電子電工綜合試驗(yàn)——電子計(jì)時(shí)器

1、 電工電子綜合試驗(yàn)（2） 電子計(jì)時(shí)器 姓名：陸愷立 學(xué)號：0804240126 班級：08培優(yōu)班 電子計(jì)時(shí)器一：實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及要求內(nèi)容：1：安裝調(diào)試四位BCD碼譯碼顯示電路2：設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試秒脈沖發(fā)生器電路3：設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路（分位秒位）4：設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路（59分53秒、59分55秒、59分57秒報(bào)時(shí)低聲，59分59秒報(bào)時(shí)高聲）5：設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試校分、清零電路。要求：校分電路要防抖動，清零電路任意狀態(tài)可以清零。6：連接15各項(xiàng)設(shè)計(jì)電路實(shí)現(xiàn)一小時(shí)整點(diǎn)報(bào)時(shí)的電子計(jì)時(shí)器電路。要求：設(shè)計(jì)正確，布局合理，排線整齊，功能齊全。二：電路設(shè)計(jì)框圖數(shù)字計(jì)時(shí)器是由計(jì)時(shí)電路、譯碼顯示

2、電路、脈沖發(fā)生電路和控制電路等幾部分組成的，其中控制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下：譯碼顯示電路 脈沖發(fā)生電路 計(jì)時(shí)電路報(bào)時(shí)電路校分電路清零電路以下是各部分原理：1：脈沖發(fā)生電路 脈沖發(fā)生電路是為計(jì)時(shí)器提供計(jì)數(shù)脈沖的，因?yàn)樵O(shè)計(jì)的是計(jì)時(shí)器，所以需要產(chǎn)生1Hz的脈沖信號。這里采用NE555集成電路和分頻器CD4040構(gòu)成。555定時(shí)器不僅體積小，而且用它來構(gòu)成多諧振蕩器，波形穩(wěn)定，上升沿和下降沿小，振幅大，占空比可調(diào)，因此越來越廣泛地被用作振蕩器。而后通過CD4040產(chǎn)生幾種頻率供后面使用。下面是脈沖發(fā)生電路的原理圖：其中1HZ頻率用于計(jì)時(shí)器電路，2HZ頻率用于校分

3、、清零電路，500HZ和1KHZ用于整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路。2：計(jì)時(shí)電路計(jì)時(shí)電路鐘的計(jì)數(shù)器，可以采用二-十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器CD4518實(shí)現(xiàn)。60秒為1分，將分和秒的個(gè)位、十位分別在七段數(shù)碼顯示器上顯示出來，從0分0秒到59分59秒，然后重新計(jì)數(shù)。以下是計(jì)時(shí)電路的原理圖：校分電路總信號接D觸發(fā)器 Q 這部分電路中上半部分對應(yīng)的是分的十位和個(gè)位，下半部分對應(yīng)的是秒的個(gè)位和十位。清零信號最后由清零電路統(tǒng)一提供。秒的個(gè)位的CP端和分的個(gè)位的EN端都由校分電路提供信號。根據(jù)計(jì)數(shù)特點(diǎn)，在1000時(shí)，個(gè)位向十位發(fā)一個(gè)高位信號，但十位不變化，在個(gè)位由1001變?yōu)?000時(shí)，又向十位發(fā)了低位信號，十位由0000變?yōu)?001

4、，依次計(jì)數(shù)下去。而由于十位到6時(shí)要進(jìn)行清零，即在0110時(shí)進(jìn)行清零，所以用Q1與Q2與非后再與清零信號與非送到Cr端。個(gè)位清零的話直接輸入清零信號即可。（注：這里所說的既適用于分，也適用于秒）3：譯碼顯示電路 信號來自計(jì)數(shù)器，再通過譯碼器CD4511，最后利用330電阻來驅(qū)動共陰極顯示器。以下是它的部分電路圖：在這里我只畫了一半的電路，另一半和它一樣，兩者都是從計(jì)數(shù)器的輸出端向CD4511的輸入端輸入信號，通過譯碼器4511后再輸入到數(shù)碼管中。這部分原理較為簡單，不作過多的分析。（330的電阻是以防電流過大使數(shù)碼管燒毀）4：報(bào)時(shí)電路電路每小時(shí)進(jìn)行一次報(bào)時(shí)，從59分53秒開始報(bào)時(shí)，每隔一秒發(fā)一聲

