電工電子技術(shù)課程設計報告封面

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《電工電子技術(shù)》課程設計報告

數(shù)字電子鐘

學生姓名學號專業(yè)班級同組學生提交日期年月日指導教師

南京航空航天大學金城學院

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《電工與電子技術(shù)》課程設計報告

專業(yè)：淮陰繼續(xù)教育學院班級：10機械一體化（專）學號：16姓名：陳銳

淮陰工學院繼續(xù)教育處

201*---201*學年第二學期

目錄

目錄11.摘要32.設計方案…………………………………………………………………………33.設計原理及其框圖………………………………………………………………3

3.1數(shù)字鐘的構(gòu)成33.2數(shù)字鐘的工作原理53.3時間計數(shù)單元63.4譯碼驅(qū)動及顯示單元73.5校時電源電路73.6整點報時電路…………………………………………………………………7

4.元器件……………………………………………………………………………8

4.1實驗中所需的器材8

5.功能塊電路圖……………………………………………………………………116.心得體會………………117.參考文獻…………………………………………………………………………1、摘要

1.熟悉集成電路的引腳安排。2.掌握各芯片的邏輯功能及使用方法。3.了解面包板結(jié)構(gòu)及其接線方法。4.了解數(shù)字鐘的組成及工作原理。5.熟悉數(shù)字鐘的設計與制作。

2、設計方案

1、任務要求

時鐘的“時”要求用兩位顯示;上、下午用發(fā)光管作為標志；時鐘的“分”、“秒”要求各用兩位顯示；

整個系統(tǒng)要有校時部分（可以手動，也可以自動），校時時不能產(chǎn)生進位；系統(tǒng)要有鬧鐘部分，聲音要響5秒（可以是一聲一聲的響，也可以連續(xù)響）。

2、設計原理

由石英晶體多諧振蕩器和分頻器產(chǎn)生1HZ標準秒脈沖。

“秒電路”、“分電路”均為0059的六十進制計數(shù)、譯碼、顯示電路；

“時電路”為0023的二十四進制計數(shù)、譯碼、顯示電路；

3、設計原理及其框圖

1．數(shù)字顯示電子鐘的構(gòu)成

該數(shù)字顯示電子鐘是一個將“時”，“分”，“秒”顯示于數(shù)碼管的計時裝置。它的計時周期為24小時。另外應有校時功能和鬧鐘功能。因此，一個基本的數(shù)字鐘電路主要由譯碼顯示器、“時”，“分”，“秒”，“鬧鐘”、校時電路、報時電路和振蕩器組成。數(shù)字鐘實際上是一個對標準頻率（1HZ）進行計數(shù)的計數(shù)電路。由于計數(shù)的起始時間不可能與標準時間一致，故需要在電路上加一個校時電路，同時標準的1HZ時間信號必須做到準確穩(wěn)定。使用石英晶體振蕩器電路構(gòu)成數(shù)字鐘。

圖3-1所示為數(shù)字鐘的一般構(gòu)成框圖

⑴晶體振蕩器電路

晶體振蕩器電路給數(shù)字鐘提供一個頻率穩(wěn)定準確的32768Ｈz的方波信號，可保證數(shù)字鐘的走時準確及穩(wěn)定。不管是指針式的電子鐘還是數(shù)字顯示的電子鐘都使用了晶體振蕩器電路。⑵分頻器電路

分頻器電路將32768Ｈz的高頻方波信號經(jīng)32768（

）次分頻后得到1Hz的方

波信號供秒計數(shù)器進行計數(shù)。分頻器實際上也就是計數(shù)器。⑶時間計數(shù)器電路

時間計數(shù)電路由秒個位和秒十位計數(shù)器、分個位和分十位計數(shù)器及時個位和時十位計數(shù)器電路構(gòu)成，其中秒個位和秒十位計數(shù)器、分個位和分十位計數(shù)器為60進制計數(shù)器，而根據(jù)設計要求，時個位和時十位計數(shù)器為12進制計數(shù)器。⑷譯碼驅(qū)動電路

