电工电子技术课程设计.doc

题目_电子钟表的电路设计_班级_学号_姓名_指导_时间_景德镇陶瓷学院电工电子技术课程设计任务书姓名_ 班级 _ 指导老师 设计课题： 设计任务与要求查找一个感兴趣的电工电子技术应用电路，要求电子元件超过3050个或以上，根据应用电路的功能，确定封面上的题目，然后完成以下任务：1、 分析电路由几个部分组成，并用方框图对它进行整体描述；2、 对电路的每个部分分别进行单独说明，画出对应的单元电路，分析电路原理、元件参数、所起的作用、以及与其他部分电路的关系等等；3、 用简单的电路图绘图软件绘出整体电路图，在电路图中加上自己的班级名称、学号、姓名等信息；4、 对整体电路原理进行完整功能描述；5、 列出标准的元件清单；设计步骤1、 查阅相关资料，开始撰写设计说明书；2、 先给出总体方案并对工作原理进行大致的说明；3、 依次对各部分分别给出单元电路，并进行相应的原理、参数分析计算、功能以及与其他部分电路的关系等等说明；4、 列出标准的元件清单；5、 总体电路的绘制及总体电路原理相关说明；6、列出设计中所涉及的所有参考文献资料。设计说明书字数不得少于3000字。参考文献目录1、总体方案与原理说明. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .32、石英晶体振荡器. . . . . . . . . . . . . . . . . . .33、分频器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .44、时间计数单元. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .55、译码驱动电路和显示单元. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .76、校时电路. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .87、总体电路原理相关说明. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88、总体电路原理图. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99、元件清单；. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1010、参考文献. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1111、设计心得体会. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121、总体方案与原理说明 电子钟表，也称作数字化钟表，它是一种用数字显示日、时、分、秒的计时装置。干电路系统由秒信号发生器，时、分、秒计数器，译码器，显示器及校时电路组成。秒信号发生器是整个系统的时基信号，它直接决定计时系统的精度，一般用石英晶体振荡器加分频器来实现，也可以采用多谐振荡器加分频器实现。将标准秒信号送入秒计数器，秒计数器采用60进制计数器，每累计60秒发一个分脉冲信号，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分钟，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进制计时器，可实现对一天24小时的累计。译码显示电路将时、分、秒计数器的输出状态经过七段显示译码器译码，通过六位LED七段显示器显示出来。校时电路是用来对时、分、秒显示数字进行校对调整的。电子钟表的原理方框图如下图所示： 图1电子钟表的原理方框图 由图可知，电子钟表的内部组成为：石英晶体振荡器和分频器组成的秒脉冲发生器；六十进制秒、分计数器，二十四进制（或十二进制）计时计数器；校时电路；译码驱动电路和显示部分等。2、石英晶体振荡器 振荡器是一种将电能转换为具有一定频率的交流电能的装置，而将石英晶体谐振器作为频率控制元件的振荡器就叫做石英晶体振荡器。 石英晶体振荡器的特点是精度高且稳定，振荡频率准确、电路结构简单、频率易调整。它被广泛应用于彩电、计算机、遥控器等各类振荡电路中。它还具有压电效应。 石英晶体振荡器的应用：1、石英钟走时准、耗电省、经久耐用为其最大优点。不论是老式石英钟或是新式多功能石英钟都是以石英晶体振荡器为核心电路，其频率精度决定了电子钟表的走时精度。图2石英晶体振荡器 石英晶体振荡器原理的示意如上图所示，其中V1和V2构成CMOS反相器石英晶体Q与振荡电容C1及微调电容C2构成振荡系统，这里石英晶体相当于电感。振荡系统的元件参数确定了振频率。一般Q、C1及C2均为外接元件。另外Rf为反馈电阻，R为振荡的稳定电阻，它们都集成在电路内部。故无法通过改变C1或C2的数值来调整走时精度。但此时仍可用加接一只电容C有方法，来改变振荡系统参数，以调整走时精度。根据电子钟表走时的快慢，调整电容有两种接法：若走时偏快，则可在石英晶体两端并接电容C，此时系统总电容加大，振荡频率变低，走时减慢。若走时偏慢，则可在晶体支路中串接电容C。此时系统的总电容减小。振荡频率变高，走时增快。3、 分频器 分频器可以解释为是对脉冲信号进行2的n次方分之一的分频，例如把32768HZ的脉冲信号变成1HZ的秒信号。这类分频器通常是利用T触发器实现，每来一个脉冲后触发器状态改变一次，经过n个T触发器处理后就可以得到2的n次方分之一的分频信号。它可以产生标准脉冲信号，提供功能扩展电路所需要的信号一般，数字钟的晶体振荡器输出频率较高，为了得到z的秒信号输入，需要对振荡器的输出信号进行分频。