電子技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)課程設(shè)計(jì)-數(shù)字電子鐘

1、 課程設(shè)計(jì)(綜合實(shí)驗(yàn))報(bào)告( 2014- 2015年度第一學(xué)期)全套設(shè)計(jì)加扣 3346389411或3012250582名 稱： 電子技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn) 題 目： 數(shù)字電子鐘 院 系：能源動(dòng)力與機(jī)械工程學(xué)院班 級(jí)： 建環(huán)1201班 學(xué) 號(hào)： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 設(shè)計(jì)周數(shù)： 一周 成 績(jī)： 日期：2015年 1月4日目 錄電子技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)任務(wù)書1一、 綜合實(shí)驗(yàn)的目的與要求31. 綜合實(shí)驗(yàn)的目的32. 綜合實(shí)驗(yàn)的要求33. 數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)要求3二、設(shè)計(jì)框圖及電路系統(tǒng)概述41. 設(shè)計(jì)思路42. 系統(tǒng)框圖4三、 各單元電路的設(shè)計(jì)方案及原理說明、參數(shù)計(jì)算51. 計(jì)時(shí)器52. 校時(shí)電路73. 鬧鐘電路84

2、. 整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路9四、 調(diào)試過程11五、 綜合實(shí)驗(yàn)總結(jié)16六、 參考文獻(xiàn)17附錄18電子技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)任務(wù)書一、目的與要求1. 目的1.1 課程設(shè)計(jì)是教學(xué)中必不可少的重要環(huán)節(jié)，通過課程設(shè)計(jì)鞏固、深化和擴(kuò)展學(xué)生的理論知識(shí)與初步的專業(yè)技能，提高綜合運(yùn)用知識(shí)的能力，逐步增強(qiáng)實(shí)際工程訓(xùn)練。1.2 注重培養(yǎng)學(xué)生正確的設(shè)計(jì)思想，掌握課程設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容、步驟和方法。1.3 培養(yǎng)學(xué)生獲取信息和綜合處理信息的能力、文字和語(yǔ)言表達(dá)能力以及協(xié)作工作能力。1.4 提高學(xué)生運(yùn)用所學(xué)的理論知識(shí)和技能解決實(shí)際問題的能力及其基本工程素質(zhì)。2.要求2.1 能夠根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)和指標(biāo)要求，綜合運(yùn)用電子技術(shù)課程中所學(xué)到的理論知識(shí)與實(shí)踐技

3、能獨(dú)立完成一個(gè)設(shè)計(jì)課題。2.2 根據(jù)課題需要選擇參考書籍，查閱手冊(cè)、圖表等有關(guān)文獻(xiàn)資料。要求通過獨(dú)立思考、深入鉆研課程設(shè)計(jì)中所遇到的問題，培養(yǎng)自己分析、解決問題的能力。2.3 進(jìn)一步熟悉常用電子器件的類型和特性，掌握合理選用的原則。2.4 學(xué)會(huì)電子電路的安裝與調(diào)試技能，利用“觀察、判斷、實(shí)驗(yàn)、再判斷”的基本方法，解決實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問題。2.5 學(xué)會(huì)撰寫課程設(shè)計(jì)總結(jié)報(bào)告。2.6 通過課程設(shè)計(jì)，逐步形成嚴(yán)肅認(rèn)真、一絲不茍、實(shí)事求是的工作作風(fēng)和科學(xué)態(tài)度，培養(yǎng)學(xué)生樹立一定的生產(chǎn)觀點(diǎn)、經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)和全局觀點(diǎn)。2.7 在課程設(shè)計(jì)過程中，要做到愛護(hù)公物、遵守紀(jì)律、團(tuán)結(jié)協(xié)作、注意安全。二、 主要內(nèi)容共有6個(gè)既有學(xué)習(xí)