譯碼驅(qū)動電路將計數(shù)器輸出的8421BCD碼轉(zhuǎn)換為數(shù)碼管需要的邏輯狀態(tài)，并且為保證數(shù)碼管正常工作提供足夠的工作電流。⑸數(shù)碼管

數(shù)碼管通常有發(fā)光二極管（LED）數(shù)碼管和液晶（LCD）數(shù)碼管，本設計提供的為LED數(shù)碼管。

2．數(shù)字鐘的工作原理１）晶體振蕩器電路

晶體振蕩器是構(gòu)成數(shù)字式時鐘的核心，它保證了時鐘的走時準確及穩(wěn)定。圖3-2所示電路通過ＣＭＯＳ非門構(gòu)成的輸出為方波的數(shù)字式晶體振蕩電路，這個電路中，ＣＭＯＳ非門Ｕ１與晶體、電容和電阻構(gòu)成晶體振蕩器電路，Ｕ２實現(xiàn)整形功能，將振蕩器輸出的近似于正弦波的波形轉(zhuǎn)換為較理想的方波。輸出反饋電阻Ｒ１為非門提供偏置，使電路工作于放大區(qū)域，即非門的功能近似于一個高增益的反相放大器。電容Ｃ１、Ｃ２與晶體構(gòu)成一個諧振型網(wǎng)絡，完成對振蕩頻率的控制功能，同時提供了一個１８０度相移，從而和非門構(gòu)成一個正反饋網(wǎng)絡，實現(xiàn)了振蕩器的功能。由于晶體具有較高的頻率穩(wěn)定性及準確性，從而保證了輸出頻率的穩(wěn)定和準確。

晶體XTAL的頻率選為32768HZ。該元件專為數(shù)字鐘電路而設計，其頻率較低，有利于減少分頻器級數(shù)。

從有關(guān)手冊中，可查得C1、C2均為30pF。當要求頻率準確度和穩(wěn)定度更高時，還可接入校正電容并采取溫度補償措施。

由于CMOS電路的輸入阻抗極高，因此反饋電阻R1可選為10MΩ。較高的反饋電阻有利于提高振蕩頻率的穩(wěn)定性，非門電路可選74HC00。

圖3-2COMS晶體振蕩器

２）分頻器電路

通常，數(shù)字鐘的晶體振蕩器輸出頻率較高，為了得到１Ｈz的秒信號輸入，需要對振蕩器的輸出信號進行分頻。通常實現(xiàn)分頻器的電路是計數(shù)器電路，一般采用多級２進制計數(shù)器來實現(xiàn)。例如，將３２７６８Ｈz的振蕩信號分頻為１ＨZ的分頻倍數(shù)為３２７６８（２１５），即實現(xiàn)該分頻功能的計數(shù)器相當于１５極２進制計數(shù)器。常用的２進制計數(shù)器有７４ＨＣ３９３等。

本電路采用CD4060來構(gòu)成分頻電路。CD4060在數(shù)字集成電路中可實現(xiàn)的分頻次數(shù)最高，而且CD4060還包含振蕩電路所需的非門，使用更為方便。ＣＤ４０６０計數(shù)為１４級２進制計數(shù)器，可以將３２７６８ＨZ的信號分頻為２ＨZ，其內(nèi)部框圖如圖3-3所示，從圖中可以看出，ＣＤ４０６０的時鐘輸入端兩個串接的非門，因此可以直接實現(xiàn)振蕩和分頻的功能。

圖3-3CD4046內(nèi)部框圖

３）時間計數(shù)單元

時間計數(shù)單元有時計數(shù)、分計數(shù)和秒計數(shù)等幾個部分。時計數(shù)單元一般為１２進制計數(shù)器計數(shù)器，其輸出為兩位８４２１ＢＣＤ碼形式；分計數(shù)和秒計數(shù)單元為６０進制計數(shù)器，其輸出也為８４２１ＢＣＤ碼。

