數(shù)電課程設(shè)計(jì)-測(cè)控091-王偉杰-13.doc

中原工學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告 電子技術(shù)(下)課程設(shè)計(jì)題目名稱：電子時(shí)鐘院系名稱：電子信息學(xué)院班 級(jí)：測(cè)控091學(xué) 號(hào)：200900454113學(xué)生姓名：王偉杰指導(dǎo)教師：李玉魁，薛立，方向前，韓建勛 2011年12月緒論這一次我們做的是電子技術(shù)數(shù)字部分的設(shè)計(jì)。數(shù)字電子技術(shù)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，它能夠很好的幫助學(xué)生訓(xùn)練動(dòng)手操作能力，它包括選擇課題、電子電路設(shè)計(jì)、組裝、調(diào)試和編寫總結(jié)報(bào)告等實(shí)踐內(nèi)容。通過課程設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)以下兩個(gè)目標(biāo)：一、初步掌握數(shù)字電路的設(shè)計(jì)、組裝及調(diào)試方法。即學(xué)生根據(jù)設(shè)計(jì)要求，查閱文獻(xiàn)資料，收集、分析類似電路的性能，并通過組裝調(diào)試，使電路達(dá)到性能要求。二、課程設(shè)計(jì)為以后的畢業(yè)設(shè)計(jì)做好準(zhǔn)備。畢業(yè)設(shè)計(jì)是系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)實(shí)踐，而課程設(shè)計(jì)是讓學(xué)生從理論學(xué)習(xí)的軌道上逐漸引向?qū)嶋H方面，運(yùn)用已學(xué)過的分析和設(shè)計(jì)電路的理論知識(shí)，逐步掌握工程設(shè)計(jì)的步驟和方法，同時(shí)，課程設(shè)計(jì)報(bào)告的書寫，為今后從事技術(shù)工作撰寫科技報(bào)告和技術(shù)資料打下基礎(chǔ)。在做我們這一實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)該注意，它是邏輯性很強(qiáng)的一門學(xué)科，思想上比較易懂，但是還有許多的瑣事，不要煩躁，一步一步的的來，不能貪多，不然會(huì)思想混亂的。目 錄中文摘要.4Abstract.4第一章 實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)1.1數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)概要 5 1.2 設(shè)計(jì)的任務(wù)與要求 1.2.1 數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)目的.7 1.2.2 數(shù)字中的設(shè)計(jì)要求8.第二章：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介及設(shè)計(jì)方案 2.1 基本設(shè)計(jì)思路.82.2 設(shè)計(jì)方案論述.8第三章： 詳細(xì)設(shè)計(jì)3.1 秒脈沖的產(chǎn)生.93.2 時(shí)鐘顯示電路的設(shè)計(jì)3.2.1 秒計(jì)數(shù)、譯碼及顯示部分的設(shè)計(jì).93.2.2 分計(jì)數(shù)、譯碼及顯示部分的設(shè)計(jì)9 3.2.3 時(shí)計(jì)數(shù)、譯碼及顯示部分的設(shè)計(jì) 11 3.3 校準(zhǔn)電路的設(shè)計(jì).12第四章 設(shè)計(jì)結(jié)果及分析總結(jié)4.1 設(shè)計(jì)結(jié)果.124.2 結(jié)果分析.13第五章 總結(jié)5.1 心得體會(huì).13附錄一：工具清單.14附錄二：元器件清單15附錄三：主要元器件的引腳圖和功能表.16任務(wù)書.19 摘 要數(shù)字電子時(shí)鐘是一個(gè)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)頻率（1HZ）進(jìn)行計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)電路。通常使用石英 晶體振蕩器電路構(gòu)成數(shù)字鐘，以保證其頻率的穩(wěn)定。以 10 進(jìn)制計(jì)數(shù)器 74HC390 來 實(shí)現(xiàn)時(shí)間計(jì)數(shù)單元的計(jì)數(shù)功能。用4518作為計(jì)數(shù)電路，采用 CD4511 作為顯示譯碼電路。選擇數(shù)碼管作為顯示電路。由 CD4511 把輸進(jìn)來的二進(jìn)制信號(hào)翻譯成十進(jìn)制數(shù)字，再由 數(shù)碼管顯示出來。