电工电子综合实验Z.docx
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电工电子综合实验Z
电工电子综合实验II
——电子计时器电路设计
学院:
电光学院
专业:
电子信息工程
姓名:
学号:
指导老师:
2015年09月
一.实验内容及要求
(1)实验内容
1.应用CD4511BCD码译码器﹑LED双字共阴显示器﹑300Ω限流电阻设计﹑安装调试四位BCD译码显示电路实现译码显示功能。
2.应用NE555时基电路、3KΩ、1KΩ电阻、0·047UF电容和CD4040计数分频器设计,安装,调试秒脉冲发生器电路(输出四种矩形波频率f1=1HZf2=2HZf3≈500Hzf4≈1000Hz)。
3.应用CD4518BCD码计数器、门电路,设计、安装、实现00′00″---59′59″时钟加法计数器电路。
4.应用门电路,触发器电路设计,安装,调试校分电路且实现校分时停秒功能(校分时F2=2Hz)。
设计安装任意时刻清零电路。
5.应用门电路设计、安装、调试报时电路59′53″,59′55″,59′57″低声报时(频率f3≈500Hz),59′59″高声报时(频率f4≈1000Hz)。
整点报时电路。
H=59′53″·f3+59′55″·f3+59′57″·f3+59′59″·f4
6.联接试验内容1.—5.各项功能电路,实现电子计时器整点计时﹑报时、校分、清零电路功能。
(2)实验要求
设计正确、布局合理、排线整齐、功能齐全。
二.器件引脚图及功能表
1.CD4511
CD4511引脚图
输入
输出
LE
D
C
B
A
g
f
e
d
c
b
a
字符
测灯
0
×
×
×
×
×
×
1
1
1
1
1
1
1
8
灭零
1
0
×
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
消隐
锁存
1
1
1
×
×
×
×
显示LE=0→1时数据
译码
1
1
0
0
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
0
1
1
0
0
0
0
1
0
0
0
0
1
1
0
1
1
1
0
0
0
1
0
1
0
1
1
0
1
1
2
1
1
0
0
0
1
1
1
0
0
1
1
1
1
3
1
1
0
0
1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
4
1
1
0
0
1
0
1
1
1
0
1
1
0
1
5
1
1
0
0
1
1
0
1
1
1
1
1
0
0
6
1
1
0
0
1
1
1
0
0
0
0
1
1
1
7
1
1
0
1
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
8
1
1
0
1
0
0
1
1
1
0
0
1
1
1
9
CD4511逻辑功能表
2、共阴双字显示器
共阴双字显示器引脚图
显示字型
g
f
e
d
c
b
a
段码
0
0
1
1
1
1
1
1
3fh
1
0
0
0
0
1
1
0
06h
2
1
0
1
1
0
1
1
5bh
3
1
0
0
1
1
1
1
4fh
4
1
1
0
0
1
1
0
66h
5
1
1
0
1
1
0
1
6dh
6
1
1
1
1
1
0
1
7dh
7
0
0
0
0
1
1
1
07h
8
1
1
1
1
1
1
1
7fh
9
1
1
0
1
1
1
1
6fh
共阴极双字屏逻辑功能表
3、NE555
NE555引脚图
(引脚4)
Vi1(引脚6)
Vi2(引脚2)
VO(引脚3)
0
×
×
0
1
>
Vcc
>
Vcc
0
1
<
Vcc
<
Vcc
1
1
<
Vcc
>
Vcc
不变
NE555功能表
4、CD4040
CD4040引脚图
5、CD4518
CD4518引脚图
输入
输出
CR
CP
EN
Q3
Q2
Q1
Q0
清零
1
×
×
0
0
0
0
计数
0
↑
1
BCD码加法计数
保持
0
×
0
保持
计数
0
0
↓
BCD码加法计数
保持
0
1
×
保持
CD4518功能表
6、74LS00
74LS00引脚图
输入
输出
B
A
Q
0
0
0
0
1
1
1
0
1
1
1
0
74LS00功能表
7、74LS20
74LS20引脚图
输入
输出
A
B
C
D
Q
0
X
X
X
1
X
0
X
X
1
X
X
0
X
1
X
X
X
0
1
1
1
1
1
0
74LS20功能表
8、74LS21
74LS21引脚图
输入
输出
A
B
C
D
Q
0
X
X
X
0
X
0
X
X
0
X
X
0
X
0
X
X
X
0
0
1
1
1
1
1
74LS21功能表
9、74LS74
74LS74引脚图
输入
输出
CP
D
清零
×
0
1
×
0
1
置“1”
×
1
0
×
1
0
送“0”
↑
1
1
0
0
1
送“1”
↑
1
1
1
1
0
保持
0
1
1
×
保持
不允许
×
0
0
×
不确定
74LS74功能表
三.电子计时电路器逻辑图(电子打印稿)
四.电子计时器电路引脚接线图
五.各单元原理图及设计过程
1.BCD码译码显示电路
BCD码译码显示电路使用CD4511及共阴双字显示器实现。
CD4511是一种8421BCD码向8段数码管各引脚码的译码器。
当在其四个输入端输入8421BCD码时,其7个输出端可直接输出供7段数码管使用的信号。
根据功能表可知,当
时,其7个输出端分别输出一定的信号。
只需将这些信号接入8段数码管相对应的引脚即可使其显示我们所需要的数字。
然而实际上我们需要在每个CD4511的输出端和数码管相应的输入端之间接入一个阻值为300Ω的吧保护电阻,以防电流过大使数码管烧毁.
