电气制图及CAD实验报告

1、电气制图及CAD实验报告 - 一小时电子计时器姓名：杨荣宗学号：913110200228专业：自动化专业1、 实验简介 此次实验主要是两个实验的设计，数字秒表与电子计时器。由于当时由于学校的一些社会实践的工作比较忙，因此选择了这些较为简单的实验科目进行，并完成了数字秒表的原理图绘制与PCB板制作。后期在数字秒表的基础上，加上部分元器件完成了功能更加复杂的电子计数器的原理图绘制与PCB板的制作。由于两个电路的工作原理相似，电子计数器包涵了数字秒表的功能，本文在给出数字秒表的原理图与PCB板之后，着重从电子计数器进行详细介绍。包括电子计数器原理图的multisim软件仿真，电路各个模块功能的分析，

2、主要芯片的功能介绍以及内部封装和引脚分布，之后利用protel软件绘制出电子计数器的原理图与PCB板。数字秒表只能完成00到59秒的计时功能，而电子计数器则可以完成从00:00到59:59的计时功能，并在控制电路的作用下实现快速校分，清零，自动报时等功能。2、 实验器件介绍 主要芯片引脚图及功能表CD4511译码器 图2.2.1 CD4511译码器引脚图表2.2.1 CD4511译码器功能表输入输出LTBILED4D3D2D1gfedcba字符测灯011111118灭零1000000000000消隐锁存111显示LE=01时数据译码1100000011111101100001000011011

3、10001010110112110001110011113110010011001104110010111011015110011011111006110011100001117110100011111118110100111001119CD4518计数器 图2.2.2 CD4518BCD码计数器引脚图表2.2.2 CD4518BCD码计数器功能表：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CD4040分频器图2.2.3 CD4040分频器引脚图NE555定时器图2.2.2 NE555定时器引脚图表2.2.2 NE

4、555定时器功能表(引脚4 )Vi1(引脚6)Vi2(引脚2)VO(引脚3)0012/3Vcc1/3Vcc012/3 Vcc1/3Vcc111/3Vcc不变74LS74 D触发器图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CPD清零0101置“1”1010送“0”11001送“1”11110保持011保持不允许00不确定74LS00 双四与非门 图2.2.6 74LS00双四与非门引脚图 74LS20 四入双与非门图2.2.7 74LS20 四入双与非门引脚图74LS21四入双与门图2.2.8 74LS21四入双与门引脚图3、 电路设计及结果3.1数

5、字秒表原理图3.2数字秒表PCB板布线图3.3数字秒表PCB板3D图 3.4电子计时器设计原理3.4.1、各部分电路解析3.4.1.1、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=4.38kHz R1=1K,R2=3K,C=0,047uF。12CD4040的最大分频系数是2 ，即Q12= 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。 Mult

6、isim仿真电路如图1：图13.4.1.2、计时电路 本文采用二十进制加法计数器CD4518来实现来实现计时电路。CD4518时一种常用的8421BCD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（0059）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Q3 Q2 Q1 Q0输出从0000到1001（即十进制中的0到9）的循环。所以当使用其作为分和秒的个位进行计数时不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Q3 Q2 Q1 Q0输出0110时（即十进制中的6），对其进行清零（因为CD4518是异

7、步清零）。 Multisim仿真电路如图2：（由于截图限制，只截下了部分电路，下同） 图23.4.1.3、译码显示电路本文选用CD4511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CD4511，为了避免电路中的电流过大而烧坏电路，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330欧姆）。 Multisim仿真电路如图3：（同上，只截下分位电路）图3 3.4.1.4、报时电路 记蜂鸣器的符号为W，根据报时要求实现三低一高整点报时（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

8、时电路的表达式如下：W=5953*f3+5955*f3+5957*f3+5959*f4=5953(2*f3+4*f3+6*f3+8*f4)本模块中采用74LS00、74LS20、74LS21、蜂鸣器的组合产生了需要的电路。Multisim仿真电路如图4：图43.4.1.5、控制电路3.4.1.5.1、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

9、了D触发器，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。图53.4.1.5.2、清零电路 考虑到电子计数器功能的完整性，应该具备在任意时刻将计时器复位的功能，因此设计了清零电路，来实现这一功能。因为前面74LS74还有一端没有用着，正好可以利用剩余的部分接到开关上来实现同步清零。（实际连接中发现，此处可以不设置防抖动电路）（此处由于截图不变略去，见总图6）3.4.2、整体电路及PCB板3.4.2.1、电子计时器multisim模拟仿真电路 由于软件的原因部分元器件的符号与实际芯片有所差异

10、，对部分进行了等效替代，但是实现了相同的功能，因此验证了实验电路的正确性。原理图见图6：图63.4.2.2、电子计时器Protel原理图图73.4.2.3、电子计时器PCB板布线图图83.4.2.4、电子计时器PCB板3D图图94、 实验总结 本课程为期三个礼拜，在实验的过程中，尽管由于社会实践等原因最终的实验没有做好充足的准备，但是，整个的实验过程。整个关于CAD制图的细节基本了解到了。绘图的过程中遇到了一个不小的麻烦，由于元器件数量比数字秒表明显增加，使得导入PCB之后令人眼花缭乱，无从下手。为了兼顾布局的美观与线路的清晰简洁。我决定按照原理图的布局进行PCB板布局，再通过细微部分的调节尽量缩小板子的尺寸。板子尺寸的缩小给后期的布线增加了工作量，经过反反复复很多次的尝试之后，我选择了自动布线。但是效果并不理想，因此我又在这基础上，对部分线路进