数电课程设计-测控091-王伟杰-13.doc

中原工学院课程设计报告 电子技术(下)课程设计题目名称：电子时钟院系名称：电子信息学院班 级：测控091学 号：200900454113学生姓名：王伟杰指导教师：李玉魁，薛立，方向前，韩建勋 2011年12月绪论这一次我们做的是电子技术数字部分的设计。数字电子技术是一门实践性很强的课程，它能够很好的帮助学生训练动手操作能力，它包括选择课题、电子电路设计、组装、调试和编写总结报告等实践内容。通过课程设计要实现以下两个目标：一、初步掌握数字电路的设计、组装及调试方法。即学生根据设计要求，查阅文献资料，收集、分析类似电路的性能，并通过组装调试，使电路达到性能要求。二、课程设计为以后的毕业设计做好准备。毕业设计是系统的工程设计实践，而课程设计是让学生从理论学习的轨道上逐渐引向实际方面，运用已学过的分析和设计电路的理论知识，逐步掌握工程设计的步骤和方法，同时，课程设计报告的书写，为今后从事技术工作撰写科技报告和技术资料打下基础。在做我们这一实验时应该注意，它是逻辑性很强的一门学科，思想上比较易懂，但是还有许多的琐事，不要烦躁，一步一步的的来，不能贪多，不然会思想混乱的。目 录中文摘要.4Abstract.4第一章 实验基础1.1数字电子技术课程设计概要 5 1.2 设计的任务与要求 1.2.1 数字钟的设计目的.7 1.2.2 数字中的设计要求8.第二章：实验设计简介及设计方案 2.1 基本设计思路.82.2 设计方案论述.8第三章： 详细设计3.1 秒脉冲的产生.93.2 时钟显示电路的设计3.2.1 秒计数、译码及显示部分的设计.93.2.2 分计数、译码及显示部分的设计9 3.2.3 时计数、译码及显示部分的设计 11 3.3 校准电路的设计.12第四章 设计结果及分析总结4.1 设计结果.124.2 结果分析.13第五章 总结5.1 心得体会.13附录一：工具清单.14附录二：元器件清单15附录三：主要元器件的引脚图和功能表.16任务书.19 摘 要数字电子时钟是一个对标准频率（1HZ）进行计数的计数电路。通常使用石英 晶体振荡器电路构成数字钟，以保证其频率的稳定。以 10 进制计数器 74HC390 来 实现时间计数单元的计数功能。用4518作为计数电路，采用 CD4511 作为显示译码电路。选择数码管作为显示电路。由 CD4511 把输进来的二进制信号翻译成十进制数字，再由 数码管显示出来。用 COMS 与或非门实现的时或分校时电路。该电路还有在整点前 10 秒钟内开始整点报时的功能。报时电路可选 74HC30 来构成。时间以 24 为一个 周期。数字钟采用数字电路实现对“时”“分”“秒”数字显示的计时装置。具有时间显示、闹钟设置、报时功能、校时的功能。走时准确、显示直观、精度高、稳定等优点。关键词：数字钟、晶体振荡器、计数器、分频器、显示器和校时电路 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 课题背景1.1电子技术课程设计概要在设计一个电子电路系统时，首先必须明确系统的设计任务，根据任务进行方案选择，然后对方案中的各部分进行单元电路的设计、参数计算和器件选择，最后将各部分连接在一起，画出一个符合设计要求的系统电路图。一、明确系统的设计任务要求对系统的设计任务进行具体分析，充分了解系统的性能、指标、内容及要求，以便明确系统应完成的任务。二、方案选择把系统要完成的任务分解为若干个单元电路，并画出一个能表示各单元功能的整机原理框图。方案选择的重要任务是根据掌握的知识和资料，针对系统提出的任务、要求和条件，完成系统的功能设计。在此过程中要敢于探索，勇于创新，争取方案的设计合理、可靠、经济、功能齐全、技术先进。并且对方案要不断进行可行性和优缺点的分析，最后设计出一个完整框图。 三、单元电路的设计、参数计算和器件选择根据系统的指标和功能框图，明确各部分任务，进行各单元电路设计、参数计算和器件选择。单元电路的设计单元电路是整机的一部分，只有把单元电路设计好才能提高整机设计水平。