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30-60秒计数器电路设计
0 前情提要1 设计任务及系统功能简介1.1 设计任务及基本功能1.1.1 脉冲定时模块1.1.2 计数模块1.1.3 进制切换模块1.1.4 数显模块
1.2 系统功能1.2.1 主要实现的基本功能
2 实现的原理和电路2.1 30-60秒计数器总体方框图2.2 主要芯片及其功能2.2.1 NE5552.2.2 CD45182.2.3 CD40112.2.4 CD4511
2.3 总电路图与仿真实验2.3.1 总电路图2.3.2 仿真调试
3 电路的焊接制作与调试3.1 电路的焊接3.1.1 元器件清单3.1.2 焊接注意事项
3.2 电路的调试3.3 焊接成品
4 设计总结参考文献（补充）A 仿真电路设计难点B 焊接
0 前情提要
这是徐州工程学院2021年的电子工艺实习课程作业之一，我是20级计嵌专业的学生。电路方面的东西并不是我们的主修课程，所以在完成这项作业的过程中遇到了许多困难（特别是在查不到样板的情况下 ）。网上也找到过一位仁兄的案例，不过并没有详细的电路运行原理和操作步骤。所以我想将我遇到的问题与解决之道分享出来，以帮助需要的人。 （如果你是想要深入、严谨地理解这项电路设计，可能我没法讲的非常清楚，但也希望能给你带来一点帮助。） 在仿真和实践中遇到的问题和解决方法都在最后的补充中，以下是报告主体。 另：总电路图下黄色部分为电路主要原理 1 设计任务及系统功能简介 1.1 设计任务及基本功能 本系统主要由脉冲定时模块、计数模块、进制切换模块、数显模块组成，下面分别论证这几个模块的选择。能在30秒计时和60秒计时间进行切换，并按下清零按钮后，七段数码管又将会从0开始，直到30或60秒计时完成。 1.1.1 脉冲定时模块 使用NE555构成单稳态触发器，NE555是一个时基电路，它具有电源电压范围宽,兼容性，带负载能力强的特点，因此被广泛应用。而单稳态触发器是广泛应用于脉冲整形、定时和延时的常用电路。因此，采用NE555构建单稳态触发器。 1.1.2 计数模块 计数模块采用CD4518。CD4518是由两个CD4518是一个同步加计数器，在一个封装中含有两个可互换二/十进制计数器。CD4518有两个时钟输入端CP和EN,若用时钟上升沿触发,信号由CP输入,此时EN端为高电平,若用时钟下降沿触发,信号由EN输入,此时CP端为低电平(0),同时复位端CR也保持低电平，只有满足了这些条件时,电路才会处于计数状态.否则没办法工作。将数片CD4518串行级联时，尽管每片CD4518属并行计数，但就整体而言已变成串行计数了。 1.1.3 进制切换模块 在进行进制的切换设计时，采用了CD4011即几个与非门，当计数达到了所需计数值时，按相对应的BCD码产生对应的反馈信号，进入计数器的复位端，达到清零的目的。 1.1.4 数显模块 采用CD4511作为驱动译码器，二进制数通过在七段数码管上显示出来。当选择在不同的线路，则会通过CD4011来实现。 1.2 系统功能 1.2.1 主要实现的基本功能(1)计数器采用同步加法计数器CD4518进行计数。 (2)CD4518是十进制加法计数器，内含2个相同的计数器，每个单元各有一个时钟输入端。 (3)RESET为计数器清零端，计数脉冲由NE555发出，计时器每收到一个脉冲则加一，开关S1用于控制30S或60S显示。 2 实现的原理和电路 2.1 30-60秒计数器总体方框图
555定时器可工作在三种工作模式下： 单稳态模式：在此模式下，555功能为单次触发。应用范围包括定时器，脉冲丢失检测，反弹跳开关，轻触开关，分频器，电容测量，脉冲宽度调制（PWM）等。无稳态模式：在此模式下，555以振荡器的方式工作。这一工作模式下的555芯片常被用于频闪灯、脉冲发生器、逻辑电路时钟、音调发生器、脉冲位置调制（PPM）等电路中。如果使用热敏电阻作为定时电阻，555可构成温度传感器，其输出信号的频率由温度决定。双稳态模式（或称施密特触发器模式）：在DIS引脚空置且不外接电容的情况下，555的工作方式类似于一个RS触发器，可用于构成锁存开关。 555定时器的内部电路由分压器、电压比较器C1和C2、简单SR锁存器、放电三极管T以及缓冲器G组成。 2.2.2 CD4518
