电工电子综合实验二 基础试验3.docx

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电工电子综合实验二基础试验3

供配电系统课程设计

题目：

学生：

黄兴

指导老师：

系别：

电子信息与电气工程系

专业：

电气工程及其自动化

班级：

101班

学号：

9105021111

目录

第一章实验内容简介及设计要求.......................1

第二章计时器的工作原理............................1

第三章数字电子计时器电路设计框图...................2

3.1秒脉冲发生器电路.............................2

3.259’59’’计数器（BCD码）.....................3

3.3译码显示电路..................................4

3.4整点报时电路..................................4

3.5清零电路......................................5

3.6防抖动较分电路................................6

第四章数字电子计时器总电路图......................7

第五章实验总结体会................................7

致谢................................................10

参考资料............................................11

附录................................................12

第一章实验内容简介及设计要求

综合利用所学集成电路的工作原理和使用方法，在单元电路的基础上进行小型数字系统设计。

使用集成电路芯片，设计并实际组装一个一小时内的数字计时器,可以完成0分00秒～59分59秒的计时功能，并在控制电路的作用下具有清零、快速校分、定点报时的功能。

通过综合实验，加深对数字逻辑电路基本概念的理解，掌握数字电路设计的一般方法，进一步培养分析问题解决问题的能力和实际动手能力，提高设计电路和调试电路的实验技能。

实验具体需要实现如下的设计要求：

1、应用NE555时基电路和CD4040计数分频器及电阻电路设计、安装调试秒脉冲发生器电路，为计时器提供秒脉冲（1Hz），为报时电路提供驱动蜂鸣器的脉冲信号；

2、应用CD4511BCD码译码器和电阻计显示器安装调试译码显示器；

3、应用4518BCD码计数器及门电路设计安装调试模60进制计数器；

4、应用门电路设计安装调试快速校分电路和任意时刻清零电路；

5、应用门电路设计安装调试整点报时电路，59＇53＇＇、59＇55＇＇、59＇57＇＇报时低声，59＇59＇＇报时高声；

6、连接实验内容1—5电路构成1小时电子计数器。

第二章数字电子计时器电路设计框图

数字计时器是由脉冲发生器电路、译码显示器、计数电路和控制电路等几部分组成，其中的控制电路按照设计要求可以由校分电路、清零电路和报时电路组成。

具体原理框图如下图所示：

第三章计时器的工作原理

3.1秒脉冲发生器电路

电路可由多谐振荡器产生的f0=4370Hz的频率，通过12位二进制串行分频器CC4040fQ12=

·215=1Hz，来实现。

该电路主要是由NE555信号发生器、1K欧、3K欧的电阻、CD4040和0.047微法电容组成的电路。

CD4040是一片分频器，通过连接就可以将NE555振荡产生的信号加以分频，从而得到我们需要的1Hz、2Hz、500Hz、1000Hz的信号。

1Hz用于给十进制计数器CD4518一个秒信号，让其实现秒计时；2Hz用于校分电路。

500Hz、1000Hz则用于报时电路中。

3.259’59’’计数器（BCD码）

计时器是由2片CD4518组成。

根据要求，我们需要设计两个模60的计数器分别作为计时器的秒和分，并且秒到60时给分一个信号使分计数一位。

提供给我们的器件中，CD4518本身是一个双模十计数器，因此我们只需在此基础上使其计数到60时通过与非门接回清零端即可以得到所要的模60计数器。

再将秒的进位端接到分的信号端即可完成该计时器的电路。

其中2片CD4518分别是分个位、分十位、秒个位和秒十位的计时，秒个位接受的信号是信号源给出的1Hz的信号，利用这个信号可以使CD4518的一边可以按秒的频率进行计时，将2片CD4518每片的一边分别接到4片CD4511的一边，再将4片CD4511每片的另一边的管脚通过电阻对应的接到2块双字屏的管脚上，调试使其正常计数。

