电子技术综合实验课程设计-数字电子钟

1、 课程设计(综合实验)报告( 2014- 2015年度第一学期)全套设计加扣 3346389411或3012250582名 称： 电子技术综合实验 题 目： 数字电子钟 院 系：能源动力与机械工程学院班 级： 建环1201班 学 号： 学生姓名： 指导教师： 设计周数： 一周 成 绩： 日期：2015年 1月4日目 录电子技术综合实验任务书1一、 综合实验的目的与要求31. 综合实验的目的32. 综合实验的要求33. 数字电子钟的设计要求3二、设计框图及电路系统概述41. 设计思路42. 系统框图4三、 各单元电路的设计方案及原理说明、参数计算51. 计时器52. 校时电路73. 闹钟电路84

2、. 整点报时电路9四、 调试过程11五、 综合实验总结16六、 参考文献17附录18电子技术综合实验任务书一、目的与要求1. 目的1.1 课程设计是教学中必不可少的重要环节，通过课程设计巩固、深化和扩展学生的理论知识与初步的专业技能，提高综合运用知识的能力，逐步增强实际工程训练。1.2 注重培养学生正确的设计思想，掌握课程设计的主要内容、步骤和方法。1.3 培养学生获取信息和综合处理信息的能力、文字和语言表达能力以及协作工作能力。1.4 提高学生运用所学的理论知识和技能解决实际问题的能力及其基本工程素质。2.要求2.1 能够根据设计任务和指标要求，综合运用电子技术课程中所学到的理论知识与实践技

3、能独立完成一个设计课题。2.2 根据课题需要选择参考书籍，查阅手册、图表等有关文献资料。要求通过独立思考、深入钻研课程设计中所遇到的问题，培养自己分析、解决问题的能力。2.3 进一步熟悉常用电子器件的类型和特性，掌握合理选用的原则。2.4 学会电子电路的安装与调试技能，利用“观察、判断、实验、再判断”的基本方法，解决实验中出现的问题。2.5 学会撰写课程设计总结报告。2.6 通过课程设计，逐步形成严肃认真、一丝不苟、实事求是的工作作风和科学态度，培养学生树立一定的生产观点、经济观点和全局观点。2.7 在课程设计过程中，要做到爱护公物、遵守纪律、团结协作、注意安全。二、 主要内容共有6个既有学习

4、价值又有一定的实用性和趣味性的设计课题，学生根据自身情况自由选择其中之一。1. 移位寄存器型彩灯控制器2. 智力竞赛抢答器3. 电子拔河游戏机4. 交通信号灯控制器5. 数字电子钟6. 电子密码锁三、 进度计划序号设计(实验)内容完成时间备注1设计内容讲解、学习资料查找方法半天2发放材料、清点材料、熟悉各种元器件半天3查找资料、设计电路、绘制总体电路草图1天4电路组装并调试或在Multisim上绘制电路图、仿真并调试2天5验收、撰写实验报告1天四、 设计（实验）成果要求1. 学生根据所选课题的任务、要求和条件进行总体方案的设计，通过论证与选择，确定总体方案；然后对方案中单元电路进行选择和设计计

5、算；最后画出总体电路图。2. 预设计经指导教师审查通过后，学生即可向实验室领取所需元器件等材料，在面包板上组装、调试电路，使之达到设计指标要求。3. 在Multisim软件平台上学生可直接设计、仿真和实现，直至达到设计要求。五、 考核方式综合以下指标评定课程设计总成绩：优、良、中、及格和不及格。1. 设计方案的正确性与合理性；2. 实验动手能力(安装工艺水平、调试中分析解决问题的能力以及创新精神等)；3. 总结报告；4. 答辩情况(课题的论述和回答问题的情况)；5. 设计过程中的学习态度、工作作风和科学精神。 学生姓名： 指导教师： 2015年1月5日2 课程 课程设计（综合实验）报告1、 综

6、合实验的目的与要求1. 综合实验的目的1.1 课程设计是教学中必不可少的重要环节，通过课程设计巩固、深化和扩展学生的理论知识与初步的专业技能，提高综合运用知识的能力，逐步增强实际工程训练。1.2 注重培养学生正确的设计思想，掌握课程设计的主要内容、步骤和方法。1.3 培养学生获取信息和综合处理信息的能力、文字和语言表达能力以及协作工作能力。1.4 提高学生运用所学的理论知识和技能解决实际问题的能力及其基本工程素质。2. 综合实验的要求2.1 能够根据设计任务和指标要求，综合运用电子技术课程中所学到的理论知识与实践技能独立完成一个设计课题。2.2 根据课题需要选择参考书籍，查阅手册、图表等有关文

