2023年电工电子实验报告.pdf

电 工 电 子 综 合 实 验（II）实 验 报 告 多 功 能 数 字 计 时 器 摘 要 设 计 搭 建 一 个 多 功 能 数 字 计 数 器，从。分。秒 开 始 计 时,计 到 9 分 5 9 秒 后 自 动 清 零。具 有 计 时、清 零、校 分、整 点 报时 的 基 本 功 能 和 闹 钟、秒 表 的 附 加 功 能。显 示 电 路 使 用 的 是 动 态 显 示 方 式，即 只 使 用 一 片 译 码 器 外 加 较 高 频 率 的 时 钟 控 制 电 路 来 实 现 数 码 管 的“同 时”显 示 功 能 Abs t ra c tD e s i g n a mult i-purp o s e di g it a 1 re g i st er w h ich can disp 1 ay t he tim e.I t s t art s from 0mi n u te 0 s ec o n d s,cou n t s a f ter 9 minut e 59 s econds a u tomatic cl e ar z e ro.Th e clock h a s theb a s i c f u notions o f c 1 earing,minute-corr e cting,b e e p ing i n th e sha r p hour and the s topw a tc h.We use d y namic display circui t to di s play,namelyre a liz i n g displaying i n the s a me t i me u s i n g one e neo d e r a nd a high f r e q u e nc y.目 录 一.设 计 目 的二 设 计 规 定 三.实 验 原 理 四.单 元 电 路 设 计 及 其 电 路 图 1、信 号 发 生 电 路 2、计 时 电 路 3、显 示 电 路 4、清 零 电 路 5、校 分 电 路 6、报 时 电 路 五.附 加 电 路 六.实 验 感 想 七.实 验 中 碰 到 的 问 题 八.附 录 1、工 具 及 器 件 清 单 2、各 元 件 的 引 脚 图 及 功 能 表 3、总 电 路 逻 辑 图 4、参 考 文 献 一、实 验 目 的 1.掌 握 常 见 集 成 电 路 实 验 单 元 电 路 的 设 计 过 程。2.了 解 各 单 元 再 次 组 合 新 单 元 的 方 法。二.设 计 规 定（1）设 计 一 个 脉 冲 发 生 电 路，为 计 时 器 提 供 秒 脉 冲，为 报 时 电 路 提 供 驱 动 蜂 鸣 器 发 声 的 脉 冲 信 号；（2）设 计 计 时 和 显 示 电 路，完 毕 0 分 00秒 至 5 9 分 5 9 秒 的 计 时 和 显 示 功 能；（3）设 计 清 零 电 路，具 有 开 机 自 动 清 零 的 功 能，并 在 任 何 时 候,按 动 清 零 开 关,就 可 以 实 现 计 时 器 清 零；（4）设 计 校 分 电 路，在 任 何 时 候，按 下 校 分 开 关，可 以 进 行 快 速 校 分；（5）设 计 报 时 电 路，使 数 字 计 时 器 从 5 9 分 5 3 秒 开 始 报 时，每 隔 2 秒 发 一 声,共 发 三 声 低 音,一 声 高 音；即 5 9 分 5 3 秒、59分 5 5 秒、59分 5 7 秒 发 低 音（频 率 为 IKHz）,59分 5 9秒 发 高 音（频 率 为 2KHz）；（6）可 增 长 数 字 计 时 器 附 加 功 能，例 如 数 字 计 时 器 定 期 功 能、电 路 启 停 功 能、电 路 采 用 动 态 显 示 功 能。三.实 验 原 理 数 字 计 时 器 是 由 脉 冲 发 生 电 路、计 时 和 显 示 电 路、清 零 电 路、校 分 电 路 和 报 时 电 路 和 其 它 附 加 电 路 等 几 部 分 组 成 的。电 路 由 振 荡 器、分 频 器、计 数 器、译 码 器、显 示 器 等 元 件 构 成。电 路 由 石 英 晶 体 提 供 频 率，然 后 通 过 度 频 器 可 以 得 到 电 路 所 需 的 不 同 频 率；电 路 要 实 现 0分 0 0秒-59分 59秒 的 计 时 和 显 示 功 能,所 以 由 三 个 计 时 器 分 别 计 时，分 位、秒 十 位、秒 个 位，然 后 再 通 过 译 码 器，由 LED数 字 显 示 管 显 示 出 来。