电气制图及CAD实验报告
----- 一小时电子计时器
姓名：杨荣宗
学号：913110200228
专业：自动化专业
一、实验简介
此次实验主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单的实验科目进行，并完成了数字秒表的原理图绘制与PCB板制作。后期在数字秒表的基础上，加上部分元器件完成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详细介绍。包括电子计数器原理图的multisim软件仿真，电路各个模块功能的分析，主要芯片的功能介绍以及内部封装和引脚分布，之后利用protel软件绘制出电子计数器的原理图与PCB板。数字秒表只能完成00到59秒的计时功能，而电子计数器则可以完成从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
主要芯片引脚图及功能表
CD4511译码器
图2.2.1 CD4511译码器引脚图
表2.2.1 CD4511译码器功能表
输入输出
L T B
I
L
E
D
4
D
3
D
2
D
1
g f e d c b a字符
测灯0××××××11111118灭零10×00000000000消隐锁存111××××显示LE=0→1时数据译码110000********* 110000100001101
110001*********
110001110011113
110010*********
110010*********
110011*********
110011100001117
110100*********
110100********* CD4518计数器
图2.2.2 CD4518BCD码计数器引脚图
表2.2.2 CD4518BCD码计数器功能表：
输入输出
CR CP EN Q3Q2Q1Q0清零1××0000计数0↑1BCD码加法计数
保持0×0保持
计数00↓BCD码加法计数
保持01×保持CD4040分频器
图2.2.3 CD4040分频器引脚图NE555定时器
图2.2.2 NE555定时器引脚图
表2.2.2 NE555定时器功能表
(引脚4 )V i1(引脚6)V i2(引脚2)V O(引脚3) 0××0
1>2/3Vcc>1/3Vcc0
1<2/3 Vcc<1/3Vcc1
1<2/3 Vcc>1/3Vcc不变
74LS74 D触发器
图2.2.5 74LS74D触发器引脚图
表2.2.5 74LS74D触发器功能表
输入输出
CP D
清零×01×01置“1”×10×10送“0”↑11001送“1”↑11110
保持011×保持不允许×00×不确定74LS00 双四与非门
图2.2.6 74LS00双四与非门引脚图
74LS20 四入双与非门
图2.2.7 74LS20 四入双与非门引脚图
74LS21四入双与门
图2.2.8 74LS21四入双与门引脚图
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NE555
12
振荡器和CD4040分频器产生实验所需要的脉冲信号频率其中：f0=1.44/[(R1+2R2)C]=4.38kHz R1=1KΩ,R2=3KΩ,C=0,047uF。CD4040的最大分频系数是2 ，即Q12= f0/2 =1Hz（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1kHz。
Multisim仿真电路如图1：
3.4.1..2、计时电路
本文采用二—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CD4518集成电路中集成了两个相互独立的计数器，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Q3 Q2 Q1 Q0输出从0000到1001（即十进制中的0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Q3 Q2 Q1 Q0输出0110时（即十进制中的6），对其进行清零（因为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
