電子技術課程設計總結報告

1、課程設計總結報告課程名稱：數(shù)字電子鐘的設計。內(nèi)容：設計并制作一臺數(shù)字電子鐘，完成設計說明書。設計內(nèi)容及要求：設計內(nèi)容：要求由所學的數(shù)字電子知識以及查閱有關資料設計并制作出一臺數(shù)字電 子鐘。而且要完成電路的裝配和調(diào)試。設計基本框圖如下：數(shù)字電子鐘的基本框圖要求：1>.采用位數(shù)碼管，顯示范圍 0分00秒 9分59秒。2>.提出至少兩種設計實現(xiàn)方案，并優(yōu)選方案進行設計。3>.詳細說明設計方案，并計算組件參數(shù)。包括選擇的依據(jù)和原理，參數(shù) 確定的根據(jù)。4>.提倡有能力的同學在完成上述要求后，提出增強功能的設計方案。四、比較和選寫設計的系統(tǒng)方案，畫出系統(tǒng)框圖。方案一：1>.振

2、蕩器由555定時器構成。在555定時器的外部接適當?shù)碾娮韬碗娙萁M件構成多諧振蕩器，再選擇組件參數(shù)使其發(fā)出標準秒信號。2>.計數(shù)器由74LS90集成記數(shù)構成。根據(jù)74LS90的菜單可以知道它是 一個集成的二一五一十進制計數(shù)器。對于分記數(shù)因為顯示范圍是09所以一塊芯片就可以構成。對于秒記數(shù)因為顯示范圍是0- 59所以可以用兩塊并聯(lián)構成100進制計數(shù)器后再強制清零即可。再 外設一定的控制電路。3>.譯碼顯示電路由74LS49作為譯碼驅(qū)動器和工陰極七段數(shù)碼顯示 管構成。中間設置一定的限流電阻即可。系統(tǒng)框圖如下：方案一簡化的系統(tǒng)框圖方案二：1>.振蕩器和方案一相同仍由555定時器構成不

3、是。2>.計數(shù)器由74LS90構成。但是在記數(shù)方面和方案一不同，方案一是 符合平時記數(shù)邏輯，高位記數(shù)由低位進位得來。而在這個方案中則 它的分記數(shù)、秒十位記數(shù)以及秒個位記數(shù)分別獨立。各個計數(shù)器由 共同的標準秒振蕩器驅(qū)動。只是分記數(shù)要經(jīng)過一個60分頻的電路，秒十位記數(shù)要經(jīng)過一個10分頻的電路。而秒個位則直接接入。整個 電路外加一定是設置電路即可。3>.譯碼顯示電路和方案一相同。電路基本框圖如下：方案二簡化系統(tǒng)框圖兩方案的比較：1、我們從分析電路可以知道兩個方案在理論上都是可行的。2、 在難易程度方面：方案一電路設計簡單，所用組件數(shù)目少，當然制作 就比較簡單，而且在后期的調(diào)試和維護方面也

4、就相對容易一些。但是在方 案改進上就存在困難了，比如要加一個校時電路就會十分復雜會使電路變 的麻煩。方案二相對與方案一就有點復雜，因為它多了兩個分頻電路，所用組件數(shù)目也就多， 不用數(shù)制作就會相對于方案一復雜一些，那幺在后期的調(diào)試和維護方面也就困難一 些。但是在改進方案方面就有獨特的好處。因為它的各個記數(shù)電路相對獨立，在操作 方面就可以分開處理。比如同樣加一個校時電路就會十分方便的實現(xiàn)，只需要在各個 計數(shù)器電路設置一些簡單的控制電路即可。3、因為兩個電路都是十分簡單的電路，所用組件相對于一些大的電路來看 就十分的少了，因此在價格方面沒有太多的差別，這方面就沒有什幺比 較的地方了。4、在電路可靠性

