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17電子電工綜合實驗(ii)實驗報告 數(shù)字計時器設(shè)計 班級:9121042201學(xué)號: 912104220132姓名:董躍 目錄一、 實驗?zāi)康?二、 實驗要求3三、 實驗內(nèi)容3四、 實驗器件3 五、 元器件引腳圖及功能表4六、 實驗原理101. 秒脈沖發(fā)生電路112. 計時器電路113. 譯碼顯示電路124. 報時電路135. 校分電路146. 清零電路15七、 邏輯圖16八、 引腳接線圖16九、 實驗總結(jié)16參考文獻17一、實驗?zāi)康?.掌握常見集成電路的工作原理和使用方法。2.學(xué)會單元電路的設(shè)計方法和單元間設(shè)計組合。二、實驗要求實現(xiàn)從0000到5959的多功能數(shù)字計時器,并且滿足規(guī)定的清零,快速校分以及報時功能的要求。三、實驗內(nèi)容1設(shè)計、安裝、調(diào)試脈沖發(fā)生電路。2設(shè)計、安裝、調(diào)試5959計時器電路。3設(shè)計、安裝、調(diào)試譯碼顯示電路。4設(shè)計、安裝、調(diào)試任意狀態(tài)清零電路。5設(shè)計、安裝、調(diào)試快速校分電路。6設(shè)計、安裝、調(diào)試整點報時電路(5953、5955、5957時發(fā)出頻率為500hz的低聲;5959時發(fā)出頻率為1khz的高聲)。7設(shè)計15項聯(lián)接構(gòu)成數(shù)字計時器電路四、實驗器件1、 集成電路:ne5551片(多諧振蕩)cd40401片(分頻)cd45182片(8421bcd碼十進制計數(shù)器)cd45114片(譯碼器)74ls003片(與非門)74ls201片(4輸入與非門)74ls212片(4輸入與門)74ls741片(d觸發(fā)器)2、 電阻:1k1只3k1只330(300)28只3、 電容:0.047uf 1只4、 共陰極雙字屏顯示器兩塊。五元器件引腳圖及功能表1.ne5551片(多諧振蕩):(1)引腳布局圖:圖1 ne555引腳布局圖(2)邏輯功能表:(引腳4 )vi1(引腳6)vi2(引腳2)vo(引腳3)001 vccvcc01 vccvcc11vcc不變表1 ne555邏輯功能表2.cd40401片(分頻):(1)引腳布局圖:圖2 cd4040引腳布局圖(2)邏輯功能說明:cd4040是一種常用的12分頻集成電路。當(dāng)在輸入端輸入某一頻率的方波信號時,其12個輸出端的輸出信號分別為該輸入信號頻率的2-12-12,在電路 中利用其與ne555組合構(gòu)成脈沖發(fā)生電路。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。引腳圖如圖3所示,其中vdd為電源輸入端,vss為接地端,cp端為輸入端cr為清零端,q1q12為輸出端,其輸出信號頻率分別為輸入信號頻率的2-12-12。3.cd45182片(8421bcd碼十進制計數(shù)器):(1)引腳布局圖:圖3 cd4518引腳布局圖(2)邏輯功能表:輸入輸出crcpenq3q2q1q0清零10000計數(shù)01bcd碼加法計數(shù)保持00保持計數(shù)00bcd碼加法計數(shù)保持01保持表2 cd4518邏輯功能表4.cd4511四片(譯碼器):(1)引腳布局圖:圖4 cd4511引腳布局圖(2)邏輯功能表:輸入輸出ledcbagfedcba字符測燈011111118滅零1000000000000消隱鎖存111顯示le=01時數(shù)據(jù)譯碼110000001111110110000100001101110001010110112110001110011113110010011001104110010111011015110011011111006110011100001117110100011111118110100111001119表3 cd4511邏輯功能表5.74ls003片(與非門):(1)引腳布局圖:圖5 74ls00引腳布局圖(2)邏輯功能表:輸入輸出baq000011101110表4 74ls00邏輯功能表6.74ls20一片(4輸入與非門):(1)引腳布局圖:圖6 74ls20引腳布局圖(2)邏輯功能表:輸入輸出abcdq0xxx1x0xx1xx0x1xxx0111110表5 74ls20邏輯功能表74ls212片(4輸入與門):(1)引腳布局圖:圖7 74ls21引腳布局圖(2)邏輯功能表:輸入輸出abcdq0xxx0x0xx0xx0x0xxx0011111表6 74ls21邏輯功能表8.74ls741片(d觸發(fā)器):(1)引腳布局圖:圖8 74ls74引腳布局圖(2)邏輯功能表:輸入輸出cpdq清零x01x01置“1”x10x10送“0”110o1送“1”11110保持o11x保持不允許x00x不確定表7 74ls74邏輯功能表9.電阻:電路所用的電阻為4色環(huán)電阻,阻值為330或者300的電阻共28只、阻值為1k和3k的電阻各1只。10.電容:0.047uf 1只11.