每个单元电路设计前都需明确本单元电路的任务，详细拟订出单元电路的性能指标，与前后级之间的联系，分析电路的组成形式。具体设计时，可以模仿成熟的先进的电路，也可以创新或改进，但都必须保证性能要求。而且，不仅单元电路本身要求设计合理，各单元电路间也要互相配合，注意各部分的输入、输出信号和控制信号的关系。参数计算为保证单元电路达到功能指标要求，就需要用电子技术知识对参数进行计算，例如放大电路中各电阻值、放大倍数；振荡器中电阻、电容、振荡频率等参数。只有很好地理解电路的工作原理，正确利用计算公式，计算的参数才能满足设计要求。计算参数时，同一个电路可能有几组数据，注意选择一组能完成电路设计功能、在实践中真正可行的参数。器件选择（1） 阻容元件的选择注意功耗、容量、频率和耐压范围是否满足要求。（2） 分立元件的选择包括二极管、双极型三极管、场效应管、光电二（三）极管等。根据他们的用途分别进行选择。（3） 集成电路的选择根据电路功能、性能指标选择集成电路。注意集成电路的功耗、电源电压、工作速度是否满足设计要求。通过查阅有关设计手册，进行元器件的选择。四、电路图的绘制电路图通常是在系统框图、单元电路设计、参数计算和器件选择的基础上绘制的，它是电路组装、调试和维修的依据。绘制电路图时，注意以下几点：（1） 元器件布局合理、排列均匀、图面清晰、便于阅读。（2） 注意信号流向。一般从输入端或信号源开始，由左至右或上至下按信号的流向依次画出各单元电路，而反馈通路的信号流向则与此相反。（3） 图形符号标准，适当标注。（4） 连线应为直线，尽量少交叉和折弯。1.2设计任务与要求1.2.1数字钟的设计目的1. 掌握数字电子钟的设计方法；2. 掌握常用数字集成电路的功能和使用。1.2.2数字钟的设计要求 1. 能够十进制显示“时”、“分”、“秒” 2. 小时为24进制，分和秒均为60进制。3. 小时高位具有零熄灭功能; 4. 具有整点报时功能; 5. 具有快速校准时间的功能。第二章设计简介及设计方案论述2.1基本设计思路图2-1 数字电子钟原理框图数字电子钟原理如 图2-1 所示。一个具有计时、校时、报时、显示等基本功能的数字钟主要由振荡器、分频器、计数器、译码器、显示器、校时电路、报时电路等七部分组成。石英晶体振荡器产生的信号经过分频器得到秒脉冲，秒脉冲送入计数器计数，计数结果通过“时”、“分”、“秒”译码器译码，并通过显示器显示时间。2.2设计方案论述晶体振荡器和分频器产生稳定的校时信号（2Hz）和“秒”计时信号(1Hz)。对“秒”计时信号进行60 进制计数，形成“分”计时信号和秒计数值；再对“分”计时信号进行60 进制计数，形成“时”计时信号和分计数值；进一步对“时”计时信号进行24 进制计数得到时计数值分计数值和时计数值译码显示时间。 第三章详细设计3.1秒脉冲的产生图3-1 秒脉冲发生器脉冲发生器是数字钟的核心部分，它的精度和稳定度决定了数字钟的质量，通常用晶体振荡器产生标准频率信号经过整形、分频获得1Hz的秒脉冲。石英晶体振荡器的特点是振荡频率准确、电路结构简单、频率易调整。如晶振为32768 Hz，通过15次二分频后可获得1Hz的脉冲输出，电路图如图3-1所示。3.2时钟显示电路设计3.2.1秒计数、译码及显示部分的设计 秒计数器为M=60的计数器，即显示0059，采用中规模集成电路双十进制计数器至少需要一片，因为10 M 100。它的个位为十进制，十位为六进制。本电路采用一片74LS4518实现。当十位位计数至0110，个位计数至0000时，通过 74LS08 二输入与门连至清零端达到清零，当达到0000时，产生上升脉冲送给十位。十位计数至0110时清零。3.2.2 分计数、译码及显示部分的设计 分计数器同秒计数器一样为M=60的计数器，即显示0059，采用中规模集成电路双十进制计数器至少需要一片，因为10 M 100。它的个位为十进制，十位为六进制。本电路采用两片74LS4518实现。当秒计数器十位计数至0110时清零，达到0000时产生上升沿脉冲送入分计数器的个位开始计数。当个位计数至1010时清零产生上升脉冲送给十位。十位计数至0110时继续清零。