中原工學院課程設計報告 電子技術(下)課程設計題目名稱：電子時鐘院系名稱：電子信息學院班 級：測控091學 號：200900454113學生姓名：王偉杰指導教師：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數字部分的設計。數字電子技術是一門實踐性很強的課程，它能夠很好的幫助學生訓練動手操作能力，它包括選擇課題、電子電路設計、組裝、調試和編寫總結報告等實踐內容。通過課程設計要實現以下兩個目標：一、初步掌握數字電路的設計、組裝及調試方法。即學生根據設計要求，查閱文獻資料，收集、分析類似電路的性能，并通過組裝調試，使電路達到性能要求。二、課程設計為以后的畢業設計做好準備。畢業設計是系統的工程設計實踐，而課程設計是讓學生從理論學習的軌道上逐漸引向實際方面，運用已學過的分析和設計電路的理論知識，逐步掌握工程設計的步驟和方法，同時，課程設計報告的書寫，為今后從事技術工作撰寫科技報告和技術資料打下基礎。在做我們這一實驗時應該注意，它是邏輯性很強的一門學科，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，不然會思想混亂的。目 錄中文摘要.4Abstract.4第一章 實驗基礎1.1數字電子技術課程設計概要 5 1.2 設計的任務與要求 1.2.1 數字鐘的設計目的.7 1.2.2 數字中的設計要求8.第二章：實驗設計簡介及設計方案 2.1 基本設計思路.82.2 設計方案論述.8第三章： 詳細設計3.1 秒脈沖的產生.93.2 時鐘顯示電路的設計3.2.1 秒計數、譯碼及顯示部分的設計.93.2.2 分計數、譯碼及顯示部分的設計9 3.2.3 時計數、譯碼及顯示部分的設計 11 3.3 校準電路的設計.12第四章 設計結果及分析總結4.1 設計結果.124.2 結果分析.13第五章 總結5.1 心得體會.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任務書.19 摘 要數字電子時鐘是一個對標準頻率（1HZ）進行計數的計數電路。通常使用石英 晶體振蕩器電路構成數字鐘，以保證其頻率的穩定。以 10 進制計數器 74HC390 來 實現時間計數單元的計數功能。用4518作為計數電路，采用 CD4511 作為顯示譯碼電路。選擇數碼管作為顯示電路。由 CD4511 把輸進來的二進制信號翻譯成十進制數字，再由 數碼管顯示出來。用 COMS 與或非門實現的時或分校時電路。該電路還有在整點前 10 秒鐘內開始整點報時的功能。報時電路可選 74HC30 來構成。時間以 24 為一個 周期。數字鐘采用數字電路實現對“時”“分”“秒”數字顯示的計時裝置。具有時間顯示、鬧鐘設置、報時功能、校時的功能。走時準確、顯示直觀、精度高、穩定等優點。關鍵詞：數字鐘、晶體振蕩器、計數器、分頻器、顯示器和校時電路 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電子技術課程設計概要在設計一個電子電路系統時，首先必須明確系統的設計任務，根據任務進行方案選擇，然后對方案中的各部分進行單元電路的設計、參數計算和器件選擇，最后將各部分連接在一起，畫出一個符合設計要求的系統電路圖。一、明確系統的設計任務要求對系統的設計任務進行具體分析，充分了解系統的性能、指標、內容及要求，以便明確系統應完成的任務。二、方案選擇把系統要完成的任務分解為若干個單元電路，并畫出一個能表示各單元功能的整機原理框圖。方案選擇的重要任務是根據掌握的知識和資料，針對系統提出的任務、要求和條件，完成系統的功能設計。在此過程中要敢于探索，勇于創新，爭取方案的設計合理、可靠、經濟、功能齊全、技術先進。并且對方案要不斷進行可行性和優缺點的分析，最后設計出一個完整框圖。 三、單元電路的設計、參數計算和器件選擇根據系統的指標和功能框圖，明確各部分任務，進行各單元電路設計、參數計算和器件選擇。單元電路的設計單元電路是整機的一部分，只有把單元電路設計好才能提高整機設計水平。