5、方面：因為方案一比方案二電路簡單，根據(jù)電路的原則方 案一應該是比較可靠的。因為方案二的分記數(shù)和秒十位記數(shù)經(jīng)過了分頻 電路，而秒個位沒有經(jīng)過分頻電路，因此在記數(shù)上會因為延時的原因使的記數(shù)誤差增大綜合上面的比較，而且這次的設計又沒有要求設置校時裝置，因此選用方案一進行 設計，對于方案二可以經(jīng)過改進后作為增強功能的改進方案進行設計。下面就以 方案一進行電路的全部設計。五、 單元電路的設計、參數(shù)的計算和器件的選擇。1標準秒振蕩器的設計首先我們來看一下標準秒振蕩器的核心 555定時器的內(nèi)部結構和工作原理:閥值電IEU555定時器的內(nèi)部電路結構圖555定時器的工作原理：555定時器的功能主要由上、下兩個比

6、較器C 1、C 2的工 作狀況決定。比較器的參考電壓由分壓器提供，在電源與地端之間加上VCC電 壓，且控制端VM懸空,則上比較器C 1的反相端“-”加上的參考電壓為2/3VC C，下比較器C 2的同相端“ +”加上的參考電壓為1/3VCC。若觸發(fā)端 S的輸 入電壓V 2< 1/3VCC ,下比較器C 2輸出為“ 1”電平，SR觸發(fā)器的S輸入端接 受“ 1”信號，可使觸發(fā)器輸出端Q為“ 1” ,從而使整個555電路輸出為“ 1” ；若 閾值端R的輸入電壓V 6>2/3VCC ,上比較器C 1輸出為“ 1”電平,SR觸發(fā)器 的R輸入端接受“1”信號，可使觸發(fā)器輸出端Q為“ 0”，從而使

7、整個555電路輸 出為“0”?？刂齐妷憾薞M外加電壓可改變兩個比較器的參考電壓，不用時，通常將它通過電容（0.01卩F左右）接地。放電管T 1的輸出端Q'為集電極開路輸出, 其集電極最大電流可達50mA，因此，具有較大的帶灌電流負載能力。若復位端 RD加低電平或接地，可使電路強制復位，不管555電路原處于什幺狀態(tài)，均可使 它的輸出Q為“ 0”電平。只要在555定時器電路外部配上兩個電阻及兩個電容 組件，并將某些引腳相連，就可方便地構成多諧振蕩器。其菜單如下：血首定時器功能表輸入輸出陶值綸入冥觸岌轍入X復位0輸岀0放電管Ti 導il*化匚11截止>駅匚馮毗101根據(jù)以上關于555定

8、時器的內(nèi)部結構和工作原理可以初步設計出以下多諧振蕩電路:多諧振蕩電路的工作波形下面我們來計算電路里面的組件參數(shù)值：電路里需要確定的組件參數(shù)值有：R1、R2和電容C的值。根據(jù)電路的計算可 以知道多諧振蕩電路有如下特征：t1=0.7R2Ct2=0.7(R1+R2)C則有：11 43f=丄143根據(jù)計算和我們這次所具有的組件可以得到如下一t1 t2 (R1 2R2)C組組件參數(shù)：R1 =1.0R2=1.5M】C=1.0LF此時根據(jù)已知公式計算可以知道f 1HZ。整個標準秒振蕩器就設計完了。2計數(shù)器的設計1>.先按照方案一設計：根據(jù)前面的敘述可以知道，要完成分、秒的計時要用到三塊74LS90集成

9、計數(shù)器。對于分計時因為要求顯示范圍是 0 9,因此一塊就可以完成了，但是對 于秒顯示范圍是0 59,因此要兩塊才可以完成。在設計的時候每個計數(shù)器先讓 其各自的CPa接各自的Q a構成十進制計數(shù)器，而后再將兩個并聯(lián)構成 100進制的計數(shù)器，再強制清零就可以了，也就是當計數(shù)出現(xiàn) 0110 0000時即刻馬上清零，由 計數(shù)器的性質(zhì)可以知道要兩塊 74LS90中的高位的一塊的Qb和Qc同時為“ T時即要馬上清零，也就是這兩個輸出端要分別接到并聯(lián)兩塊74LS90的清零端R。!和R°2，這樣接線之后就可以使兩塊并聯(lián)的 74LS90完成六十進制的功能。然后從高位 塊的QC輸出端接出進位脈沖到分計數(shù)

