?110100111101011109.共阴极双字屏两块：

（1）引脚布局图：

f118g117a1b1GND1GND21514f212a211b21016131e12d13c14DP15e2d26g278c29DP2

（2）规律功能表：

显示字型g01234567890011111011f1000111011e1010001010d1011011011c1101111111b1111100111a段码10110111113fh06h5bh4fh66h6dh7dh07h7fh6fh五、电路各单元原理图以及设计过程1.整体电路设计原理

整个电子计时器由显示译码电路、计时电路、脉冲发生电路、校分电路、清零电路和报时电路组成。显示译码电路把BCD码转化为7段数码管显示码传向数码管，计时电路在脉冲信号鼓舞下，协同清零电路完成60进制计时功能，脉冲发生电路负责产生脉冲并分频，在分频电路中可以得到本电路需要的1Hz、2Hz、500Hz、1000Hz信号，校分电路在拨下开关时实现停秒，分以2Hz计数功能，清零电路负责实现60进制并拨下开关实现全部清零；报时电路实现59′53″，59′55″，59′57″低声报时（频率f3≈500Hz），59′59″高声报时（频率f4≈1000Hz）的功能。其原理框图如下：

0U13CKCKCKU10U7U1U28R876VCCRSTU29OUTABCDEFGABCDEFGABCDEFGCK201kΩR9C13kΩTHRDIS24TRICON10GND~CP47nF4040BD_5V13121110915141312111091514O0O1O2O3O4O5O6555_TIMER_RATED35O7O811MRO9O10O119765324131214151ABCDEFGR35R34R33R32R31R30R29R28R27R26R25R24R23R22R21R20R19R18R17R16R15R7R6R5R4R3R2R18182837778798062636458596061434445273941427654321300Ω300Ω300Ω300Ω300Ω300Ω300Ω300Ω300Ω300Ω300Ω300Ω300Ω300Ω300Ω300Ω300Ω300Ω300Ω300Ω300Ω300Ω300Ω300Ω300Ω300Ω300Ω300Ω141312118910U2908988878685847170696867666552515049484746U14U11U84511BD_5V4511BD_5V4511BD_5V4511BD_5V361312111091514OAOBOCODOEOFOGOAOBOCODOEOFOG~EL~BI~LT~EL~BI~LT~EL~BI~LTDADBDCDDDADBDCDD7126712654371265437126DADBDCDD543543OAOBOCODOEOFOG131211109151498U17AU19A1Q5DADBDCDDS14~1PR2261D2831U21A7400NU20A34563电路总规律原理图（在Multisum中模拟成功）：

键=空格~1CLR11CLK~1Q630327400N199473745618929172541793U15AU12A53U9AU3A4518BD_5V4518BD_5V4518BD_5V4518BD_5V345634561A1B1C1D1A1B1C1D1A1B1C1D1A1B1C1D3456~EL~BI~LTOAOBOCODOEOFOG9796V15V74LS74D7400NCP1CP1CP1EN1MR1EN1MR1EN1MR1S2752723127127127EN1MR13315键=空格25U6A7400NU16A227400NU5A217400N16U22A29U18A7400NU24A37387400NU26AU25A1CP1U4A7400NLS1BUZZER200Hz74ALS21AM57U27A955574ALS21AM34U23A7400N4074ALS21AM74ALS20AN

电路总引脚连接图：

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

2.脉冲发生电路电路规律原理图：

VCC5.0VR11kΩR23kΩ47nFC1U1555_TIMER_RATEDVCCRSTDISTHRTRICONGND1110MR~CPU2O0O1O2O3O4O5O6O7O8O9O10O11OUT97653241312141511024Hz输出512Hz输出2Hz输出1Hz输出4040BD_5V

电路引脚连接图：

1K3k8VccD765THCONE555GNDTROUTRD12342Hz16VDD1514131211109Q11Q10Q8Q9CRCPQ1CD4040DCQ12Q6Q5Q7Q4Q3123456Q2Vss871Hz512Hz1024Hz输出矩形波周期：

tp1＝τcln3＝1.1RCtp2＝τfdln2≈0.7R2C

T＝tp1＋tp2＝0.7（R1＋2R2）C

将图中电阻和电容的数值代入上式，可得T=0.228ms，即。在经过CD4040的分频之后，即可得到频率大约为1Hz的时钟信号。

3.译码显示电路电路规律原理图：

U7CKCKU5CKU3CKU1ABCDEFGABCDEFGABCDEFGABCDEFGR28R27R26R25R24R23R22300Ω300Ω300Ω300Ω300Ω300Ω300ΩR21R20R19R18R17R16R15300Ω300Ω300Ω300Ω300Ω300Ω300ΩR14R13R12R11R10R9R8300Ω300Ω300Ω300Ω300Ω300Ω300ΩR7R6R5R4R3R2R1300Ω300Ω300Ω300Ω300Ω300Ω300ΩU84511BD_5VU64511BD_5VU44511BD_5VU24511BD_5VVCC131211109151413121110915141312111091514OAOBOCODOEOFOGOAOBOCODOEOFOGOAOBOCODOEOFOGOAOBOCODOEOFOG1312111091514~EL~BI~LT~EL~BI~LT~EL~BI~LT7126543712654371265437126543~EL~BI~LTDADBDCDDDADBDCDDDADBDCDDDADBDCDD5.0V

