2023年电气制图及CAD实验报告

电气制图及CAD实验报告

——小时电子计时器

姓名:杨荣宗

学号：9

专业：自动化专业

一、实验简介

本次实验重要是两个实验的设计，数字秒表与电子计时

器。由于当时由于学校的一些社会实践的工作比较忙,因此选择了这

些较为简朴的实验科目进行，并完毕了数字秒表的原理图绘制与PC

B板制作。后期在数字秒表的基础上,加上部分元器件完毕了功能更

加复杂的电子计数器的原理图绘制与PCB板的制作。由于两个电路的

工作原理相似，电子计数器包涵了数字秒表的功能，本文在给出数字

秒表的原理图与PCB板之后，着重从电子计数器进行具体介绍。涉

及电子计数器原理图的muItisim软件仿真，电路各个模块功能的分

析,重要芯片的功能介绍以及内部封装和引脚分布，之后运用prot

e1软件绘制出电子计数器的原理图与PCB板。数字秒表只能完毕

00到59秒的计时功能，而电子计数器则可以完毕从00:00到59:59

的计时功能，并在控制电路的作用下实现快速校分，清零，自动报时

等功能。

二、实验器件介绍

重要芯片引脚图及功能表

CD4511译码器

图2.2.1CD4511译码器引脚图

表2.2.1CD4511译码器功能表

输入输出

LBLDDDDgfedcba字符

TIE4321

测灯0XXXXXX11111118

灭零10X00000000000消隐

锁存111XXXX显示LE=Of1时数据

译码110000001111110

110000100001101

110001010110112

110001110011113

110010011001104

110010111011015

110011011111006

110011100001117

110100011111118

110100111001119

CD4518计数器

VDD2CR2Q42Q32Q,2Q12EN2CP

图2.2.2CD4518BCD码计数器引脚图

表2.2.2CD4518BCD码计数器功能表:

输入输出

Q：3Qo

CRCPENQ2Qi

清零1XX0000

计数0t1BCD码加法计数

保持0X0保持

计数001BCD码加法计数

保持01X保持

CD4040分频器

图2.2.3CD4040分频器引脚图

NE555定期器

图2.2.2NE555定期器引脚图

表2.2.2NE555定期器功能表

RnRn（引脚Vil（引脚6）Vi2（引脚2）V。（引脚3）

4）

0XX0

1>2/3Vcc>l/3Vcc0

1<2/3Vcc<1/3Vcc1

1<2/3Vcc>l/3Vcc不变

74LS74D触发器

VCC2RD2D2CP2SD2Q2Q

1234567

1RD1D1CP1SDIQ1QGND

图2.2.574LS74D触发器引脚图

表2.2.574LS74D触发器功能表

输入输出

CPRDSDDQn+1Qn+1

清零X01X01

置“1”X10X10

送“0”t11001

送“1”t11110

保持011X保持

不允许X00X不拟定

74LS00双四与非门

vcc

141312111098

—

)

1-0

1234567

GND

图2.2.674LS00双四与非门引脚图

74LS20四入双与非门

图2.2.774LS20四入双与非门引脚图

74LS21四入双与门

图2.2.874LS21四入双与门引脚图

三、电路设计及结果

3.1数字秒表原理图

3.2数字秒表PCB板布线图

3.3数字秒表PCB板3D图

3.4电子计时器设计原理

3.4.1、各部分电路解析

3.4.1.1、脉冲发生电路

脉冲发生电路即为电子计时器产生脉冲的电路，本文采用NE

555振荡器和CD4040分频器产生实验所需要的脉冲信号频率其中：

fO=l.44/[(R1+2R2)C]=4.38kHzR1=1KQ,R2=3KQ,C=0,04

7uFoCD4040的最大分频系数是2，即Q12=f0/2=lHz(理

论值为1.068579Hz,每小时慢231.04秒)，从Q12可以输出

1Hz,从Q11可以输出2Hz,从Q6可以输出500Hz,从Q7可以输

出1kHzo

MuItisim仿真电路如图1：

3.4.1..2、计时电路

本文采用二一十进制加法计数器CD4518来实现来实现计时电

路。CD4518时一种常用的8421BCD码加法计数器。每一片CD4

518集成电路中集成了两个互相独立的计数器，正好作为计时器的分

位（00—59）与秒位（00-59）的计数。当清零端输入1,EN端为1且

CP端输入时钟信号。其输出端Q3Q2QIQ。输出从0000到1001

（即十进制中的。到9）的循环。所以当使用其作为分和秒的个位进

行计数时不需对其进行反馈清零，而用其进行分和秒的十位计数时，

需要在Q3Q2QiQ。输出0110时（即十进制中的6）,对其进行清零

（由于CD4518是异步清零）。

Multisim仿真电路如图2:（由于截图限制，只截下了部分电

路,下同）

图2

3.4.1.3、译码显示电路

本文选用CD4511数码管驱动芯片,将计数电路产生的即使信号

转化为数码管的显示信号。此处数码管选用共阴双字显示器,来自计

数电路的信号通过译码器CD4511,为了避免电路中的电流过大而烧

坏电路，本实验中在数码管的每一个显示输入端加上了限流电阻（约

330欧姆）。

Multisim仿真电路如图3：（同上，只截下分位电路）

图3

3.4.1.4、报时电路

记蜂鸣器的符号为W,根据报时规定实现三低一高整点报时(59

分53秒、59分55秒、59分57秒低声报时，59分59秒高声报时)。

得到报时电路的表达式如下：

W=59'53〃*f3+59'55"*f3+59'57"*f3+59'59〃*f

4

=59'53"(2"*f3+4"*f3+6"*f3+8"*f4)

本模块中采用74LS00、74LS20、74LS21、蜂鸣器的组合

产生了需要的电路。

Multisim仿真电路如图4:

图4

3.4.1.5、控制电路

3.4.1.5.1、校分电路

为了快速对计时器进行调时，并且检测的电路报时功能。在该电

子计时器中设计了快速较分电路。校分电路要实现的功能为：当开关

打到“0”时，计数器可以正常计数；当开关打到“1”时，分计数器

输入2Hz的脉冲实现快速的计数,调整分位的显示,而秒位则保持不

变。考虑到事件情况中容易出现抖动的现象，电路中引入了D触发器,

由于D触发器的输出端只在时钟的上升沿变化，而其他时刻保持上一

次的电平,很好的实现了防抖动的功能。相相应的在清零电路中也可

以采用同样的方式解决抖动的问题。

图5

3.4.1.5.2、清零电路

考虑到电子计数器功能的完整性，应当具有在任意时刻将计时

器复位的功能，因此设计了清零电路，来实现这一功能。由于前面

74LS74尚有一端没有用着，正好可以运用剩余的部分接到开关上来

实现同步清零。（实际连接中发现,此处可以不设立防抖动电路）（此

处由于截图不变略去，见总图6）

3.4.2、整体电路及PCB板

3.4.2.1＞电子计时器multisim模拟仿真电路

由于软件的因素部分元器件的符号与实际芯片有所差异,对部分

进行了等效替代，但是实现了相同的功能，因此验证了实验电路的对

的性。原理图见图6：

3.4.2.2、电子计时器Prote1原理图

图7

3.4.2.3、电子计时器PCB板布线图

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