電子電工技術(shù)課程設(shè)計(jì)

1、題目 _數(shù)字電子鐘設(shè)計(jì)_班級(jí)_09機(jī)設(shè)（2）班_學(xué)號(hào)_200910310231_姓名_李超_指導(dǎo)_徐老師_時(shí)間_2011年6月22日_景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院電工電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)姓名李超_ 班級(jí) _09機(jī)設(shè)（2）班_ 指導(dǎo)老師 徐老師 設(shè)計(jì)課題： 數(shù)字電子鐘設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)任務(wù)與要求查找一個(gè)感興趣的電工電子技術(shù)應(yīng)用電路，要求電子元件超過(guò)3050個(gè)或以上，根據(jù)應(yīng)用電路的功能，確定封面上的題目，然后完成以下任務(wù)：1、 分析電路由幾個(gè)部分組成，并用方框圖對(duì)它進(jìn)行整體描述；2、 對(duì)電路的每個(gè)部分分別進(jìn)行單獨(dú)說(shuō)明，畫(huà)出對(duì)應(yīng)的單元電路，分析電路原理、元件參數(shù)、所起的作用、以及與其他部分電路的關(guān)系等等；3、 用簡(jiǎn)單的電

2、路圖繪圖軟件繪出整體電路圖，在電路圖中加上自己的班級(jí)名稱、學(xué)號(hào)、姓名等信息；4、 對(duì)整體電路原理進(jìn)行完整功能描述；5、 列出標(biāo)準(zhǔn)的元件清單；設(shè)計(jì)步驟1、 查閱相關(guān)資料，開(kāi)始撰寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)；2、 先給出總體方案并對(duì)工作原理進(jìn)行大致的說(shuō)明；3、 依次對(duì)各部分分別給出單元電路，并進(jìn)行相應(yīng)的原理、參數(shù)分析計(jì)算、功能以及與其他部分電路的關(guān)系等等說(shuō)明；4、 列出標(biāo)準(zhǔn)的元件清單；5、 總體電路的繪制及總體電路原理相關(guān)說(shuō)明；6、列出設(shè)計(jì)中所涉及的所有參考文獻(xiàn)資料。設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)字?jǐn)?shù)不得少于3000字。參考文獻(xiàn)1甘慶玉,韋鴻.Multisim 10.0在電子秒表實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的仿真應(yīng)用J.廣西輕工業(yè),2009,25(8

3、):79-80,108.2張宏富,龔一光主編.數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)MJ.成都信息工程學(xué)院.3澄非主編.電路與數(shù)字邏輯設(shè)計(jì)實(shí)踐M.東南大學(xué)出版社.4唐德洲.數(shù)字電子技術(shù)(修訂版)M.重慶:重慶大學(xué)出版社,2002.5汪建立.基于Multisim 2001軟件的數(shù)顯搶答器設(shè)計(jì)與仿真J.鄂州大學(xué)學(xué)報(bào),2004,11(4):23-26.6鄭慰萱.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)M.北京:高等教育出版社,1990.7王毓銀主編.數(shù)字電路邏輯設(shè)計(jì).高等教育出版社.TTL數(shù)字集成電路產(chǎn)品手冊(cè)長(zhǎng)州半導(dǎo)體廠.8周凱.EWB虛擬電子實(shí)驗(yàn)室:Multisim 7 & Ultiboard 7電子電路設(shè)計(jì)與應(yīng)用M.北京:電子

4、工業(yè)出版社,2005.目錄1、 總體方案與原理說(shuō)明. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .42、 秒脈沖信號(hào)發(fā)生器. . . . . . . . . . . . . . . . . . .53、 時(shí)、分、秒計(jì)數(shù)器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .64、 譯碼顯示器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5、 . . . . . . . . .75、 校準(zhǔn)電路. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .86、 總體電路原理相關(guān)說(shuō)明. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .97、 總體電路原理圖. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .108、 元件清單；. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6、. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .119、 參考文獻(xiàn). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1210、 設(shè)計(jì)心得體會(huì). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131、 總體方案與原理說(shuō)明 數(shù)字電子鐘是用數(shù)字集成電路構(gòu)成并有數(shù)字顯示特點(diǎn)的一種現(xiàn)代計(jì)數(shù)器，與傳統(tǒng)的機(jī)械計(jì)時(shí)器相比，它具有走時(shí)準(zhǔn)、顯示直觀、無(wú)機(jī)械磨損等，因而廣泛應(yīng)用于