然后给计秒十位的那边改为六进制计时，得到的信号分别用于秒计时复位和分个位进位。

分十位改为六进制，得到的信号用于分位的复位。

从而使计时器实现了00′00″——59′59″的计时。

最后对六进制进位电路进行改造：

即在秒十位的01B、02B，分十位的01A、02A分别与非之后将它们得到的信号再分别与一个开关K1与非，将得到的信号分别送入两片CD4518的清零端。

这样就得到了控制电路中的复位电路。

（图中与非门用74LS00实现）。

3.3译码显示电路

译码显示电路用四片四线七线译码器CD4511进行译码，而采用共阴极七段LED数码管进行循环显示。

CD4511的输入接到相应计数器的输出，而它的输出端与数码管的相应端相连，数码管通过330欧姆的电阻接地。

上述两部分具体的电路图如下：

3.4整点报时电路

用需要报时的时刻所对应的计数器的输出作为触发信号来驱动蜂鸣器报时，因为需要在59分53秒、59分55秒、59分57秒各报出一个低音，在59分59秒报出一个高音。

分析报时时间点如下表：

时间（DEC）

分十位

分位（BIN）

秒十位（BIN）

秒个位（BIN）

59:

53

0101

1001

0101

0011

59:

55

0101

1001

0101

0101

59:

57

0101

1001

0101

0111

59:

59

0101

1001

0101

1001

可见满足报时条件（低音）时，分位相同，可用4QC和4QA、3QD、3QA的与来产生信号；秒十位也相同,秒个位最低位都为1,可用2QC和2QA、1QA和上面产生的信号的与来产生信号；要得到59’51’’的信号，再将1QB与500HZ,1QC与5OOHZ,1QD与1000HZ分别与非来产生3个信号，将3个信号与59’51’’的信号相与非就产生了所要求的低、高音报时信号。

报时电路设计如下：

3.5清零电路

通过开关来联接到1CD45182CD4518清零端1CR3CR上

2CR=2QB2QC+S=

4CR=4QB4QC+S=

当校分开关打在“正常”档时，正常计数，当打在“清零”档时，电路清零

3.6防抖动较分电路

用开关控制工作状态，开始时进位信号正常送入分计数器的CP端，分位计数器正常计数；若需要校分则将开关打到上方，正常进位信号被阻塞，2Hz的校分信号便被送入CP端，电路即进入快速校分状态。

需要停止校分时，将开关打到下方再打回上方，既停止校分。

再需校分时重复上述步骤。

为了消除机械开关的抖动给电路带来干扰，在电路中加入一个防抖动开关。

整个模块电路如图6所示。

具体电路图如下

第四章数字电子计时器总电路图

第五章实验总结体会

本次设计实验我有很大的收获，很多的体会。

以下谈几点感受较深的体会：

实验前应该做好充分的准备，这是非常重要的。

尤其是这种综合实验，它不同于课内实验，有很多现成的东西，综合实验从一个器件的引脚图到整个电路的逻辑图都要自己去准备。

在实验进行之前，首先要对计时器的各种功能进行分析，并且结合《数字电路》所学知识及所给的元器件和电路图认真分析个一个部分电路的功能和原理。

这是进行以后实验的基础。

熟悉电路图之后，可以在计算机上或者手工将电路图连好，以便熟悉个元器件之间端口的连接情况，为实验中插接做好准备。

这样可以加快实验的速度。

在实验具体操作的时候最主要的还是要细心，我总结出大部分的错误都是由我们粗心所导致。

关于布线我开始花了很大的功夫，起先我打算是按照手头的整体原理电路原原本本地连接的，但后来发现这样的实验方法是不可取的，既浪费了原先对电路原理的分析，又使得布线极没有条理，一旦有错就很难查出。

所以我在“忙碌”了2小时后及时“悬崖勒马”终于采取了后来经检验是正确的布线方案。

我开始对整个电路的整体布局进行构思，根据电路的原理把电路拆分成五大部分（即上面分析实验原理的那五部分）对各个部分逐个击破，由于每个部分都可以在连完后及时检验，所以这样可以大大减少检错的难度，事实证明这样的布线方式是可取的，在调整布线方案后，我只用了3小时就把整个电路连接完毕，效率十分的高。

整个布线过程总结一下心得：

（1）在电路板上插上一个芯片后首先应该把它的电源线和地线接上；用不同颜色的线代表不同的意思，这样层次分明便于检查，本实验我们用红线代表接电源，用黑线代表接地，用红线代表芯片上的接“1”端，用黑线代表芯片上的接“0”端，其余作为一般的连接线。