10、的 CPA即可以完成要求的電子鐘所要求的計數(shù)功能了。由上面的分析可以知道方案一的計數(shù)器接線圖如下：方案一計數(shù)電路設計圖2>.方案二設計：根據(jù)前面的敘述可以知道，方二的計數(shù)部分可以分為兩部分：一部分可以 看作是計數(shù)部分，另一部分就可以看作是分頻部分。對于計數(shù)部分的電路是分別獨 立的，經(jīng)過進一步的分析可以知道，在這個方案中可以看出，它的分計數(shù)部分就是 方案一的全部電路，所以它要比方案一復雜，但是為了增加功能的方便，也就是可 以方便地增加校時設置。具體的設計是，對于計數(shù)部分的三個74LS90分別獨立接成十進制的計數(shù)器，然后將秒十位計數(shù)的 74LS90設置強制清零端使其成為六進制 的計數(shù)器。對于

11、分頻電路，可以按照同樣的方法用兩塊74LS90接成六十進制的分頻器作為分計時電路的分頻部分。再用一塊 74LS90接成十進制的分頻器作為秒十 進制的分頻電路，這樣就可以完成同樣的計時功能了。由上面的分析可以知道方案 二的計數(shù)電路設計如下：方案二計數(shù)電路設計圖方案二的上述計數(shù)電路增加簡單的設置按鈕就可以方便地構成可以校時的數(shù)字電子鐘， 由我們平時的經(jīng)驗可以知道對于一個鐘表來說，一般情況是不需要秒個位校時的，因此我在這 里設置時也就免去了秒個位校時功能，只增加秒十位和分校時設置。對于校時設置我們可以使 用手動增加單脈沖來實現(xiàn)。也就是在分計數(shù)器和秒十位計數(shù)器的脈沖輸入端另外再加一個脈沖 輸入端并設置

12、手動脈沖按鈕，具體設置電路如下圖：具有校時功能的電子鐘計數(shù)電路圖（注：分校時按鈕旁邊的二極管作用是，當向計數(shù)器發(fā)出校時脈沖時，不會影響到分 頻電路兩塊計數(shù)器的清零端信號。）對于兩個方按的計數(shù)電路就設計完畢。在這個設計里要增加兩個手動按鈕開關和一個二極管。3譯碼顯示電路的設計對于譯碼顯示電路，我們使用的是74LS49集成四一七線譯碼器，在前面的敘述中我們可以知道要有三個譯碼電路，因此就需要三塊74LS49來完成譯碼功能。顯示器我們使用的是共陰極 七端數(shù)碼顯示管，它的七個拐腳分別接74LS49的對應七個腳，并且要在各個拐腳上 接入高電平才能是顯示發(fā)亮，但是考慮到顯示管的承受電流的能力，因此要在各個

13、拐腳接高電平的同時串入限流電阻，由顯示管的性質(zhì)可以知道接入的限流電阻大小在幾百歐，所以我們選 用這次設計提供的 R=750門的限流電阻。由以上的敘述我們可以得到基本的譯碼顯示電路如圖:基本譯碼顯示電路圖由以上的分析和基本譯碼顯示電路的圖可以十分容易得到這次要用到的譯碼顯示電路的完 整電路圖如下：譯碼顯示完整電路圖到這里單元電路的全部設計有完了，從上面的設計可以知道要用到的器件有:方案一：74LS90集成計數(shù)器3個74LS49集成譯碼器3個共陰極七段數(shù)碼顯示管3個750門的電阻21個IK'的電阻1個1.5M"的電阻1個1 " F的電容1個0.01丄F的電容1個優(yōu)質(zhì)導線

14、若干條5V直流電源一個面包板一塊方案二：74LS90集成計數(shù)器6個74LS49集成譯碼器3個共陰極七段數(shù)碼顯示管3個7501】的電阻21個IK，的電阻1個1.5M"的電阻1個1F的電容1個0.01-1 F的電容1個手動按鈕開關2個二極管1個優(yōu)質(zhì)導線若干條5V直流電源一個面包板一塊到這里單元電路的設計、參數(shù)的計算、器件的選擇就完成了。下面我們進行完整電路的設計和電 路圖的描繪。六、畫出完整的電路圖并說明電路的工作原理。還是按照兩個方按分別進行電路的完整設計。方案一：由上面的分析和單元電路的設計我們可以十分容易得到整個電路的完整電路圖如下：方案一完整電路圖方案一電路的工作原理：將所有組件