7、車站、碼頭、商店等公共場(chǎng)所。 圖一 數(shù)字電子鐘整機(jī)框圖 數(shù)字電子鐘主要由秒信號(hào)發(fā)生器、“時(shí)、分、秒”計(jì)數(shù)器、譯碼顯示器、校時(shí)電路等組成。秒信號(hào)發(fā)生器主要由石英晶體振蕩器或555振蕩器分頻后得到;秒、分都是60進(jìn)制，故由60進(jìn)制計(jì)數(shù)器構(gòu)成;時(shí)為24進(jìn)制，即由24進(jìn)制計(jì)數(shù)器構(gòu)成;顯示部分由譯碼和數(shù)碼顯示構(gòu)成;校時(shí)電路由門電路和開(kāi)關(guān)等構(gòu)成。整機(jī)框圖如圖1所示。石英晶體振蕩器產(chǎn)生的信號(hào)送到分頻器，分頻電路將信號(hào)分成每秒秒一次的方波信號(hào)。秒信號(hào)送入計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，滿60后向分計(jì)數(shù)器進(jìn)位，分計(jì)數(shù)器滿60后向小時(shí)計(jì)數(shù)器進(jìn)位，小時(shí)計(jì)數(shù)器按照“24翻1”規(guī)律計(jì)數(shù)，最后把累積的結(jié)果以“時(shí)”“分”“秒”的數(shù)字顯示出

8、來(lái)。所有計(jì)時(shí)結(jié)果由6位數(shù)碼管顯示，計(jì)數(shù)器的輸出分別經(jīng)譯碼器送顯示器顯示?！懊搿钡娘@示由兩級(jí)計(jì)數(shù)器和譯碼器組成的六十進(jìn)制計(jì)數(shù)電路實(shí)現(xiàn)；“分”的顯示電路與“秒”相同，“時(shí)”的顯示由兩級(jí)計(jì)數(shù)器和譯碼器組成的二十四進(jìn)制電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。計(jì)時(shí)出現(xiàn)誤差時(shí),可以用校時(shí)電路校時(shí)、校分。單元電路1秒脈沖信號(hào)發(fā)生器 秒脈沖發(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,通常用晶體震蕩器發(fā)出的脈沖經(jīng)過(guò)整形,分頻獲得1 HZ的秒脈沖。但這里使用的是由555定時(shí)器組成的多諧震蕩器,通過(guò)CMOS器件4024分頻產(chǎn)生1 HZ的秒脈沖。 CP端是時(shí)鐘脈沖的輸入端,MR是清零端,當(dāng)為高電平時(shí),輸出全部為零。O0O6是輸

9、出端, O0是時(shí)鐘脈沖的2分頻。每輸入一個(gè)CP,O0的狀態(tài)就翻轉(zhuǎn)一次。O1時(shí)鐘脈沖是O0的2分頻,O0每向01送一個(gè)脈沖, O1就翻轉(zhuǎn)一次。O2對(duì)CP來(lái)說(shuō)就是4分頻,即F01=(1/4)Fcp。以此類推由CC4024可以得到的最大分頻系數(shù)是2的7次方,即對(duì)CP來(lái)說(shuō)是128分頻。右邊的電路是用555定時(shí)器構(gòu)成的多諧震蕩器的電路,圖中R端連接高電平,CON端口連接0. 0 1F的電容,起濾波作用。將6端口和2端口連在一起,作為輸入信號(hào)的V的輸入端,就構(gòu)成施密特電路形式。將三極管TD輸出端通過(guò)電阻R1接到電源VCC,TD就構(gòu)成了基電極開(kāi)路門反相器的形式;其輸出再通過(guò)R2C積分點(diǎn)路反饋至輸入V1,就構(gòu)

10、成了自激多諧震蕩器。產(chǎn)生的震蕩頻率很高,而所需要的頻率往往比較小,因此就需要用分頻器,把輸出頻率接到分頻器4024的輸入端經(jīng)過(guò)分頻,得到想要的頻率。調(diào)節(jié)R1或C可產(chǎn)生脈寬可變的方波輸出。3、單元電路2時(shí)、分、秒計(jì)數(shù)器秒、分計(jì)數(shù)采用60進(jìn)制計(jì)數(shù)器,時(shí)采用24進(jìn)制計(jì)數(shù)器。它們都是8個(gè)BCD碼輸出,1個(gè)進(jìn)位輸出,1個(gè)時(shí)鐘脈沖輸入。在設(shè)計(jì)層次電路時(shí),皆可設(shè)計(jì)為1個(gè)輸入端, 9個(gè)輸出端。(1)60進(jìn)制計(jì)數(shù)器。電路如圖3所示。4520的第一組4位二進(jìn)制構(gòu)成10進(jìn)制,第二組4位二進(jìn)制構(gòu)成6進(jìn)制,因?yàn)槎M都為16進(jìn)制,而4520具有異步清零的功能. (2) 24進(jìn)制計(jì)數(shù)器。24進(jìn)制計(jì)數(shù)器由4520和4510組

