電工電子綜合實(shí)驗(yàn)

1、電子電工綜合試驗(yàn)（II）試驗(yàn)報(bào)告 數(shù)字計(jì)時(shí)器設(shè)計(jì)班級(jí)：學(xué)號(hào): 姓名：指導(dǎo)老師；一、試驗(yàn)?zāi)康?.把握常見集成電路實(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、試驗(yàn)要求實(shí)現(xiàn)0000到5959的可整點(diǎn)報(bào)時(shí)的數(shù)字計(jì)時(shí)器。三、試驗(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)0000”-5959”計(jì)時(shí)器單元電路。3 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)快速校分單元電路。含防抖動(dòng)電路（開關(guān)k1,頻率F2,校分時(shí)秒計(jì)時(shí)器停止）4 加入任意時(shí)刻復(fù)位單元電路（開關(guān)K2）5 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)整點(diǎn)報(bào)時(shí)單元電路（產(chǎn)生5953”,5955”,5957”,三低音頻率F3，5959”高音頻率F4）四、試驗(yàn)器件1、 集成電路：NE5551片(

2、多諧振蕩)CD40401片（分頻）CD45182片（8421BCD碼十進(jìn)制計(jì)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150 4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）規(guī)律功能表：(引腳4 )Vi1(引腳6)Vi2(引腳2)VO(引腳3)0××01> Vcc>Vcc01< Vcc<Vcc11&

3、lt; Vcc>Vcc不變表1 NE555規(guī)律功能表2.CD40401片（分頻）：（1）引腳布局圖：圖2 CD4040引腳布局圖（2）規(guī)律功能說明：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(hào)時(shí)，其12個(gè)輸出端的輸出信號(hào)分別為該輸入信號(hào)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(hào)頻率分別為輸入信號(hào)頻率的2-12-12。3.CD45182片（8421BCD碼十進(jìn)制計(jì)數(shù)器）：（1）引腳布局圖：圖3

4、 CD4518引腳布局圖（2）規(guī)律功能表：輸入輸出CRCPENQ3Q2Q1Q0清零1××0000計(jì)數(shù)01BCD碼加法計(jì)數(shù)保持0×0保持計(jì)數(shù)00BCD碼加法計(jì)數(shù)保持01×保持表2 CD4518規(guī)律功能表4.CD4511四片（譯碼器）：（1）引腳布局圖：圖4 CD4511引腳布局圖（2）規(guī)律功能表：輸入輸出LEDCBAgfedcba字符測(cè)燈0××××××11111118滅零10×00000000000消隱鎖存111××××顯示LE=01時(shí)數(shù)據(jù)譯碼11

5、0000001111110110000100001101110001010110112110001110011113110010011001104110010111011015110011011111006110011100001117110100011111118110100111001119表3 CD4511規(guī)律功能表5.74LS003片（與非門）：（1）引腳布局圖：圖5 74LS00引腳布局圖（2）規(guī)律功能表：輸入輸出BAQ000011101110表4 74LS00規(guī)律功能表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）規(guī)律功能表：輸入輸出AB

6、CDQ0XXX1X0XX1XX0X1XXX0111110表5 74LS20規(guī)律功能表74LS212片（4輸入與門）：（1）引腳布局圖：圖7 74LS21引腳布局圖（2）規(guī)律功能表：輸入輸出ABCDQ0XXX0X0XX0XX0X0XXX0011111表6 74LS21規(guī)律功能表8.74LS741片（D觸發(fā)器）：（1）引腳布局圖：圖8 74LS74引腳布局圖（2）規(guī)律功能表：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規(guī)律功能表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

7、、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）規(guī)律功能表：顯示字型gfedcba段碼001111113fh1000011006h210110115bh310011114fh4110011066h511011016dh611111017dh7000011107h811111117fh911011116fh表8 共陰極雙字屏規(guī)律功能表六、試驗(yàn)原理電子計(jì)時(shí)器是由計(jì)時(shí)電路、譯碼顯示電路、脈沖發(fā)生電路和把握電路等幾部分組成的，其中把握電路可以分為校分電路、清零電路和報(bào)時(shí)電路。其具體的原理框圖如圖1所示。圖10

8、電路原理框圖電路各單元工作原理及規(guī)律設(shè)計(jì)總工作原理：由振蕩器產(chǎn)生的穩(wěn)定的高頻脈沖信號(hào)，作為數(shù)字鐘的時(shí)間基準(zhǔn)，再經(jīng)分頻器輸出標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖。秒計(jì)數(shù)器記滿60后向分計(jì)數(shù)器進(jìn)位。計(jì)數(shù)器的輸出經(jīng)譯碼器送顯示器。記時(shí)消滅誤差時(shí)可以用校時(shí)電路進(jìn)行校分，校秒。擴(kuò)展電路必需在主體電路正常運(yùn)行的狀況下才能進(jìn)行功能擴(kuò)展。1.秒脈沖發(fā)生電路規(guī)律圖如下：圖11 脈沖發(fā)生電路圖脈沖發(fā)生電路為計(jì)時(shí)電路供應(yīng)計(jì)數(shù)脈沖，由于設(shè)計(jì)的是計(jì)時(shí)器，所以需要產(chǎn)生1Hz的脈沖信號(hào)。這里接受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(jìn)制串行分頻器CD4040實(shí)現(xiàn)。CD4040的最大分頻系數(shù)是212,即Q1

