電工電子綜合實驗(II)

1、南京理工大學 電工電子綜合實驗（II）目 錄一、實驗內(nèi)容及要求2二、單元電路設(shè)計原理邏輯圖4三、電子計時器原理邏輯總圖與電路引腳接線圖12四、實驗總結(jié)13五、創(chuàng)新設(shè)計14六、附錄（部分器件功能表、參考書目）15一、實驗內(nèi)容及要求1、實驗目的（1）掌握常見集成電路工作原理和使用方法。 （2）學會單元電路設(shè)計與組合方法，實現(xiàn)較復雜功能。2、設(shè)計內(nèi)容（1）設(shè)計、安裝、調(diào)試秒脈沖發(fā)生器電路（、四種頻率輸出）。（2）設(shè)計、安裝、調(diào)試四位BCD碼譯碼顯示電路。（3）設(shè)計、安裝、調(diào)試一小時六十進制計時器（05959）整點技術(shù)。（4）設(shè)計、安裝、調(diào)試任意狀態(tài)清零和快速較分電路（2Hz、防抖動、校分時停秒）。（

2、5）設(shè)計、安裝、調(diào)試整點報時電路， 5953、5955、5957低聲（頻率為500KHz）報時，5959高聲（頻率為1KHz）報時。（6）聯(lián)接實驗15設(shè)計電路實驗實現(xiàn)一小時電子計時器電路。3、設(shè)計要求 設(shè)計正確，布局合理，排線整齊，功能齊全。4、電子計時器原理及電路框圖電路框圖原理：計時器一般由振蕩器、分頻器、計數(shù)器、譯碼器、顯示器、校時電路、和報時電路組成。振蕩器產(chǎn)生穩(wěn)定的高頻脈沖信號,作為數(shù)字鐘的時間基準,然后經(jīng)過分頻器輸出標準秒脈沖。秒脈沖送入計數(shù)器，計數(shù)器通過“時”、“分”、“秒”譯碼器顯示時間。校分電路實現(xiàn)對“分”上數(shù)值的控制，而不受秒十位是否進位的影響。報時電路通過500Hz 或1

3、kHz的信號和要報時的時間信號進行“與”的運算來實現(xiàn)的定點報時的。5、元器件表 元件型號數(shù)量NE5551片CD40401片CD45182片CD45114片74LS003片74LS201片74LS212片74LS741片電容0.047uf1只電阻33028只電阻1k1只電阻3k1只雙字屏共陰顯示器2塊數(shù)字邏輯實驗儀1臺 表一二、單元電路設(shè)計原理邏輯圖1、脈沖發(fā)生器電路： 圖1 ：周期矩形波發(fā)生電路（2）CD4040集成電路CD4040是一種常用的12分頻集成電路。當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

4、沖發(fā)生電路。其引腳圖如下圖2：圖2： NE555與CD4040引腳圖其中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。將圖1所示電路的輸出端接至CD4040的輸入端，則可以在Q12輸出端得到頻率大致為1Hz的方波信號?？梢岳闷錇殡娮隅姷挠嫊r信號。另外，在Q11、Q3、Q2三個輸出端得到頻率大致為2Hz、500Hz和1kHz的信號，這三個信號在后面的電路中要用到。于是脈沖發(fā)生電路部分如下圖所示：圖3：脈沖發(fā)生電路2、計時和譯碼顯示電路（1） CD4518集成電路CD4518時一種常用的8421BCD碼加法

5、計數(shù)器。每一片CD4518集成電路中集成了兩個相互獨立的計數(shù)器，引腳圖如圖4所示。圖4： CD4518引腳圖CD4518邏輯功能如表二所示。（2）CD4511集成電路CD4511是一種8421BCD碼向8段數(shù)碼管各引腳碼的轉(zhuǎn)換器。當在其四個輸入端輸入8421BCD碼時，其7個輸出端可直接輸出供7段數(shù)碼管使用的信號。其引腳圖如圖5所示:圖5： CD4511引腳圖根據(jù)CD4511的邏輯功能表可知， 、輸入為1而輸入為0時其7個輸出端分別輸出一定的信號。只需將這些信號接入8段數(shù)碼管相對應的引腳即可使其顯示我們所需要的數(shù)字。CD4511左側(cè)四個輸入端分別連接CD4518的4個輸出端。這樣8段數(shù)碼管就可

6、以正常顯示計數(shù)器所記載的數(shù)字編碼了。由于電路的顯示部分不會出現(xiàn)小數(shù)，故8端數(shù)碼管的小數(shù)點引腳懸空，故計時和譯碼顯示部分電路如下圖6：圖6（1）：計時和譯碼部分電路引腳接線圖（秒）圖6（2）：計時和譯碼部分電路邏輯圖（分）圖6（3）：計時和譯碼部分電路邏輯圖（秒）3、清零電路該部分電路采用74LS00兩輸入端四與非門進行設(shè)計，74LS00是一種十分常見的集成電路，其中集成了4個與非門。其引腳圖如下：圖7：74LS00引腳圖清零部分電路如下圖8所示： 圖8（1）：清零電路引腳接線圖圖8（2）：清零電路邏輯圖4、校分電路（1）74LS74集成電路 74LS74集成電路是一種D觸發(fā)器。其引腳圖如圖9所

