南京理工大學(xué)電工電子綜合實(shí)驗(yàn)

1、電工電子綜合實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告數(shù)字計(jì)時(shí)器設(shè)計(jì)姓名： 學(xué)號(hào)： 學(xué)院：自動(dòng)化學(xué)院專業(yè)：自動(dòng)化2013-9-6一 、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、掌握常見集成電路實(shí)現(xiàn)單元電路的設(shè)計(jì)過程。2、了解各單元再次組合新單元的方法。二、實(shí)驗(yàn)要求：實(shí)現(xiàn)0分0秒到59分59秒的可整點(diǎn)報(bào)時(shí)的數(shù)字計(jì)時(shí)器。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1、設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)信號(hào)源的單元電路。2、設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)0分0秒到59分59秒的計(jì)時(shí)單元電路。3、設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)快速校分單元電路，含防抖動(dòng)電路。4、加入任意時(shí)刻復(fù)位單元電路。5、設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)整點(diǎn)報(bào)時(shí)的單元電路。四、實(shí)驗(yàn)所用元件及功能介紹元件型號(hào)數(shù)量NE5551片CD40401片CD45182片CD45112片74LS003片74LS201片74LS

2、213片74LS741片電容0.047uf1個(gè)電阻1504個(gè)電阻1k1個(gè)電阻3k1個(gè)單字屏共陰極數(shù)碼管2塊蜂鳴器1個(gè)開關(guān)2個(gè)2、主要芯片引腳圖及功能表2.2.1、CD4511譯碼器 圖2.2.1 CD4511譯碼器引腳圖表2.2.1 CD4511譯碼器功能表輸入輸出LTBILED4D3D2D1gfedcba字符測(cè)燈011111118滅零1000000000000消隱鎖存111顯示LE=01時(shí)數(shù)據(jù)譯碼110000001111110110000100001101110001010110112110001110011113110010011001104110010111011015110011011

3、1110061100111000011171101000111111181101001110011192.2.2、CD4518計(jì)數(shù)器 圖2.2.2 CD4518BCD碼計(jì)數(shù)器引腳圖表2.2.2 CD4518BCD碼計(jì)數(shù)器功能表：輸入輸出CRCPENQ3Q2Q1Q0清零10000計(jì)數(shù)01BCD碼加法計(jì)數(shù)保持00保持計(jì)數(shù)00BCD碼加法計(jì)數(shù)保持01保持2.2.3、CD4040分頻器圖2.2.3 CD4040分頻器引腳圖2.2.4、NE555定時(shí)器圖2.2.2 NE555定時(shí)器引腳圖表2.2.2 NE555定時(shí)器功能表(引腳4 )Vi1(引腳6)Vi2(引腳2)VO(引腳3)0012/3Vcc1/3

4、Vcc012/3 Vcc1/3Vcc111/3Vcc不變2.2.5、74LS74 D觸發(fā)器圖2.2.5 74LS74D觸發(fā)器引腳圖表2.2.5 74LS74D觸發(fā)器功能表輸入輸出CPD清零0101置“1”1010送“0”11001送“1”11110保持011保持不允許00不確定2.2.6、74LS00 雙四與非門 圖2.2.6 74LS00雙四與非門引腳圖 2.2.7、74LS20 四入雙與非門圖2.2.7 74LS20 四入雙與非門引腳圖2.2.8、74LS21四入雙與門圖2.2.8 74LS21四入雙與門引腳圖3、電子計(jì)時(shí)器設(shè)計(jì)原理3.1、各部分電路解析3. 1.1、脈沖發(fā)生電路 脈沖發(fā)生

5、電路即為電子計(jì)時(shí)器產(chǎn)生脈沖的電路，本文采用NE555振蕩器和CD4040分頻器產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)所需要的脈沖信號(hào)頻率其中：f0=1.44/(R1+2R2)C=4.38kHz R1=1K,R2=3K,C=0,047uF。12CD4040的最大分頻系數(shù)是2 ，即Q12= f0/2 =1Hz（理論值為1.Hz，每小時(shí)慢231.04秒），從Q12可以輸出1Hz，從Q11可以輸出2Hz，從Q6可以輸出500Hz，從Q7可以輸出1kHz。圖13.1.2、計(jì)時(shí)電路 本文采用二十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器CD4518來實(shí)現(xiàn)來實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)電路。CD4518時(shí)一種常用的8421BCD碼加法計(jì)數(shù)器。每一片CD4518集成電路中集成了兩個(gè)相互

6、獨(dú)立的計(jì)數(shù)器，正好作為計(jì)時(shí)器的分位（0059）與秒位（00-59）的計(jì)數(shù)。當(dāng)清零端輸入1，EN端為1且CP端輸入時(shí)鐘信號(hào)。其輸出端Q3 Q2 Q1 Q0輸出從0000到1001（即十進(jìn)制中的0到9）的循環(huán)。所以當(dāng)使用其作為分和秒的個(gè)位進(jìn)行計(jì)數(shù)時(shí)不需對(duì)其進(jìn)行反饋清零，而用其進(jìn)行分和秒的十位計(jì)數(shù)時(shí)，需要在Q3 Q2 Q1 Q0輸出0110時(shí)（即十進(jìn)制中的6），對(duì)其進(jìn)行清零（因?yàn)镃D4518是異步清零）。 圖23.4.1.3、譯碼顯示電路本文選用CD4511數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)芯片，將計(jì)數(shù)電路產(chǎn)生的即使信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)碼管的顯示信號(hào)。此處數(shù)碼管選用共陰雙字顯示器，來自計(jì)數(shù)電路的信號(hào)通過譯碼器CD4511，為了避免