清 零 电 路 实 现 开 机 清 零 和 任 意 时 刻 选 择 清 零，通 过 逻 辑 门 与 计 时 器 连 接，从 而 实 现 清 零。校 分 电 路 实 现 快 速 校 分，只 要 将 分 计 数 器 的 频 率 调 快 等 操 作 即 可 实 现。报 时 电 路 是 实 现 5 9分 5 3秒、5 9 分 55 秒、5 9 分 5 7 秒 发 低 音（频 率 为 1KH z）,5 9 分 5 9秒 发 高 音（频 率 为 2KHz），通 过 蜂 鸣 器 和 一 些 逻 辑 门 实 现。四.单 元 电 路 设 计 及 其 电 路 图 1.秒 信 号 发 生 器 所 用 器 件:327 6 8H z晶 体 管、2 2 M Q电 阻、20PF电 容、1 0 PF电 容、CD 4 0 6 0、7 4 L S 7 4、5 V直 流 电 源。原 理:秒 信 号 发 生 器 提 供 计 时 电 路 的 时 钟 并 为 报 时 电 路 提 供 驱 动 信 号。秒 信 号 发 生 器 是 由 一 个 石 英 晶 体，一 片 CD 4 0 6 0,一 个 D触 发 器，电 阻，电 容，以 及 直 流 电 源 组 成。采 用 32 7 6 8 H z的 石 英 晶 体 多 谐 振 荡 器 作 为 脉 冲 信 号 源，能 提 供 较 为 精 确 的 秒 脉 冲 信 号。分 频 器CD 4 060最 可 实 现 最 大 为 2”的 分 频，所 以 可 输 出 的 最 低 频 率 为 2Hz;D 触 发 器 可 以 实 现 脉 冲 信 号 的 二 分 频，所 以 在 CD4060的 Q14端 接 一 个 D 触 发 器，即 可 以 输 出 频 率 为 1Hz的 脉 冲 信 号。D 触 发 器 实 现 二 分 频 的 方 法：将 D 触 发 器 的 0 端 与 D 端 连 接 在 一 起。CD4 0 6 0 也 可 提 供 后 面 电 路 所 需 要 的 频 率 为 IKHz和 2 KHz的 脉 冲 信 号。原 理 图：2.计 时 电 路 所 用 重 要 器 件：7 4LS161芯 片、CD4518芯 片、7400芯 片 等。秒 个 位：连 接 电 路 时,秒 脉 冲 电 路 产 生 的 秒 脉 冲 信 号 送 入 秒 个 位 计 数 器(CD4 5 1 8 A)的 C P 端，秒 个 位 单 元 中 的 输 出(1Q4、1Q1)通 过 与 非 门 接 入 74LS1 6 1 的 时 钟 端 作 为 时 钟 信 号 完 毕 个 位 与 十 位 的 进 位。秒 十 位：秒 十 位 记 数 器 应 实 现 模 六 功 能，2Q1和 2Q3通 过 一 个 与 非 门 接 入 置 数 端,74LS161的 四 个 数 据 输 入 端 应 接 地，这 样 当 计 数 器 到 达 0 10 1时，又 重 新 置 数 为 000 0 o分 位：以 CD4 5 1 8BC D 码 计 数 器 来 实 现 十 进 制 计 数 功 能，把 74LS16 1 的 引 脚 12(Q3)接 到 分 计 时 电 路 CD451 8 的 引 脚 2,作 为 进 位 信 号。级 联 组 装 时，则 要 把 分 计 时 电 路 C D 4 5 1 8 的 引 脚 2 接 到 快 速 校 分 的 输 出 端。4511V C C45183211091543210954111 1111414(原 理 图)3.显 示 电 路 用 器 件：3 个 3 0 0欧 姆 电 阻,3 个 L E D共 阴 极 显 示 器。原 理 图：显 示 电 路 采 用 三 片 CD4511显 示 译 码 器 和 三 个 七 段 共 阴 LED显 示 管，电 路 从。分 0 0秒 计 到 9 分 5 9 秒,译 码 显 示 电 路 用 三 片 四 线 七 线 译 码 器 CD 45 1 1进 行 译 码，然 后 用 共 阴 极 七 段 LED数 码 管 进 行 显 示。C D 4511的 输 入 端 应 与 相 应 计 数 器 的 输 出 相 连,而 它 的 输 出 端 应 与 数 码 管 的 管 脚 相 应 相 连,而 每 个 数 码 管 相 应 接 地 管 脚 与 地 线 还 应 连 接 一 个 300欧 姆 的 电 阻，以 起 保 护 作 用。4一 53一 I7-1264.清 零 电 路 所 用 器 件:一 个 1。千 欧 电 阻，一 个 2 2 u F的 电 容，一 片 CD4069以 及 5V的 直 流 电 源。原 理:清 零 电 路 要 实 现 两 项 功 能：开 机 清 零 和 任 意 时 刻 选 择 清 零。