用 COMS 與或非門實(shí)現(xiàn)的時(shí)或分校時(shí)電路。該電路還有在整點(diǎn)前 10 秒鐘內(nèi)開始整點(diǎn)報(bào)時(shí)的功能。報(bào)時(shí)電路可選 74HC30 來構(gòu)成。時(shí)間以 24 為一個(gè) 周期。數(shù)字鐘采用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)對(duì)“時(shí)”“分”“秒”數(shù)字顯示的計(jì)時(shí)裝置。具有時(shí)間顯示、鬧鐘設(shè)置、報(bào)時(shí)功能、校時(shí)的功能。走時(shí)準(zhǔn)確、顯示直觀、精度高、穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵詞：數(shù)字鐘、晶體振蕩器、計(jì)數(shù)器、分頻器、顯示器和校時(shí)電路 AbstractDigital electronic clock is a standard frequency (1 HZ) to count the count of a circuit. Using quartz crystal oscillator circuit usually constitute a digital clock, to assure the frequency stability. With 10 into the system to achieve 74 HC390 counter the count of time counting unit function. With 4518 as counts circuit, the CD4511 as display decoder circuit. Choose LED digital tube as display circuit. CD4511 by the lose of binary signals in translated into a decimal number, again by the digital display. With the realization of sr and COMS or or of circuit. This circuit in on the hour and 10 seconds before the start time functions. Time circuit optional 74 HC30 to form. Time to 24 for a cycle. A digital clock USES the digital circuit implementation ofpoints 、 second digital display timer device. With time, the display of alarm time function, the school, the function. Keep good time and direct display, high precision, stability, etc. Key words: a digital clock, crystal oscillator, counter, prescaler, display and reset circuit 第一章 課題背景1.1電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)概要在設(shè)計(jì)一個(gè)電子電路系統(tǒng)時(shí)，首先必須明確系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù)，根據(jù)任務(wù)進(jìn)行方案選擇，然后對(duì)方案中的各部分進(jìn)行單元電路的設(shè)計(jì)、參數(shù)計(jì)算和器件選擇，最后將各部分連接在一起，畫出一個(gè)符合設(shè)計(jì)要求的系統(tǒng)電路圖。一、明確系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù)要求對(duì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù)進(jìn)行具體分析，充分了解系統(tǒng)的性能、指標(biāo)、內(nèi)容及要求，以便明確系統(tǒng)應(yīng)完成的任務(wù)。二、方案選擇把系統(tǒng)要完成的任務(wù)分解為若干個(gè)單元電路，并畫出一個(gè)能表示各單元功能的整機(jī)原理框圖。方案選擇的重要任務(wù)是根據(jù)掌握的知識(shí)和資料，針對(duì)系統(tǒng)提出的任務(wù)、要求和條件，完成系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)。在此過程中要敢于探索，勇于創(chuàng)新，爭(zhēng)取方案的設(shè)計(jì)合理、可靠、經(jīng)濟(jì)、功能齊全、技術(shù)先進(jìn)。