4、價(jià)值又有一定的實(shí)用性和趣味性的設(shè)計(jì)課題，學(xué)生根據(jù)自身情況自由選擇其中之一。1. 移位寄存器型彩燈控制器2. 智力競(jìng)賽搶答器3. 電子拔河游戲機(jī)4. 交通信號(hào)燈控制器5. 數(shù)字電子鐘6. 電子密碼鎖三、 進(jìn)度計(jì)劃序號(hào)設(shè)計(jì)(實(shí)驗(yàn))內(nèi)容完成時(shí)間備注1設(shè)計(jì)內(nèi)容講解、學(xué)習(xí)資料查找方法半天2發(fā)放材料、清點(diǎn)材料、熟悉各種元器件半天3查找資料、設(shè)計(jì)電路、繪制總體電路草圖1天4電路組裝并調(diào)試或在Multisim上繪制電路圖、仿真并調(diào)試2天5驗(yàn)收、撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告1天四、 設(shè)計(jì)（實(shí)驗(yàn)）成果要求1. 學(xué)生根據(jù)所選課題的任務(wù)、要求和條件進(jìn)行總體方案的設(shè)計(jì)，通過論證與選擇，確定總體方案；然后對(duì)方案中單元電路進(jìn)行選擇和設(shè)計(jì)計(jì)

5、算；最后畫出總體電路圖。2. 預(yù)設(shè)計(jì)經(jīng)指導(dǎo)教師審查通過后，學(xué)生即可向?qū)嶒?yàn)室領(lǐng)取所需元器件等材料，在面包板上組裝、調(diào)試電路，使之達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)要求。3. 在Multisim軟件平臺(tái)上學(xué)生可直接設(shè)計(jì)、仿真和實(shí)現(xiàn)，直至達(dá)到設(shè)計(jì)要求。五、 考核方式綜合以下指標(biāo)評(píng)定課程設(shè)計(jì)總成績(jī)：優(yōu)、良、中、及格和不及格。1. 設(shè)計(jì)方案的正確性與合理性；2. 實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力(安裝工藝水平、調(diào)試中分析解決問題的能力以及創(chuàng)新精神等)；3. 總結(jié)報(bào)告；4. 答辯情況(課題的論述和回答問題的情況)；5. 設(shè)計(jì)過程中的學(xué)習(xí)態(tài)度、工作作風(fēng)和科學(xué)精神。 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 2015年1月5日2 課程 課程設(shè)計(jì)（綜合實(shí)驗(yàn)）報(bào)告1、 綜

6、合實(shí)驗(yàn)的目的與要求1. 綜合實(shí)驗(yàn)的目的1.1 課程設(shè)計(jì)是教學(xué)中必不可少的重要環(huán)節(jié)，通過課程設(shè)計(jì)鞏固、深化和擴(kuò)展學(xué)生的理論知識(shí)與初步的專業(yè)技能，提高綜合運(yùn)用知識(shí)的能力，逐步增強(qiáng)實(shí)際工程訓(xùn)練。1.2 注重培養(yǎng)學(xué)生正確的設(shè)計(jì)思想，掌握課程設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容、步驟和方法。1.3 培養(yǎng)學(xué)生獲取信息和綜合處理信息的能力、文字和語(yǔ)言表達(dá)能力以及協(xié)作工作能力。1.4 提高學(xué)生運(yùn)用所學(xué)的理論知識(shí)和技能解決實(shí)際問題的能力及其基本工程素質(zhì)。2. 綜合實(shí)驗(yàn)的要求2.1 能夠根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)和指標(biāo)要求，綜合運(yùn)用電子技術(shù)課程中所學(xué)到的理論知識(shí)與實(shí)踐技能獨(dú)立完成一個(gè)設(shè)計(jì)課題。2.2 根據(jù)課題需要選擇參考書籍，查閱手冊(cè)、圖表等有關(guān)文

