电子技术基础电子时钟课设.doc

中原工学院电子技术(下)课程设计 电子技术(下)课程设计题目名称：多功能电子时钟的设计院系名称：电子信息学院班 级： 学 号：学生姓名： 指导教师： 2011年12月24日摘 要多功能电子时钟是一个对标准频率进行技术的计数电路。在设计时采用了振荡电路CC4060分频电路74HC74计数电路74HC4518译码电路74HC4511以及与非门集成芯片74LS00进行安装，最终在数码管上显示出来。安装时用振荡器及分频器产生单位秒脉冲，考虑计时电路的清零，秒分时芯片各设计为60、60、24进制，实现了数字中设计所要求的各项功能：时钟显示功能；整点报时功能;快速校准时间功能。关键词：振荡、数字钟、计数电路、译码器AbstractMulti functional electronic clock is one of the standard frequency count circuit technology. Used in the design of the oscillation circuit CC4060, a divider circuit, counting circuit, 74HC74 74HC4518 decoding circuit 74HC4511 and a NAND gate integrated chip 74LS00 installation, culminating in the digital tube display. When installing oscillator and frequency divider generating unit second pulse, consider the timing circuit cleared, second time chip design for 60, 60, 24 m, realized the digital clock in the design requirements of the various functions: clock display function; the whole point timekeeping function; fast calibration time function.Key words：Oscillation circuit、 Digital Clock、 count circuit、 decoding 目 录中文摘要Abstract目录1 绪论11.1 电子技术课程设计概要11.1.1 电子技术课程设计的目的与意义11.1.2 电子技术课程设计的基本步骤和方法21.2 课程设计与要求21.2.1 电子时钟设计任务书31.2.2 电子时钟设计目的31.2.3 电子时钟设计要求42 电子时钟设计方案简述12 2.1 电子时钟基本原理122.2 设计方案论述133 各器件详细介绍153.1 振荡电路153.2 分频电路153.3 计数电路153.4 译码显示电路153.5 校时电路363.6 整点报时电路364 实验总结434.1 实验心得364.2 实验建议37附录一：工具清单37附录二：元器件清单37附录三：主要元器件的引脚图和功能表37绪论本课程是专业基础课，课程设计是重要的实践教学环节。本课程的基本任务是着重提高学生在数字集成电路应用方面的实践技能，树立严谨的科学作风，培养学生综合运用理论知识解决实际问题的能力。学生通过电路设计，安装，调试，整理资料等环节，初步掌握工程设计方法和组织实践的基本技能，逐步开展科学实践的程序和方法。电子技术是一门实践性很强的课程，该课程加强工程训练，特别是技能的培养，对于培养工程人员的素质和能力具有十分重要的作用。在电子信息类本科教学中，课程设计是一个重要的实践环节，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。需要同学们自主完成方案的设计、画出单个集成器件的方框图、画出构成方框图的各单元的逻辑电路图，最后画出整体逻辑图环节。在这个过程中，需要同学们自主根据所需逻辑单元查询功能表，最终选择合适的集成器件。