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1、電氣制圖及CAD實(shí)驗(yàn)報(bào)告 - 一小時電子計(jì)時器姓名:楊榮宗學(xué)號:913110200228專業(yè):自動化專業(yè)1、 實(shí)驗(yàn)簡介 此次實(shí)驗(yàn)主要是兩個實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì),數(shù)字秒表與電子計(jì)時器。由于當(dāng)時由于學(xué)校的一些社會實(shí)踐的工作比較忙,因此選擇了這些較為簡單的實(shí)驗(yàn)科目進(jìn)行,并完成了數(shù)字秒表的原理圖繪制與PCB板制作。后期在數(shù)字秒表的基礎(chǔ)上,加上部分元器件完成了功能更加復(fù)雜的電子計(jì)數(shù)器的原理圖繪制與PCB板的制作。由于兩個電路的工作原理相似,電子計(jì)數(shù)器包涵了數(shù)字秒表的功能,本文在給出數(shù)字秒表的原理圖與PCB板之后,著重從電子計(jì)數(shù)器進(jìn)行詳細(xì)介紹。包括電子計(jì)數(shù)器原理圖的multisim軟件仿真,電路各個模塊功能的分析,
2、主要芯片的功能介紹以及內(nèi)部封裝和引腳分布,之后利用protel軟件繪制出電子計(jì)數(shù)器的原理圖與PCB板。數(shù)字秒表只能完成00到59秒的計(jì)時功能,而電子計(jì)數(shù)器則可以完成從00:00到59:59的計(jì)時功能,并在控制電路的作用下實(shí)現(xiàn)快速校分,清零,自動報(bào)時等功能。2、 實(shí)驗(yàn)器件介紹 主要芯片引腳圖及功能表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字符測燈011111118滅零1000000000000消隱鎖存111顯示LE=01時數(shù)據(jù)譯碼1100000011111101100001000011011
3、10001010110112110001110011113110010011001104110010111011015110011011111006110011100001117110100011111118110100111001119CD4518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CD4040分頻器圖2.2.3 CD4040分頻器引腳圖NE555定時器圖2.2.2 NE555定時器引腳圖表2.2.2 NE
4、555定時器功能表(引腳4 )Vi1(引腳6)Vi2(引腳2)VO(引腳3)0012/3Vcc1/3Vcc012/3 Vcc1/3Vcc111/3Vcc不變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74LS00 雙四與非門 圖2.2.6 74LS00雙四與非門引腳圖 74LS20 四入雙與非門圖2.2.7 74LS20 四入雙與非門引腳圖74LS21四入雙與門圖2.2.8 74LS21四入雙與門引腳圖3、 電路設(shè)計(jì)及結(jié)果3.1數(shù)
5、字秒表原理圖3.2數(shù)字秒表PCB板布線圖3.3數(shù)字秒表PCB板3D圖 3.4電子計(jì)時器設(shè)計(jì)原理3.4.1、各部分電路解析3.4.1.1、脈沖發(fā)生電路 脈沖發(fā)生電路即為電子計(jì)時器產(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1.068579Hz,每小時慢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。 Mult
6、isim仿真電路如圖1:圖13.4.1.2、計(jì)時電路 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)時電路。CD4518時一種常用的8421BCD碼加法計(jì)數(shù)器。每一片CD4518集成電路中集成了兩個相互獨(dú)立的計(jì)數(shù)器,正好作為計(jì)時器的分位(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端輸入時鐘信號。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位進(jìn)行計(jì)數(shù)時不需對其進(jìn)行反饋清零,而用其進(jìn)行分和秒的十位計(jì)數(shù)時,需要在Q3 Q2 Q1 Q0輸出0110時(即十進(jìn)制中的6),對其進(jìn)行清零(因?yàn)镃D4518是異