7、献资料。要求通过独立思考、深入钻研课程设计中所遇到的问题，培养自己分析、解决问题的能力。2.3 进一步熟悉常用电子器件的类型和特性，掌握合理选用的原则。2.4 学会电子电路的安装与调试技能，利用“观察、判断、实验、再判断”的基本方法，解决实验中出现的问题。2.5 学会撰写课程设计总结报告。2.6 通过课程设计，逐步形成严肃认真、一丝不苟、实事求是的工作作风和科学态度，培养学生树立一定的生产观点、经济观点和全局观点。2.7 在课程设计过程中，要做到爱护公物、遵守纪律、团结协作、注意安全。3. 数字电子钟的设计要求3.1设计一个能直接显示时、分、秒并可以进行校“时”、校“分”的数字电子钟。小时采用

8、二十四进制。 3.23.2.1设计24小时整点报时控制电路，要求每整点发出一声音响报时。3.2.2.要求只在6-22点之间每整点报时一次，23-5点之间整点不报时。3.3设计任意几点几分均可响铃的闹钟控制电路。响铃1分钟，可提前终止。21二、设计框图及电路系统概述1. 设计思路数字式电子钟的是能够实现时、分、秒的时钟，计时单位为1s、1min和1h，分别为60进制、60进制、24进制。因此，数字式电子钟必须有计时显示电路和秒表脉冲产生电路。其次，当刚接通电源或时钟走时出现误差时，需要进行时间校准，否则就不能正确表示当前时间。因此，数字式电子钟应具有校时电路。另外，要求数字电子钟能够自动整点报时

9、或按要求时间闹铃，还应具有整点报时和闹铃控制的电路。综上所述，数字式电子钟应由三大部分组成：即计时显示电路、秒表脉冲产生电路和控制电路。在软件设计中秒脉冲产生电路用时钟信号源代替，信号源频率为50Hz。2. 系统框图显示译码时计数显示译码分计数显示译码秒计数秒脉冲校时控制整点报时控制闹钟控制控制电路图1 数字电子钟系统框图3、 各单元电路的设计方案及原理说明、参数计算1. 计时器一天24小时，一小时60分钟，一分钟60秒。分、秒计时器为60进制，时计时器为24进制。选用十进制计数器芯片74160N。1.1 分、秒计时器分、秒计时器，分别使用两片十进制计数器芯片74160N级联而成，使用异步清零

10、法实现。当分或秒的十位计数至6（0110），将两个高电位信号1接出送入一个与非门中，与非门输出信号接入十位和个位计数器的清零端。十位计数满6以后异步清零，同时，清零端给分钟一个有效时钟脉冲（74160N接收脉冲为下降沿有效），使得分钟计时器个位得到进位。这样，分秒计时器就完成了60进位。异步清零会给十位带来一个过渡态，即6（0110）。图2 秒钟、分种计时器电路1.2时钟计时器时计时器，即二十四进制计数器：24进制计数器是由两个10进制计数器74160N级联组成，使用异步清零法实现。二十四进制采用了异步清零作用，因为过渡态的时间很短，所以是时间控制为0到23。当十位满足2（0010）个位满足4

11、（0100）时，将两个高位信号1接入与非门，与非门接入清零端，时钟计时器异步清零。异步清零信号表达式，状态图如下：状态图0000 00000000 00010000 00100000 00110000 01110000 01100000 01010000 01000000 10000000 10010001 00000001 00010001 01010001 01000001 00110001 00100001 01100001 01110001 10000001 10010010 00110010 00100010 00010010 0000电路实现如下图：图3 24小时计时器电路2. 校

12、时电路对电子钟的时和分进行校时。当开关拨向校时档时，电子钟暂停工作。通过时、分校时开关分别对时、分进行校对，开关使用单刀双掷开关，开关每上下拨动一次，与开关对应的时或分计数器加1，当调至需要的时与分时，开启运行开关（空格），电子钟从设置的时间开始往后计时。校时完成时，校时开关需停留于高电位。图4 分钟校时电路图5 时钟校时电路3. 闹钟电路闹钟响铃时间的设置方式与校时电路相同，信号源通过74160N芯片给出，来回切换单刀双掷开关输入高低电位给Clock，使得闹钟指示为预订时间。在预订时间和实际时间显示器之间添加一组比较器（74LS85D），比较时钟和分钟显示时间，二者相同时输入一个高电位信号给

13、T触发器（由D触发器构成），由T触发器实现一分钟响铃且可提前打断功能。闹钟蜂鸣器响，如需提前打断，可拨动单刀双掷开关，使T触发器清零，闹钟停止闹铃。电路实现如下图：图6 闹钟设置电路图7 闹钟蜂鸣电路4. 整点报时电路需满足在6点至22点，每次整点报时一次，23点至5点不报时。因为为整点报时，故报时开始时，分秒处必都为0，用比较器74LS85保证分秒处全为0，74LS85的功能表详见附录2。通过逻辑组合电路，实现当时部分为显示为06-22，输出为1，23-05输出为0，将此输出接入第一个比较器的输入端口。最后将比较器的比较输出结果输入蜂鸣器中，完成整点报时。组合逻辑电路由两片74LS138和一