7、示：圖9： 74LS74引腳圖由圖可見，每片74LS74中集成了兩個D觸發(fā)器。由于電路中只需要用到一個D觸發(fā)器，故假設(shè)用到74LS74中的1號觸發(fā)器。由其功能表可知，當CP端接入時鐘，和端接入高電平，D端接入輸入信號時，在每個時鐘的下降沿時刻輸出Q都輸出與輸入D相同的電平，輸出相反的電平。校分部分電路設(shè)計如下：圖10（1）：校分電路引腳接線圖圖10（2）：校分電路邏輯圖其中輸出端直接與分計時器的個位時鐘端相連接。正常計時狀態(tài)下，開關(guān)連接高電平，此時Q端輸出高電平，總輸出端的信號與秒的十位進位信號相同。當開關(guān)連接低電平時，Q端輸出低電平，總輸出端輸出信號為2Hz的時鐘信號。5、 報時電路本次實驗

8、中報時電路的設(shè)計要求是在5953、5955、5957發(fā)低音，輸入500Hz信號；在5959發(fā)高音，輸入1KHz信號。用二進制數(shù)分別表示報時情況如下表：時刻分十位分個位秒十位秒個位音高頻率m8m7m6m5m4m3m2m1s8s7s6s5s4s3s2s159分53秒0101100101010011低500Hz59分55秒0101100101010101低500Hz59分57秒0101100101010111低500Hz59分59秒0101100101011001高1000HzF ，其中F為最后要傳到揚聲器中的信號,f3為500HZ信號，f4為1KZ的信號。報時信號邏輯圖如下圖： 圖11：報時電路邏

9、輯圖該邏輯關(guān)系運用74LS00、74LS20、74LS21集成電路連接實現(xiàn),以下為這三個集成電路的引腳圖：74LS20引腳圖74LS21引腳圖圖12 74LS20，74LS21引腳圖從以上三個引腳圖中我們可以很清楚的看出它們的內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及其邏輯功能。在此計時器電路中，這三種集成電路按邏輯圖關(guān)系連接，可以實現(xiàn)報時功能。三、電子計時器原理邏輯總圖與電路引腳接線圖在各個單元電路的基礎(chǔ)上，按照電子計時器原理框圖的單元關(guān)系與信號傳輸關(guān)系，將各個單元電路整合為整體的電路。調(diào)整元件的布局，使得電路結(jié)構(gòu)簡單，便于實際連線。原理邏輯總圖如下：總引腳接線圖如下：四、實驗總結(jié)通過此次實驗，我將理論應用于實踐的能力得

10、到增強，動手能力大大提高，曾經(jīng)不敢置信自己能完成這么復雜的線路，感覺自己完成的電路就是一部“作品”，使我產(chǎn)生了空前成就感與對所學課程更深的興趣、喜愛。十分感謝老師、學校給我們提供這樣的機會。我學到了實驗與科學的精神嚴謹，它體現(xiàn)在如下方面： 1、不能因為只是個簡單的實驗就認為分與秒的顯示器誰在前誰在后無所謂，一定要嚴謹。盡量使自己的設(shè)計誤差小，4518用EN時鐘會減少一個門的延遲，CMOS輸入端不許懸空。 2、實際連線的時候，由于芯片較多，連接線路較為復雜，布局就尤為重要，事先根據(jù)設(shè)計好的電路將芯片放置在合理的位置，充分利用電路板的版面，從而有效快速的布線。3、小心布線，一點出了問題將會影響全局

11、。所以實驗線路連接有層次，有條理。電路分塊聯(lián)接，電源，地線首先搭好，各塊電路用不同顏色連線加以區(qū)別，方便線路檢查。連線長短要合適，避免交叉。布線一旦發(fā)生錯誤，龐大的電路將使查錯變得非常困難。4、在譯碼顯示部分，由于4511為COMS電路電流較大，所以要串接電阻降壓以防燒毀器件；在計數(shù)器使用中采用EN端進位以減少時間延遲5、增強安全意識，電路出現(xiàn)問題迅速斷電，避免造成元器件損壞。五、創(chuàng)新設(shè)計在對電路的創(chuàng)新中，我想到了動態(tài)顯示功能。設(shè)計的思想是利用數(shù)據(jù)選擇器的選擇置數(shù)功能，選擇秒個位或秒十位或分位的輸出。與此同時，利用數(shù)據(jù)選擇器的地址來控制七段顯示譯碼器的陰極，使得在某一時刻由同一個譯碼器送出的信

12、號只能在一個顯示譯碼器上顯示出來。再由數(shù)據(jù)選擇器的地址信號的快速循環(huán)變化（即由00. 01. 10構(gòu)成的循環(huán)）。循環(huán)計數(shù)的實現(xiàn)可以通過十進制BCD碼計數(shù)器4518來做。即利用4518的正常計數(shù)功能，當輸出為0011時對其進行清零就行了。在4518的脈沖輸入端的變化的頻率大于42Hz時人眼就分辨不出來了，就此完成了動態(tài)顯示功能。動態(tài)顯示一共只用了一個譯碼器，在一個時刻只有一個顯示管有用。另外，根據(jù)電子計時器的計時功能，可以設(shè)計一個任意時間報時的鐘。通過報時時間設(shè)置的靈活性，就制作成了一個鬧鈴。還可以將蜂鳴器換成其他鳴音設(shè)備，設(shè)計成學校、工廠等適合不同場合使用的報時設(shè)備，大大擴大其用途。六、附錄：

13、部分器件功能表輸入輸出CRCPENQ3Q2Q1Q0清零1××0000計數(shù)01BCD碼加法計數(shù)保持0×0保持計數(shù)00BCD碼加法計數(shù)保持01×保持表二： CD4518 功能表輸入輸出LEDCBAgfedcba字符測燈0××××××11111118滅零10×00000000000消隱鎖存111××××顯示LE=01時數(shù)據(jù)譯碼110000001111110110000100001101110001010110112110001110011113110010011001104110010111011015110011011111006110011100001117110100011111118110100111001119表三： CD4511 邏輯功能表輸入輸出CPD清零×0