Multisim是Interactive Image Technologies (Electronics Workbench）公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。整个操作界面就像一个电子实验工作台，绘制电路所需的元器件和仿真所需的测试仪器均可直接拖放到屏幕上，轻点鼠标可用导线将它们连接起来，软件仪器的控制面板和操作方式都与实物相似，测量数据、波形和特性曲线如同在真实仪器上看到的。本实验用到了NE555,4518BD,4011BD，4511BD等芯片， LED灯，七位共阴极数码管等元器件。Multisim仿真总电路图如图2-9所示。本实验用到的仿真软件版本为NI Multisim14.0。  图2-11为计数到30s时的状态，此时S1拨到上方表示30s模式，即U3A的A和B端接与非门，到30时，U3B的EN端信号为0，实现保持功能，数码管上的数字停留在30保持不变。  图2-12为电路的清零功能，按下S3后，两片CD4518的MR端均为高电平，使计数器异步清零，数码管显示的数字变为00。
在线路板上进行合理有序的器件布局，注意上面对应的每个元件焊接的位置和方向，具体焊接注意事项： （1）用万用表确定每个电阻的阻值； （2）LED灯和电解电容，长条对应正极，短条对应负极； （3）7段数码管的摆放正确。 3.2 电路的调试在为电路通电前，检查焊接后的元件位置与方向是否正确，观察电路板背面是否存在虚焊和短路的问题。 使用四节电池为电路供电，观察7段数码管显示的数字。电路从00开始0计时。调整短路帽位置使处于30s计时模式，数码管应显示到数字30后停止变化。 按下S2,计数器复位，数码显示管回到00。调整短路帽位置使处于60s计时模式, 数码管应显示到数字60后停止变化。 电路调试运行基本成功。 3.3 焊接成品
[1] 曹国清.数字电路与逻辑设计[M]. 徐州:中国矿业大学出版社, 2000. [2] 高吉祥.电子技术基础实验与课程设计[M]. 北京:电子工业出版社, 2002. [3] 阎有运.电子技术实践[M]. 徐州:中国矿业大学出版社, 2007. [4]朱余钊.电子材料与元件.西安电子科技大学出版社.2002. [5]周永朝.浅析模电与数电[J].电子世界,2019(21):106. [6]白燕燕,胡晓霞,李治慧,王超.Multisim在模数电课设中的应用[J].电子制作,2020(22):52-54. [7]李垦,曹兆楼.基于Multisim仿真的电路定理实验教学设计[J].科技风,2020(36):113-114. [8]张涛,先进进,李艳,徐仁伯.Multisim在数字电路中的设计与仿真应用[J].电子元器件与信息技术,2020,4(07):127-128. [9]常炳双.数电设计秒脉冲电路的选取[J].现代农村科技,2015(22):67. （补充）我们当时是根据老师给的套件里的原理图画的仿真图，用的仿真软件是NI Multisim14.0。（软件可以在微信公众号：软件管家里弄到中文版白嫖 ） 在Multisim中元件的名称和图形与原理图存在区别。以NE555为例，在Multisim中你可以自己配置定时器电路，也可以用软件提供的模板，但在软件中并没有NE555这一元件。 Multisim中，在“Mixed（混合）”元件库—“Timer”库里。LM555CN是定时器（Timer），可构成方波振荡器、单稳态触发器和施密特触发器。（其他元件也比较难找，可以参考上面报告中的仿真图） 数码管显示异常。实际上原理图和仿真图中最大的区别就是译码器和数码管之间的一排330Ω电阻。一开始因为我就是仿照原理图绘制的仿真图，但是运行起来发现数码管只有1和7能正常显示，其他数字都无法显示。百度上说是因为数码管电压过大了，所以显示会异常。之后加上电阻显示就正常了。不过套件里是不存在这个电阻的。（也就是说其实只要用到了所要求的元件，细节上是允许存在一些不同的。毕竟让每个人都弄定制的电路板不太现实 ） B 焊接 色环电阻该电路套件中有四种色环电阻，它们都比较小且颜色相近。所以我简单标记了一下，方便辨认。
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CD4511是一片CMOS BCD—锁存7段译码驱动器，用于驱动共阴极LED（数码管）显示器的BCD码-七段码译码器。具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的CMOS电路能提供较大的拉电流。可直接驱动共阴LED数码管。其中ABCD 为 BCD 码输入，A为最低位。LT为灯测试端，加高电平时，显示器正常显示，加低电平时，显示器一直显示数码“8”，各笔段都被点亮，以检查显示器是否有故障。BI为消隐功能端，低电平时使所有笔段均消隐，正常显示时， BI端应加高电平。另外 CD4511有拒绝伪码的特点，当输入数据越过十进制数9(1001)时，显示字形也自行消隐。LE是锁存控制端，高电平时锁存，低电平时传输数据。A~G是 7 段输出，可驱动共阴LED数码管。
2. 焊接上我建议没用过电烙铁的兄弟先看看教学视频（B站啥的上面都有），然后拿到电烙铁再找个东西试试手（冒然动手容易废电路板 ）。焊之前记得给烙铁头沾点锡，不然不好焊，而且焊点还丑。【本文地址】