7、步清零)。 Multisim仿真電路如圖2:(由于截圖限制,只截下了部分電路,下同) 圖23.4.1.3、譯碼顯示電路本文選用CD4511數(shù)碼管驅(qū)動芯片,將計(jì)數(shù)電路產(chǎn)生的即使信號轉(zhuǎn)化為數(shù)碼管的顯示信號。此處數(shù)碼管選用共陰雙字顯示器,來自計(jì)數(shù)電路的信號通過譯碼器CD4511,為了避免電路中的電流過大而燒壞電路,本實(shí)驗(yàn)中在數(shù)碼管的每一個顯示輸入端加上了限流電阻(約330歐姆)。 Multisim仿真電路如圖3:(同上,只截下分位電路)圖3 3.4.1.4、報(bào)時電路 記蜂鳴器的符號為W,根據(jù)報(bào)時要求實(shí)現(xiàn)三低一高整點(diǎn)報(bào)時(59分53秒、59分55秒、59分57秒低聲報(bào)時,59分59秒高聲報(bào)時)。得到報(bào)
8、時電路的表達(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。Multisim仿真電路如圖4:圖43.4.1.5、控制電路3.4.1.5.1、校分電路為了快速對計(jì)時器進(jìn)行調(diào)時,并且檢測的電路報(bào)時功能。在該電子計(jì)時器中設(shè)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,計(jì)數(shù)器能夠正常計(jì)數(shù);當(dāng)開關(guān)打到“1”時,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??紤]到事件情況中容易出現(xiàn)抖動的現(xiàn)象,電路中引入
9、了D觸發(fā)器,由于D觸發(fā)器的輸出端只在時鐘的上升沿變化,而其他時刻保持上一次的電平,很好的實(shí)現(xiàn)了防抖動的功能。相對應(yīng)的在清零電路中也可以采用同樣的方式解決抖動的問題。圖53.4.1.5.2、清零電路 考慮到電子計(jì)數(shù)器功能的完整性,應(yīng)該具備在任意時刻將計(jì)時器復(fù)位的功能,因此設(shè)計(jì)了清零電路,來實(shí)現(xiàn)這一功能。因?yàn)榍懊?4LS74還有一端沒有用著,正好可以利用剩余的部分接到開關(guān)上來實(shí)現(xiàn)同步清零。(實(shí)際連接中發(fā)現(xiàn),此處可以不設(shè)置防抖動電路)(此處由于截圖不變略去,見總圖6)3.4.2、整體電路及PCB板3.4.2.1、電子計(jì)時器multisim模擬仿真電路 由于軟件的原因部分元器件的符號與實(shí)際芯片有所差異
10、,對部分進(jìn)行了等效替代,但是實(shí)現(xiàn)了相同的功能,因此驗(yàn)證了實(shí)驗(yàn)電路的正確性。原理圖見圖6:圖63.4.2.2、電子計(jì)時器Protel原理圖圖73.4.2.3、電子計(jì)時器PCB板布線圖圖83.4.2.4、電子計(jì)時器PCB板3D圖圖94、 實(shí)驗(yàn)總結(jié) 本課程為期三個禮拜,在實(shí)驗(yàn)的過程中,盡管由于社會實(shí)踐等原因最終的實(shí)驗(yàn)沒有做好充足的準(zhǔn)備,但是,整個的實(shí)驗(yàn)過程。整個關(guān)于CAD制圖的細(xì)節(jié)基本了解到了。繪圖的過程中遇到了一個不小的麻煩,由于元器件數(shù)量比數(shù)字秒表明顯增加,使得導(dǎo)入PCB之后令人眼花繚亂,無從下手。為了兼顧布局的美觀與線路的清晰簡潔。我決定按照原理圖的布局進(jìn)行PCB板布局,再通過細(xì)微部分的調(diào)節(jié)盡量縮小板子的尺寸。板子尺寸的縮小給后期的布線增加了工作量,經(jīng)過反反復(fù)復(fù)很多次的嘗試之后,我選擇了自動布線。但是效果并不理想,因此我又在這基礎(chǔ)上,對部分線路進(jìn)
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