電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)總結(jié)報(bào)告

電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)總結(jié)報(bào)告 課題名稱(chēng)：數(shù)字顯示電子時(shí)鐘課題名稱(chēng)：數(shù)字顯示電子時(shí)鐘專(zhuān)業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化班級(jí)：電氣10-7學(xué)號(hào)：311008001911姓名：黃玉杰指導(dǎo)教師：謝貝貝 摘要 3第一章設(shè)計(jì)指標(biāo) 41.1設(shè)計(jì)題目 41.2設(shè)計(jì)任務(wù)和要求 41.3設(shè)計(jì)原理 4第二章系統(tǒng)方案 52.1系統(tǒng)模塊及框圖 52.2單元電路設(shè)計(jì) 62.2.1秒基準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器 62.2.2計(jì)數(shù)器 72.2.3數(shù)碼顯示 82.2.3校時(shí)切換電路 82.2.3校時(shí)切換電路 92.2.4整體電路圖 92.2.5部分芯片實(shí)際引腳圖及功能 112.3multisim仿真 12第三章方案總結(jié) 123.1元件清單 123.2電路及方案的特點(diǎn) 123.3心得體會(huì) 13參考文獻(xiàn)： 13

摘要時(shí)鐘是生活中必不可少的工具，實(shí)際生活中，時(shí)鐘小巧精致甚至很多是作為另一個(gè)工具的附加物（如手機(jī)、收音機(jī)等）。但實(shí)際上時(shí)鐘的原型——脈沖源是時(shí)序邏輯電路完成其邏輯功能的基礎(chǔ)。如果電源是數(shù)字電路的發(fā)動(dòng)機(jī)的話，那么時(shí)鐘源就是它的輪胎使它能向前運(yùn)行，所以幾乎所有電子產(chǎn)品都離不開(kāi)時(shí)鐘源。本設(shè)計(jì)目的不在制作生活用的電子時(shí)鐘，而是希望通過(guò)對(duì)電子鐘的分模塊設(shè)計(jì)，加深對(duì)震蕩電路、波形轉(zhuǎn)換、分頻器、計(jì)數(shù)器、數(shù)據(jù)選擇器、譯碼器、數(shù)碼管等的理解，加強(qiáng)對(duì)實(shí)際集成器件的應(yīng)用，鍛煉電路焊接技術(shù)和檢查排錯(cuò)能力。本設(shè)計(jì)通過(guò)32768Hz晶體和14位二進(jìn)制分頻器4060產(chǎn)生2Hz的脈沖信號(hào)，再通過(guò)JK觸發(fā)器4027組成的二分頻器產(chǎn)生1Hz秒脈沖，比基于555定時(shí)器的時(shí)鐘源精確和穩(wěn)定。顯示部分采用CD4511驅(qū)動(dòng)共陰極7段數(shù)碼管。校時(shí)部分采用四二選一數(shù)據(jù)選擇器74157芯片選擇正常走時(shí)或手動(dòng)校時(shí)。設(shè)計(jì)過(guò)程中先使用multisim11.0進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)，后又進(jìn)行實(shí)際焊接。

第一章設(shè)計(jì)指標(biāo)1.1設(shè)計(jì)題目數(shù)字電子時(shí)鐘1.2設(shè)計(jì)任務(wù)和要求1、時(shí)鐘的“時(shí)”要求用兩位顯示，采用24進(jìn)制。2、時(shí)鐘的“分”、“秒”要求各用兩位顯示。3、整個(gè)系統(tǒng)要有校時(shí)部分，校時(shí)時(shí)不能產(chǎn)生進(jìn)位。1.3設(shè)計(jì)原理1、由石英晶體多諧振蕩器和分頻器產(chǎn)生1HZ標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖。2、“秒電路”、“分電路”均為00—59的六十進(jìn)制計(jì)數(shù)、譯碼、顯示電路。3、“時(shí)電路”為00—23的二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)、譯碼、顯示電路。