共陰極雙字屏兩塊:(1)引腳布局圖:圖9 共陰極雙字屏引腳布局圖(2)邏輯功能表:顯示字型gfedcba段碼001111113fh1000011006h210110115bh310011114fh4110011066h511011016dh611111017dh7000011107h811111117fh911011116fh表8 共陰極雙字屏邏輯功能表六、實驗原理電子計時器是由計時電路、譯碼顯示電路、脈沖發(fā)生電路和控制電路等幾部分組成的,其中控制電路可以分為校分電路、清零電路和報時電路。其具體的原理框圖如圖1所示。圖10 電路原理框圖電路各單元工作原理及邏輯設(shè)計總工作原理:由振蕩器產(chǎn)生的穩(wěn)定的高頻脈沖信號,作為數(shù)字鐘的時間基準(zhǔn),再經(jīng)分頻器輸出標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖。秒計數(shù)器記滿60后向分計數(shù)器進位。計數(shù)器的輸出經(jīng)譯碼器送顯示器。記時出現(xiàn)誤差時可以用校時電路進行校分,校秒。擴展電路必須在主體電路正常運行的情況下才能進行功能擴展。1.秒脈沖發(fā)生電路邏輯圖如下:圖11 脈沖發(fā)生電路圖脈沖發(fā)生電路為計時電路提供計數(shù)脈沖,因為設(shè)計的是計時器,所以需要產(chǎn)生1hz的脈沖信號。這里采用石英晶體振蕩器和分頻器構(gòu)成。具體電路可由頻率為f0212hz的晶體振蕩器和12位二進制串行分頻器cd4040實現(xiàn)。cd4040的最大分頻系數(shù)是212,即q121hz,從q12可以輸出脈沖信號。2.計時電路秒個位清零信號f1=1hz清零信號校分保持秒位信號秒十位分十位分個位清零信號清零信號圖12計時器邏輯電路圖計時電路鐘的計數(shù)器,可以采用加法計數(shù)器cd4518實現(xiàn)。將分和秒的個位、十位分別與七段數(shù)碼顯示器上對應(yīng)管腳連起來,使顯示器上顯示從0分0秒到59分59秒,然后清零重新計數(shù)。圖11電路左半部分對應(yīng)的是分的十位和個位,右部分對應(yīng)的是秒的個位和十位。秒的個位的cp端和分的個位的en端都由校分電路提供信號。同時分十位的en連到分個位的6號角,秒同分。3.譯碼顯示電路譯碼器選用四線七段譯碼器cd4511,顯示器選用共陰雙字顯示器。圖13 譯碼顯示電路圖將譯碼器cd4511的7個輸出端1、2、3、4、5、6、7分別與顯示器上的對應(yīng)端相連,譯碼器的3,4,5腳分別接1,1,0,輸入端接計數(shù)器cd4518的輸出端,即可實現(xiàn)數(shù)字顯示的功能。兩者都是從計數(shù)器的輸出端向cd4511的輸入端輸入信號,通過譯碼器4511后再輸入到數(shù)碼管中。(330的電阻是以防電流過大使數(shù)碼管燒毀)4.報時電路圖14 報時電路圖當(dāng)需要在某一時刻報時,就將該時刻輸出為“1”的信號作為觸發(fā)信號,選通報時脈沖信號用蜂鳴器進行報時。要使蜂鳴器在5953、5955、5957時發(fā)出低聲(頻率為500hz);在5959時發(fā)出高聲(頻率為1khz)。蜂鳴器的一端接地, 則另一端的輸入應(yīng)滿足以下式子:h5953f3+5955 f3+5957 f3+5959f45951(qbf3qcf3qdf4)其中,qb、qc、qd分別是秒個位的輸出。 假設(shè)分十位所對應(yīng)的計數(shù)器的輸出為1qd,1qc,1qb,1qa;分個位所對應(yīng)的計數(shù)器的輸出為2qd,2qc,2qb,2qa;秒十位所對應(yīng)的計數(shù)器的輸出為3qd,3qc,3qb,3qa;秒個位所對應(yīng)的計數(shù)器的輸出為4qd,4qc,4qb,4qa。其中,q4為高位,q1為低位。 在5951時,四個計數(shù)器的輸出分別為:1qd1qc1qb1qa0101,2qd2qc2qb2qa1001,3qd3qc3qb3qa0101,4qd4qc4qb4qa0001。因此,此時的觸發(fā)信號f1qc1qa2qd2qa3qc3qa4qa。而報時脈沖信號可以由cd4040輸出分頻信號中得到,低音選用500hz的脈沖,高音選用1khz的脈沖。連好之后,將輸出接到蜂鳴器的一端,蜂鳴器的另一端接地即可實現(xiàn)了定點報時的功能。5.校分電路校分開關(guān)分計時器個位時鐘端秒計數(shù)器十位進位端f2=2hz秒計數(shù)器個位時鐘端(cp)圖15 校分電路圖如圖,校分開關(guān)打到“0”時,計數(shù)器正常計數(shù);當(dāng)開關(guān)打到“1”時,分計數(shù)器以2hz的頻率進行快速校分。校分電路工作原理:當(dāng)校分開關(guān)打開時:輸出為3qc,接到分個位的en端,實現(xiàn)正常進位;當(dāng)校分開關(guān)閉合時:2hz的脈沖正好送到分個位的en端,使得分位的數(shù)字能以2hz的頻率快速跳動,從而實現(xiàn)快速校分。在校分過程中,將原本接地的秒個位的cp端接到74ls74的端。這樣,當(dāng)校分開關(guān)打開時:實現(xiàn)正常進位,正常計數(shù);當(dāng)校分開關(guān)閉合時:相當(dāng)于秒個位的cp端接高電平,秒個位停止計數(shù),僅由分個位快速校準(zhǔn)。6清零電路圖16 清零電路圖清零電路的工作原理:分別將分十位和秒十位的qb、qc端與非,之后再和一個清零開關(guān)與非,最后的輸出接到分十位和秒十位

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