通常实现分频器的电路是计数器电路，采用多级进制计数器来实现。例如，将z的振荡信号分频为Z的分频倍数为（），即实现该分频功能的计数器相当于极进制计数器。常用的进制计数器有等。 电子手表应具有标准的时间源，用它产生频率稳定的1HZ脉冲信号，称为秒脉冲，由于它直接影响到计时器走时的准确度，因此采用石英晶体振荡器，并经多级分频电路后获得秒脉冲信号。采用石英晶体振荡器经计数器分频后产生时基信号的电路。从电路的体积、成本以及分频方便考虑，数字计时器通常采用石英晶体振荡频率为32768HZ，经过十五级二分频电路，便可得到频率为1HZ的秒脉冲信号。因此将四片74161级联，从高位片（4）的Q2输出即可。图3分频器4、时间计数单元 时间计数单元有时计数、分计数和秒计数等几个部分。 时计数单元一般为12进制计数器计数器，其输出为两位码形式；分计数和秒计数单元为60进制计数器，其输出也为码。一般采用10进制计数器74HC390来实现时间计数单元的计数功能。为减少器件使用数量，可选，其内部逻辑框图如图(1)所示。该器件为双异步计数器，并且每一计数器均提供一个异步清零端（高电平有效）。 图(1)74HC390(1/2)内部逻辑框图 秒个位计数单元为进制计数器，无需进制转换，只需将与（下降沿有效）相连即可。（下降没效）与Z秒输入信号相连，可作为向上的进位信号与十位计数单元的相连。秒十位计数单元为进制计数器，需要进制转换。将进制计数器转换为进制计数器的电路连接方法如图(2)所示，其中可作为向上的进位信号与分个位的计数单元的相连。 图(2） 10进制6进制计数器转换电路秒计数器电路 分个位和分十位计数单元电路结构分别与秒个位和秒十位计数单元完全相同，只不过分个位计数单元的作为向上的进位信号应与分十位计数单元的相连，分十位计数单元的作为向上的进位信号应与时个位计数单元的相连。分计数器电路 时个位计数单元电路结构仍与秒或个位计数单元相同，但是要求，整个时计数单元应为进制计数器，不是的整数倍，因此需将个位和十位计数单元合并为一个整体才能进行进制转换。利用片实现进制计数功能的电路如图（3）所示。另外，图（3）所示电路中，尚余进制计数单元，正好可作为分频器Z输出信号转化为Z信号之用。图（3）12进制时计数器电路5、译码驱动电路和显示单元 计数器实现了对时间的累计以8421BCD码形式输出，选用显示译码电路将计数器的输出数码转换为数码显示器件所需要的输出逻辑和一定的电流，选用CD4511七段显示译码器作为显示译码电路。图4 CD4511七段显示译码器选用LED数码管作为显示单元电路 led数码管（LED Segment Displays）是由多个发光二极管封装在一起组成“8”字型的器件，引线已在内部连接完成，只需引出它们的各个笔划，公共电极。led数码管常用段数一般为7段有的另加一个小数点，还有一种是类似于3位“+1”型。位数有半位，1，2，3，4，5，6，8，10位等等.，led数码管根据LED的接法不同分为共阴和共阳两类。图5 LED显示屏6、校时电路 校正时间的方法是：首先截断正常的计数通路，然后再进行人工出触发计数或将频率较高的方波信号加到需要校正的计数单元的输入端，校正好后，再转入正常计时状态即可。根据要求，电子钟表应具有分校正和时校正功能，因此，应截断分个位和时个位的直接计数通路，并采用正常计时信号与校正信号可以随时切换的电路接入其中。图6带有基本RS触发器的校时电路7、 总体电路原理相关说明 电子钟表的干电路系统由秒信号发生器，时、分、秒计数器，译码器，显示器及校时电路组成。秒信号发生器是整个系统的时基信号，它直接决定计时系统的精度，一般用石英晶体振荡器加分频器来实现，也可以采用多谐振荡器加分频器实现，石英振荡器将电能转换为具有一定频率的交流电能，分频器产生标准脉冲信号，提供功能扩展电路所需要的信号，将标准秒信号送入秒计数器，秒计数器采用60进制计数器，每累计60秒发一个分脉冲信号，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分钟，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进制计时器，可实现对一天24小时的累计。译码显示电路将时、分、秒计数器的输出状态经过七段显示译码器译码，通过六位LED七段显示器显示出来。通过校时电路对时、分、秒显示数字进行校对调整的。8、总体电路原理图9、元件清单电源1个示波器1个万用表1个共阴八段数码管6个CD4511集成块6块CD4060集成块1块74HC390集成块3块74HC51集成块1块74HC00集成块5块74HC30集成块1块10M电阻5个500电阻14个30p电容2个时钟晶振1个LED数码管1个10、参考文献1电子报社.电子报合订本J.成都：电子科技大学出版社，19992(美) 马库斯(Markus,J.)原著，计量出版社编辑部组织编译.电子电路大全之日用电路M.北京:计量出版社，19853全新实用电路集粹编辑委员会编著.全新实用电路集粹M.北京：机械工业出版社,20064张慧敏.数字电子技术M.北京:化学工业出版社,20025清华大学电机系电工学教研组集体编写.电工技术与电子技术实验指导M.北京:清华大学出版社,200411、设计心得体会 电子钟表外型小巧，却功能丰富，抱着对电子钟表制作原理的好奇，我选择了这个课题，但它的构造及每部件的应用却没有想象的那么简单。通过在图书馆和网络上查阅有关电子时钟方面的书籍，我了解到它的基本构造，并进一步阅读了每个组成，如石英晶体振荡器，的构成、功能、优点等，这些过程使我认识的自身知识的匮乏，只有自身储存的知识够多，才能理