7、獻(xiàn)資料。要求通過獨(dú)立思考、深入鉆研課程設(shè)計(jì)中所遇到的問題，培養(yǎng)自己分析、解決問題的能力。2.3 進(jìn)一步熟悉常用電子器件的類型和特性，掌握合理選用的原則。2.4 學(xué)會(huì)電子電路的安裝與調(diào)試技能，利用“觀察、判斷、實(shí)驗(yàn)、再判斷”的基本方法，解決實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問題。2.5 學(xué)會(huì)撰寫課程設(shè)計(jì)總結(jié)報(bào)告。2.6 通過課程設(shè)計(jì)，逐步形成嚴(yán)肅認(rèn)真、一絲不茍、實(shí)事求是的工作作風(fēng)和科學(xué)態(tài)度，培養(yǎng)學(xué)生樹立一定的生產(chǎn)觀點(diǎn)、經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)和全局觀點(diǎn)。2.7 在課程設(shè)計(jì)過程中，要做到愛護(hù)公物、遵守紀(jì)律、團(tuán)結(jié)協(xié)作、注意安全。3. 數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)要求3.1設(shè)計(jì)一個(gè)能直接顯示時(shí)、分、秒并可以進(jìn)行?！皶r(shí)”、?！胺帧钡臄?shù)字電子鐘。小時(shí)采用

8、二十四進(jìn)制。 3.23.2.1設(shè)計(jì)24小時(shí)整點(diǎn)報(bào)時(shí)控制電路，要求每整點(diǎn)發(fā)出一聲音響報(bào)時(shí)。3.2.2.要求只在6-22點(diǎn)之間每整點(diǎn)報(bào)時(shí)一次，23-5點(diǎn)之間整點(diǎn)不報(bào)時(shí)。3.3設(shè)計(jì)任意幾點(diǎn)幾分均可響鈴的鬧鐘控制電路。響鈴1分鐘，可提前終止。21二、設(shè)計(jì)框圖及電路系統(tǒng)概述1. 設(shè)計(jì)思路數(shù)字式電子鐘的是能夠?qū)崿F(xiàn)時(shí)、分、秒的時(shí)鐘，計(jì)時(shí)單位為1s、1min和1h，分別為60進(jìn)制、60進(jìn)制、24進(jìn)制。因此，數(shù)字式電子鐘必須有計(jì)時(shí)顯示電路和秒表脈沖產(chǎn)生電路。其次，當(dāng)剛接通電源或時(shí)鐘走時(shí)出現(xiàn)誤差時(shí)，需要進(jìn)行時(shí)間校準(zhǔn)，否則就不能正確表示當(dāng)前時(shí)間。因此，數(shù)字式電子鐘應(yīng)具有校時(shí)電路。另外，要求數(shù)字電子鐘能夠自動(dòng)整點(diǎn)報(bào)時(shí)

9、或按要求時(shí)間鬧鈴，還應(yīng)具有整點(diǎn)報(bào)時(shí)和鬧鈴控制的電路。綜上所述，數(shù)字式電子鐘應(yīng)由三大部分組成：即計(jì)時(shí)顯示電路、秒表脈沖產(chǎn)生電路和控制電路。在軟件設(shè)計(jì)中秒脈沖產(chǎn)生電路用時(shí)鐘信號(hào)源代替，信號(hào)源頻率為50Hz。2. 系統(tǒng)框圖顯示譯碼時(shí)計(jì)數(shù)顯示譯碼分計(jì)數(shù)顯示譯碼秒計(jì)數(shù)秒脈沖校時(shí)控制整點(diǎn)報(bào)時(shí)控制鬧鐘控制控制電路圖1 數(shù)字電子鐘系統(tǒng)框圖3、 各單元電路的設(shè)計(jì)方案及原理說明、參數(shù)計(jì)算1. 計(jì)時(shí)器一天24小時(shí)，一小時(shí)60分鐘，一分鐘60秒。分、秒計(jì)時(shí)器為60進(jìn)制，時(shí)計(jì)時(shí)器為24進(jìn)制。選用十進(jìn)制計(jì)數(shù)器芯片74160N。1.1 分、秒計(jì)時(shí)器分、秒計(jì)時(shí)器，分別使用兩片十進(jìn)制計(jì)數(shù)器芯片74160N級(jí)聯(lián)而成，使用異步清零

