电子技术课程设计-电子钟设计报告.doc

湖南工业大学课 程 设 计资 料 袋 电气与信息工程 学院（系、部） 2011-2012 学年第 1 学期 课程名称 电子技术课程设计 指导教师 职称 讲师 学生姓名 专业班级 电自094 学号 37 题 目 电子钟设计 成 绩 起止日期 2012 年 01 月 03 日 2012 年 01 月 07 日目 录 清 单序号材 料 名 称资料数量备 注1课程设计任务书12课程设计说明书13课程设计图纸张4总计资料56 湖南工业大学 课程设计任务书2011年 2012 学年第 1 学期 电气与信息工程 学院（系、部） 电气工程及自动化 专业 电自094班级课程名称： 电子技术课程设计 设计题目： 电子钟设计 完成期限：自 2012 年 01 月 03 日至 2012 年 01 月 07 日共 1 周内容及任务一、设计目的数字钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置，与机械式时钟相比具有更高的准确性和直观性，且无机械装置，具有更更长的使用寿命，因此得到了广泛的使用。数字钟从原理上讲是一种典型的数字电路，其中包括了组合逻辑电路和时序电路。因此，我们此次设计与制做数字钟就是为了了解数字钟的原理，从而学会制作数字钟。而且通过数字钟的制作进一步的了解各种在制作中用到的中小规模集成电路的作用及实用方法，且由于数字钟包括组合逻辑电路和时序电路，通过它可以进一步学习与掌握各种组合逻辑电路与时序电路的原理与使用方法。二、设计要求（1）设计指标时间以12小时为一个周期；显示时、分、秒；具有校时功能，可以分别对时及分进行单独校时，使其校正到标准时间；计时过程具有报时功能，当时间到达的秒数为你的学号时进行灯光报时；脉冲信号由555震荡电路提供，选择合适的元件参数。（2）设计要求画出电路原理图（或仿真电路图）；元器件及参数选择；电路仿真与调试（用ewb软件）；（3）编写设计报告写出设计的全过程，附上有关资料和图纸，有心得体会。三、设计工作量电子钟电路设计说明书一份；电子钟电路原理总图一份。进度安排起止日期工作内容20012.01.03讲授设计的一般步骤和方法、设计的要求、布置设计题目。20012.01.0406学生进行设计2012.01.07学生修改、打印设计报告主要参考资料（1） 康华光 电子技术基础 模拟部分（第五版） 高等教育出版社 2007年（2） 刘手义 数字电子技术（第二版） 西安电子科技大学 2008年（3） 康华光 电子技术基础 模拟部分（第五版） 高等教育出版社 2007年电子技术课程设计设计说明书电子钟设计起止日期： 2012 年 01 月 03 日 至 2012 年 01 月 07 日学生姓名刘晓桂班级电自094学号09401300437成绩指导教师陈玮电气与信息工程学院（部）电子钟设计前言在高新技术日新月异的今天，科学技术已经成为整个社会发展的源动力，电子领域的发展更是令人目不暇接，在其推动下，现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域，遍迹了千家万户，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，同时也使现代电子产品性能进一步提高，产品更新换代的节奏也越来越快。使课程设计越来越受到人们的重视，通过课程设计。可以设计出更好更新的科技产品，这将给科技的发展带来很好的积极作用，也使科技的水平得到一定的提高。同时也可以提高同学们的逻辑思维能力和创新意识。 电子技术密切联系实际，实用性很强，开展电子技术课程设计在电子电气类我认为非常重要，不仅可以学好专业知识，还可以增强动手能力，有利于我们适应未来这个竞争激烈的社会，训练我们综合运用知识能力资料素材的查阅及收集能力，电子元气件的采购,电子电路的组装和调试能力，特别是在电路；多样化的创新方面，从理性和感性上都得到了很大的提高，经过查阅资料，选择方案，设计电路，等过程。各方面都得到了训练。1) 设计目的数字钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置，与机械式时钟相比具有更高的准确性和直观性，且无机械装置，具有更更长的使用寿命，因此得到了广泛的使用。