5、，共三聲低音、一聲高音。即59分53秒、59分55秒、59分57秒為低音，59分59秒為高音。實(shí)際上，需要在某一時(shí)刻報(bào)時(shí)，就將該時(shí)刻輸出為“1”的信號作為觸發(fā)信號，選通報(bào)時(shí)脈沖信號，進(jìn)行報(bào)時(shí)即可。對于這一要求，我們可以列一張表來形象的看出這一性質(zhì)：時(shí)刻分十位分個(gè)位秒十位秒個(gè)位音高頻率m8m7m6m5m4m3m2m1s8s7s6s5s4s3s2s159分53秒0101100101010011低約500Hz59分55秒0101100101010101低約500Hz59分57秒0101100101010111低約500Hz59分59秒0101100101011001高約1000Hz對于分的十位個(gè)位和

6、秒的十位，在鳴響的時(shí)候給出的信號應(yīng)該是一樣的。所以公示中有共同項(xiàng)m7m5m4m1s7s5,剩下的就是考慮秒個(gè)位的區(qū)別在s1為1時(shí)，s3，s2中有一個(gè)為1即發(fā)出500HZ的低聲鳴響，在s4為1時(shí)發(fā)出1000HZ的高聲鳴響。因此，總結(jié)得出公式為： F ，其中F為最后要傳到揚(yáng)聲器中的信號,f3為500HZ信號，f4為1KZ的信號。具體電路圖如下。5：校分電路校分電路要實(shí)現(xiàn)的功能：電路中存在一個(gè)開關(guān)，當(dāng)開關(guān)打到“正?！睓n時(shí)，計(jì)數(shù)器正常計(jì)數(shù)；當(dāng)開關(guān)打到“校分”檔時(shí)，分計(jì)數(shù)器進(jìn)行快速校分（即分計(jì)數(shù)器可以不受秒計(jì)數(shù)器的進(jìn)位信號控制，而選通一個(gè)頻率較快的校分信號進(jìn)行校分），而秒計(jì)數(shù)器保持。在任何時(shí)候，撥動校分

7、開關(guān)，可以進(jìn)行快速校分。即令計(jì)時(shí)器分為快速計(jì)數(shù)，而秒位保持。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，故可以用其構(gòu)成防顫抖電路，在校分電路中有其應(yīng)用。在電路中添加一個(gè)D觸發(fā)器效果會比較好。 在這里我們采用74LS74 D觸發(fā)器，它包括了兩個(gè)觸發(fā)器，校分電路中用到一個(gè)，而清零電路中也可用到一個(gè)，可以很好的防抖動。以下是它的原理圖：其中輸出端直接與分計(jì)時(shí)器的個(gè)位時(shí)鐘端相連接。正常計(jì)時(shí)狀態(tài)下，開關(guān)連接高電平，此時(shí)Q端輸出高電平，總輸出端的信號與秒的十位進(jìn)位信號相同。當(dāng)開關(guān)連接低電平時(shí)，Q端輸出低電平，總輸出端輸出信號為2Hz的時(shí)鐘信號。此電路防顫抖的原理在于：當(dāng)開關(guān)在兩種

8、狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換時(shí)，由于機(jī)械振動，在很短的時(shí)間中（常為幾毫秒）會在高低電平之間來回波動，相應(yīng)的產(chǎn)生幾個(gè)上升沿。如果直接將開關(guān)的輸出端直接連接至分個(gè)位的時(shí)鐘的話，這些上升沿將導(dǎo)致它瞬間跳變幾個(gè)數(shù)值。然而在加上D觸發(fā)器之后，由于在沒有時(shí)鐘上升沿的時(shí)候，輸出信號保持，而其時(shí)鐘頻率相對與顫抖頻率是很小的，也就是說在開關(guān)顫抖過程中觸發(fā)器的輸出是不變的，從而避免了分計(jì)數(shù)器數(shù)值的跳變。6：清零電路清零電路為了考慮到防抖動，因此在這里也采用觸發(fā)器來實(shí)現(xiàn)。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。電路圖如下：正常狀態(tài)下，開關(guān)打在高電平，電路正常工作。當(dāng)需要清零時(shí)，打到低電