开 机 清 零 是 通 过 电 容 两 端 电 压 的 非 调 变 特 性 实 现 的。电 路 刚 接 通 电 源 时，节 点 处 的 电 位 为 l o 该 电 位 通 过 一 个 反 相 器 接 入 秒 十 位 计 数 器 的 C r 端,通 过 两 个 反 相 器 接 入 分 计 数 器 和 秒 个 位 计 数 器 的 C r端,则 这 三 个 计 数 器 的 清 零 端 均 接 入 有 效 电 平，实 现 清 零。此 后，只 要 电 源 始 终 保 持 接 通，电 路 连 续 计 数,开 机 清 零 电 路 就 失 效 了。闭 合 清 零 开 关 时,节 点 1处 电 位 为 0 V,此 时 送 入 各 计 数 器 清 零 端 的 信 号 均 为 无 效 信 号，无 法 实 现 清 零。而 断 开 清 零 开 关 时，由 于 电 容要 充 电,所 以 节 点 1处 电 位 为 1,送 入 各 计 数 器 清 零 端 的 信 号 均 有 效,电 路 实 现 清 零。原 理 图：5.校 分 电 路 所 用 器 件：一 个 10千 欧 的 电 阻,一 个 22uF的 电 容,一 片 74LS00,一 片 CD 40 6 9,以 及 直 流 电 源。原 理：校 分 电 路 是 由 开 关 和 逻 辑 门 电 路 实 现 的。当 校 分 电 路 开 关 开 时 一，计 数 器 正 常 计 数；当 开 关 闭 合 时 一，秒 个 位 和 秒 十 位 正 常 计 数,分 位 进 行 快 速 校 分，即 分 计 数 器 可 以 不 受 秒 计 数 器 的 进 位 信 号 的 控 制。当 开 关 合 上 时，2Hz的 信 号 通 过 与 非 门，秒 十 位 计 数 器 的 次 高 位 进 位 脉 冲 被 截 止,与 非 门 输 出 高 电 平，这 时 2 H z 的 信 号 可 以 再 通 过 一 次 与 非 门，把 2 Hz的 脉 冲 送 入 分 计 数 器 时 钟 脉 冲 端,实 现 快 速 校 分。原 理 图:工-/校 分 信 号 4060 Q14第 秒 进 位 嘛 冷.E 工 2 分 计 数 第 时 刖 6.报 时 电 路 所 用 器 件:一 个 蜂 鸣 器，一 个 三 极 管，两 片 7 4LS21,一 片 74LS3 2,直 流 电 源，以 及 一 个 470欧 姆 的 电 阻 和 一 个 1 0 K欧 姆 的 电 阻。原 理：报 时 电 路 由 逻 辑 门 电 路 组 成 的。按 照 设 计 规 定，数 字 计 时 器 应 在 9 分 53秒、9 分 55秒、9 分 5 7秒 发 低 音（频 率 1 KHz）,9分 59秒 发 高 音（频 率 2 KHz）。设 计 思 绪：当 分 为 计 数 器 为 输 出 10 0 1,秒 十 位 计 数 器 输 出 为 0 1 0 1时，这 时 电 路 才 有 可 以 报 时 的 也 许。然 后 当 秒 个 位 计 数 器 分 别 为 0011,010 1,011 1 的 时 候，可 以 与 IK H z的 脉 冲 信 号 与 非，使 电 路 报 时；当 秒 个 位 计 数 器 为 1 0 0 1时，可 以 与 2 KHz的 脉 冲 信 号 与 非。为 化 简 电 路，画 卡 诺 图：Q3Q2QIQO00 01 11 1000 0 0 1 001 0 1 1 011 X X X X1 0 0 0 X X9 分 50秒 时，分 计 数 器 的 3 Q 1、3 Q4计 数 端 与 秒 十 位 计 数 器 的 2Q 1、2 Q 3计 数 端 均 呈 现 高 电 平，与 门 U1被 选 通；由 于 U 1的 输 出 端 是 作 为 此 外 两 个 与 门 U2和 U 3 的 输 入 端，因 此 只 有 在 9 分 50秒 以 后 U 2和 U3才 有 被 选 通 的 也 许。在 此 基 础 上，只 要 秒 个 位 是 3、5、7 时，也 即 当 1QO=1,且 1Q1或 1Q2为 高 电 平 时，U 2被 选 通，频 率 为 1 k H z的 信 号 可 以 通 过 与 门 U 2,进 入 蜂 鸣 器 产 生 鸣 响。同 样，当 秒 个 位 为 9 时 一，也 即 当 1Q0、1 Q 3为 高 电 平 时,U 3被 选 通，频 率 为 2kHz的 信 号 可 以 通 过 与 门 U 3,进 入 蜂 鸣 器 产 生 鸣 响。或 门 U4实 现 了 允 许 不 同 频 率 的 信 号 在 不 同 时 刻 被 送 入 蜂 鸣 器 的 功 能。原 理 图：4AND3五.附 加 电 路。