每個單元電路設計前都需明確本單元電路的任務，詳細擬訂出單元電路的性能指標，與前后級之間的聯系，分析電路的組成形式。具體設計時，可以模仿成熟的先進的電路，也可以創新或改進，但都必須保證性能要求。而且，不僅單元電路本身要求設計合理，各單元電路間也要互相配合，注意各部分的輸入、輸出信號和控制信號的關系。參數計算為保證單元電路達到功能指標要求，就需要用電子技術知識對參數進行計算，例如放大電路中各電阻值、放大倍數；振蕩器中電阻、電容、振蕩頻率等參數。只有很好地理解電路的工作原理，正確利用計算公式，計算的參數才能滿足設計要求。計算參數時，同一個電路可能有幾組數據，注意選擇一組能完成電路設計功能、在實踐中真正可行的參數。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、場效應管、光電二（三）極管等。根據他們的用途分別進行選擇。（3） 集成電路的選擇根據電路功能、性能指標選擇集成電路。注意集成電路的功耗、電源電壓、工作速度是否滿足設計要求。通過查閱有關設計手冊，進行元器件的選擇。四、電路圖的繪制電路圖通常是在系統框圖、單元電路設計、參數計算和器件選擇的基礎上繪制的，它是電路組裝、調試和維修的依據。繪制電路圖時，注意以下幾點：（1） 元器件布局合理、排列均勻、圖面清晰、便于閱讀。（2） 注意信號流向。一般從輸入端或信號源開始，由左至右或上至下按信號的流向依次畫出各單元電路，而反饋通路的信號流向則與此相反。（3） 圖形符號標準，適當標注。（4） 連線應為直線，盡量少交叉和折彎。1.2設計任務與要求1.2.1數字鐘的設計目的1. 掌握數字電子鐘的設計方法；2. 掌握常用數字集成電路的功能和使用。1.2.2數字鐘的設計要求 1. 能夠十進制顯示“時”、“分”、“秒” 2. 小時為24進制，分和秒均為60進制。3. 小時高位具有零熄滅功能; 4. 具有整點報時功能; 5. 具有快速校準時間的功能。第二章設計簡介及設計方案論述2.1基本設計思路圖2-1 數字電子鐘原理框圖數字電子鐘原理如 圖2-1 所示。一個具有計時、校時、報時、顯示等基本功能的數字鐘主要由振蕩器、分頻器、計數器、譯碼器、顯示器、校時電路、報時電路等七部分組成。石英晶體振蕩器產生的信號經過分頻器得到秒脈沖，秒脈沖送入計數器計數，計數結果通過“時”、“分”、“秒”譯碼器譯碼，并通過顯示器顯示時間。2.2設計方案論述晶體振蕩器和分頻器產生穩定的校時信號（2Hz）和“秒”計時信號(1Hz)。對“秒”計時信號進行60 進制計數，形成“分”計時信號和秒計數值；再對“分”計時信號進行60 進制計數，形成“時”計時信號和分計數值；進一步對“時”計時信號進行24 進制計數得到時計數值分計數值和時計數值譯碼顯示時間。 第三章詳細設計3.1秒脈沖的產生圖3-1 秒脈沖發生器脈沖發生器是數字鐘的核心部分，它的精度和穩定度決定了數字鐘的質量，通常用晶體振蕩器產生標準頻率信號經過整形、分頻獲得1Hz的秒脈沖。石英晶體振蕩器的特點是振蕩頻率準確、電路結構簡單、頻率易調整。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時鐘顯示電路設計3.2.1秒計數、譯碼及顯示部分的設計 秒計數器為M=60的計數器，即顯示0059，采用中規模集成電路雙十進制計數器至少需要一片，因為10 M 100。它的個位為十進制，十位為六進制。本電路采用一片74LS4518實現。當十位位計數至0110，個位計數至0000時，通過 74LS08 二輸入與門連至清零端達到清零，當達到0000時，產生上升脈沖送給十位。十位計數至0110時清零。3.2.2 分計數、譯碼及顯示部分的設計 分計數器同秒計數器一樣為M=60的計數器，即顯示0059，采用中規模集成電路雙十進制計數器至少需要一片，因為10 M 100。它的個位為十進制，十位為六進制。本電路采用兩片74LS4518實現。當秒計數器十位計數至0110時清零，達到0000時產生上升沿脈沖送入分計數器的個位開始計數。當個位計數至1010時清零產生上升脈沖送給十位。十位計數至0110時繼續清零。