10、法實(shí)現(xiàn)。當(dāng)分或秒的十位計(jì)數(shù)至6（0110），將兩個(gè)高電位信號(hào)1接出送入一個(gè)與非門中，與非門輸出信號(hào)接入十位和個(gè)位計(jì)數(shù)器的清零端。十位計(jì)數(shù)滿6以后異步清零，同時(shí)，清零端給分鐘一個(gè)有效時(shí)鐘脈沖（74160N接收脈沖為下降沿有效），使得分鐘計(jì)時(shí)器個(gè)位得到進(jìn)位。這樣，分秒計(jì)時(shí)器就完成了60進(jìn)位。異步清零會(huì)給十位帶來一個(gè)過渡態(tài)，即6（0110）。圖2 秒鐘、分種計(jì)時(shí)器電路1.2時(shí)鐘計(jì)時(shí)器時(shí)計(jì)時(shí)器，即二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器：24進(jìn)制計(jì)數(shù)器是由兩個(gè)10進(jìn)制計(jì)數(shù)器74160N級(jí)聯(lián)組成，使用異步清零法實(shí)現(xiàn)。二十四進(jìn)制采用了異步清零作用，因?yàn)檫^渡態(tài)的時(shí)間很短，所以是時(shí)間控制為0到23。當(dāng)十位滿足2（0010）個(gè)位滿足4

11、（0100）時(shí)，將兩個(gè)高位信號(hào)1接入與非門，與非門接入清零端，時(shí)鐘計(jì)時(shí)器異步清零。異步清零信號(hào)表達(dá)式，狀態(tài)圖如下：狀態(tài)圖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電路實(shí)現(xiàn)如下圖：圖3 24小時(shí)計(jì)時(shí)器電路2. 校

12、時(shí)電路對(duì)電子鐘的時(shí)和分進(jìn)行校時(shí)。當(dāng)開關(guān)撥向校時(shí)檔時(shí)，電子鐘暫停工作。通過時(shí)、分校時(shí)開關(guān)分別對(duì)時(shí)、分進(jìn)行校對(duì)，開關(guān)使用單刀雙擲開關(guān)，開關(guān)每上下?lián)軇?dòng)一次，與開關(guān)對(duì)應(yīng)的時(shí)或分計(jì)數(shù)器加1，當(dāng)調(diào)至需要的時(shí)與分時(shí)，開啟運(yùn)行開關(guān)（空格），電子鐘從設(shè)置的時(shí)間開始往后計(jì)時(shí)。校時(shí)完成時(shí)，校時(shí)開關(guān)需停留于高電位。圖4 分鐘校時(shí)電路圖5 時(shí)鐘校時(shí)電路3. 鬧鐘電路鬧鐘響鈴時(shí)間的設(shè)置方式與校時(shí)電路相同，信號(hào)源通過74160N芯片給出，來回切換單刀雙擲開關(guān)輸入高低電位給Clock，使得鬧鐘指示為預(yù)訂時(shí)間。在預(yù)訂時(shí)間和實(shí)際時(shí)間顯示器之間添加一組比較器（74LS85D），比較時(shí)鐘和分鐘顯示時(shí)間，二者相同時(shí)輸入一個(gè)高電位信號(hào)給

13、T觸發(fā)器（由D觸發(fā)器構(gòu)成），由T觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)一分鐘響鈴且可提前打斷功能。鬧鐘蜂鳴器響，如需提前打斷，可撥動(dòng)單刀雙擲開關(guān)，使T觸發(fā)器清零，鬧鐘停止鬧鈴。電路實(shí)現(xiàn)如下圖：圖6 鬧鐘設(shè)置電路圖7 鬧鐘蜂鳴電路4. 整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路需滿足在6點(diǎn)至22點(diǎn)，每次整點(diǎn)報(bào)時(shí)一次，23點(diǎn)至5點(diǎn)不報(bào)時(shí)。因?yàn)闉檎c(diǎn)報(bào)時(shí)，故報(bào)時(shí)開始時(shí)，分秒處必都為0，用比較器74LS85保證分秒處全為0，74LS85的功能表詳見附錄2。通過邏輯組合電路，實(shí)現(xiàn)當(dāng)時(shí)部分為顯示為06-22，輸出為1，23-05輸出為0，將此輸出接入第一個(gè)比較器的輸入端口。最后將比較器的比較輸出結(jié)果輸入蜂鳴器中，完成整點(diǎn)報(bào)時(shí)。組合邏輯電路由兩片74LS138和一