9、21Hz，從Q12可以輸出脈沖信號(hào)。2.計(jì)時(shí)電路秒個(gè)位清零信號(hào)f1=1Hz清零信號(hào)校分保持秒位信號(hào)秒十位分十位分個(gè)位清零信號(hào)清零信號(hào)圖12計(jì)時(shí)器規(guī)律電路圖計(jì)時(shí)電路鐘的計(jì)數(shù)器，可以接受加法計(jì)數(shù)器CD4518實(shí)現(xiàn)。將分和秒的個(gè)位、十位分別與七段數(shù)碼顯示器上對(duì)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(jì)數(shù)。圖11電路左半部分對(duì)應(yīng)的是分的十位和個(gè)位，右部分對(duì)應(yīng)的是秒的個(gè)位和十位。秒的個(gè)位的CP端和分的個(gè)位的EN端都由校分電路供應(yīng)信號(hào)。同時(shí)分十位的EN連到分個(gè)位的6號(hào)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

10、將譯碼器CD4511的7個(gè)輸出端1、2、3、4、5、6、7分別與顯示器上的對(duì)應(yīng)端相連，譯碼器的3，4，5腳分別接1，1，0，輸入端接計(jì)數(shù)器CD4518的輸出端，即可實(shí)現(xiàn)數(shù)字顯示的功能。兩者都是從計(jì)數(shù)器的輸出端向CD4511的輸入端輸入信號(hào)，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(bào)時(shí)電路圖14 報(bào)時(shí)電路圖當(dāng)需要在某一時(shí)刻報(bào)時(shí)，就將該時(shí)刻輸出為“1”的信號(hào)作為觸發(fā)信號(hào)，選通報(bào)時(shí)脈沖信號(hào)用蜂鳴器進(jìn)行報(bào)時(shí)。要使蜂鳴器在5953、5955、5957時(shí)發(fā)出低聲（頻率為500Hz）；在5959時(shí)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

11、以下式子：H5953f3+5955 f3+5957 f3+5959f45951（QBf3QCf3QDf4）其中，QB、QC、QD分別是秒個(gè)位的輸出。 假設(shè)分十位所對(duì)應(yīng)的計(jì)數(shù)器的輸出為1QD,1QC,1QB,1QA；分個(gè)位所對(duì)應(yīng)的計(jì)數(shù)器的輸出為2QD,2QC,2QB,2QA；秒十位所對(duì)應(yīng)的計(jì)數(shù)器的輸出為3QD,3QC,3QB,3QA；秒個(gè)位所對(duì)應(yīng)的計(jì)數(shù)器的輸出為4QD,4QC,4QB,4QA。其中，Q4為高位，Q1為低位。 在5951時(shí)，四個(gè)計(jì)數(shù)器的輸出分別為：1QD1QC1QB1QA0101，2QD2QC2QB2QA1001，3QD3QC3QB3QA0101，4QD4QC4QB4QA0001。

12、因此，此時(shí)的觸發(fā)信號(hào)F1QC1QA2QD2QA3QC3QA4QA。而報(bào)時(shí)脈沖信號(hào)可以由CD4040輸出分頻信號(hào)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(shí)現(xiàn)了定點(diǎn)報(bào)時(shí)的功能。5.校分電路校分開關(guān)分計(jì)時(shí)器個(gè)位時(shí)鐘端秒計(jì)數(shù)器十位進(jìn)位端f2=2Hz秒計(jì)數(shù)器個(gè)位時(shí)鐘端（CP）圖15 校分電路圖如圖，校分開關(guān)打到“0”時(shí)，計(jì)數(shù)器正常計(jì)數(shù)；當(dāng)開關(guān)打到“1”時(shí)，分計(jì)數(shù)器以2Hz的頻率進(jìn)行快速校分。校分電路工作原理：當(dāng)校分開關(guān)打開時(shí)：輸出為3Qc，接到分個(gè)位的EN端，實(shí)現(xiàn)正常進(jìn)位；當(dāng)校分開關(guān)閉合時(shí)：2Hz的脈沖正好送到分個(gè)位的EN端，使得

13、分位的數(shù)字能以2Hz的頻率快速跳動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)快速校分。在校分過程中，將原本接地的秒個(gè)位的CP端接到74LS74的端。這樣，當(dāng)校分開關(guān)打開時(shí)：實(shí)現(xiàn)正常進(jìn)位，正常計(jì)數(shù)；當(dāng)校分開關(guān)閉合時(shí)：相當(dāng)于秒個(gè)位的CP端接高電平，秒個(gè)位停止計(jì)數(shù)，僅由分個(gè)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(gè)清零開關(guān)與非，最終的輸出接到分十位和秒十位的Cr端。這樣，就可以實(shí)現(xiàn)任意狀態(tài)功能：任意狀態(tài)清零：若清零開關(guān)在某一時(shí)刻閉合，則無論1QB、1QC的值是多少，清零電路的輸出都為高電平，這樣可以實(shí)現(xiàn)任意狀態(tài)的清零。59清零：清零開關(guān)斷開，無論是對(duì)分位還是對(duì)秒