7、電路中的電流過大而燒壞電路，本實(shí)驗(yàn)中在數(shù)碼管的每一個(gè)顯示輸入端加上了限流電阻（約330歐姆）。圖3 3.4.1.4、報(bào)時(shí)電路 記蜂鳴器的符號(hào)為W，根據(jù)報(bào)時(shí)要求實(shí)現(xiàn)三低一高整點(diǎn)報(bào)時(shí)（59分53秒、59分55秒、59分57秒低聲報(bào)時(shí)，59分59秒高聲報(bào)時(shí)）。得到報(bào)時(shí)電路的表達(dá)式如下：W=5953*f3+5955*f3+5957*f3+5959*f4=5953(2*f3+4*f3+6*f3+8*f4)本模塊中采用74LS00、74LS20、74LS21、蜂鳴器的組合產(chǎn)生了需要的電路。圖43. 1.5、控制電路3.1.5.1、校分電路為了快速對(duì)計(jì)時(shí)器進(jìn)行調(diào)時(shí)，并且檢測(cè)的電路報(bào)時(shí)功能。在該電子計(jì)時(shí)器中設(shè)

8、計(jì)了快速較分電路。校分電路要實(shí)現(xiàn)的功能為：當(dāng)開關(guān)打到“0”時(shí)，計(jì)數(shù)器能夠正常計(jì)數(shù)；當(dāng)開關(guān)打到“1”時(shí)，分計(jì)數(shù)器輸入2Hz的脈沖實(shí)現(xiàn)快速的計(jì)數(shù)，調(diào)整分位的顯示，而秒位則保持不變。考慮到事件情況中容易出現(xiàn)抖動(dòng)的現(xiàn)象，電路中引入了D觸發(fā)器，由于D觸發(fā)器的輸出端只在時(shí)鐘的上升沿變化，而其他時(shí)刻保持上一次的電平，很好的實(shí)現(xiàn)了防抖動(dòng)的功能。相對(duì)應(yīng)的在清零電路中也可以采用同樣的方式解決抖動(dòng)的問題。圖53. 1.5.2、清零電路計(jì)時(shí)電路中的計(jì)數(shù)器，從00分00秒到59分59秒計(jì)時(shí)，可采用兩片CD4518來實(shí)現(xiàn)。采用CD4518來實(shí)現(xiàn)模六十計(jì)數(shù)器，用74LS00與非門來實(shí)現(xiàn)進(jìn)位、清零工作，通過與非關(guān)系可以實(shí)現(xiàn)進(jìn)

9、位；通過實(shí)現(xiàn)撥動(dòng)清零開關(guān)，可以使計(jì)數(shù)器清零。4、總原理圖五、實(shí)驗(yàn)感想與總結(jié)在上一學(xué)期數(shù)電知識(shí)和一些小實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，我們進(jìn)行了這次電子電工綜合試驗(yàn)。本次實(shí)驗(yàn)是上大學(xué)以來我所經(jīng)歷的印象最深刻的實(shí)驗(yàn)。在實(shí)物連線的時(shí)候，我一直很細(xì)心，因?yàn)槿绻桓€連錯(cuò)，最后不僅很難在導(dǎo)線密布的面包板上將它找出來，而且還會(huì)影響其它導(dǎo)線的布局。此次實(shí)驗(yàn)我沒有犯很多錯(cuò)，較為順利地完成了實(shí)物連線，這與實(shí)驗(yàn)前充分的準(zhǔn)備，合理的布局是分不開的。 通過本次多功能數(shù)字計(jì)時(shí)器的設(shè)計(jì)，我對(duì)于中規(guī)模集成電路有了初步的了解。雖然我們之前學(xué)過數(shù)電，模電，并做過相關(guān)的實(shí)驗(yàn)，但并沒有實(shí)際應(yīng)用起來。而此次的實(shí)驗(yàn)，卻讓我們自己動(dòng)手設(shè)計(jì)一個(gè)成品，從原理

10、分析、單元設(shè)計(jì)到最后的組成聯(lián)接、功能調(diào)試，無一不是知識(shí)的全方面應(yīng)用，每一個(gè)環(huán)節(jié)我都體會(huì)頗深。 首先是原理分析。一個(gè)數(shù)字計(jì)時(shí)器的由哪幾個(gè)部分組成，各自有什么作用，可以用什么器件或芯片來實(shí)現(xiàn)，這些都是要考慮的。并且，由于電路板面的限制，引腳總圖需要合理的布局，使排線盡可能貼著板面，而不要跨在芯片上。否則最后的板面會(huì)很混亂，不僅影響美觀，也會(huì)給后面的接線帶來麻煩，甚至造成信號(hào)的干擾。接著就是實(shí)際的接連電路了。如何減少交差的排線，縮短線長(zhǎng)，是必須要解決的問題。由于整個(gè)電路是多個(gè)部分組成，因此就需要在每個(gè)功能模塊完成后，都給與調(diào)試，避免總體調(diào)試產(chǎn)生問題時(shí)不知是什么地方出錯(cuò)，可以縮小問題范圍，提高查錯(cuò)效率。 最后是總體的功能調(diào)試。根據(jù)出現(xiàn)的問題，找到相應(yīng)的模塊電路進(jìn)行檢查，包括線的連接是否正確，各邏輯門是否正常工作，這點(diǎn)可以用發(fā)光二極管的亮滅來判斷高低電平。以此一步步查錯(cuò)，至查找成功。 此次實(shí)驗(yàn)提高了我們的邏輯思維能力，使我們?cè)谶壿嬰娐返姆治雠c設(shè)計(jì)上有了很大的進(jìn)步。加深了我們對(duì)組合邏輯電路與時(shí)序邏輯電路的認(rèn)識(shí)，進(jìn)一步增進(jìn)了對(duì)一些常見邏