这样非常便于检查。

（2）剥线时线头不要剥的太长,以免连接时碰项造成短路。

用导线时也需要检查一下导线在橡胶线内的部分！

（3）尽量以短线连接，这样一条线所占的空间就会少，特别在一条线纵跨电路板时，以短线一段一段的连可以很大程度的避免交叉布线，本次实验在发现这个规律后，通过改进处理了很多交叉布线，从而使走线更加合理美观。

（4）对于一些长的线，容易翘起来，但把它们走在一些接“1”“0”的短线下面，这些短线还起到固定的作用。

在具体操作的过程中总有很多问题，这就涉及到一个检查的问题。

做实验时要保持良好的心态，检查时更要这样。

实验中一旦发现有错，就会抱怨“芯片又坏了”“板子有问题”之类的。

其实检查也是个系统工程，需要静下心来，从实验原理、器件功能表一步步来检查。

发现错误后要耐心检查，关于检查错误我的心得是：

先查芯片的电源和地线有没有接好，检查芯片是否烧坏，其逻辑功能是否有问题，依据原理逻辑图、器件功能表，用万用表测量一些点的电位来进行判断，再仔细检查连线有没有出错。

检查有两个思路：

一是从信号发生端开始检查，一步一走下去，看问题出在哪；二是从显示端出发向回走。

这次实际操作过程中没有完全按照事先在电脑上仿真的电路去搭电路，而是在不断发现问题、分析问题、解决问题的过程中一点点改进中进行的。

强烈的建议，如果在仿真时能有实际的器件，在实际操作时能随时进行计算机仿真，这样感觉更好。

本次实验的原理还是比较简单的，我觉得本次实验的关键在与过程，在于我们在实际操作的过程中学到的一些超出纯理论的东西，培养了我们多方面的能力，为我们以后的学习和工作都打下了一个很好的基础，总之，这次实验的确让我受益匪浅。

致谢

在这里向这次指导我们实验的老师表示深深地谢意！

老师诙谐幽默，业务水平极高，又十分有耐心，帮助我排除了很多我自己不能发现的错误，给了我很大的信心，再次向老师表示谢意！

谢谢老师！

参考资料

1.《数字电路》蒋立平著南京理工大学2001

2.《电子线路实践教程》王建新、姜萍著科学出版社2003

3.《实验电子技术》李振声主编国防工出版社2001

4.《数字电路实验与课程设计》吕思忠、施齐云著哈尔滨工业大学出版社2002

5.《电子技术基础实验与课程设计》高吉祥主编电子工业出版社2005

附录

1、实验用元器件清单

集成芯片：

NE5551个

74LS74（D触发器）1片

74LS00（二入与非门）3片

74LS21（四输入与门）3片

CD4518（BCD码计数器）2片

CD4040（分频器）1片

CD4511（七段显示译码器）4片

共阴LED双字屏2片

电阻：

330Ω28个

3KΩ1个

1KΩ1个

电容：

0、047uF1个

2、部分器件的引脚图和功能表

1、双四位同步BCD码加法计数器CD4518

引脚图

功能表

输入

输出

Cr

CP

EN

清零

1

X

X

0

0

0

0

计数

0

↑

1

BCD码加法计数

保持

0

X

0

保持

计数

0

0

↓

BCD码加法计数

保持

0

1

X

保持

2、译码器CD4511

引脚图

功能表

输入

输出

LE

D

C

B

A

g

f

e

d

c

b

a

字符

测灯

0

X

X

X

X

X

X

1

1

1

1

1

1

1

8

灭零

1

0

X

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

消隐

锁存

1

1

1

X

X

X

X

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

1

1

1

0

1

1

1

0

0

0

1

0

1

0

1

0

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

1

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

1

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

1

1

1

1

9

3、74LS21（与门）引脚图

Q=ABCD

4、74LS74（双D触发器）引脚图

Qn+1=D

5、74LS00（与非门）引脚图

Q=AB

6、LED数码管引脚图

7、NE555引脚图