電工電子綜合實(shí)驗(yàn)

［鍵入文字］電子電工綜合實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)報(bào)告多功能數(shù)字計(jì)時(shí)器設(shè)計(jì)院 系：電子工程與光電技術(shù)學(xué)院專(zhuān) 業(yè)：通信工程指導(dǎo)老師：完成時(shí)間：2009.9目錄實(shí)驗(yàn)?zāi)康脑O(shè)計(jì)內(nèi)容簡(jiǎn)介 設(shè)計(jì)要求 設(shè)計(jì)電路原理圖 電路邏輯原理圖及工作原理各單元電路原理及邏輯設(shè)計(jì)6.1秒信號(hào)發(fā)生器 6.2計(jì)時(shí)電路 6.3清零電路 6.4校分電路 6.5報(bào)時(shí)電路 6.6起停原理及電路圖???6.7總電路圖電路安裝及調(diào)試說(shuō)明實(shí)驗(yàn)感想 附錄 9.1工具及器件清單 9.2各元件的引腳圖及功能表 參考文獻(xiàn) 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?） 掌握常見(jiàn)集成電路的工作原理和使用方法。2） 學(xué)會(huì)單元電路的設(shè)計(jì)方法。設(shè)計(jì)內(nèi)容簡(jiǎn)介：本實(shí)驗(yàn)采用中小規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字計(jì)時(shí)器。數(shù)字計(jì)時(shí)器是由脈沖發(fā)生電路，計(jì)時(shí)電路，譯碼顯示電路，和控制電路等幾部分組成。其中控制電路由清零電路，校分電路，和報(bào)時(shí)電路組成。設(shè)計(jì)要求：1） 設(shè)計(jì)一個(gè)脈沖發(fā)生電路，為計(jì)時(shí)器提供秒脈沖、為報(bào)時(shí)電路提供驅(qū)動(dòng)蜂鳴器的脈沖信號(hào)。2） 設(shè)計(jì)一個(gè)計(jì)時(shí)電路，完成0分00秒?9分59秒的計(jì)時(shí)功能。3） 設(shè)計(jì)報(bào)時(shí)電路，使數(shù)字計(jì)時(shí)器從9分53秒開(kāi)始報(bào)時(shí)，每隔一秒發(fā)一聲，共發(fā)三聲低音，一聲高音；即9分53秒、9分55秒、9分57秒發(fā)低音（頻率1kHz），9分59秒發(fā)高音（頻率2kHz）4） 設(shè)計(jì)校分電路，在任何時(shí)候，撥動(dòng)校分開(kāi)關(guān)，可進(jìn)行快速校分5） 設(shè)計(jì)清零電路，具有開(kāi)機(jī)自動(dòng)清零功能，并且在任何時(shí)候，按動(dòng)清零開(kāi)關(guān)，可以進(jìn)行計(jì)時(shí)器清零。6） 系統(tǒng)級(jí)聯(lián)調(diào)試，將以上電路進(jìn)行級(jí)聯(lián)完成計(jì)時(shí)器的所有功能。7） 可增加數(shù)字計(jì)時(shí)器附加功能，例如數(shù)字計(jì)時(shí)器定時(shí)功能、電路起停功能、電路采用動(dòng)態(tài)顯示等。設(shè)計(jì)電路原理圖電路邏輯原理圖及工作原理

工作原理：由振蕩器產(chǎn)生的穩(wěn)定的高頻脈沖信號(hào)，作為數(shù)字鐘的時(shí)間基準(zhǔn)，再經(jīng)分頻器輸出標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖。秒計(jì)數(shù)器記滿60后向分計(jì)數(shù)器進(jìn)位。計(jì)數(shù)器的輸出經(jīng)譯碼器送顯示器。記時(shí)出現(xiàn)誤差時(shí)可以用校時(shí)電路進(jìn)行校分，校秒。擴(kuò)展電路必須在主體電路正常運(yùn)行的情況下才能進(jìn)行功能擴(kuò)展。各單元電路原理及邏輯設(shè)計(jì)6.1秒信號(hào)發(fā)生器秒信號(hào)發(fā)生器提供計(jì)時(shí)電路的時(shí)鐘并為報(bào)時(shí)電路提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)。為提供較為精確的秒脈沖信號(hào)，采用32768Hz的石英晶體多諧振蕩器作為脈沖信號(hào)源。