15、按照整個電路的接線方式對照接插到面包板上，檢驗沒有錯誤后接通電源，開啟振蕩器電源開關，電路便進入計數(shù)狀態(tài)。當?shù)谝粋€秒脈沖輸出后，秒個位 計數(shù)的74LS90便開始計數(shù)并輸出 0001到譯碼器，同時譯碼器譯出“1 ”到七段顯示器，使其顯示為“ 1”。就這樣一個一個地計數(shù)，當秒個位計數(shù)到1001即“ 9”時，這時候當再來一個脈沖后，它就反轉(zhuǎn)到 0000同時向秒十位發(fā)一個進位脈沖，這樣秒十位的輸出就是0001也使與之相連的七段顯示器顯示“ 1 ”，這時顯示器就顯示“ 010”也就是計數(shù)到 0分10秒，就這樣一直計 數(shù)下去，當計數(shù)到 059時，也就是0分59秒時即三個計數(shù)器的輸出為0000 0101 1

16、001，當下一個脈沖到來時，計數(shù)器應該是計到0000 0110 0000，但是由于我們設置了強制清零端，所以這個狀態(tài)是在出現(xiàn)的那一剎那就使秒計數(shù)的兩塊74LS90強制清零到0000 0000同時向分計數(shù)器發(fā)一個進位脈沖，這樣就回輸出是0001 0000 0000，譯碼器接受到這個數(shù)據(jù)后即使七段顯示器顯示“ 100”也就是計時到1分00秒了。當計時到 9分59秒時，即返回到 0分00秒循環(huán)計時。這 就是方案一的計時工作原理。方案二：同樣經(jīng)過上面的分析和單元電路的設計我們可以十分容易地得到方案二的完整電路如下圖：方案二完整電路圖方案二電路的工作原理：有了前面對于方案一電路工作原理的敘述，對于方案二

17、是差不多的，對于重復的部分就不再贅述，這里只作一些補充說明。對于秒個位計時，因為是直接接到脈沖源 所以來一個秒脈沖即計數(shù)一次，它在這里獨立完成秒個位計數(shù)。對于秒十位計數(shù)，因為它經(jīng)過 了一個十分頻的電路，所以每經(jīng)過十個脈沖后，其計時的74LS90才收到一個脈沖而計數(shù)一次，它在這里獨立完成秒十位的計數(shù)。同樣對于分計數(shù)，因為它經(jīng)過了一個六十分頻的電路，所以 要每經(jīng)過六十個秒脈沖后才計數(shù)一次。它在這里獨立完成分計數(shù)。對于這個電路的校時功能是，每按一次分或秒十位校時按鈕，則這個電路的分或秒十位計 數(shù)增加“1”所以可以方便地完成校時功能。到這里整個電路的理論設計就全部完成了，我們下面進行電路的裝配和調(diào)試。

18、整個電路的裝配按照方案一進行。七、電路的組裝和調(diào)試。1使用的主要儀器和儀表：因為這次的電路相對比較簡單，故只用了一個萬用表就可以完成整個電路的裝配了。2. 調(diào)試電路的方法和技巧： 在這次電路的裝配過程中， 我才用了步步調(diào)試然后再整體調(diào)試的方法， 具體就是：首先，將三塊七段顯示管合理地插到面包板上，將對應的七個拐腳的分流電阻接好，檢查無 誤后，即接一次 5 伏的高電平，這時每個顯示管都應該顯示由七個亮條組成的 8 字樣，如果那個 的某一條是暗的，這時就可以對應地檢查它的電路，看是接觸的問題還是管子本身有問題，這一 步完成了后再向下一步進行。我在這次的檢測中正好三個顯示管均正常。其次，將每個顯示管