11、成。當(dāng)“時(shí)”個(gè)位計(jì)數(shù)器4510復(fù)零,進(jìn)位輸出端向“時(shí)”十位計(jì)數(shù)輸出進(jìn)位信號(hào),當(dāng)?shù)?4個(gè)脈沖來(lái)自“分”時(shí)計(jì)數(shù)器時(shí)位脈沖信號(hào),到達(dá)時(shí)“時(shí)”個(gè)位計(jì)數(shù)器狀態(tài)為“0100”,“時(shí)”十位計(jì)數(shù)器狀“0010即時(shí)的個(gè)位,計(jì)數(shù)器的輸出QC和“時(shí)”十位計(jì)數(shù)的輸出端QB均為高電平“1”。經(jīng)過(guò)與非門、再經(jīng)過(guò)一級(jí)反向器,送到4510和4520的清零CR端,計(jì)數(shù)器復(fù)位清零。電路如圖4所示。4、單元電路3譯碼顯示器秒、分為六十進(jìn)制,即顯示0059,它們的個(gè)位為十進(jìn)制,十位為六進(jìn)制,分別通過(guò)對(duì)計(jì)數(shù)器的控制來(lái)實(shí)現(xiàn),這里使用的是集成電路74LS192(BCD碼同步雙時(shí)鐘數(shù)器,可逆,帶清除端)。進(jìn)制可以通過(guò)不同的邏輯門來(lái)控制。顯示

12、部分是采用帶譯碼驅(qū)動(dòng)器的數(shù)碼管來(lái)顯示(直接可接在計(jì)數(shù)器的輸出端口),如果是不帶譯碼驅(qū)動(dòng)的數(shù)碼管還要通過(guò)一個(gè)譯碼驅(qū)動(dòng)器如74LS248來(lái)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管。其器件如圖五。譯碼是把給定的代碼進(jìn)行翻譯,本設(shè)計(jì)即是將時(shí)、分、秒計(jì)數(shù)器輸出的四位二進(jìn)制數(shù)代碼翻譯為相應(yīng)的十進(jìn)制數(shù),并通過(guò)顯示器顯示,通常顯示器與譯碼器是配套使用的。我們選用的七段譯碼驅(qū)動(dòng)器(74LS47)和數(shù)碼管(LED)是共陽(yáng)接法。在數(shù)字系統(tǒng)中，經(jīng)常需要將數(shù)字或運(yùn)算結(jié)果顯示出來(lái)。因此，數(shù)字顯示電路是數(shù)字系統(tǒng)的重要組成部分。顯示譯碼器主要由譯碼器和驅(qū)動(dòng)器兩部分組成，通常這兩部分集成在一塊芯片中。顯示譯碼器的輸入一般為二十進(jìn)制代碼，其輸出的信號(hào)可以驅(qū)動(dòng)

13、顯示器件，顯示出十進(jìn)制數(shù)字來(lái)。5、單元電路4校準(zhǔn)電路設(shè)計(jì)校準(zhǔn)電路的層次電路時(shí),設(shè)計(jì)為6個(gè)輸入口、3個(gè)輸出口,其內(nèi)部電路如圖6所示。為便于使用,將校準(zhǔn)開(kāi)關(guān)外接。為使各電路接線后能順利工作,對(duì)各層次塊可以先分別測(cè)試其功能。將信號(hào)發(fā)生器分別接入60進(jìn)制和24進(jìn)制計(jì)數(shù)器層次塊,其輸出接數(shù)碼管或示波器看其是否能完成其功能。對(duì)其校準(zhǔn)電路,只有當(dāng)整機(jī)電路接好后,按校準(zhǔn)電路所說(shuō)工作方式,看是否能起到時(shí)、分、秒的校準(zhǔn)。當(dāng)電子鐘接通電源或者計(jì)時(shí)發(fā)現(xiàn)誤差時(shí),均需要校正時(shí)間。標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖進(jìn)入秒計(jì)數(shù)器進(jìn)行六十分頻后，得出分脈沖；分脈沖進(jìn)入分計(jì)數(shù)器再經(jīng)六十分頻后得出時(shí)脈沖；時(shí)脈沖進(jìn)入時(shí)計(jì)數(shù)器。時(shí)、分、秒各計(jì)數(shù)器經(jīng)譯碼顯示出