分頻器CD4060最高可實(shí)現(xiàn)214分頻，即最低頻率端Q14的脈沖信號(hào)頻率為2Hz，因此增加一個(gè)D觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)的倍頻器來(lái)產(chǎn)生1Hz的秒脈沖信號(hào)。將D觸發(fā)器的端與D端扭接在一起實(shí)現(xiàn)倍頻器，則Q端的輸出信號(hào)即為1Hz的秒脈沖信號(hào)。報(bào)時(shí)電路所需要的1KHz，2KHz的脈沖信號(hào)由4060的管腳Q4和管腳Q5提供。所用器件：32768Hz晶體管、22MQ電阻、20PF電容、10PF電容、4060、74LS74。原理圖:10FF20MQ10FF20MQ6.2計(jì)時(shí)電路該電路是本實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)電路中的關(guān)鍵電路，由分計(jì)數(shù)器、秒十位計(jì)數(shù)器、秒個(gè)位計(jì)數(shù)器構(gòu)成。分計(jì)數(shù)器和秒十位計(jì)數(shù)器直接用CD4518BCD碼計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)十進(jìn)制計(jì)數(shù)功能；秒十位計(jì)數(shù)器為六進(jìn)制計(jì)數(shù)器，將74LS161做成一個(gè)從0000?0101的模六計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)。連接時(shí)，秒脈沖電路產(chǎn)生的秒脈沖信號(hào)送入秒個(gè)位計(jì)數(shù)器（CD4518A）的EN端，秒個(gè)位單元中的輸出1Q4通過(guò)一非門(mén)接入74LS161的時(shí)鐘端作為時(shí)鐘信號(hào)完成個(gè)位與十位的級(jí)聯(lián)（接非門(mén)是因?yàn)?61的?CLK是上升沿觸發(fā)，而1Q4在9~0的跳變時(shí)是下降沿“1001”——“0000”）。做秒十位記數(shù)時(shí)，用反饋置位法，2Q1和2Q3通過(guò)一與非門(mén)接入置數(shù)端同時(shí)數(shù)據(jù)輸入端均接地，實(shí)現(xiàn)模六功能。將計(jì)數(shù)位2Q3作為驅(qū)動(dòng)信號(hào)送入分計(jì)數(shù)器（CD4518B）的EN端，則數(shù)字計(jì)數(shù)器整體的計(jì)數(shù)功能即可實(shí)現(xiàn)。顯示電路采用三片CD4511顯示譯碼器和三個(gè)七段共陰顯示字，電路從0分00秒計(jì)到9分59秒，譯碼顯示電路用三片四線七線譯碼器CD4511進(jìn)行譯碼，而采用共陰極七段LED數(shù)碼管進(jìn)行循環(huán)顯示。CD4511的輸入接到相應(yīng)計(jì)數(shù)器的輸出，而它的輸出端與數(shù)碼管的相應(yīng)端相連，數(shù)碼管通過(guò)300的電阻接地。所用器件:4518、74LS161、74LS00、CC4511、CC4069、300。電阻、LED數(shù)碼顯示管。原理圖：計(jì)時(shí)電路6.3清零電路該電路具有開(kāi)機(jī)清零和控制清零功能。其中秒個(gè)位和分位的清零端即CC4518的管腳7和15（高電平有效）接在第一個(gè)非門(mén)之后，秒十位74LS161的清零端即管腳1（低電平有效）接在第二個(gè)非門(mén)之后。剛開(kāi)機(jī)時(shí)，由于電容上的電壓不能突變，電容兩端為低電平，經(jīng)過(guò)第一個(gè)非門(mén)輸出高電平，接到CC4518的管腳7和15,實(shí)現(xiàn)秒個(gè)位和分位的清零。在經(jīng)過(guò)第二個(gè)非門(mén)輸出低電平，接到74LS161的管腳1，實(shí)現(xiàn)秒十位的清零。按下開(kāi)關(guān)后，電容被短路，第一個(gè)非門(mén)的輸入端為低電平，兩個(gè)非門(mén)的輸出端分別為高電平和低電平，原理同上，實(shí)現(xiàn)控制清零功能（異步清零）。所用器件：CC4069、10K。電阻、22.F電容。