并且對(duì)方案要不斷進(jìn)行可行性和優(yōu)缺點(diǎn)的分析，最后設(shè)計(jì)出一個(gè)完整框圖。 三、單元電路的設(shè)計(jì)、參數(shù)計(jì)算和器件選擇根據(jù)系統(tǒng)的指標(biāo)和功能框圖，明確各部分任務(wù)，進(jìn)行各單元電路設(shè)計(jì)、參數(shù)計(jì)算和器件選擇。單元電路的設(shè)計(jì)單元電路是整機(jī)的一部分，只有把單元電路設(shè)計(jì)好才能提高整機(jī)設(shè)計(jì)水平。每個(gè)單元電路設(shè)計(jì)前都需明確本單元電路的任務(wù)，詳細(xì)擬訂出單元電路的性能指標(biāo)，與前后級(jí)之間的聯(lián)系，分析電路的組成形式。具體設(shè)計(jì)時(shí)，可以模仿成熟的先進(jìn)的電路，也可以創(chuàng)新或改進(jìn)，但都必須保證性能要求。而且，不僅單元電路本身要求設(shè)計(jì)合理，各單元電路間也要互相配合，注意各部分的輸入、輸出信號(hào)和控制信號(hào)的關(guān)系。參數(shù)計(jì)算為保證單元電路達(dá)到功能指標(biāo)要求，就需要用電子技術(shù)知識(shí)對(duì)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，例如放大電路中各電阻值、放大倍數(shù)；振蕩器中電阻、電容、振蕩頻率等參數(shù)。只有很好地理解電路的工作原理，正確利用計(jì)算公式，計(jì)算的參數(shù)才能滿足設(shè)計(jì)要求。計(jì)算參數(shù)時(shí)，同一個(gè)電路可能有幾組數(shù)據(jù)，注意選擇一組能完成電路設(shè)計(jì)功能、在實(shí)踐中真正可行的參數(shù)。器件選擇（1） 阻容元件的選擇注意功耗、容量、頻率和耐壓范圍是否滿足要求。（2） 分立元件的選擇包括二極管、雙極型三極管、場(chǎng)效應(yīng)管、光電二（三）極管等。根據(jù)他們的用途分別進(jìn)行選擇。（3） 集成電路的選擇根據(jù)電路功能、性能指標(biāo)選擇集成電路。注意集成電路的功耗、電源電壓、工作速度是否滿足設(shè)計(jì)要求。通過查閱有關(guān)設(shè)計(jì)手冊(cè)，進(jìn)行元器件的選擇。四、電路圖的繪制電路圖通常是在系統(tǒng)框圖、單元電路設(shè)計(jì)、參數(shù)計(jì)算和器件選擇的基礎(chǔ)上繪制的，它是電路組裝、調(diào)試和維修的依據(jù)。繪制電路圖時(shí)，注意以下幾點(diǎn)：（1） 元器件布局合理、排列均勻、圖面清晰、便于閱讀。（2） 注意信號(hào)流向。一般從輸入端或信號(hào)源開始，由左至右或上至下按信號(hào)的流向依次畫出各單元電路，而反饋通路的信號(hào)流向則與此相反。（3） 圖形符號(hào)標(biāo)準(zhǔn)，適當(dāng)標(biāo)注。（4） 連線應(yīng)為直線，盡量少交叉和折彎。1.2設(shè)計(jì)任務(wù)與要求1.2.1數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)目的1. 掌握數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)方法；2. 掌握常用數(shù)字集成電路的功能和使用。1.2.2數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)要求 1. 能夠十進(jìn)制顯示“時(shí)”、“分”、“秒” 2. 小時(shí)為24進(jìn)制，分和秒均為60進(jìn)制。3. 小時(shí)高位具有零熄滅功能; 4. 具有整點(diǎn)報(bào)時(shí)功能; 5. 具有快速校準(zhǔn)時(shí)間的功能。第二章設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介及設(shè)計(jì)方案論述2.1基本設(shè)計(jì)思路圖2-1 數(shù)字電子鐘原理框圖數(shù)字電子鐘原理如 圖2-1 所示。一個(gè)具有計(jì)時(shí)、校時(shí)、報(bào)時(shí)、顯示等基本功能的數(shù)字鐘主要由振蕩器、分頻器、計(jì)數(shù)器、譯碼器、顯示器、校時(shí)電路、報(bào)時(shí)電路等七部分組成。石英晶體振蕩器產(chǎn)生的信號(hào)經(jīng)過分頻器得到秒脈沖，秒脈沖送入計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)結(jié)果通過“時(shí)”、“分”、“秒”譯碼器譯碼，并通過顯示器顯示時(shí)間。2.2設(shè)計(jì)方案論述晶體振蕩器和分頻器產(chǎn)生穩(wěn)定的校時(shí)信號(hào)（2Hz）和“秒”計(jì)時(shí)信號(hào)(1Hz)。