运 用 4 个 四 选 一 的 数 据 选 择 器 和 模 三 计 数 器，每 个 时 刻 只 选 择 一 个 数 据 到 译 码 器。再 通 过 模 三 计 数 器 的 A B端 控 制 显 示 器 的 接 地 端，每 个 时 刻 只 亮 一 盏 灯 达 成 动 态 显 示 的 效 果。电 路 图:2上 接 显 示 酶 服 速 丽 VDDOT 8OAOBOC 8OEDBDCLTBrEL-DD Mvss接 分 个 位。1 接 杪 十 位 Q 1 理 秒 个 位 Q1 vccRC a O用 晶 LOAD3F-I C叫 上 十 壬 一 一 一，僵 分 个 位 Q0猊 秒 十 位 Q0 袋 的 个 位 Q Q,41.：接 分 个 位 Q2搂 秒 十 位。2接 秒 个 位 Q2士 vcwc2 c 3警?1 GZB3IC21C11CO1YGNDVCC2G,A2c32C2SCISCO六.实 验 感 想 这 次 实 验 做 的 并 不 是 十 分 抱 负，做 到 第 三 天 早 上 才 做 完。一 开 始 的 时 候 对 整 体 电 路 还 不 是 很 了 解（虽 然 预 习 了 但 还 是 不 很 了 解），没 有 一 个 整 体 的 概 念 对 于 每 一 个 部 分 的 衔 接 不 清 楚。到 真 正 开 始 做 实 验 的 时 候 才 发 现 我 的 问 题 有 一 些 严 重，由 于 我 的 振 荡 调 了 一 个 下 午 才 调 试 成 功，不 知 道 是 排 版 问 题 还 是 管 脚 接 错 了,总 是 不 振,后 来 由 竖 版 变 成 横 版 就 成 功 了。第 二 天 早 上 之 后 的 连 接 都 很 顺 利,秒 个、秒 十、分 个、清 零,都 是 一 次 成 功。当 校 分 电 路 连 接 成 功 后,却 没 有 执 行 其 功 能,我 检 查 了 各 条 线 路，均 没 有 问 题，但 还 是 没 有 按 照 预 期 结 果 运 营。我 想 重 新 连 接 校 分 电 路,拔 导 线 的 时 候 犯 错 了，后 来 找 不 犯 错 误 只 能 重 新 连 过。由 于 各 种 各 样 的 小 失 误 导 致 了 整 个 电 路 重 连 了 三 次，这 浪 费了 我 大 量 时 间，也 磨 走 了 我 的 耐 心,好 几 次 找 不 犯 错 误 的 时 候 想 到 要 放 弃，却 还 是 不 甘 心。一 遍 又 一 遍 地 对 线 路，保 证 无 误，然 后 又 请 教 其 他 同 学，终 于 在 最 后 一 天 的 上 午 成 功 了。这 次 实 验 不 抱 负 的 一 个 很 重 要 的 因 素 就 是 预 习 不 够 充 足,对 于 很 多 地 方 不 理 解，连 接 时 稀 里 糊 涂，犯 错 频 繁。这 次 实 验 给 了 我 很 好 的 教 训 I,对 于 任 何 事 情 做 之 前 都 要 做 好 准 备,才 干 不 会 在 执 行 的 过 程 中 有 太 多 的 阻 碍。七.实 验 中 碰 到 的 问 题：1.秒 十 连 接 好 显 示 器 显 示 九 分 九 十 九 秒 之 后 就 暗 了，通 过 几 十 秒 之 后 又 从 零 开 始 计 时。因 素 是 7 4 161是 模 十 六 的 计 数 器，我 没 有 进 行 六 进 一 的 操 作 连 接，这 个 问 题 困 扰 着 我 很 久，直 到 老 师 指 出 问 题 所 在。2.在 校 分 时,连 接 于 161Q 3 的 线 要 去 掉 一 根，这 个 细 节 我 一 直 没 注 意 到,导 致 校 分 一 直 不 成 功,后 来 通 过 同 学 提 醒 才 知 道。八.附 录 1.工 具 及 器 件 清 单 名 称 型 号 数 量 直 流 稳 压 电 源 1剥 线 钳 1面 包 板 1剪 刀 1导 线 若 干 镶 子 1万 用 表 1LED显 示 器 共 阴 3译 码 器 CD45 1 1 3B C D码 计 数 器 CD4518 1四 位 二 进 制 计 数 器 74LS161 2分 频 器 CD4 0 60 1D触 发 器 7 4L S 74 1二 入 与 非 门 74 L S 00 2四 入 与 门 7 4 LS 2 1 2非 门 CD4 0 69 1二 入 或 门 74LS3 2 1晶 振 3 2 7 68Hz 1三 极 管(NPN)80 5 0 1蜂 鸣 器 1电 容 1 0 p 12 0 p 122u 2电 阻 300 3470 11 0 k 322M 12、各 元 件 的 引 脚 图 及 功 能 表(1)元 件 引 脚 图 VDD Q10Q8 Q9 Cr%CP0CP0116115114113112 