一般采用10進制計數(shù)器74HC390來實現(xiàn)時間計數(shù)單元的計數(shù)功能。為減少器件使用數(shù)量，可選７４ＨＣ３９０，其內(nèi)部邏輯框圖如圖２.３所示。該器件為雙２５－１０異步計數(shù)器，并且每一計數(shù)器均提供一個異步清零端（高電平有效）。

圖3-474HC390(1/2)內(nèi)部邏輯框圖

秒個位計數(shù)單元為１０進制計數(shù)器，無需進制轉(zhuǎn)換，只需將ＱＡ與ＣＰＢ

（下降沿有效）相連即可。ＣＰＡ（下降沒效）與１ＨZ秒輸入信號相連，Ｑ３可作為向上的進位信號與十位計數(shù)單元的ＣＰＡ相連。

秒十位計數(shù)單元為６進制計數(shù)器，需要進制轉(zhuǎn)換。將１０進制計數(shù)器轉(zhuǎn)換為６進制計數(shù)器的電路連接方法如圖3-5所示，其中Ｑ２可作為向上的進位信號與分個位的計數(shù)單元的ＣＰＡ相連。

圖3-510進制6進制計數(shù)器轉(zhuǎn)換電路

分個位和分十位計數(shù)單元電路結(jié)構(gòu)分別與秒個位和秒十位計數(shù)單元完全相

同，只不過分個位計數(shù)單元的Ｑ３作為向上的進位信號應與分十位計數(shù)單元的ＣＰＡ相連，分十位計數(shù)單元的Ｑ２作為向上的進位信號應與時個位計數(shù)單元的ＣＰＡ相連。

時個位計數(shù)單元電路結(jié)構(gòu)仍與秒或個位計數(shù)單元相同，但是要求，整個時計數(shù)單元應為１２進制計數(shù)器，不是１０的整數(shù)倍，因此需將個位和十位計數(shù)單元合并為一個整體才能進行１２進制轉(zhuǎn)換。利用１片７４ＨＣ３９０實現(xiàn)１２進制計數(shù)功能的電路如圖3-6所示。

另外，圖3-6所示電路中，尚余－２進制計數(shù)單元，正好可作為分頻器２ＨZ輸出信號轉(zhuǎn)化為１ＨZ信號之用。圖3-612進制計數(shù)器電路

4）譯碼驅(qū)動及顯示單元

計數(shù)器實現(xiàn)了對時間的累計以8421BCD碼形式輸出，選用顯示譯碼電路將計數(shù)器的輸出數(shù)碼轉(zhuǎn)換為數(shù)碼顯示器件所需要的輸出邏輯和一定的電流，選用CD4511作為顯示譯碼電路，選用LED數(shù)碼管作為顯示單元電路。5）校時電源電路

當重新接通電源或走時出現(xiàn)誤差時都需要對時間進行校正。通常，校正時間的方法是：首先截斷正常的計數(shù)通路，然后再進行人工出觸發(fā)計數(shù)或?qū)㈩l率較高的方波信號加到需要校正的計數(shù)單元的輸入端，校正好后，再轉(zhuǎn)入正常計時狀態(tài)即可。根據(jù)要求，數(shù)字鐘應具有分校正和時校正功能，因此，應截斷分個位和時個位的直接計數(shù)通路，并采用正常計時信號與校正信號可以隨時切換的電路接入其中。圖3-7所示即為帶有基本RS觸發(fā)器的校時電路。

圖3-7帶有消抖動電路的校正電路

6）整點報時電路

一般時鐘都應具備整點報時電路功能，即在時間出現(xiàn)整點前數(shù)秒內(nèi)，數(shù)字鐘會自動報時，以示提醒。其作用方式是發(fā)出連續(xù)的或有節(jié)奏的音頻聲波，較復雜的也可以是實時語音提示。