對(duì)“秒”計(jì)時(shí)信號(hào)進(jìn)行60 進(jìn)制計(jì)數(shù)，形成“分”計(jì)時(shí)信號(hào)和秒計(jì)數(shù)值；再對(duì)“分”計(jì)時(shí)信號(hào)進(jìn)行60 進(jìn)制計(jì)數(shù)，形成“時(shí)”計(jì)時(shí)信號(hào)和分計(jì)數(shù)值；進(jìn)一步對(duì)“時(shí)”計(jì)時(shí)信號(hào)進(jìn)行24 進(jìn)制計(jì)數(shù)得到時(shí)計(jì)數(shù)值分計(jì)數(shù)值和時(shí)計(jì)數(shù)值譯碼顯示時(shí)間。 第三章詳細(xì)設(shè)計(jì)3.1秒脈沖的產(chǎn)生圖3-1 秒脈沖發(fā)生器脈沖發(fā)生器是數(shù)字鐘的核心部分，它的精度和穩(wěn)定度決定了數(shù)字鐘的質(zhì)量，通常用晶體振蕩器產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào)經(jīng)過整形、分頻獲得1Hz的秒脈沖。石英晶體振蕩器的特點(diǎn)是振蕩頻率準(zhǔn)確、電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、頻率易調(diào)整。如晶振為32768 Hz，通過15次二分頻后可獲得1Hz的脈沖輸出，電路圖如圖3-1所示。3.2時(shí)鐘顯示電路設(shè)計(jì)3.2.1秒計(jì)數(shù)、譯碼及顯示部分的設(shè)計(jì) 秒計(jì)數(shù)器為M=60的計(jì)數(shù)器，即顯示0059，采用中規(guī)模集成電路雙十進(jìn)制計(jì)數(shù)器至少需要一片，因?yàn)?0 M 100。它的個(gè)位為十進(jìn)制，十位為六進(jìn)制。本電路采用一片74LS4518實(shí)現(xiàn)。當(dāng)十位位計(jì)數(shù)至0110，個(gè)位計(jì)數(shù)至0000時(shí)，通過 74LS08 二輸入與門連至清零端達(dá)到清零，當(dāng)達(dá)到0000時(shí)，產(chǎn)生上升脈沖送給十位。十位計(jì)數(shù)至0110時(shí)清零。3.2.2 分計(jì)數(shù)、譯碼及顯示部分的設(shè)計(jì) 分計(jì)數(shù)器同秒計(jì)數(shù)器一樣為M=60的計(jì)數(shù)器，即顯示0059，采用中規(guī)模集成電路雙十進(jìn)制計(jì)數(shù)器至少需要一片，因?yàn)?0 M 100。它的個(gè)位為十進(jìn)制，十位為六進(jìn)制。本電路采用兩片74LS4518實(shí)現(xiàn)。當(dāng)秒計(jì)數(shù)器十位計(jì)數(shù)至0110時(shí)清零，達(dá)到0000時(shí)產(chǎn)生上升沿脈沖送入分計(jì)數(shù)器的個(gè)位開始計(jì)數(shù)。當(dāng)個(gè)位計(jì)數(shù)至1010時(shí)清零產(chǎn)生上升脈沖送給十位。十位計(jì)數(shù)至0110時(shí)繼續(xù)清零。分計(jì)數(shù)和秒計(jì)數(shù)單元為60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，其輸出也為8421BCD碼 圖 3-2 秒計(jì)數(shù)譯碼電路 圖3-3 分計(jì)數(shù)譯碼電路分計(jì)數(shù)器同秒計(jì)數(shù)器一樣為M=60的計(jì)數(shù)器，即顯示0059，采用中規(guī)模集成電路雙十進(jìn)制計(jì)數(shù)器至少需要一片，因?yàn)?0 M 100。它的個(gè)位為十進(jìn)制，十位為六進(jìn)制。本電路采用兩片74LS4518實(shí)現(xiàn)。當(dāng)秒計(jì)數(shù)器十位計(jì)數(shù)至0110時(shí)清零，達(dá)到0000時(shí)產(chǎn)生上升沿脈沖送入分計(jì)數(shù)器的個(gè)位開始計(jì)數(shù)。當(dāng)個(gè)位計(jì)數(shù)至1010時(shí)清零產(chǎn)生上升脈沖送給十位。十位計(jì)數(shù)至0110時(shí)繼續(xù)清零。分計(jì)數(shù)和秒計(jì)數(shù)單元為進(jìn)制計(jì)數(shù)器，其輸出也為碼。3.2.3 時(shí)計(jì)數(shù)、譯碼及顯示部分的設(shè)計(jì) 時(shí)為二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器，顯示為0023，個(gè)位仍為十進(jìn)制，而十位為三進(jìn)制，但當(dāng)十進(jìn)位計(jì)到2，而個(gè)位計(jì)到4時(shí)清零，就為二十四進(jìn)制了。時(shí)計(jì)數(shù)進(jìn)位類似于分和秒。