数字钟从原理上讲是一种典型的数字电路，其中包括了组合逻辑电路和时序电路。因此，我们此次设计与制做数字钟就是为了了解数字钟的原理，从而学会制作数字钟。而且通过数字钟的制作进一步的了解各种在制作中用到的中小规模集成电路的作用及实用方法，且由于数字钟包括组合逻辑电路和时序电路，通过它可以进一步学习与掌握各种组合逻辑电路与时序电路的原理与使用方法。2) 设计要求1）设计指标时间以12小时为一个周期；显示时、分、秒；具有校时功能，可以分别对时及分进行单独校时，使其校正到标准时间；计时过程具有报时功能，当时间到达的秒数为你的学号时进行灯光报时 脉冲信号由555震荡电路提供，选择合适的元件参数。（2）设计要求画出电路原理图（或仿真电路图）；元器件及参数选择;电路仿真与调试（用ewb软件）； （3）编写设计报告写出设计的全过程，附上有关资料和图纸，有心得体会。3) 设计任务1、可调时钟模块： 秒、分、时分别为60、60和24进制计数器。用两片74ls290做一个二十四进制, 输入计数脉冲cp加在clka端，把qa与与cplb从外部连接起来，电路将对cp按照8421bcd码进行异步加法计数。通过反馈端，控制清零端清 零，其中个位接成二进制形式，十位接成四进制形式。电路图如下： 同理利用两片74290组成的六十进制计数器，如下图所示将两个六十进制的加法计数器和一个二十四进制的加法计数器进行级联：将秒的十位进位脉冲接到分的个位输入脉冲，将分的十 位进位脉冲接到时的个位输入脉冲，这样就可以组成最基本的电路。2 工作原理及设计思路数字电子钟由信号发生器、“时、分、秒”计数器、译码器及显示器、校时电路、整点报时电路等组成。秒信号产生器是整个系统的时基信号，它直接决定计时系统的精度，一般用555构成的振荡器加分频器来实现。将标准秒脉冲信号送入“秒计数器”，该计数器采用60进制计数器，每累计60秒发出一个“分脉冲”信号，该信号将作为“分计数器”的时钟脉冲。“分计数器”也采用60进制计数器，每累计60分，发出一个“时脉冲”信号，该信号将被送到“时计数器”。“时计数器”采用24进制计数器，可以实现一天24h的累计。译码显示电路将“时、分、秒”计数器的输出状态经七段显示译码器译码，通过六位led显示器显示出来。整点报时电路是根据计时系统的输出状态产生一个脉冲信号，然后去触发音频发生器实现报时。校时电路是来对“时、分、秒”显示数字进行校对调整。其数字电子钟系统框图如下:多谐振荡器3. 基本元器件及组成的电路:3.1 脉冲信号源：秒脉冲信号发生器是数字电子钟的核心部分，它的精度和稳定度决定了数字钟的质量。由振荡器与分频器组合产生秒脉冲信号。3.2 振荡器: 通常用555定时器与rc构成的多谐振荡器，经过调整输出1000hz脉冲。 555定时器的工作原理：555定时器的功能主要由上、下两个比较器1、2的工作状况决定。比较器的参考电压由分压器提供,在电源与地端之间加上电压,且控制端悬空,则上比较器1的反相端“-”加上的参考电压为2/3,下比较器2的同相端“+”加上的参考电压为1/3。若触发端 的输入电压21/3,下比较器2输出为“1”电平,触发器的输入端接受“1”信号,可使触发器输出端为“1”,从而使整个555电路输出为“1”;若阈值端的输入电压62/3,上比较器1输出为“1”电平,触发器的输入端接受“1”信号,可使触发器输出端为“0”,从而使整个555电路输出为“0”。控制电压端外加电压可改变两个比较器的参考电压,不用时,通常将它通过电容(0.01左右)接地。放电管1的输出端为集电极开路输出,其集电极最大电流可达50,因此,具有较大的带灌电流负载能力。若复位端 加低电平或接地,可使电路强制复位,不管555电路原处于什么状态,均可使它的输出为“0”电平。只要在555定时器电路外部配上两个电阻及两个电容元件,并将某些引脚相连,就可方便地构成多谐振荡器。多谐振荡器3.3 分频器: 分频器功能主要有两个，一是产生标准秒脉冲信号，一是提供功能扩展电路所需要的信号，选用三片74ls90进行级联，因为每片为1/10分频器，三片级联好获得1hz标准秒脉冲。其电路图如下：秒 脉 冲 信 号 发 生 器3.4 60进制计数器：利用两片74290组成的60进制计数器如下图所示，输入计数脉冲cp加在clka端，把qa与与cplb从外部连接起来，电路将对cp按照8421bcd码进行异步加法计数。