南京理工大學(xué)電工電子綜合試驗(yàn)II

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電子電工II

姓名：王鎮(zhèn)窯班級：9131046801學(xué)號：913104680120

2023/10/02

綜合試驗(yàn)

一、試驗(yàn)要求

實(shí)現(xiàn)從00′00″到59′59″的多功能數(shù)字計時器，并且滿足規(guī)定的清零，快速校分以及報時功能的要求。二、試驗(yàn)內(nèi)容

1.應(yīng)用CD4511BCD碼譯碼器、LED雙字共陰顯示器、300Ω限流電阻設(shè)計、安裝調(diào)試四位BCD譯碼顯示電路實(shí)現(xiàn)譯碼顯示功能。

2.應(yīng)用NE555時基電路、3kΩ、1kΩ電阻、0.047μF電容和CD4040計數(shù)分頻器設(shè)計，安裝，調(diào)試秒脈沖發(fā)生器電路（輸出四種矩形波頻率f1=1Hzf2=2Hzf3≈500Hzf4≈1000Hz）。

3.應(yīng)用CD4518BCD碼計數(shù)器、門電路設(shè)計、安裝、實(shí)現(xiàn)00′00″——59′59″時鐘加法計數(shù)器電路。

4.應(yīng)用門電路，觸發(fā)器電路設(shè)計，安裝，調(diào)試校分電路且實(shí)現(xiàn)校分時停秒功能（校分時f2=2HZ）。設(shè)計安裝任意時刻清零電路。

5.應(yīng)用門電路設(shè)計、安裝、調(diào)試報時電路59′53″，59′55″，59′57″低聲報時（頻率f3≈500Hz），59′59″高聲報時（頻率f4≈1000Hz），整點(diǎn)報時電路，H?59'53\?f3?59'55\?f3?59'59\?f2。三、試驗(yàn)元件清單

1、集成電路：

NE555

1片1片2片4片3片1片2片1片

(多諧振蕩)（分頻）

（8421BCD碼十進(jìn)制計數(shù)器）（譯碼器）（與非門）（4輸入與非門）（4輸入與門）（D觸發(fā)器）

CD4040CD4518CD451174LS0074LS2074LS2174LS742、電阻：

1KΩ3KΩ330Ω3、電容：

0.047uf

1只1只28只

1只

4、共陰極雙字屏顯示器兩塊。

四、試驗(yàn)器件引腳圖及功能表1.NE555

(1)引腳布局圖：

8VccD765THCONE555GNDTROUTRD1（2）規(guī)律功能表：

234

RD(引腳4)Vi1(引腳6)Vi2(引腳2)VO(引腳3)01112.CD4040

（1）引腳布局圖：

×>2Vcc3×>1Vcc3001不變1Vcc316VDD1514131211109Q11Q10Q8Q9CRCPQ1CD4040Q12Q6Q5Q7Q4Q3123456（2）規(guī)律功能說明：

Q2Vss87

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時，其12個輸出端的輸出信號分別為該輸入信號頻率的2-1~2-12，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，Q1~Q12為輸出端，其輸出信號頻率分別為輸入信號頻率的2-1~2-12。3.CD4518

（1）引腳布局圖：

16VDD15141312111092CR2Q42Q32Q22Q12EN2CPCD45181CP1EN1Q11Q21Q31Q41CRVss81234567（2）規(guī)律功能表：清零計數(shù)保持計數(shù)保持4.CD4511

（1）引腳布局圖：

CR10000輸入CP×↑×01EN×10↓×Q30Q20輸出Q10

Q00BCD碼加法計數(shù)保持BCD碼加法計數(shù)保持16VDD1514131211109fgabcdeCD4511D2D3LTBILED4123456

D1Vss87

（2）規(guī)律功能表：測燈滅零鎖存譯碼LTBI輸入輸出字符8消隱LEDCBAgfedcba0111111111111××××××1111111011111111111×000000000001××××0000000000顯示LE=0→1時數(shù)據(jù)0000011111100010000110001010110110011100111101001100110010111011010110111110001110000111100011111111001110011101234567895.74LS00