19、和 對應的每個譯碼器對應的拐腳接好，然后對每一個譯碼器進行測試。方法就是，在每一個譯碼器 的輸入端 D.C.B.A. 分別接入從 0000 到 1001 的信號，比如要測試 0110，那幺我們可以讓 D 和 A 都接地，讓 B 和 C 都接高電平就可以了。這樣我們可以檢查譯碼器是否工作正常，也就是看它 是否譯碼無誤。比如當接入是 0101 時，它譯碼顯示的結果應該是“ 5”，如果不是我們就要檢查 首先檢查兩個地方， 一個就是要看輸入是否接線正確和接線是否接觸良好， 二就是看譯碼器的輸 出七個拐腳和顯示管對應的七個拐腳是否接線正確和接線是否接觸良好。 最后， 就是檢查計數(shù)器 是否工作正常了。 在

20、這個環(huán)節(jié)我覺得還要分兩步進行。 一就是檢查每個計數(shù)器獨立的十進制是否 可以正確地完成。二就是檢查當按照自己的電路接好后，它是否按照自己的設計工作。也就是是 否完成我們要求的六十進制以及應該具有的各種分頻功能。當這三步走完而且都無誤后， 我們就可以按照我們的完整電路將所以組件進行連接， 進行最 后的調(diào)試。3. 調(diào)試中所進行判斷和分析的依據(jù)：我覺得在這個電路中的主要依據(jù)就是看它的計數(shù)是否正常， 也就是秒個位到秒十位的十進制是否穩(wěn)定正確，秒到分的六十進制是否穩(wěn)定正確就可以了。4. 調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題和解決方法：這個電路因為比較簡單，所以調(diào)試中的接線正確是可以一 次基本做到的， 但是在調(diào)試過程中也確

21、實化了不少時間。 所發(fā)現(xiàn)最大的問題就是計數(shù)顯示不正常。 開始我的一個顯示電路就只會顯示“4”和“ 5”，也就是只有這兩個數(shù)在循環(huán)出現(xiàn)，但是進位是正確的，剛開始我沒有深入考慮，就是檢查接線了等一些問題，但是檢查了好幾遍，也化了老長 時間?？墒菦]有什幺結果。后來我就冷靜的進行分析。它只顯示“4”和“ 5”也就是輸出始終在0100和0101之間變換，也就是譯碼器的 C端始終是“1”，我就猜想可能是它的 C腳一直就處于 懸空的狀態(tài)，這就可能是和計數(shù)器的輸出端 QC 沒有接好，結果我的分析是正確的，當將兩者接 好之后就顯示正常了！ 所以在進行調(diào)試的時候所出現(xiàn)的主要問題就是線路的接觸問題。 再就是在 一切

22、正常后，也就是計數(shù)正常后，當斷開電源一下，再接上電源時，對于秒計時是由于沒有清零 的原因所以顯示是不確定的。但是對于分計時就出現(xiàn)一個問題。當接通電源的時候它就顯示是“ 1 4 ”的字樣，當秒計數(shù)滿六十的時候，分顯示就是全黑的，也就相當與“15”，當秒計數(shù)再滿六十的時候，分顯示“ 6”字樣。我嘗試了好幾次均是這個結果。所以我認為這是一個確定的邏 輯問題，但是由于現(xiàn)在時間有限和手頭的資料有限就沒有繼續(xù)討論了。以后有時間再做討論。八、電路設計的一些總結。1. 電路的特點：電路的結構簡單，所用組件數(shù)目少，完成的邏輯功能比較簡單。2. 方案的優(yōu)缺點：在這個方案里面，我們沒有設置校時的功能，暫停的功能和清

23、 零的功能，所以對于正常的計數(shù)計時來說是不行的，所以是一個極其粗遭的設 計。3. 我覺得這個課題是主要價值就是讓我們能夠用我們的雙手將我們在數(shù)電方面學 習的知識應用于實踐，提高我們的動手能力，也使我們能夠初步掌握一些分析 問題、解決問題的方法。也使我們體會到一個理論問題轉(zhuǎn)化到實際所要經(jīng)過的過程和兩者之間的差距。九、整個電路裝配所需元器件。74LS90集成計數(shù)器3個74LS49集成譯碼器3個共陰極七段數(shù)碼顯示管3個7501】的電阻21個15的電阻1個1.5M門的電阻1個1F的電容1個0.01-1 F的電容1個優(yōu)質(zhì)導線若干條5V直流電源一個面包板一塊十、參考文獻?？等A光數(shù)字電子技術基礎北京：高等教育出版社，2000徐禮超，王海濤5