原理圖：6.4校分電路當(dāng)校分電路打到“正常”狀態(tài)時(shí)，計(jì)數(shù)器正常計(jì)數(shù)；當(dāng)開(kāi)關(guān)打到“校分”狀態(tài)時(shí)，秒個(gè)位和秒十位正常計(jì)數(shù)，分位進(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(hào)的控制。校分電路的工作原理是：當(dāng)校分開(kāi)關(guān)在“1”電平，與非門(mén)2被選通，與非門(mén)1被封鎖，秒進(jìn)位產(chǎn)生的脈沖送全分計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘端；當(dāng)開(kāi)關(guān)打在“0”電平時(shí)，與非門(mén)1被選通，與非門(mén)2被封鎖，校分信號(hào)送至分計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘端。由于校分電路的信號(hào)直接送到分計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘端，開(kāi)關(guān)的顫動(dòng)產(chǎn)生的脈沖會(huì)導(dǎo)致分計(jì)數(shù)器的觸發(fā)，從而影響校分功能，所以對(duì)校分開(kāi)關(guān)應(yīng)加一個(gè)RS鎖存器構(gòu)成消顫開(kāi)關(guān)。原理圖：6.5報(bào)時(shí)電路用需要報(bào)時(shí)的時(shí)刻所對(duì)應(yīng)的計(jì)數(shù)器的輸出作為觸發(fā)信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器報(bào)時(shí)，因?yàn)樾枰?分53秒、9分55秒、9分57秒各報(bào)出一個(gè)低音，在9分59秒報(bào)出一個(gè)高音。具體設(shè)計(jì)過(guò)程如下：將各時(shí)刻各位對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制碼作如下圖的比較：時(shí)間(DEC)分位(BIN)秒十位(BIN)秒個(gè)位(BIN)9:531001010100119:551001010101019:571001010101119:59100101011001將秒個(gè)位的3(0011)、5(0101)、7(0111)取或，通過(guò)卡諾圖的化簡(jiǎn)可得應(yīng)該從秒個(gè)位取1Q1(1Q2+1Q3)將1中所得結(jié)果和分位的9(1001)與再和秒十位的5(0101)與，所得的結(jié)果和1KHz的信號(hào)與就可得到在9分53秒、9分53秒、9分57秒報(bào)出低音的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。將分位的9(1001)和秒十位的5(0101)與再和秒個(gè)位的9(1001)與再和2KHz的信號(hào)與就得到在9分59秒報(bào)出高音的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。4.將2和3中得到的信號(hào)取或，就可以得到最終的報(bào)時(shí)驅(qū)動(dòng)信號(hào)。所用器件：74LS21、74LS32、蜂鳴器、三極管。原理圖：電路連接圖如下:U3D2KHZ報(bào)時(shí)電路所用器件：74LS21、74LS32、蜂鳴器、三極管。6.6起停原理及電路圖自動(dòng)起停就是在某一個(gè)設(shè)定時(shí)刻自動(dòng)停止，在設(shè)定好的一定時(shí)間后，記時(shí)又自動(dòng)重新開(kāi)始，在此過(guò)程中無(wú)須人工干預(yù)。此次自動(dòng)起停功能具體設(shè)計(jì)為：在7分37秒自動(dòng)停止5秒后又重新開(kāi)始計(jì)數(shù)。根據(jù)74161的功能表，當(dāng)沒(méi)到設(shè)定的停止時(shí)間時(shí)，?LOAD一直是“0”信號(hào)輸入，使得在置數(shù)輸入端預(yù)置的0111置數(shù)至QdQcQbQa端，由QC端與1Hz求與后輸入秒個(gè)位的CP端，正常計(jì)數(shù)。直至7分37秒，“1”信號(hào)輸入?LOAD，74161在1Hz的脈沖信號(hào)下，0111，1000，1001，1010，1011計(jì)數(shù)，Qc端輸出“0”信號(hào)，1Hz的信號(hào)無(wú)法進(jìn)入秒個(gè)位的信號(hào)端，正好五秒的等待，qc端重新輸出為“1”。完成自動(dòng)起停功能。原理圖:

3Qa3Qb3Qc2Qa2QbiQbIQ：1HZ（其中最終輸出端連到秒個(gè)位的CP時(shí)鐘端）。6.7總電路圖~3Qa3Qb3Qc2Qa2QbiQbIQ：1HZ（其中最終輸出端連到秒個(gè)位的CP時(shí)鐘端）。6.7總電路圖~n1.iDcc?m!In7W5WD74LS32電路安裝及調(diào)試說(shuō)明1） 顯示器顯示的8沒(méi)有顯示完全？解決方法：從譯碼器的輸出端用導(dǎo)線直接接到顯示器的輸入端，發(fā)現(xiàn)沒(méi)有出現(xiàn)這個(gè)問(wèn)題，說(shuō)明通過(guò)電阻所接的線有斷路，換了線之后，回復(fù)正常。2） 脈沖信號(hào)輸入時(shí)，顯示器始終是8,沒(méi)有任何變化？解決方法：首先測(cè)試脈沖信號(hào)發(fā)生器是否有信號(hào)產(chǎn)生，發(fā)現(xiàn)發(fā)生器工作正常，然后檢查計(jì)數(shù)器有沒(méi)有正常工作，發(fā)現(xiàn)計(jì)數(shù)器也是正常工作，然后再檢測(cè)譯碼器，發(fā)現(xiàn)它沒(méi)有正常工作，原因是：LT、BI沒(méi)有接高電平，LE沒(méi)有接低電平，修正之后，其正常工作了。3）蜂鳴器在9分51就開(kāi)始報(bào)時(shí)了，報(bào)時(shí)過(guò)早。解決方法：檢查計(jì)數(shù)器輸出端的接法，發(fā)現(xiàn)其中有根線接錯(cuò)了！調(diào)整位置后又恢復(fù)正常。實(shí)驗(yàn)感想在這次實(shí)驗(yàn)中，我學(xué)到很多東西，加強(qiáng)了我的動(dòng)手能力，并且培養(yǎng)了我的獨(dú)立思考能力，剛開(kāi)始做實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)完全不知道怎樣動(dòng)手，在老師的指導(dǎo)下才有些頭緒，中午回寢室把實(shí)驗(yàn)原理理解清楚后，發(fā)現(xiàn)這個(gè)實(shí)驗(yàn)其實(shí)挺簡(jiǎn)單的，下午再去做的時(shí)候，已經(jīng)快好多，因?yàn)槲乙呀?jīng)對(duì)實(shí)驗(yàn)原理了然于胸，雖然我的速度不是最快的，但一步步的連線，我不著急，因?yàn)橛賱t不達(dá)，保證自己連上去的每根線都是正確的，節(jié)約了檢查時(shí)間。無(wú)論是學(xué)習(xí)還是實(shí)驗(yàn)，提前預(yù)習(xí)是非常重要的，它讓你對(duì)知識(shí)點(diǎn)有個(gè)詳細(xì)而系統(tǒng)的了解，也讓提前為實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備資料以及相關(guān)的書(shū)籍。十分感謝鐘德榮老師在本次實(shí)驗(yàn)對(duì)我的悉心指導(dǎo)。附錄9.1工具及器件清單工具：剪刀、鑷子、剝線鉗元器件清單：名稱型號(hào)數(shù)量顯示字共陰3譯碼器CC45113BCD碼計(jì)數(shù)器CC45181四位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS1612分頻器CC40601D觸發(fā)器74LS741非門(mén)CC40691二入與非門(mén)74LS002四入與門(mén)74LS215二入或門(mén)74LS321晶振32768Hz1三極管（NPN）3DG61蜂鳴器1電容10p120p122u1電阻3303470110k322M19.2各元件的引腳圖及功能表引腳圖：1RD1D1CP1SD1Q1QGNDCrCPABCDSoGND幻^4屈1AIBNC1CIDIQGND1AIBIQ2A2B2QGND1RD1D1CP1SD1Q1QGNDCrCPABCDSoGND幻^4屈1AIBNC1CIDIQGND1AIBIQ2A2B2QGND功能表：CC4518邏輯功能表輸入輸出CrCPENQdQCQbQ清今1XX0000計(jì)數(shù)0t1BCD碼加法記數(shù)保持0X0保持計(jì)