14、片74LS151组合实现。约定：L=1表示整点报时，L=0表示整点不报时。ABCDEF表示输出信号（AB是时的十位信号，CDEF为个位信号，均为8421BCD码），6：00至22:00整点报时真值表见附录3。由卡诺图化简后得逻辑表达式为L=(C+DE)+A(+)+B用逻辑电路实现如下图：图8 整点报时电路下图为保证分秒为同时为0的电路:图9 辅助电路4、 调试过程1 秒钟电路调试图10 秒钟调试电路运行开始，讲开启键（空格）打到电源端，可以看到秒钟数字开始跳转。直到60秒已过，观察到分钟个位的进位为止。为了尽快看到结果，电源频率调整为1kHz。秒钟电路调试完毕。2 分钟电路调试图11 分钟调试

15、电路断开从秒钟来的进位，直接连接到电源上，观察分钟数字是否会跳转。另外，需要观察到分钟满59后向时钟的进位才可停止。同样，为了更快看到结果，将电源频率调整为1kHz。分钟电路调试完毕。3 时钟电路调试图12 时钟调试电路断开从分钟来的进位，直接接入电源。按下开启键（空格），观察到时钟从0变化到23后清零，重新开始计时。时钟电路调试完毕。调试完毕后将原本的线接回。4 分钟校时电路调试图13 分钟校时电路调试运行开始，按下开启键（空格），观察到秒钟开始跳转。再次按下开启键，让计时电路停止运行，敲击“A”键使得Clock端反复在高电位和地之前切换，切换一个来回给分钟一个有效沿（低电平有效），分钟的电

16、路就会跳转一位。观察到显示器按预想方式跳转，分钟校时电路调试完毕。5 时钟校时电路图14 时钟校时电路调试运行开始，按下开启键（空格），观察到秒钟开始跳转。再次按下开启键，让计时电路停止运行，敲击“B”键使得Clock端反复在高电位和地之前切换，切换一个来回给时钟一个有效沿（低电平有效），时钟的电路就会跳转一位。观察到显示器按预想方式跳转，分钟校时电路调试完毕。调试结束，需使“A”、“B”键停止在高电位端。6 闹钟电路调试图15 闹钟电路调试设置任意时刻的闹钟，当时钟走至闹钟设置的时刻，闹钟响铃，响铃时间一分钟。数字键3为打断闹钟的按键，按下3键后，S10接地，D触发器清零，闹钟停止。7整点报

17、时电路调试图16 整点报时电路调试调试中发现，报时电路会在10-22点报时而不是6-22点，观察发现与门和与非门的先后顺序错误导致逻辑关系混乱，改正后能够在6-22时点亮小灯泡。图17 整点报时电路调试后5、 综合实验总结学习了一个学期的电子技术基础以后，我们迎来了电子技术基础的综合实验。做实验之前，我对电子技术的了解只限于纸上谈兵，但是仅仅会理论是不行的，我们需要把理论结合实践，才能把知识应用到生活中去、应用到工程中去。通过本次数字电子钟的综合实验，我对本课程学习的知识有了进一步的了解。实验之初，我对于数字电子钟的思路几乎完全没有，通过在图书馆寻找相关参考书，才一步一步开始设计电路、连接芯片

18、，慢慢上了手。在设计过程中，无数次的连错是小事，设计思路出错才是要命的问题，在一次一次检查与调试中慢慢改正，对芯片的不熟悉也导致设计过程进度缓慢。各个功能如何实现？每个芯片什么功能？怎样连接？每一个问题都在实验过程中得到了解答，加深了我对电子技术的理解和掌握，同时也提升了自己的操作能力。实践是检验真理的唯一标准，不断设计、不断检验、不断改进，才能一步一步接近最终的目标。综合实验锻炼了我独立思考问题的能力和查找资料的能力，虽然这只是一次普通的实验，但这次实验带给我的不仅仅是知识的丰富，更加强了我的动手操作能力，同时，设计的过程激发了我对专业知识的兴趣，我想以后我也不会忘记这一次综合实验吧。6、 参考文献1 刘向军 孙淑艳 电子技术实验指导书 中国电力出版社 第一版 2009年8月2 张瑞华 电子技术基础 高等教育出版社 第一版 2014年5月3 李海燕 张榆锋 电路设计与虚拟仿真 电子工业出版社 第一版 2012年2月附录附录1：完整实验电路附录2：6-22点整点报时真值表约定：L=1表示整点报时，L=0表示整点不报时。ABCDEFB表示输出信号（AB是时的十位信号，CDEF为个位