（1）引腳布局圖：

14134B4A124Q113B1093A3Q8Vcc74LS001A11B21Q32A42B52Q6GND7

（2）規(guī)律功能表：

輸入B0011A0101輸出Q0110

6.74LS20

（1）引腳布局圖：

14132D2C12NC112B1092A2Q8Vcc74LS201A11B2NC31C41D51Q6GND7

（2）規(guī)律功能表：

輸入A0XXX1BX0XX1CXX0X1

7．74LS21

（1）引腳布局圖：

14輸出DXXX01Q11110132D2C12NC112B1092A2Q8Vcc74LS211A11B2NC31C41D51Q6GND7

（2）規(guī)律功能表：

輸入A0XXX1BX0XX1CXX0X1DXXX01輸出Q000018.74LS74

（1）引腳布局圖：

14Vcc132RD2D12112CP74LS741RD11D21CP3102SD2Q92Q81SD41Q51Q6GND7

（2）規(guī)律功能表：清零置“1〞送“0〞送“1〞保持不允許CPXX↑↑OXRD輸入SD輸出DXX01XXQN?101O1保持不確定QN?110100111101011109.共陰極雙字屏兩塊：

（1）引腳布局圖：

f118g117a1b1GND1GND21514f212a211b21016131e12d13c14DP15e2d26g278c29DP2

（2）規(guī)律功能表：

顯示字型g01234567890011111011f1000111011e1010001010d1011011011c1101111111b1111100111a段碼10110111113fh06h5bh4fh66h6dh7dh07h7fh6fh五、電路各單元原理圖以及設(shè)計過程1.整體電路設(shè)計原理

整個電子計時器由顯示譯碼電路、計時電路、脈沖發(fā)生電路、校分電路、清零電路和報時電路組成。顯示譯碼電路把BCD碼轉(zhuǎn)化為7段數(shù)碼管顯示碼傳向數(shù)碼管，計時電路在脈沖信號鼓舞下，協(xié)同清零電路完成60進(jìn)制計時功能，脈沖發(fā)生電路負(fù)責(zé)產(chǎn)生脈沖并分頻，在分頻電路中可以得到本電路需要的1Hz、2Hz、500Hz、1000Hz信號，校分電路在撥下開關(guān)時實(shí)現(xiàn)停秒，分以2Hz計數(shù)功能，清零電路負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)60進(jìn)制并撥下開關(guān)實(shí)現(xiàn)全部清零；報時電路實(shí)現(xiàn)59′53″，59′55″，59′57″低聲報時（頻率f3≈500Hz），59′59″高聲報時（頻率f4≈1000Hz）的功能。其原理框圖如下：

0U13CKCKCKU10U7U1U28R876VCCRSTU29OUTABCDEFGABCDEFGABCDEFGCK201kΩR9C13kΩTHRDIS24TRICON10GND~CP47nF4040BD_5V13121110915141312111091514O0O1O2O3O4O5O6555_TIMER_RATED35O7O811MRO9O10O119765324131214151ABCDEFGR35R34R33R32R31R30R29R28R27R26R25R24R23R22R21R20R19R18R17R16R15R7R6R5R4R3R2R18182837778798062636458596061434445273941427654321300Ω300Ω300Ω300Ω300Ω300Ω300Ω300Ω300Ω300Ω300Ω300Ω300Ω300Ω300Ω300Ω300Ω300Ω300Ω300Ω300Ω300Ω300Ω300Ω300Ω300Ω300Ω300Ω141312118910U2908988878685847170696867666552515049484746U14U11U84511BD_5V4511BD_5V4511BD_5V4511BD_5V361312111091514OAOBOCODOEOFOGOAOBOCODOEOFOG~EL~BI~LT~EL~BI~LT~EL~BI~LTDADBDCDDDADBDCDD7126712654371265437126DADBDCDD543543OAOBOCODOEOFOG131211109151498U17AU19A1Q5DADBDCDDS14~1PR2261D2831U21A7400NU20A34563電路總規(guī)律原理圖（在Multisum中模擬成功）：

鍵=空格~1CLR11CLK~1Q630327400N199473745618929172541793U15AU12A53U9AU3A4518BD_5V4518BD_5V4518BD_5V4518BD_5V345634561A1B1C1D1A1B1C1D1A1B1C1D1A1B1C1D3456~EL~BI~LTOAOBOCODOEOFOG9796V15V74LS74D7400NCP1CP1CP1EN1MR1EN1MR1EN1MR1S2752723127127127EN1MR13315鍵=空格25U6A7400NU16A227400NU5A217400N16U22A29U18A7400NU24A37387400NU26AU25A1CP1U4A7400NLS1BUZZER200Hz74ALS21AM57U27A955574ALS21AM34U23A7400N4074ALS21AM74ALS20AN