通过课程设计各环节的实践，应使学生达到如下要求：根据设计任务和指标，初选电路；通过调查研究，设计计算，却东电路方案：选择元器件，安装电路，独立进行试验，并通过调试改进方案；分析实验结果，写出设计总结报告；学会自我分析、找出解决问题的办法；对设计中遇到的问题，能独立思考，查阅资料，寻找答案；掌握一些测试电路的基本方法，事件中出现一般故障，能通过“分析、观察、判断、试验、再判断”的基本方法独立解决；能对实验结果进行分析和评价； 通过严格的科学训练和工程设计实践，树立严肃认真、一丝不苟、实事求是的科学作风，并培养学生具有一定的生产观、经济观及团结协作的精神。 1.1 电子技术课程设计概要l 画出电路原理图l 元器件及参数选择l 电路仿真及调试，A4纸打印原理图和接线图l 实验室完成电路连接及调试l 设计报告中写出设计与制作过程，附上相关资料和图纸1.1.1 电子技术课程设计的目的与意义l 通过课程设计要实现的目标与意义：l 学生初步掌握电子线路的设计、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，并通过组装调试等实践活动，使电路达到要求。l 课程设计为后续的专业设计打好基础。毕业设计是系统的工程设计实践，而课程设计的着眼点是让学生开始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，为今年后从事技术工作撰写报告和技术资料打下基础。1.1.2 电子技术课程设计的基本步骤和方法（1）方案设计l 明确待设计系统的总体方案l 将系统方案划分为相对独立的单元l 设计并实施每个独立单元l 把单元电路组装成带设计系统（2）方案实验（3）工艺设计（4）样机制作及调试（5）总结鉴定是否达标（6）撰写设计报告1.2 课程设计与要求（1）设计过程以小组为单位，负责组织和协调本小组的讨论和任务分工等。（2）设计过程必须在本组内独立完成，不得跨组参考或抄袭，避免方案雷同。（3）设计报告一律采用中原工学院专用课程设计报告纸，用统一封面装订。（4）课程设计在1-2周内完成。（5）实验报告采用全国电子设计大赛报告格式；l 电子版课程设计报告纸面用A4只。l 页眉书写中原工学院课程设计报告（5号宋体）。页脚书写于右侧。l 设计报告正文大标题用小三号宋体、小标题用四号宋体、内容用小四号宋体。l 报告从正文开始统一编页码、左侧装订。封皮采用统一样式。l 纸质版同时上交，可以打印。（5）最后一天进行设计方案的评选，推出优秀设计方案。（6）针对实验过程中出现的问题，进行讨论研究，并针对实验提出合理的建议。1.2.1 电子时钟设计任务书中 原 工 学 院电子技术(下)课程设计任务书姓名韩贝贝学号200900474110学院电子信息学院班级电气091班题 目多功能电子时钟的设计设计任务1、基本部分1)、由振荡电路产生秒脉冲信号；2)、经分频电路、计数电路、译码电路，由数码管显示；3)、秒和分电路为60进制，小时电路为24进制；2、发挥部分1)、可以增加校正电路，对秒、分、小时进行校对；2)、可以增加报时电路，整点前进行“四低一高”报时；时间进度总体时间为1周；星期一上午：讲解；星期一下午：理解电路原理；星期二上午：发放元器件和工具，设计电路和连线；星期四上午：验收电路；星期日之前：上交课程设计报告；主要参考文献1 康华光。电子技术基础 数字部分(第五版)。北京：高等教育出版社，2006；2 康华光。电子技术基础 模拟部分(第五版)。北京：高等教育出版社，2006；3 电子技术(下)实验指导书，中原工学院电子技术课程组 自编，2011；1.2.2 电子时钟设计目的（1）掌握数字电子时钟的设计方法（2）掌握常用数字集成电路的功能和使用方法（3）熟悉常用集成器件的引脚排列（4）了解面包板结构及其接线方法（5）了解设计题目的组成及工作原理1.2.3 电子时钟设计要求（1）设计一台能准确计时，以十进制数形式显示时分秒的多功能电子时钟钟。（2）小时为24进制，分和秒为60进制。（3）有校时功能，可以分别对时，分信号进行单独校时。（4）能整点报时。要求报时声为四低一高，最后一响为整点。2 电子时钟设计方案简述数字电子原理图如下所示。一个具有计时、校时、显示灯基本功能的数字钟有振荡器、分频器、计数器、译码器、显示器、校时电路、报时电路等组成。晶振产生的信号经过分频器的到秒脉冲，秒脉冲送入计数器计数，计数结果通过时分秒译码器译码，并通过显示器进行显示时间。