分计数和秒计数单元为60进制计数器，其输出也为8421BCD码 图 3-2 秒计数译码电路 图3-3 分计数译码电路分计数器同秒计数器一样为M=60的计数器，即显示0059，采用中规模集成电路双十进制计数器至少需要一片，因为10 M 100。它的个位为十进制，十位为六进制。本电路采用两片74LS4518实现。当秒计数器十位计数至0110时清零，达到0000时产生上升沿脉冲送入分计数器的个位开始计数。当个位计数至1010时清零产生上升脉冲送给十位。十位计数至0110时继续清零。分计数和秒计数单元为进制计数器，其输出也为码。3.2.3 时计数、译码及显示部分的设计 时为二十四进制计数器，显示为0023，个位仍为十进制，而十位为三进制，但当十进位计到2，而个位计到4时清零，就为二十四进制了。时计数进位类似于分和秒。译码器都使用74LS4511 图3-4 时计数译码电路 3.3报时电路设计当计数至59分59秒时电路报时，所以将秒计数电路4518 输出 0101 1001 连到四输入与非门芯片 7400上，输出端连至蜂鸣器的一端。分计数器也如此，输出端连至蜂鸣器的另一端即可，这样即可实现报时功能。3.4校时电路 第四章 设计结果及分析4.1 设计结果图 4-1 实验结果显示4.2 结果分析 本次试验基本上实现了任务要求，只是有一点失败，即报时电路没有设计出来，那个校时电路还有正常的电路都设计出来了，校时电路要用到两个3.3k的电阻，通过与非门逻辑电路实现。第五章 总结 5.1 心得体会这一周的课程设计结束了，我们奋斗了三天，老师说这是模拟电子大赛来的，感觉这一下子把理论用到实践上来了，很充实。三个课题，我们组选做的是电子时钟，刚开始感觉就是挺有吸引力的，结果证明也就是这样的，把我所学的真正用到实际上来。刚开始就看到三个课题，感觉都挺好的，都很贴近生活，接近实践，很实用。后来想了一下，感觉电子时钟用到的知识挺贴近我们的所学知识的，因为所用的器件都是我们所熟悉的，比如4518啦，74LS04,4011。我们的第一个上午是发了基本应用工具，研究怎么接线，在理解共阴极数码管的接线方法，两个com端一块与一个500欧的电阻串联接地，然后是几个信号输入a、b、c、d、e、f、g。下午接的是脉冲信号的输入，把计数器放在最后来连接，因为这一步很关键，4060 与分频器相连，得到1HZ 的脉冲信号，输入到计数器。绞线其实挺累手的，不经意的就会把线给剪断，抑或是线长了短了，都要接着修的。绞线挺费事的，手指头有点疼，我们做的还是挺快的，一天就基本接好了，到周三上午就开始调试电路，刚开始要进行通电前的测量，这个很重要，因为万一有什么错误，通电后把器件给烧毁了就麻烦了，接通电源后，发现数码管不会走动，后来又检查线路发现是晶体振荡器接触不良，经过再一次的接线，数字中能够正常的计数和走动了，下一步就是让秒、分、时、能够单独计数，这个还是比较简单的，我想这个是为校时电路做准备的吧。这一步做完之后，就让老师来检查我们的基础任务，顺利通过，老师给加了两分，之后我们开始设计校时电路，这个是根据实验的校时电路来的，把级联电路改为了校时电路，这个需要3.3k的电阻，经过慢慢的连线核查，校时功能出来了，还要有校分电路的链接，刚开始我们是把一个电阻共用，后来发现不行，想了半天想不出原因，终于，第二次接线时发现时集成片的连根电源和地的接线没有连接到相应位置，恍然大悟，终于把它接好了，校时功能实现了，由于发给我们的板子已经太满了，而且时间也剩不多，至于报时电路我们就没有做，不过我会做就行了，老师检查后，又给加了5分，不过实验是两个人的分工，应该配合，好好做事。 我感觉这一次的课程设计要比上一学期的模拟电路的好玩的多，比较直观，我就喜欢这样逻辑性的东西，小有成就感，好像是我们学的东西终于能用上了，以前感觉学的太空洞了，也谢谢老师对我们的指导，挺不错的。附录一 工具清单镊子钳子面包板万用表稳压电源序号功能器件类型、型号及参数数量1振荡器部分CC406012晶振(32768Hz)13电阻：22MW14电容：20pF15可变电容：320pF16分频电路7