14、片74LS151組合實(shí)現(xiàn)。約定：L=1表示整點(diǎn)報(bào)時(shí)，L=0表示整點(diǎn)不報(bào)時(shí)。ABCDEF表示輸出信號(hào)（AB是時(shí)的十位信號(hào)，CDEF為個(gè)位信號(hào)，均為8421BCD碼），6：00至22:00整點(diǎn)報(bào)時(shí)真值表見附錄3。由卡諾圖化簡(jiǎn)后得邏輯表達(dá)式為L(zhǎng)=(C+DE)+A(+)+B用邏輯電路實(shí)現(xiàn)如下圖：圖8 整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路下圖為保證分秒為同時(shí)為0的電路:圖9 輔助電路4、 調(diào)試過程1 秒鐘電路調(diào)試圖10 秒鐘調(diào)試電路運(yùn)行開始，講開啟鍵（空格）打到電源端，可以看到秒鐘數(shù)字開始跳轉(zhuǎn)。直到60秒已過，觀察到分鐘個(gè)位的進(jìn)位為止。為了盡快看到結(jié)果，電源頻率調(diào)整為1kHz。秒鐘電路調(diào)試完畢。2 分鐘電路調(diào)試圖11 分鐘調(diào)試

15、電路斷開從秒鐘來的進(jìn)位，直接連接到電源上，觀察分鐘數(shù)字是否會(huì)跳轉(zhuǎn)。另外，需要觀察到分鐘滿59后向時(shí)鐘的進(jìn)位才可停止。同樣，為了更快看到結(jié)果，將電源頻率調(diào)整為1kHz。分鐘電路調(diào)試完畢。3 時(shí)鐘電路調(diào)試圖12 時(shí)鐘調(diào)試電路斷開從分鐘來的進(jìn)位，直接接入電源。按下開啟鍵（空格），觀察到時(shí)鐘從0變化到23后清零，重新開始計(jì)時(shí)。時(shí)鐘電路調(diào)試完畢。調(diào)試完畢后將原本的線接回。4 分鐘校時(shí)電路調(diào)試圖13 分鐘校時(shí)電路調(diào)試運(yùn)行開始，按下開啟鍵（空格），觀察到秒鐘開始跳轉(zhuǎn)。再次按下開啟鍵，讓計(jì)時(shí)電路停止運(yùn)行，敲擊“A”鍵使得Clock端反復(fù)在高電位和地之前切換，切換一個(gè)來回給分鐘一個(gè)有效沿（低電平有效），分鐘的電

16、路就會(huì)跳轉(zhuǎn)一位。觀察到顯示器按預(yù)想方式跳轉(zhuǎn)，分鐘校時(shí)電路調(diào)試完畢。5 時(shí)鐘校時(shí)電路圖14 時(shí)鐘校時(shí)電路調(diào)試運(yùn)行開始，按下開啟鍵（空格），觀察到秒鐘開始跳轉(zhuǎn)。再次按下開啟鍵，讓計(jì)時(shí)電路停止運(yùn)行，敲擊“B”鍵使得Clock端反復(fù)在高電位和地之前切換，切換一個(gè)來回給時(shí)鐘一個(gè)有效沿（低電平有效），時(shí)鐘的電路就會(huì)跳轉(zhuǎn)一位。觀察到顯示器按預(yù)想方式跳轉(zhuǎn)，分鐘校時(shí)電路調(diào)試完畢。調(diào)試結(jié)束，需使“A”、“B”鍵停止在高電位端。6 鬧鐘電路調(diào)試圖15 鬧鐘電路調(diào)試設(shè)置任意時(shí)刻的鬧鐘，當(dāng)時(shí)鐘走至鬧鐘設(shè)置的時(shí)刻，鬧鐘響鈴，響鈴時(shí)間一分鐘。數(shù)字鍵3為打斷鬧鐘的按鍵，按下3鍵后，S10接地，D觸發(fā)器清零，鬧鐘停止。7整點(diǎn)報(bào)

