電氣制圖及CAD實驗報告

1、電氣制圖及CAD實驗報告 - 一小時電子計時器姓名：楊榮宗學號：913110200228專業(yè)：自動化專業(yè)1、 實驗簡介 此次實驗主要是兩個實驗的設(shè)計，數(shù)字秒表與電子計時器。由于當時由于學校的一些社會實踐的工作比較忙，因此選擇了這些較為簡單的實驗科目進行，并完成了數(shù)字秒表的原理圖繪制與PCB板制作。后期在數(shù)字秒表的基礎(chǔ)上，加上部分元器件完成了功能更加復(fù)雜的電子計數(shù)器的原理圖繪制與PCB板的制作。由于兩個電路的工作原理相似，電子計數(shù)器包涵了數(shù)字秒表的功能，本文在給出數(shù)字秒表的原理圖與PCB板之后，著重從電子計數(shù)器進行詳細介紹。包括電子計數(shù)器原理圖的multisim軟件仿真，電路各個模塊功能的分析，

2、主要芯片的功能介紹以及內(nèi)部封裝和引腳分布，之后利用protel軟件繪制出電子計數(shù)器的原理圖與PCB板。數(shù)字秒表只能完成00到59秒的計時功能，而電子計數(shù)器則可以完成從00:00到59:59的計時功能，并在控制電路的作用下實現(xiàn)快速校分，清零，自動報時等功能。2、 實驗器件介紹 主要芯片引腳圖及功能表CD4511譯碼器 圖2.2.1 CD4511譯碼器引腳圖表2.2.1 CD4511譯碼器功能表輸入輸出LTBILED4D3D2D1gfedcba字符測燈011111118滅零1000000000000消隱鎖存111顯示LE=01時數(shù)據(jù)譯碼1100000011111101100001000011011

3、10001010110112110001110011113110010011001104110010111011015110011011111006110011100001117110100011111118110100111001119CD4518計數(shù)器 圖2.2.2 CD4518BCD碼計數(shù)器引腳圖表2.2.2 CD4518BCD碼計數(shù)器功能表：輸入輸出CRCPENQ3Q2Q1Q0清零10000計數(shù)01BCD碼加法計數(shù)保持00保持計數(shù)00BCD碼加法計數(shù)保持01保持CD4040分頻器圖2.2.3 CD4040分頻器引腳圖NE555定時器圖2.2.2 NE555定時器引腳圖表2.2.2 NE

4、555定時器功能表(引腳4 )Vi1(引腳6)Vi2(引腳2)VO(引腳3)0012/3Vcc1/3Vcc012/3 Vcc1/3Vcc111/3Vcc不變74LS74 D觸發(fā)器圖2.2.5 74LS74D觸發(fā)器引腳圖表2.2.5 74LS74D觸發(fā)器功能表輸入輸出CPD清零0101置“1”1010送“0”11001送“1”11110保持011保持不允許00不確定74LS00 雙四與非門 圖2.2.6 74LS00雙四與非門引腳圖 74LS20 四入雙與非門圖2.2.7 74LS20 四入雙與非門引腳圖74LS21四入雙與門圖2.2.8 74LS21四入雙與門引腳圖3、 電路設(shè)計及結(jié)果3.1數(shù)

5、字秒表原理圖3.2數(shù)字秒表PCB板布線圖3.3數(shù)字秒表PCB板3D圖 3.4電子計時器設(shè)計原理3.4.1、各部分電路解析3.4.1.1、脈沖發(fā)生電路 脈沖發(fā)生電路即為電子計時器產(chǎn)生脈沖的電路，本文采用NE555振蕩器和CD4040分頻器產(chǎn)生實驗所需要的脈沖信號頻率其中：f0=1.44/(R1+2R2)C=4.38kHz R1=1K,R2=3K,C=0,047uF。12CD4040的最大分頻系數(shù)是2 ，即Q12= f0/2 =1Hz（理論值為1.068579Hz，每小時慢231.04秒），從Q12可以輸出1Hz，從Q11可以輸出2Hz，從Q6可以輸出500Hz，從Q7可以輸出1kHz。 Mult