第二章系統(tǒng)方案2.1系統(tǒng)模塊及框圖數(shù)字顯示電子鐘系統(tǒng)包括秒脈沖發(fā)生器、秒60進(jìn)制計(jì)數(shù)器、分60進(jìn)制計(jì)數(shù)器、時(shí)24進(jìn)制計(jì)數(shù)器、6個(gè)數(shù)碼管及數(shù)字顯示譯碼器、校時(shí)與正常走時(shí)選擇電路、手動(dòng)校時(shí)脈沖發(fā)生電路。系統(tǒng)總體框圖如下。譯碼器譯碼器顯示秒基準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器24進(jìn)制計(jì)數(shù)器60進(jìn)制計(jì)數(shù)器60進(jìn)制計(jì)數(shù)器譯碼器譯碼器譯碼器譯碼器譯碼器顯示顯示顯示顯示顯示校時(shí)脈沖數(shù)據(jù)選擇器/模擬開(kāi)關(guān)1HZ秒分時(shí)控制開(kāi)關(guān)1HZ清零其中通過(guò)控制開(kāi)關(guān)控制數(shù)據(jù)選擇器可以選擇將1HZ秒脈沖信號(hào)送給秒計(jì)數(shù)器并且斷開(kāi)校時(shí)脈沖對(duì)分、時(shí)計(jì)數(shù)器的控制，或斷開(kāi)1HZ對(duì)秒計(jì)數(shù)器的控制給之清零信號(hào)并接通校時(shí)電路與分、時(shí)計(jì)數(shù)器的通道。2.2單元電路設(shè)計(jì)2.2.1秒基準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器秒基準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器實(shí)質(zhì)上是1Hz的時(shí)鐘信號(hào)源，數(shù)字電路中的時(shí)鐘是由振蕩器產(chǎn)生的，振蕩器是數(shù)字鐘的核心。振蕩器的穩(wěn)定度及頻率的精度決定了數(shù)字鐘計(jì)時(shí)的準(zhǔn)確程度，一般來(lái)說(shuō)，振蕩器的頻率越高，計(jì)時(shí)精度越高。它利用某種反饋方式產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)。對(duì)數(shù)字電路來(lái)說(shuō)，振蕩器的輸出的幅度范圍為0v—5v的方波信號(hào)而不是鋸齒波、三角波或其他形式。利用555定時(shí)器和電容電阻可以產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖但是其精確度和穩(wěn)定性不高。而通過(guò)32768Hz石英晶體和非門(mén)構(gòu)成的振蕩器穩(wěn)定性和精度都很高，但其頻率太高需要多15級(jí)二分頻器才能產(chǎn)生1Hz的秒基準(zhǔn)信號(hào)。所以考慮使用含有非門(mén)和14級(jí)二進(jìn)制串行分頻器的集成塊CD4060，既可以提供非門(mén)又可以進(jìn)行14級(jí)二分頻產(chǎn)生2Hz的信號(hào)，其中反相器并聯(lián)電阻可使反相器工作在，電壓跳變的轉(zhuǎn)折區(qū)，利于起振，阻值不能太小否則無(wú)法起振。如圖1。再將2Hz的信號(hào)經(jīng)由雙JK觸發(fā)器4027芯片組成的二分頻器進(jìn)行二分頻得到1Hz的秒基準(zhǔn)信號(hào)。如下圖2：2.2.2計(jì)數(shù)器秒、分計(jì)數(shù)器都是60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，時(shí)計(jì)數(shù)器為24進(jìn)制。考慮到成本，采用2-5-10計(jì)數(shù)器74ls90，共需六個(gè)。每個(gè)7490的引腳1和12相接構(gòu)成十進(jìn)制計(jì)數(shù)器再由兩個(gè)10進(jìn)制計(jì)數(shù)器配上與門(mén)構(gòu)成60進(jìn)制和10進(jìn)制計(jì)數(shù)器如圖3（60進(jìn)制）和圖4（24進(jìn)制）。2.2.3數(shù)碼顯示顯示模塊采用7段顯示共陰極數(shù)碼管，使用CD4511BE譯碼并驅(qū)動(dòng)，330電阻限流，4511的試燈和消隱都接高電平，鎖定接地，電路圖如圖5（顯示電路）