2.1 电子时钟基本原理多功能电子时钟实习上是一个对标准频率进行计数的计数电路。多功能电子时钟是采用数字电路实现时分秒数字显示的计时装置。具体实现过程为：用石英晶体振荡器产生一个标准秒信号，设计60进制计数器，即60秒累计为1分；同样设计，60分为一个小时，并以24小时为一计时周期：各自引到显示器能显示时分秒；具有整点报时功能，要求报时声音四低一高，最后一响为整点：由于计数的起始时间不可能与标准时间一致，故需要添加一个校时电路，同时标准的1赫兹时间信号必须做到准确稳定。若有误差，应有校时电路进行校正。2.2 设计方案论述石英晶体振荡器和分频器产生稳定的校时信号（2赫兹）和秒计时信号（1赫兹）。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；在对分计时信号进行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。秒计数值，分计数值和时计数值译码显示时间。3 各器件详细介绍该电子时钟的设计有振荡电路、分频电路、计数器电路、译码电路、显示电路等组成，下面我们分别介绍。3.1振荡电路本实验的振荡电路是有集成器件CD4060构成，又称为脉冲产生器。脉冲产生器为数字中的核心部分，它的精度和稳定度决定了数字中的质量，通常用晶体振荡器产生标准频率信号经过整形、分频获得1赫兹的秒脉冲。石英振荡器的特点是振荡频率准确、电路结构简单、频率容易调整。如晶振为32768赫兹，通过15次二分频可获得1赫兹的脉冲输出，电路如上图所示。相关参数：20PF电容,3-20PF可调电容，32768赫兹的晶振，22兆欧的电阻，CD4060集成器件3.2 分频电路因为CD4060产生的时间信号频率为2赫兹，为了得到1赫兹的秒脉冲信号输入，需要对振荡器的输出信号进行分频。通常是用计数器来实现分频的，可采用多级十进制计数器来是实现。例如：2赫兹的振荡信号分频为1赫兹的分频倍数为2，即实现该分频功能需要1级十进制计数器来实现，只需将低位的Q3和高位的CP连接即可。实验室常用的十进制计数器有74LS90、CD4518等，本实验采用的是后者CD4518。3.3 计数电路时间技术单元有时计数，分计数和秒计数三个部分组成。秒计数单元为60进制计数器，需要两位十进制计数器，可以先级联成100进制的计数器，再找出归零信号实现60进制计数功能。秒信号连接原理图秒计数器为M=60的计数器，即显示为0059，采用中规模集成电路双十进制计数器至少需要2片，因为10M100。本电路采用两个半片的CD4518级联而成，由于CD4518为BCD码形式，当高低位计数值01100000时，通过而输入与非门连至清零端达到清零，当达到00000000时，产生上升脉冲送给分位。分计数单元为60进制计数器，需要两位十进制计数器，可以先级联成100进制的计数器，再找出归零信号实现60进制计数功能。分信号连接原理图分计数器为M=60的计数器，即显示为0059，采用中规模集成电路双十进制计数器至少需要2片，因为10M100。本电路采用两个半片的CD4518级联而成，由于CD4518为BCD码形式，当高低位计数值01100000时，通过而输入与非门连至清零端达到清零，当达到00000000时，产生上升脉冲送给时位。时进位单元应为24进制计数器，和分计数和秒计数一样，都是按自然态序计数，所以组成时计数器的两个十进制计数器必须先级联为100进制，再找出归零信号实现24进制。小时信号连接原理图时为24进制计数器，显示为0024，采用中规模集成电路双十进制计数器至少需要2片，因为10M100。本电路采用两个半片的CD4518级联而成，由于CD4518为BCD码，故高低位为00000010时，通过二输入与非门连至清零端清零。3.4 译码显示电路时、分、秒计数器的输出信号，需要经过译码显示电路，实验室常用的译码显示电路是74LS247、74LS248、CD4511等，本实验采用的是后者，即CD4511。实验室选用的显示器件为半导体数码管，或称为LED数码管。（1）共阳极数码管的两个com端均接Vcc（2）共阴极数码管的两个com端均接地由于CD4511为输出高电平有效，故本实验采用后者，即共阴极数码管揭发，为防止电流过大，可加几百欧的限流电阻。注：CD4511功能表参考附录三3.5 校时电路校时电路的方法：首先截断正常的计数通路