9、平位置，Q端輸出低電平，根據(jù)前面計(jì)時(shí)電路的電路圖，可以分析出秒和分的十位得以清零。輸出高電平，直接輸出到4518的Cr端。根據(jù)CD4518的功能表當(dāng)Cr端為高電平時(shí)，進(jìn)行清零。所以秒和分的個(gè)位得以清零。四：實(shí)驗(yàn)所用元器件1：CD4511譯碼器CD4511是一種8421BCD碼向8段數(shù)碼管各引腳碼的轉(zhuǎn)換器。當(dāng)在其四個(gè)輸入端輸入8421BCD碼時(shí)，其7個(gè)輸出端可直接輸出供7段數(shù)碼管使用的信號。引腳圖：功能表：輸入輸出LEDCBAgfedcba字符測燈011111118滅零1000000000000消隱鎖存111顯示LE=01時(shí)數(shù)據(jù)譯碼11000000111111011000010000110111

10、00010101101121100011100111131100100110011041100101110110151100110111110061100111000011171101000111111181101001110011192：CD4518計(jì)數(shù)器 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)相互獨(dú)立的計(jì)數(shù)器。引腳圖：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3：CD4040分頻器 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

11、信號時(shí)，其12個(gè)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)成脈沖發(fā)生電路。引腳圖：4：555定時(shí)器 NE555是在電子科技行業(yè)廣為應(yīng)用的一種集成電路，用途十分廣泛。在本電路中，構(gòu)成時(shí)鐘發(fā)生器，是整個(gè)電路的核心。 其中引腳1為接地端，引腳2和引腳6為輸入端，引腳3為輸出端，引腳4為復(fù)位清零端，引腳5為調(diào)整端（通常空置或通過一個(gè)電容接地），引腳7位放電端，引腳8為電源。引腳圖功能表：(引腳4 )Vi1(引腳6)Vi2(引腳2)VO(引腳3)001 VccVcc01 VccVcc11Vcc不變5：74LS74 D觸發(fā)器引腳圖功能表：輸入輸出CPD清零010

12、1置“1”1010送“0”11001送“1”11110保持011保持不允許00不確定6：其它門電路芯片74LS00引腳圖74LS20引腳圖74LS21引腳圖7：其他元件 雙字?jǐn)?shù)碼管顯示器2個(gè)、阻值為330的電阻28只、阻值為1k和3k的電阻各1只，以及容值為0.047F的電容1只。五：實(shí)驗(yàn)總結(jié)與創(chuàng)新設(shè)計(jì) 在一學(xué)期數(shù)電知識的基礎(chǔ)上，同時(shí)有了前面一些小實(shí)驗(yàn)為根基，我們進(jìn)行了這次電子電工綜合試驗(yàn)。其實(shí)也可以看做數(shù)電的綜合實(shí)驗(yàn)。第一次做手動性這么強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)，所以很不習(xí)慣，雖然課前已經(jīng)很好的預(yù)習(xí)了，但面對這么多密密麻麻的線和元器件，我有點(diǎn)手忙腳亂。 首先，安裝譯碼電路沒什么問題，關(guān)鍵是找準(zhǔn)各個(gè)管腳的位置，

13、然后還有很重要的事就是限流電阻不能忘記接入。28個(gè)電阻排放時(shí)得注意位置的合理性，這樣后面連線時(shí)可以照顧到美觀，也可以減少干擾的可能性。然后是安裝秒脈沖電路，一開始接完后發(fā)現(xiàn)Q12端出來的頻率遠(yuǎn)大于1HZ，經(jīng)過細(xì)致檢查，發(fā)現(xiàn)電阻選錯(cuò)了，根據(jù)色環(huán)讀電阻的大小看來還得下點(diǎn)功夫。計(jì)數(shù)器電路沒多少難度，正確的分析好進(jìn)位的特點(diǎn)，選好進(jìn)位管腳即可，但是由于后面要接入校分和清零電路的信號，所以還得注意一些細(xì)節(jié)。我覺得報(bào)時(shí)電路還是挺難得，因?yàn)橐O(shè)計(jì)到正好叫四次，而且有一定的間隔和音調(diào)，很讓人頭疼。后來參考了老師黑板上給的那個(gè)公式，好好歸納了下，列出了前面報(bào)告中的那個(gè)框圖，于是管腳的連接方式也很清楚了。最后校分和清零電路要注意它們分別和計(jì)數(shù)器中哪些端口連接，不能接錯(cuò)，而這一部分電路采用D觸發(fā)器，巧妙的防止了抖動和實(shí)現(xiàn)了任意狀態(tài)清零。比較有意思。 后來自己想了想，這個(gè)電路報(bào)時(shí)很有規(guī)律，那我也可以根據(jù)它設(shè)計(jì)一個(gè)工廠工人休息提醒的鐘。設(shè)計(jì)成每過幾個(gè)小時(shí)候自動