电路引脚连接图：

181716a11514131211a21018f117g116a11514131211a210b2DCf1g1b1GND1GND2f2b2b1GND1GND2f2e1d1c1DP1e2d2g2c2DP2623819457e1d1c1DP1e2d2g2c2DP2623819457161514131211109VDDfgabcdeCD4511161514131211109VDDfgabcde161514131211109VDDfgabcde161514131211109VDDfgabcdeCD4511D1Vss87D2D3LTBILED4123456D1Vss87CD4511D2D3LTBILED4123456D1Vss87CD4511D2D3LTBILED4123456D1Vss87D2D3LTBILED4123456这部分的电路就是将CD4511的对应拐脚连接到双字数码显示器上，CD4511的输入端对应连接到CD4518BCD码输出端。将LT、BI端连接1，LE端连接0即可实现显示功能。330Ω的

电阻是以防电流过大使数码管烧毁。

4.计时电路电路规律原理图：

U4A4518BD_5VU3A4518BD_5VU2A4518BD_5VU1A4518BD_5V345634563456345627EN1MR11CP11A1B1C1D1A1B1C1D1A1B1C1DCP1CP1EN1MR1EN1MR127127127EN1MR11CP11A1B1C1D1Hz信号分清零信号秒清零信号校分电路Q校分电路输出端

电路引脚连线图：

校分电路输出端1Hz信号校分电路Q16VDD15141312111092CR2Q42Q32Q22Q12EN2CP16VDD15141312111092CR2Q42Q32Q22Q12EN2CPCD45181CP1EN1Q11Q21Q31Q41CRVss81234567CD45181CP1EN1Q11Q21Q31Q41CRVss81234567DC分清零信号秒清零信号

这部分电路主要依靠CD4518实现计时，计时的时候使用EN端作为时钟端；由CD4518的功能表可以看到，当CP端接0信号的时候，EN端是一个下降边沿的时钟端。采用EN端作为时钟端的好处就可以提现出来，由于它是下降边沿，可以直接连上一级的Q4作为进位信号，减少了进位判断的门电路，使得整个时钟的计时误差减小。为了实现60进制需要在计数达到60时将清零信号输入到各自CR端，这部分电路由清零电路实现，在接下来的电路中介绍。分个位的进位信号假使不考虑校分则是直接连接秒十位的Q3，但为了实现校分则在校分电路中将把2HZ的进位信号和正常的进位信号进行一个选择输入到分个位，校分还需要停秒，所以在秒个位CP端接一个停秒信号正常计数为0，校分为1.

5.清零电路电路规律原理图

分清零信号U3A7400N秒清零信号U2A7400NU4A7400NU1A7400NS1分个位分个位Q2Q3秒个位秒个位Q2Q3VCC键=空格5.0V

电路引脚连线图

秒十位秒十位Q2Q3秒清零信号14134B4A124Q113B103A93Q8DCVcc74LS001A11B21Q32A42B52Q6GND7分十位分十位Q2Q3分清零信号

清零电路主要实现两个功能：1.在十位到60的时候清零实现60进制；2.在开启清零开关的时候全部清零。清零开关打到“0〞信号时，不管Q2、Q3是什么状态，最终输出都是高电平，此时可以实现任意时刻清零。当开关打到低电平的时候。计数从0101（5）计到0110（6）时Q2、Q3皆为1此时第一级与非门输出0，那么最终也输出1达到清零效果，即电路从59计数到60时马上清零重新从00开始，实现了60进制。

6.校分电路电路规律原理图：

VCC5.0VS121D4~1PR1Q5秒十位Q3U1AU2AU4A7400NU3A7400N7400N键=空格31CLK~1Q6校分输出~1CLR174LS74D2Hz信号停秒输出

电路引脚连接图

14VcD2D2CP74LS742SD2Q2Q1RD12Hz信号1D21CP31SD41Q51Q6GND7DC校分开关秒十位Q314Vc4A4Q3B3A3Q74LS001A11B21Q32A42B52Q6GND7校分输出

校分电路中的D触发器起着消颤的作用，在本电路中可以看到电路的输出信号的表达式为

F?Q3?Q?2Hz?Q?Q3?Q?2Hz?Q所以当开关打到0信号时Q为0，此时F?2HzQ为1，

则电路将2Hz信号传到分个位的时钟端，此时分会以2Hz的频率计数，并且Q为1作为停秒信号传到秒个位的CP端根据CD4518的功能表此时是保持功能，则实现了停秒的功能。当开关打到1信号时，F?Q3此时以正常的60进制计数。Q为0个位也正常计数。

7.报时电路电路规律原理图

512Hz秒个位Q2512Hz秒个位Q31024Hz秒个位Q4U7AU6A7400NU8A7400N7400N74ALS20ANU5AU2ALS1U3A分十位Q3分十位Q1分个位Q4分个位Q1秒十位Q3秒十位Q174ALS21AMU1A74ALS21AMBUZZER200Hz74ALS21AM秒个位Q1电路引脚连接图

14Vcc132D2C12NC112B102A92Q874LS211A1秒十位秒十位Q1Q31B2NC31C41D51Q6GND714132D2C12NC112B102A92Q8秒个位Q1Vcc14132D2C12NC112B102A92Q8VccDC74LS211A1BNC1A1BNC74LS201C341D51Q6GND71C341D51Q6GND71212秒个位Q2512Hz分十位分十位Q1Q3分个位分个位Q1Q414Vcc134B4A1