根據(jù)要求，電路應在整點前10秒鐘內(nèi)開始整點報時，即當時間在59分50秒到59分59秒期間時，報時電路報時控制信號。報時電路選74HC30，選電聲器件。

4、元器件

10MΩ電阻5個500Ω電阻14個30p電容2個

CD4511集成塊6塊CD4060集成塊1塊74HC390集成塊3塊74HC51集成塊1塊74HC00集成塊4塊74HC30集成塊1塊32.768k時鐘晶體1個共陰八段數(shù)碼管6個蜂鳴器1個網(wǎng)絡線2米鑷子1把剪刀1把

四連面包板1塊

5、功能塊電路圖

1．一個CD4511和一個LED數(shù)碼管連接成一個CD4511驅(qū)動電路，數(shù)碼管從0---9顯示，以次來檢查數(shù)碼管的好壞，如圖5-1。

圖5-14511驅(qū)動電路

2．利用一個LED數(shù)碼管，一塊CD4511，一塊74HC390，一塊74HC00連接成一個十進制計數(shù)器，電路在晶振的作用下數(shù)碼管從09顯示，見附圖5-2。圖5-274390十進制計數(shù)器

3．利用一個LED數(shù)碼管，一塊CD4511，一塊74HC390，一塊74HC00和一個晶振連接成一個六進制計數(shù)器，數(shù)碼管從06顯示，見圖5-3。

圖5-374390六進制計數(shù)器

4．利用一個六進制電路和一個十進制連接成一個六十進制電路，電路可從059顯示，見附圖5-4。

圖5-4六十進制電路

5．利用兩個六十進制的電路合成一個雙六十進制電路，兩個六十進制之間有進

位，見附圖5-5。圖5-5雙六十進制電路

6．利用CD4060、電阻及晶振連接成一個分頻晶振電路，見附圖5-6。

圖5-6分頻晶振電路7．利用74HC51D和74HC00及電阻連接成一個校時電路，見附圖5-7。

圖5-7校時電路

8．利用74HC30和蜂鳴器連接成整點報時電路。見附圖5-8。

圖5-8整點報時電路

9．利用兩個六十進制和一個十二進制連接成一個時、分、秒都會進位的電路總圖，如圖5-9。

圖5-9

6、心得體會

我們學習了數(shù)字電子電路和模擬電子電路，對電子技術(shù)有了一些初步了解，但那都是一些理論的東西。通過這次數(shù)字電子鐘的課程設計，我們才把學到的東西與實踐相結(jié)合。從中對我們學的知識有了更進一步的理解。

在此次的數(shù)字鐘設計過程中，更進一步地熟悉了芯片的結(jié)構(gòu)及掌握了各芯片的工作原理和其具體的使用方法。也鍛煉了自己獨立思考問題的能力和通過查看相關(guān)資料來解決問題的習慣。雖然這只是一次簡單的課程設計，但通過這次課程設計我們了解了課程設計的一般步驟，和設計中應注意的問題。設計本身并不是有很重要的意義，而是同學們對待問題時的態(tài)度和處理事情的能力。至于設計的成績無須看的太過于重要，而是設計的過程，設計的思想和設計電路中的每一個環(huán)節(jié)，電路中各個部分的功能是如何實現(xiàn)的。各個芯片能夠完成什么樣的功能，使用芯片時應該注意那些要點。同一個電路可以用那些芯片實現(xiàn)，各個芯片實現(xiàn)同一個功能的區(qū)別。另外，我們設計要從市場需求出發(fā)，既要有強大的功能，又要在價格方面比同等檔次的便宜。

在這次設計過程中，我也對word、畫圖等軟件有了更進一步的了解，這使我在以后的工作中更加得心應手。7.參考文獻

1.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)閻石主編高教社

2.電子技術(shù)基礎(chǔ)（數(shù)字部分）康華光主編高教社3.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)艾永樂,付子義中國電力出版社

4.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)陳明義主編中南大學出版5.電工電子實驗教程陳明義主編中南大學出版

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