通过反馈端，控制清零端清零，其中个位接成十进制形式，十位接成六进制形式。 60 进 制 计 数 器3.5 24进制计数器：由74290构成的二十进制计数器，将一片74290设计成4进制加法计数器，另一片设置2进制加法计数器。既个位计数状态为qd qc qb qa = 0100十位计数状态为qd qc qb qa = 0010时，要求计数器归零。通过把个位qc、十位qb相与后的信号送到个位、十位计数器的清零端，使计数器清零，从而构成24进制计数器。电路图如下:24 进 制 计 数 器3.6 校时电路如电路图，将时、分电路的计数器直接接到振荡器，再分别由开关“1”及“2”控制电路的接通与断开，实现调时、调分。 校 正 电 路4课程设计的总电路图及仿真图总电路图仿真图5元器件使用说明: 74hc29074hc290是二-五-十进制计数器。它的内部有四个触发器。第一个触发器有独立的时钟输入端cp0（下降沿有效）和输出端qa，构成二进制计数；其余三个触发器以五进制方式相连，其时钟输入为cp1（下降沿有效），输出为qb、qc、qd。 （2） 74290功能表如下:输入输出r01 r02 r91 r92qd qc qb qah h l h h ll h h l h hl l l ll l l lh l l hh l l h l l l l l ll l 计数计数计数计数（3） 555定时器振荡器由555定时器构成。在555定时器的外部接适当的电阻和电容元件构成多谐振荡器，再选择元件参数使其发出标准秒信号。555定时器的功能主要由上、下两个比较器1、2的工作状况决定。比较器的参考电压由分压器提供,在电源与地端之间加上电压,且控制端悬空,则上比较器1的反相端“-”加上的参考电压为2/3,下比较器2的同相端“+”加上的参考电压为1/3。若触发端 的输入电压21/3,下比较器2输出为“1”电平,触发器的输入端接受“1”信号,可使触发器输出端为“1”,从而使整个555电路输出为“1”;若阈值端的输入电压62/3,上比较器1输出为“1”电平,触发器的输入端接受“1”信号,可使触发器输出端为“0”,从而使整个555电路输出为“0”。控制电压端外加电压可改变两个比较器的参考电压,不用时,通常将它通过电容(0.01左右)接地。放电管1的输出端为集电极开路输出,其集电极最大电流可达50,因此,具有较大的带灌电流负载能力。若复位端 加低电平或接地,可使电路强制复位,不管555电路原处于什么状态,均可使它的输出为“0”电平。只要在555定时器电路外部配上两个电阻及两个电容元件,并将某些引脚相连,就可方便地构成多谐振荡器。6).元器件清单型号功能备注74hc290二-五-十进制计数器六片555定时器产生时间延迟和多种脉冲信号一片电阻 1k1个,2151个led显示器六块电键 两个电容0.01uf1个,1k uf1个 7课程设计总结课程设计心得一周的数字电子课程设计，真的让我们每一位同学收获甚多，受益匪浅。不管怎样，我首先还是感谢我们学校领导给了我们这么多自己动手设计的机会，同时感谢我们的带领老师陈玮老师！你们真的辛苦了。这次课程设计，让我们动手、思考和解决问题的能力得到了巨大提升。在整个设计过程中，我们也遇到了不少麻烦，但是通过同学的商讨及老师的耐心帮助下，我们还是顺利地完成了老师布置的任务，设计了这套可行的方案并通过ewb软件仿真。这个方案总共使用了六片74hc290芯片，六片数码管，一个555芯片及两个电容等实现。此设计中也存在许多难点，比如ewb软件曾经没用过，在几天之内熟悉此软件也不是一件容易的事情，尤其对于像我这种没电脑的同学那就更急死人呀，跑网吧，跑电子阅览室，等同学电脑空闲的时候抓紧一分一秒，我真头晕，我现在真正的意识到电脑对于我们每一位大学生来说是多么的重要。此设计还有一个难点就是芯片的选择，熟悉各芯片的功能及管脚是电路设计成功的基础，而我们曾经对74hc290芯片也不是很熟悉，这些难点都要我们去网上查找相关资料，但是还是有许多容易的地方，如数码管0-9与0-6循环显示，这是我们不久前做过的实验内容，这一点只是对实验内容的迁移！。总体来说,这次课程设计使我们每一位同学感受很大，记忆很深，加深了我们对书本知识的理解，以及更好地实现了理论与实践相结合。同时在与同学的探讨中也培养了我们之间的合作精神与友好关系