譯碼器都使用74LS4511 圖3-4 時(shí)計(jì)數(shù)譯碼電路 3.3報(bào)時(shí)電路設(shè)計(jì)當(dāng)計(jì)數(shù)至59分59秒時(shí)電路報(bào)時(shí)，所以將秒計(jì)數(shù)電路4518 輸出 0101 1001 連到四輸入與非門芯片 7400上，輸出端連至蜂鳴器的一端。分計(jì)數(shù)器也如此，輸出端連至蜂鳴器的另一端即可，這樣即可實(shí)現(xiàn)報(bào)時(shí)功能。3.4校時(shí)電路 第四章 設(shè)計(jì)結(jié)果及分析4.1 設(shè)計(jì)結(jié)果圖 4-1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示4.2 結(jié)果分析 本次試驗(yàn)基本上實(shí)現(xiàn)了任務(wù)要求，只是有一點(diǎn)失敗，即報(bào)時(shí)電路沒有設(shè)計(jì)出來，那個(gè)校時(shí)電路還有正常的電路都設(shè)計(jì)出來了，校時(shí)電路要用到兩個(gè)3.3k的電阻，通過與非門邏輯電路實(shí)現(xiàn)。第五章 總結(jié) 5.1 心得體會(huì)這一周的課程設(shè)計(jì)結(jié)束了，我們奮斗了三天，老師說這是模擬電子大賽來的，感覺這一下子把理論用到實(shí)踐上來了，很充實(shí)。三個(gè)課題，我們組選做的是電子時(shí)鐘，剛開始感覺就是挺有吸引力的，結(jié)果證明也就是這樣的，把我所學(xué)的真正用到實(shí)際上來。剛開始就看到三個(gè)課題，感覺都挺好的，都很貼近生活，接近實(shí)踐，很實(shí)用。后來想了一下，感覺電子時(shí)鐘用到的知識(shí)挺貼近我們的所學(xué)知識(shí)的，因?yàn)樗玫钠骷际俏覀兯煜さ模热?518啦，74LS04,4011。我們的第一個(gè)上午是發(fā)了基本應(yīng)用工具，研究怎么接線，在理解共陰極數(shù)碼管的接線方法，兩個(gè)com端一塊與一個(gè)500歐的電阻串聯(lián)接地，然后是幾個(gè)信號(hào)輸入a、b、c、d、e、f、g。下午接的是脈沖信號(hào)的輸入，把計(jì)數(shù)器放在最后來連接，因?yàn)檫@一步很關(guān)鍵，4060 與分頻器相連，得到1HZ 的脈沖信號(hào)，輸入到計(jì)數(shù)器。絞線其實(shí)挺累手的，不經(jīng)意的就會(huì)把線給剪斷，抑或是線長(zhǎng)了短了，都要接著修的。絞線挺費(fèi)事的，手指頭有點(diǎn)疼，我們做的還是挺快的，一天就基本接好了，到周三上午就開始調(diào)試電路，剛開始要進(jìn)行通電前的測(cè)量，這個(gè)很重要，因?yàn)槿f一有什么錯(cuò)誤，通電后把器件給燒毀了就麻煩了，接通電源后，發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管不會(huì)走動(dòng)，后來又檢查線路發(fā)現(xiàn)是晶體振蕩器接觸不良，經(jīng)過再一次的接線，數(shù)字中能夠正常的計(jì)數(shù)和走動(dòng)了，下一步就是讓秒、分、時(shí)、能夠單獨(dú)計(jì)數(shù)，這個(gè)還是比較簡(jiǎn)單的，我想這個(gè)是為校時(shí)電路做準(zhǔn)備的吧。這一步做完之后，就讓老師來檢查我們的基礎(chǔ)任務(wù)，順利通過，老師給加了兩分，之后我們開始設(shè)計(jì)校時(shí)電路，這個(gè)是根據(jù)實(shí)驗(yàn)的校時(shí)電路來的，把級(jí)聯(lián)電路改為了校時(shí)電路，這個(gè)需要3.3k的電阻，經(jīng)過慢慢的連線核查，校時(shí)功能出來了，還要有校分電路的鏈接，剛開始我們是把一個(gè)電阻共用，后來發(fā)現(xiàn)不行，想了半天想不出原因，終于，第二次接線時(shí)發(fā)現(xiàn)時(shí)集成片的連根電源和地的接線沒有連接到相應(yīng)位置，恍然大悟，終于把它接好了，校時(shí)功能實(shí)現(xiàn)了，由于發(fā)給我們的板子已經(jīng)太滿了，而且時(shí)間也剩不多，至于報(bào)時(shí)電路我們就沒有做，不過我會(huì)做就行了，老師檢查后，又給加了5分，不過實(shí)驗(yàn)是兩個(gè)人的分工，應(yīng)該配合，好好做事。 我感覺這一次的課程設(shè)計(jì)要比上一學(xué)期的模擬電路的好玩的多，比較直觀，我就喜歡這樣邏輯性的東西，小有成就感，好像是我們學(xué)的東西終于能用上了，以前感覺學(xué)的太空洞了，也謝謝老師對(duì)我們的指導(dǎo)，挺不錯(cuò)的。附錄一 工具清單鑷子鉗子面包板萬用表穩(wěn)壓電源序號(hào)功能器件類型、型號(hào)及參數(shù)數(shù)量1振蕩器部分CC406012晶振(32768Hz)13電阻：22MW14電容：20pF15可變電容：320pF16分頻電路7