2.2.3校時(shí)切換電路校時(shí)電路的核心是四二選一數(shù)選器74157，相當(dāng)于四個(gè)同步切換單刀雙擲開(kāi)關(guān)，切換開(kāi)關(guān)通過(guò)與非門(mén)改造的反相器把信號(hào)送給74157的地址輸入端，加個(gè)反相器可以有效控制控制開(kāi)關(guān)切換時(shí)對(duì)已經(jīng)校準(zhǔn)過(guò)的分、時(shí)產(chǎn)生干擾。分脈沖輸入時(shí)接的與非門(mén)也是為了防止控制開(kāi)關(guān)切回正常走時(shí)時(shí)對(duì)已經(jīng)校準(zhǔn)的分的干擾。注：由于仿真軟件的限制，輕觸開(kāi)關(guān)用單刀單擲開(kāi)關(guān)代替。2.2.4整體電路圖

注：由于仿真軟件的限制，輕觸開(kāi)關(guān)用單刀雙擲開(kāi)關(guān)代替。數(shù)碼管已經(jīng)內(nèi)置譯碼器。2.2.5部分芯片實(shí)際引腳圖及功能引腳3和引腳4分別為試燈和消隱，低電平有效，故本設(shè)計(jì)使用時(shí)接高電平。引腳5為鎖定功能，高電平有效，使用時(shí)接低電平。74LS15774LS157引腳1為地址端，用于選擇將A送給Y或者將B送給Y