6、isim仿真電路如圖1：圖13.4.1.2、計時電路 本文采用二十進制加法計數(shù)器CD4518來實現(xiàn)來實現(xiàn)計時電路。CD4518時一種常用的8421BCD碼加法計數(shù)器。每一片CD4518集成電路中集成了兩個相互獨立的計數(shù)器，正好作為計時器的分位（0059）與秒位（00-59）的計數(shù)。當清零端輸入1，EN端為1且CP端輸入時鐘信號。其輸出端Q3 Q2 Q1 Q0輸出從0000到1001（即十進制中的0到9）的循環(huán)。所以當使用其作為分和秒的個位進行計數(shù)時不需對其進行反饋清零，而用其進行分和秒的十位計數(shù)時，需要在Q3 Q2 Q1 Q0輸出0110時（即十進制中的6），對其進行清零（因為CD4518是異

7、步清零）。 Multisim仿真電路如圖2：（由于截圖限制，只截下了部分電路，下同） 圖23.4.1.3、譯碼顯示電路本文選用CD4511數(shù)碼管驅(qū)動芯片，將計數(shù)電路產(chǎn)生的即使信號轉(zhuǎn)化為數(shù)碼管的顯示信號。此處數(shù)碼管選用共陰雙字顯示器，來自計數(shù)電路的信號通過譯碼器CD4511，為了避免電路中的電流過大而燒壞電路，本實驗中在數(shù)碼管的每一個顯示輸入端加上了限流電阻（約330歐姆）。 Multisim仿真電路如圖3：（同上，只截下分位電路）圖3 3.4.1.4、報時電路 記蜂鳴器的符號為W，根據(jù)報時要求實現(xiàn)三低一高整點報時（59分53秒、59分55秒、59分57秒低聲報時，59分59秒高聲報時）。得到報

8、時電路的表達式如下：W=5953*f3+5955*f3+5957*f3+5959*f4=5953(2*f3+4*f3+6*f3+8*f4)本模塊中采用74LS00、74LS20、74LS21、蜂鳴器的組合產(chǎn)生了需要的電路。Multisim仿真電路如圖4：圖43.4.1.5、控制電路3.4.1.5.1、校分電路為了快速對計時器進行調(diào)時，并且檢測的電路報時功能。在該電子計時器中設(shè)計了快速較分電路。校分電路要實現(xiàn)的功能為：當開關(guān)打到“0”時，計數(shù)器能夠正常計數(shù)；當開關(guān)打到“1”時，分計數(shù)器輸入2Hz的脈沖實現(xiàn)快速的計數(shù)，調(diào)整分位的顯示，而秒位則保持不變?？紤]到事件情況中容易出現(xiàn)抖動的現(xiàn)象，電路中引入

9、了D觸發(fā)器，由于D觸發(fā)器的輸出端只在時鐘的上升沿變化，而其他時刻保持上一次的電平，很好的實現(xiàn)了防抖動的功能。相對應(yīng)的在清零電路中也可以采用同樣的方式解決抖動的問題。圖53.4.1.5.2、清零電路 考慮到電子計數(shù)器功能的完整性，應(yīng)該具備在任意時刻將計時器復(fù)位的功能，因此設(shè)計了清零電路，來實現(xiàn)這一功能。因為前面74LS74還有一端沒有用著，正好可以利用剩余的部分接到開關(guān)上來實現(xiàn)同步清零。（實際連接中發(fā)現(xiàn)，此處可以不設(shè)置防抖動電路）（此處由于截圖不變略去，見總圖6）3.4.2、整體電路及PCB板3.4.2.1、電子計時器multisim模擬仿真電路 由于軟件的原因部分元器件的符號與實際芯片有所差異

10、，對部分進行了等效替代，但是實現(xiàn)了相同的功能，因此驗證了實驗電路的正確性。原理圖見圖6：圖63.4.2.2、電子計時器Protel原理圖圖73.4.2.3、電子計時器PCB板布線圖圖83.4.2.4、電子計時器PCB板3D圖圖94、 實驗總結(jié) 本課程為期三個禮拜，在實驗的過程中，盡管由于社會實踐等原因最終的實驗沒有做好充足的準備，但是，整個的實驗過程。整個關(guān)于CAD制圖的細節(jié)基本了解到了。繪圖的過程中遇到了一個不小的麻煩，由于元器件數(shù)量比數(shù)字秒表明顯增加，使得導(dǎo)入PCB之后令人眼花繚亂，無從下手。為了兼顧布局的美觀與線路的清晰簡潔。我決定按照原理圖的布局進行PCB板布局，再通過細微部分的調(diào)節(jié)盡量縮小板子的尺寸。板子尺寸的縮小給后期的布線增加了工作量，經(jīng)過反反復(fù)復(fù)很多次的嘗試之后，我選擇了自動布線。但是效果并不理想，因此我又在這基礎(chǔ)上，對部分線路進