显示逻辑电路
图中每个CD4511下侧四个输入端分别连接CD4518的4个输出端。
这样8段数码管就可以正常显示计数器所记载的数字编码了。
由于电路的显示部分不会出现小数,故4,9端(即上图<显示逻辑电路>中的H脚)数码管的小数点引脚悬空。
试灯步骤:
将每个CD4511上侧9—15管脚链接共阴双字显示器,下侧的3管脚接地,观察每个显示器是否显示出8,若不显示,观察七段中不显示的一段,找出对应的管脚和电阻进行调整。
2.脉冲发生器电路
脉冲发生电路为计时电路提供数据脉冲,本实验运用NE555器件构成一自激多谐振荡器。
将NE555输出频率接入有CD4040所构成的分频电路中,其输出Q12=1HZ作为秒针的输入脉冲,Q11=2HZ作为校分电路的输入脉冲,Q3、Q2分别为报时电路的输入脉冲。
脉冲发生电路
3.六-十进制计数器电路(分位、秒位)
用CD4518和门电路实现六-十进制计数,有两种接入方式:
(1)清零端输入1,EN=1且CP端输入时钟信号;
(2)EN端输入时钟信号且CP=0时计数器进行计数。
为了减少由于延时而产生的误差,采用直接进位时钟由EN端输入的接入方式。
因为输出端QDQCQBQA(即下图<计时电路>中的DCBA)是从0000到1001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,由于CD4518是异步清零,需要在QCQB=11时对其进行清零。
输入信号
清零信号
分计时器秒计时器
计时电路
4.整点报时电路
电路具有如下要求,蜂鸣器要能够在59分53秒、55秒、57秒发出低音(频率f3≈500Hz),而在59分59秒发出高音(频率f4≈1000Hz)。
根据要求,得到下表:
时刻
分十位
分个位
秒十位
秒个位
m8m7m6m5
m4m3m2m1
s8s7s6s5
s4s3s2s1
59分53秒
0101
1001
0101
0011
59分55秒
0101
1001
0101
0101
59分57秒
0101
1001
0101
0111
59分59秒
0101
1001
0101
1001
经化简,可得:
其中f3≈500Hz,f4≈1000Hz。
74LS21的输出端接蜂鸣器。
报时电路
5.校分电路(防抖动)
运用74LS74芯片与门电路实现。
校分时,秒针停止计数,分针以2HZ的频率计数。
校分电路中输出端直接与分计时器的个位EN端相连接。
正常计时状态下,开关连接高电平,此时右边的Q端输出高电平,总输出端的信号与秒的十位的进位信号相同。
当开关连接低电平时,Q端输出低电平,总输出端输出信号为2Hz的时钟信号;而秒计时器的个位CP端为1,状态保持不变,即秒计时器不工作。
防抖动电路:
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不变,故可以在校分电路用其构成防抖动电路,避免不稳定信号造成的干扰。
校分电路
6.清零电路
清零电路的作用时当正常工作时,当分计时器或是秒计时器的十位到6,即QcQB=11时,相应的分计时器或秒计时器的清零端Cr(包括十位和个位)都进行清零功能。
由于CD4518的清零端Cr是高电平有效,所以开关接0(接地)时有清零作用,正常工作时接1(接高电平)。
清零电路
六.创新设计及总结
做完这个实验,想起了上学期做的数电和模电实验——相较而言之,之前的实验简直可以说是不值一提。
上学期感觉很头疼的实验现在看起来十分的容易,最起码工程量没有那么大。
不过换个角度来看,可以说是在上一学期数电知识和一些小实验的基础上才得以能够完成这次电子电工综合试验。
这次实验给我最大感受就是线路复杂,也许在进行实验前的设计电路时不觉得线路复杂,可是在连实物时才深刻地感受到线路的复杂。
虽然在实验前有提醒过自己要有细心,耐心,可是起初还好,在进行到一半的时候就觉得烦躁了。
由于布局不合理的原因,导致线路连接极其复杂,导致了一天的时间白白浪费。
所以说,布局是否合理对线路的连接及电路功能能否实现起到至关重要的作用。
通过本次多功能数字计时器的设计,对于稍具规模的集成电路有了初步的了解。
而此次实验与之前最大的不同就是原来的实验只能算上“半成品”,而这次通过对这些“半成品”的组合,拼接而完成了一件具有实际功能的“成品”。
可以说,这次实验让我对“从理论到实践”有了初步的认识与了解,更透彻的意识到理论的重要性,而不仅仅是纸上谈兵。
这次实验还是可能会受到一些信号干扰,性能不是很稳定(所以对于蜂鸣器所发出的声音的音调高低难以区分),应该尽量保证环境无高频信号干扰,最直接的方法就是保持周围无过大的噪声。
最后,感谢钟德荣老师在实验中提醒与指导,感谢舍友对我的帮助。
建议:
(1)希望老师在实验进行前对布局合理的必要性和重要性的着重强调,因为布局合理会影响到整体的简洁性,进而会影响到线路搭建是否易出现差错;
(2)在实验前督促学生对器件的功能检验,否则后期即使线路搭建正确,也会出现问题,难以确定问题的出处。
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- 关 键 词:
- 电工 电子 综合 实验