2.3multisim仿真在仿真妙基準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器時(shí)，發(fā)現(xiàn)用CD4060和晶體模擬晶振并不能出現(xiàn)脈沖信號(hào)。在網(wǎng)上查閱資料后發(fā)現(xiàn)，可能是模擬晶振需要耗費(fèi)大量計(jì)算資源，所以一般仿真軟件無(wú)法仿真晶振。但可以用單獨(dú)的反相器和晶體等仿真出振蕩電路。小時(shí)的高位能顯示0、1、2三個(gè)數(shù)，屬于三進(jìn)制，剛開(kāi)始誤以為它是二進(jìn)制故最初時(shí)計(jì)數(shù)器的高位7490芯片沒(méi)有將引腳1和12相接構(gòu)成十進(jìn)制，結(jié)果仿真時(shí)發(fā)現(xiàn)高位出現(xiàn)2就自動(dòng)清零，此問(wèn)題才得以發(fā)現(xiàn)并更正。剛開(kāi)始沒(méi)有考慮，校時(shí)切換開(kāi)關(guān)動(dòng)作對(duì)分、時(shí)的影響。仿真結(jié)果是，校時(shí)切換時(shí)，分和時(shí)都自動(dòng)出現(xiàn)進(jìn)位，后經(jīng)改進(jìn)控制開(kāi)關(guān)串聯(lián)一個(gè)與非門(mén)構(gòu)成的反相器，并使用與非門(mén)將校時(shí)切換時(shí)送給秒的清零信號(hào)反饋給分的時(shí)鐘輸入端抑制其進(jìn)位。第三章方案總結(jié)3.1元件清單名稱(chēng)/型號(hào)數(shù)量/個(gè)備注七段共陰極數(shù)碼管6顯示譯碼器CD4511BE6驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管計(jì)數(shù)器74ls906構(gòu)成60進(jìn)制和24進(jìn)制計(jì)數(shù)器四二選一數(shù)選器74ls1571構(gòu)成校時(shí)切換電路與門(mén)74ls081幫助計(jì)數(shù)器清零計(jì)數(shù)與非門(mén)74hc001單刀雙擲開(kāi)關(guān)1控制校時(shí)電路的切換輕觸開(kāi)關(guān)2產(chǎn)生校時(shí)脈沖晶體1一起構(gòu)成2Hz,時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生電路CD4060110m電阻120pf陶瓷電容2雙JK觸發(fā)器CD40271構(gòu)成二分頻器5V直流電源1試驗(yàn)臺(tái)等提供330電阻42作為數(shù)碼管限流電阻5k電阻3用于手動(dòng)開(kāi)關(guān)切換高電平限流3.2電路及方案的特點(diǎn)該電子時(shí)鐘電路，采用32768Hz晶體和CD4060內(nèi)部的反相器構(gòu)成振蕩器，晶體生產(chǎn)工藝成熟，頻率精確穩(wěn)定，而且反相器可對(duì)其波形整形，故可產(chǎn)生精確穩(wěn)定的脈沖信號(hào)，通過(guò)CD4060的14級(jí)分頻器和JK觸發(fā)器改造的二分頻器將脈沖變成1Hz的妙基準(zhǔn)脈沖。所用器件不多就可產(chǎn)生妙基準(zhǔn)時(shí)鐘。該電路還通過(guò)四二選一數(shù)選器構(gòu)成，校時(shí)和正常走時(shí)切換電路，校時(shí)的時(shí)候切斷了秒脈沖并將秒計(jì)數(shù)器清零不會(huì)產(chǎn)生進(jìn)位。正常走時(shí)的時(shí)候切斷了校時(shí)脈沖，校時(shí)輕觸開(kāi)關(guān)不起作用。同時(shí)利用與非門(mén)構(gòu)成的反相器消除開(kāi)關(guān)動(dòng)作和抖動(dòng)對(duì)分、時(shí)計(jì)數(shù)器的影響。由于成本的原因，選用7490作為10進(jìn)制計(jì)數(shù)器，需要先將2-5進(jìn)制連接成10進(jìn)制，造成連線增多不利于實(shí)際焊接。由于譯碼器限制未考慮數(shù)碼管無(wú)效零消隱，增加了電路功耗。由于時(shí)間原因，未設(shè)計(jì)整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路。改進(jìn)方向是增加無(wú)效零消隱功能，利用減法計(jì)數(shù)器觸發(fā)555定時(shí)器并驅(qū)動(dòng)蜂鳴器實(shí)現(xiàn)整點(diǎn)前報(bào)時(shí)相應(yīng)次數(shù)。3.3心得體會(huì)通過(guò)此次數(shù)字顯示電子時(shí)鐘的設(shè)計(jì)，熟悉了課程設(shè)計(jì)的基本原則和一般過(guò)程。強(qiáng)化了將復(fù)雜系統(tǒng)分功能塊設(shè)計(jì)的思想。設(shè)計(jì)時(shí)很大程度上利用了計(jì)算機(jī)的模擬仿真技術(shù)，幫助發(fā)現(xiàn)和解決了許多問(wèn)題，例如通過(guò)仿真異步清零法實(shí)現(xiàn)的60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，徹底弄清楚了同步清零與異步清零的不同，和實(shí)際應(yīng)用中的使用方法。但有時(shí)仿真軟件也帶來(lái)了一些問(wèn)題，比如仿真時(shí)采用方波電源提供1Hz秒脈沖，結(jié)果走了好長(zhǎng)時(shí)間也沒(méi)出現(xiàn)走秒，用示波器測(cè)其波形，結(jié)果好長(zhǎng)時(shí)間才出現(xiàn)一次跳變，于是發(fā)現(xiàn)仿真的頻率比實(shí)際頻率低的多，后來(lái)將頻率提高到幾千赫茲才出現(xiàn)了接近走秒頻率。而且通過(guò)了解還發(fā)現(xiàn)不同的計(jì)算機(jī)仿真的結(jié)果還不一樣，有的同學(xué)將頻率調(diào)為幾百赫茲就能得到接近秒的頻率。這讓我對(duì)仿真軟件有了更深的認(rèn)識(shí)。理論和仿真上沒(méi)問(wèn)題后，開(kāi)始了實(shí)際焊接。焊接可是花費(fèi)了大量時(shí)間，一方面實(shí)際管腳圖與仿真管腳不同，而且芯片正面與反面管腳位置分布相反很容易搞混；另一方面初次焊接電路板，由于電子鐘所用元件多，受限于萬(wàn)用板面積，芯片排布很緊密，更增加了管腳識(shí)別和焊接難度。焊接時(shí)不是焊接不牢固就是焊接短路，真是花費(fèi)了好長(zhǎng)時(shí)間才逐漸掌握。但可惜的是最終焊出來(lái)的板，后面的線占滿了板，小時(shí)部分顯示與校準(zhǔn)也有問(wèn)題，管腳和連線實(shí)在太多，檢查多次找不到問(wèn)題。而且由于使用網(wǎng)線里面的細(xì)線作為連接用線，后來(lái)才發(fā)現(xiàn)這種比較硬的線不敢多次掰動(dòng)檢查，否則很容易折斷，于是最終放棄了檢查小時(shí)部分。雖然實(shí)物沒(méi)有做成功，但還是在焊接過(guò)程中學(xué)了不少東西。比如用萬(wàn)用表檢查連通性，可有效的檢查出短路和虛焊，這是我焊板時(shí)使用最