電路總引腳連接圖：

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

2.脈沖發(fā)生電路電路規(guī)律原理圖：

VCC5.0VR11kΩR23kΩ47nFC1U1555_TIMER_RATEDVCCRSTDISTHRTRICONGND1110MR~CPU2O0O1O2O3O4O5O6O7O8O9O10O11OUT97653241312141511024Hz輸出512Hz輸出2Hz輸出1Hz輸出4040BD_5V

電路引腳連接圖：

1K3k8VccD765THCONE555GNDTROUTRD12342Hz16VDD1514131211109Q11Q10Q8Q9CRCPQ1CD4040DCQ12Q6Q5Q7Q4Q3123456Q2Vss871Hz512Hz1024Hz輸出矩形波周期：

tp1＝τcln3＝1.1RCtp2＝τfdln2≈0.7R2C

T＝tp1＋tp2＝0.7（R1＋2R2）C

將圖中電阻和電容的數(shù)值代入上式，可得T=0.228ms，即。在經(jīng)過CD4040的分頻之后，即可得到頻率大約為1Hz的時鐘信號。

3.譯碼顯示電路電路規(guī)律原理圖：

U7CKCKU5CKU3CKU1ABCDEFGABCDEFGABCDEFGABCDEFGR28R27R26R25R24R23R22300Ω300Ω300Ω300Ω300Ω300Ω300ΩR21R20R19R18R17R16R15300Ω300Ω300Ω300Ω300Ω300Ω300ΩR14R13R12R11R10R9R8300Ω300Ω300Ω300Ω300Ω300Ω300ΩR7R6R5R4R3R2R1300Ω300Ω300Ω300Ω300Ω300Ω300ΩU84511BD_5VU64511BD_5VU44511BD_5VU24511BD_5VVCC131211109151413121110915141312111091514OAOBOCODOEOFOGOAOBOCODOEOFOGOAOBOCODOEOFOGOAOBOCODOEOFOG1312111091514~EL~BI~LT~EL~BI~LT~EL~BI~LT7126543712654371265437126543~EL~BI~LTDADBDCDDDADBDCDDDADBDCDDDADBDCDD5.0V

電路引腳連接圖：

181716a11514131211a21018f117g116a11514131211a210b2DCf1g1b1GND1GND2f2b2b1GND1GND2f2e1d1c1DP1e2d2g2c2DP2623819457e1d1c1DP1e2d2g2c2DP2623819457161514131211109VDDfgabcdeCD4511161514131211109VDDfgabcde161514131211109VDDfgabcde161514131211109VDDfgabcdeCD4511D1Vss87D2D3LTBILED4123456D1Vss87CD4511D2D3LTBILED4123456D1Vss87CD4511D2D3LTBILED4123456D1Vss87D2D3LTBILED4123456這部分的電路就是將CD4511的對應(yīng)拐腳連接到雙字?jǐn)?shù)碼顯示器上，CD4511的輸入端對應(yīng)連接到CD4518BCD碼輸出端。將LT、BI端連接1，LE端連接0即可實(shí)現(xiàn)顯示功能。330Ω的

電阻是以防電流過大使數(shù)碼管燒毀。

4.計時電路電路規(guī)律原理圖：

U4A4518BD_5VU3A4518BD_5VU2A4518BD_5VU1A4518BD_5V345634563456345627EN1MR11CP11A1B1C1D1A1B1C1D1A1B1C1DCP1CP1EN1MR1EN1MR127127127EN1MR11CP11A1B1C1D1Hz信號分清零信號秒清零信號校分電路Q校分電路輸出端

電路引腳連線圖：

校分電路輸出端1Hz信號校分電路Q16VDD15141312111092CR2Q42Q32Q22Q12EN2CP16VDD15141312111092CR2Q42Q32Q22Q12EN2CPCD45181CP1EN1Q11Q21Q31Q41CRVss81234567CD45181CP1EN1Q11Q21Q31Q41CRVss81234567DC分清零信號秒清零信號