I11I1UI9Vcc 2RD 2D 2CP2SD 2Q 2Q|14|13|12|ll|10|9|8VD D2Cr2QD2Qc2QB2QA2EN2CP|16|15|14|13|12|ll|10|9)CC4060)74LS74)CC451811 12 13 14 15 16 17 18Q12Q13 Q14 QG Q5 Q?Q4 VS SVcc Qcc QA QB QC QD SI LD|16|15|14|13|12 11111019_1 12 13 l_4 15 6 I?1RD 1D1CP1SD1Q1Q-GNDVcc 4B 4A 4Q 3B 3A 3Q114113 12 11111019 1811 12 13 14 15 16 I7 181CP 1EN lQAlQBlQclQnlCr WsVDD 6A 6Q 5A 5Q 4A 4Q|14|13|12|ll|10|9|8)74LS161)74LSOO)CC4069I6DICIBIA12pSo GND11 12 I 3 I4 I 5 16 I 71A IB iQ 2A 2B 2Q GND11 12 13 I4 15 16 I?1A IQ 2A 2Q 3A 3Q VssVDD f g a b c d e|16|15|14|13|12Vcc 2D 2C NC 2B 2A 2Q|14|13|12|ll|10|9|8)CC451174LS2111 12 Jj_l4 15 16 IT 18B C LTBI LE D A Vss11 12 13 I4 15 16 I71A IB NC IC ID IQ GNDVcc 4B 4A 4Q 3B 3A 3Q|i4|13|12|l l|1 0|9|8)74LS3213n刖 段 爆，e d G N D c hC C 4511逻 辑 功 能 表 输 入 输 出 LT 面 LED C B Agf 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 L E=O f 1 时 数 据 译 码 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 01 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 11 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 1 21 1 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 31 1 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 41 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 0 1 51 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 0 0 61 1 0 0 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 71 1 0 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 81 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 9C C 4518逻 辑 功 能 表 输 入 输 出 Cr CP ENQl)Qc QBQA清 零 1 X X 0 0 0 0计 数 0 t 1 BCD码 加 法 记 数 保 持 0 X 0 保 持 计 数 0 0 l B C D码 加 法 记 数保 持 0 1 X 保 持 74LS74逻 辑 功 能 表 输 入 6 输 出 CP DQNQN+1清 零 X 0 1 X 0 1置“1”X 1 0 X 1 0送“0”t 1 1 0 0 1送“1”t 1 1 1 1 0保 持 0 1 1 X 保 1寺：不 允 许 X 0 0 X 不 拟 定 74LS1 6 1逻 辑 功 能 表 输 入 输 出 CPCr TDSD C B AQDQcQBqQcc梢 弯 X 0 X X X X X X X 0 0 0 0 0送 数 t 1 0 X X d c b a d c b a o-1记 数 t 1 1 1 1 X X X X 二 进 有 刖 加 法 记 数 保 持 X 1 1 0 1 X X X X 不 变 保 持 X 1 1 1 0 X X X X 不 变 3、总 电 路 逻 辑 图4、参 考 文 献