14、來(lái)。最大顯示值為23小時(shí)59分59秒，再輸入一個(gè)脈沖后，顯示復(fù)位成零。比如，計(jì)數(shù)器可選74LS161芯片、譯碼器可選74LS248、顯示器可選LC5011-11。校“時(shí)”和?！胺帧钡男?zhǔn)電路是相同的，今以校“分”為例。6、總體電路原理相關(guān)說(shuō)明采用現(xiàn)成的信號(hào)發(fā)生器,可以將信號(hào)頻率設(shè)置為較高頻率,以便快速調(diào)節(jié)。數(shù)碼顯示器直接采用16位數(shù)碼顯示管,因本例中不會(huì)出現(xiàn)大于9的數(shù)碼,即使初始可能出現(xiàn),可以通過(guò)校時(shí)電路快速調(diào)節(jié)為所需數(shù)字。為使各電路接線后能順利工作,對(duì)各層次塊可以先分別測(cè)試其功能。將信號(hào)發(fā)生器分別接入60進(jìn)制和24進(jìn)制計(jì)數(shù)器層次塊,其輸出接數(shù)碼管或示波器看其是否能完成其功能。對(duì)其校準(zhǔn)電路,只

15、有當(dāng)整機(jī)電路接好后,按校準(zhǔn)電路所說(shuō)工作方式,看是否能起到時(shí)、分、秒的校準(zhǔn)。本例中各模塊皆能完成其功能,接好整機(jī)電路后,能完成所需功能,故本例數(shù)字電子鐘滿足設(shè)計(jì)任務(wù)。校時(shí)電路工作過(guò)程如圖7所示,正常工作情況下,J3斷開(kāi),J1,J2閉合,秒脈沖進(jìn)入計(jì)數(shù)器。當(dāng)需要對(duì)秒進(jìn)行校正時(shí),閉合和斷開(kāi)J3,直到需要的數(shù)字為止;需要對(duì)分校正時(shí),J3處于閉合的情況下,斷開(kāi)J2,秒脈沖進(jìn)入到分計(jì)時(shí),則分計(jì)數(shù)器快速計(jì)數(shù),直到顯示的時(shí)間為需要的數(shù)字為止,再閉合J2;同理,可以對(duì)時(shí)進(jìn)行校正。數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)用時(shí)、分、秒計(jì)時(shí)電路和選擇輸入CP脈沖電路以及保持電路合成。時(shí)、分、秒電路可用十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS190和二選一數(shù)據(jù)選

16、擇74LS157分別構(gòu)成12、60、60進(jìn)制計(jì)數(shù)器。由十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS190的功能表可知可由鍵8來(lái)控制計(jì)數(shù)器為加、減計(jì)數(shù)的輸入端DNUP。鍵5來(lái)控制計(jì)數(shù)器輸入的CLK,又因?yàn)殡娐芬惺謩?dòng)控制電路所以要有一個(gè)選擇電路,由鍵5來(lái)控制是手動(dòng)輸入脈沖還是自動(dòng)脈沖。這樣便可實(shí)現(xiàn)所有的功能要求。7、總體電路原理圖8、元件清單名稱規(guī)格數(shù)量硬導(dǎo)線、電源、電阻、電容若干電壓表XFG11開(kāi)關(guān)（J1、J2、J3）3555定時(shí)器174LS248174LS90674LS04274LS48674LS0827449674LS11274LS02474LS250若干參考文獻(xiàn) 1甘慶玉,韋鴻.Multisim 10.0在電子

17、秒表實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的仿真應(yīng)用J.廣西輕工業(yè),2009,25(8):79-80,108.2張宏富,龔一光主編.數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)MJ.成都信息工程學(xué)院.3澄非主編.電路與數(shù)字邏輯設(shè)計(jì)實(shí)踐M.東南大學(xué)出版社.4唐德洲.數(shù)字電子技術(shù)(修訂版)M.重慶:重慶大學(xué)出版社,2002.5汪建立.基于Multisim 2001軟件的數(shù)顯搶答器設(shè)計(jì)與仿真J.鄂州大學(xué)學(xué)報(bào),2004,11(4):23-26.6鄭慰萱.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)M.北京:高等教育出版社,1990.7王毓銀主編.數(shù)字電路邏輯設(shè)計(jì).高等教育出版社.TTL數(shù)字集成電路產(chǎn)品手冊(cè)長(zhǎng)州半導(dǎo)體廠.8周凱.EWB虛擬電子實(shí)驗(yàn)室:Multisim 7 & Ultiboard 7電子電路設(shè)計(jì)與應(yīng)用M.北京:電子工業(yè)出版社,2005.設(shè)計(jì)心得體會(huì)通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，讓我受益匪淺，不僅加深了對(duì)數(shù)字電子鐘的了解。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，學(xué)到了許多寶貴的經(jīng)驗(yàn)。使我懂得了理論聯(lián)系實(shí)際的重要性，使我懂得了理論脫離實(shí)際是毫