這部分電路主要依靠CD4518實(shí)現(xiàn)計時，計時的時候使用EN端作為時鐘端；由CD4518的功能表可以看到，當(dāng)CP端接0信號的時候，EN端是一個下降邊沿的時鐘端。采用EN端作為時鐘端的好處就可以提現(xiàn)出來，由于它是下降邊沿，可以直接連上一級的Q4作為進(jìn)位信號，減少了進(jìn)位判斷的門電路，使得整個時鐘的計時誤差減小。為了實(shí)現(xiàn)60進(jìn)制需要在計數(shù)達(dá)到60時將清零信號輸入到各自CR端，這部分電路由清零電路實(shí)現(xiàn)，在接下來的電路中介紹。分個位的進(jìn)位信號假使不考慮校分則是直接連接秒十位的Q3，但為了實(shí)現(xiàn)校分則在校分電路中將把2HZ的進(jìn)位信號和正常的進(jìn)位信號進(jìn)行一個選擇輸入到分個位，校分還需要停秒，所以在秒個位CP端接一個停秒信號正常計數(shù)為0，校分為1.

5.清零電路電路規(guī)律原理圖

分清零信號U3A7400N秒清零信號U2A7400NU4A7400NU1A7400NS1分個位分個位Q2Q3秒個位秒個位Q2Q3VCC鍵=空格5.0V

電路引腳連線圖

秒十位秒十位Q2Q3秒清零信號14134B4A124Q113B103A93Q8DCVcc74LS001A11B21Q32A42B52Q6GND7分十位分十位Q2Q3分清零信號

清零電路主要實(shí)現(xiàn)兩個功能：1.在十位到60的時候清零實(shí)現(xiàn)60進(jìn)制；2.在開啟清零開關(guān)的時候全部清零。清零開關(guān)打到“0〞信號時，不管Q2、Q3是什么狀態(tài)，最終輸出都是高電平，此時可以實(shí)現(xiàn)任意時刻清零。當(dāng)開關(guān)打到低電平的時候。計數(shù)從0101（5）計到0110（6）時Q2、Q3皆為1此時第一級與非門輸出0，那么最終也輸出1達(dá)到清零效果，即電路從59計數(shù)到60時馬上清零重新從00開始，實(shí)現(xiàn)了60進(jìn)制。

6.校分電路電路規(guī)律原理圖：

VCC5.0VS121D4~1PR1Q5秒十位Q3U1AU2AU4A7400NU3A7400N7400N鍵=空格31CLK~1Q6校分輸出~1CLR174LS74D2Hz信號停秒輸出

電路引腳連接圖

14VcD2D2CP74LS742SD2Q2Q1RD12Hz信號1D21CP31SD41Q51Q6GND7DC校分開關(guān)秒十位Q314Vc4A4Q3B3A3Q74LS001A11B21Q32A42B52Q6GND7校分輸出

校分電路中的D觸發(fā)器起著消顫的作用，在本電路中可以看到電路的輸出信號的表達(dá)式為

F?Q3?Q?2Hz?Q?Q3?Q?2Hz?Q所以當(dāng)開關(guān)打到0信號時Q為0，此時F?2HzQ為1，

則電路將2Hz信號傳到分個位的時鐘端，此時分會以2Hz的頻率計數(shù)，并且Q為1作為停秒信號傳到秒個位的CP端根據(jù)CD4518的功能表此時是保持功能，則實(shí)現(xiàn)了停秒的功能。當(dāng)開關(guān)打到1信號時，F(xiàn)?Q3此時以正常的60進(jìn)制計數(shù)。Q為0個位也正常計數(shù)。

7.報時電路電路規(guī)律原理圖

512Hz秒個位Q2512Hz秒個位Q31024Hz秒個位Q4U7AU6A7400NU8A7400N7400N74ALS20ANU5AU2ALS1U3A分十位Q3分十位Q1分個位Q4分個位Q1秒十位Q3秒十位Q174ALS21AMU1A74ALS21AMBUZZER200Hz74ALS21AM秒個位Q1電路引腳連接圖

14Vcc132D2C12NC112B102A92Q874LS211A1秒十位秒十位Q1Q31B2NC31C41D51Q6GND714132D2C12NC112B102A92Q8秒個位Q1Vcc14132D2C12NC112B102A92Q8VccDC74LS211A1BNC1A1BNC74LS201C341D51Q6GND71C341D51Q6GND71212秒個位Q2512Hz分十位分十位Q1Q3分個位分個位Q1Q414Vcc134B4A1