分計數和秒計數單元為60進制計數器，其輸出也為8421BCD碼 圖 3-2 秒計數譯碼電路 圖3-3 分計數譯碼電路分計數器同秒計數器一樣為M=60的計數器，即顯示0059，采用中規模集成電路雙十進制計數器至少需要一片，因為10 M 100。它的個位為十進制，十位為六進制。本電路采用兩片74LS4518實現。當秒計數器十位計數至0110時清零，達到0000時產生上升沿脈沖送入分計數器的個位開始計數。當個位計數至1010時清零產生上升脈沖送給十位。十位計數至0110時繼續清零。分計數和秒計數單元為進制計數器，其輸出也為碼。3.2.3 時計數、譯碼及顯示部分的設計 時為二十四進制計數器，顯示為0023，個位仍為十進制，而十位為三進制，但當十進位計到2，而個位計到4時清零，就為二十四進制了。時計數進位類似于分和秒。譯碼器都使用74LS4511 圖3-4 時計數譯碼電路 3.3報時電路設計當計數至59分59秒時電路報時，所以將秒計數電路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。分計數器也如此，輸出端連至蜂鳴器的另一端即可，這樣即可實現報時功能。3.4校時電路 第四章 設計結果及分析4.1 設計結果圖 4-1 實驗結果顯示4.2 結果分析 本次試驗基本上實現了任務要求，只是有一點失敗，即報時電路沒有設計出來，那個校時電路還有正常的電路都設計出來了，校時電路要用到兩個3.3k的電阻，通過與非門邏輯電路實現。第五章 總結 5.1 心得體會這一周的課程設計結束了，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踐上來了，很充實。三個課題，我們組選做的是電子時鐘，剛開始感覺就是挺有吸引力的，結果證明也就是這樣的，把我所學的真正用到實際上來。剛開始就看到三個課題，感覺都挺好的，都很貼近生活，接近實踐，很實用。后來想了一下，感覺電子時鐘用到的知識挺貼近我們的所學知識的，因為所用的器件都是我們所熟悉的，比如4518啦，74LS04,4011。我們的第一個上午是發了基本應用工具，研究怎么接線，在理解共陰極數碼管的接線方法，兩個com端一塊與一個500歐的電阻串聯接地，然后是幾個信號輸入a、b、c、d、e、f、g。下午接的是脈沖信號的輸入，把計數器放在最后來連接，因為這一步很關鍵，4060 與分頻器相連，得到1HZ 的脈沖信號，輸入到計數器。絞線其實挺累手的，不經意的就會把線給剪斷，抑或是線長了短了，都要接著修的。絞線挺費事的，手指頭有點疼，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試電路，剛開始要進行通電前的測量，這個很重要，因為萬一有什么錯誤，通電后把器件給燒毀了就麻煩了，接通電源后，發現數碼管不會走動，后來又檢查線路發現是晶體振蕩器接觸不良，經過再一次的接線，數字中能夠正常的計數和走動了，下一步就是讓秒、分、時、能夠單獨計數，這個還是比較簡單的，我想這個是為校時電路做準備的吧。這一步做完之后，就讓老師來檢查我們的基礎任務，順利通過，老師給加了兩分，之后我們開始設計校時電路，這個是根據實驗的校時電路來的，把級聯電路改為了校時電路，這個需要3.3k的電阻，經過慢慢的連線核查，校時功能出來了，還要有校分電路的鏈接，剛開始我們是把一個電阻共用，后來發現不行，想了半天想不出原因，終于，第二次接線時發現時集成片的連根電源和地的接線沒有連接到相應位置，恍然大悟，終于把它接好了，校時功能實現了，由于發給我們的板子已經太滿了，而且時間也剩不多，至于報時電路我們就沒有做，不過我會做就行了，老師檢查后，又給加了5分，不過實驗是兩個人的分工，應該配合，好好做事。 我感覺這一次的課程設計要比上一學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，好像是我們學的東西終于能用上了，以前感覺學的太空洞了，也謝謝老師對我們的指導，挺不錯的。附錄一 工具清單鑷子鉗子面包板萬用表穩壓電源序號功能器件類型、型號及參數數量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