14、位，計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到59時(shí)，假如再計(jì)數(shù)一次到60，即在秒十位到6的瞬間，3QB和3QC同時(shí)消滅高電平1，則會(huì)產(chǎn)生清零脈沖信號(hào)到達(dá)秒十位的Cr端實(shí)現(xiàn)59到00的清零；分位上的原理相同。七、試驗(yàn)總規(guī)律圖八、試驗(yàn)總引腳圖9. 試驗(yàn)總結(jié)與感想 本次電工電子試驗(yàn)總共持續(xù)了兩天時(shí)間，主要通過設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字電子計(jì)時(shí)器來考察我們的動(dòng)手操作力量，設(shè)計(jì)電路的力量和整理資料的力量，目的是為了掛念我們把握常見集成電路實(shí)現(xiàn)單元電路的設(shè)計(jì)過程，了解各單元再次組合新單元的方法。開學(xué)前一天下午，在試驗(yàn)室聚精會(huì)神的聽完老師對(duì)我的試驗(yàn)要求之后，回到寢室的我們就開頭了緊鑼密鼓的預(yù)備工作，我們通過同學(xué)之間的爭(zhēng)辯和溝通，加上從網(wǎng)上搜集的各種

15、資料，漸漸的設(shè)計(jì)出了完整清楚的規(guī)律圖，雖然我們對(duì)每個(gè)部分的功能都進(jìn)行了認(rèn)真的劃分和設(shè)計(jì)，但是等到了試驗(yàn)臺(tái)的時(shí)候才發(fā)覺一切不是那么回事，首先是幾個(gè)集成元器件的布局問題，雖然在設(shè)計(jì)電路，畫電路圖的時(shí)候就已經(jīng)留意到了這個(gè)，但在真實(shí)的試驗(yàn)臺(tái)上連線的時(shí)候感覺還是完全不一樣的，第一次的時(shí)候由于布局的不合理導(dǎo)致線路連到后面格外的亂，并且很難安裝電阻和電容，接著就是每個(gè)芯片都應(yīng)當(dāng)連接電源，但是在做試驗(yàn)的時(shí)候，卻在檢查電路的時(shí)候發(fā)覺自己的很多芯片并沒有連上電源，導(dǎo)致很多芯片并沒有工作，所以雖然我第一個(gè)半天就已經(jīng)把線路連好，但是在接上電源之后顯示屏并沒有任何的反映，當(dāng)天回到寢室之后，認(rèn)真爭(zhēng)辯了一下電路圖，又回想了

16、一下當(dāng)天的問題，顯示屏上的數(shù)字完全沒有動(dòng)，說明整個(gè)電路都沒有工作，那就可能是芯片的電源沒有接上去，或者就是電路設(shè)計(jì)錯(cuò)誤。其次天到了試驗(yàn)室之后開頭檢查電路，發(fā)覺線路和自己的電路圖沒有什么兩樣，之后從時(shí)間的角度考慮，最終選擇放棄了第一版的電路圖轉(zhuǎn)而選擇了其次版的電路圖，重新開頭了連線，但是在連完線之后發(fā)覺電路照舊不工作，最終我選擇用萬(wàn)用表一個(gè)接一個(gè)管腳的去試，最終發(fā)覺是試驗(yàn)臺(tái)的電源處不供電，換了一個(gè)電源之后，電路最終開頭工作了，但是僅僅是秒鐘的部分，分鐘的部分照舊不走，經(jīng)過認(rèn)真的檢查發(fā)覺，竟然有一根線完全沒有接進(jìn)顯示屏，而是接在了外面，最終經(jīng)過檢查和調(diào)整，全部的部分都正常運(yùn)行，除了蜂鳴器，有了前幾次的檢查閱歷，這次檢查起來就順風(fēng)順?biāo)嗔?，一?huì)會(huì)兒就發(fā)覺蜂鳴器不響的緣由是沒有接地，最終在中午結(jié)束前，順當(dāng)?shù)耐瓿闪诉@次的試驗(yàn)。通過這次的試驗(yàn)，我發(fā)覺在做試驗(yàn)的時(shí)候肯定要戒驕戒躁，心平氣和的去連線，每一根線都要看清楚，不能連串了，要找準(zhǔn)各管腳的位置，另外要留意一些1和0 的管腳借口，然后是安裝秒脈沖電路，要留意1千歐和3千歐的區(qū)分，這個(gè)可以用歐姆表測(cè)量。計(jì)數(shù)器電路選好進(jìn)位管腳即可，但是要留意接入校分和清零電路時(shí)引腳的細(xì)節(jié)。報(bào)時(shí)電路接口比較簡(jiǎn)單，從4518引出導(dǎo)線時(shí)留意吧，很多同學(xué)都是進(jìn)位沒有處