17、時(shí)電路調(diào)試圖16 整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路調(diào)試調(diào)試中發(fā)現(xiàn)，報(bào)時(shí)電路會(huì)在10-22點(diǎn)報(bào)時(shí)而不是6-22點(diǎn)，觀察發(fā)現(xiàn)與門和與非門的先后順序錯(cuò)誤導(dǎo)致邏輯關(guān)系混亂，改正后能夠在6-22時(shí)點(diǎn)亮小燈泡。圖17 整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路調(diào)試后5、 綜合實(shí)驗(yàn)總結(jié)學(xué)習(xí)了一個(gè)學(xué)期的電子技術(shù)基礎(chǔ)以后，我們迎來了電子技術(shù)基礎(chǔ)的綜合實(shí)驗(yàn)。做實(shí)驗(yàn)之前，我對(duì)電子技術(shù)的了解只限于紙上談兵，但是僅僅會(huì)理論是不行的，我們需要把理論結(jié)合實(shí)踐，才能把知識(shí)應(yīng)用到生活中去、應(yīng)用到工程中去。通過本次數(shù)字電子鐘的綜合實(shí)驗(yàn)，我對(duì)本課程學(xué)習(xí)的知識(shí)有了進(jìn)一步的了解。實(shí)驗(yàn)之初，我對(duì)于數(shù)字電子鐘的思路幾乎完全沒有，通過在圖書館尋找相關(guān)參考書，才一步一步開始設(shè)計(jì)電路、連接芯片

18、，慢慢上了手。在設(shè)計(jì)過程中，無數(shù)次的連錯(cuò)是小事，設(shè)計(jì)思路出錯(cuò)才是要命的問題，在一次一次檢查與調(diào)試中慢慢改正，對(duì)芯片的不熟悉也導(dǎo)致設(shè)計(jì)過程進(jìn)度緩慢。各個(gè)功能如何實(shí)現(xiàn)？每個(gè)芯片什么功能？怎樣連接？每一個(gè)問題都在實(shí)驗(yàn)過程中得到了解答，加深了我對(duì)電子技術(shù)的理解和掌握，同時(shí)也提升了自己的操作能力。實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)，不斷設(shè)計(jì)、不斷檢驗(yàn)、不斷改進(jìn)，才能一步一步接近最終的目標(biāo)。綜合實(shí)驗(yàn)鍛煉了我獨(dú)立思考問題的能力和查找資料的能力，雖然這只是一次普通的實(shí)驗(yàn)，但這次實(shí)驗(yàn)帶給我的不僅僅是知識(shí)的豐富，更加強(qiáng)了我的動(dòng)手操作能力，同時(shí)，設(shè)計(jì)的過程激發(fā)了我對(duì)專業(yè)知識(shí)的興趣，我想以后我也不會(huì)忘記這一次綜合實(shí)驗(yàn)吧。6、 參考文獻(xiàn)1 劉向軍 孫淑艷 電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書 中國(guó)電力出版社 第一版 2009年8月2 張瑞華 電子技術(shù)基礎(chǔ) 高等教育出版社 第一版 2014年5月3 李海燕 張榆鋒 電路設(shè)計(jì)與虛擬仿真 電子工業(yè)出版社 第一版 2012年2月附錄附錄1：完整實(shí)驗(yàn)電路附錄2：6-22點(diǎn)整點(diǎn)報(bào)時(shí)真值表約定：L=1表示整點(diǎn)報(bào)時(shí)，L=0表示整點(diǎn)不報(bào)時(shí)。ABCDEFB表示輸出信號(hào)（AB是時(shí)的十位信號(hào)，CDEF為個(gè)位