電工與電子技術課程設計封面

1、電工與電子技術課程設計報告專業(yè)： 淮陰繼續(xù)教育學院 班級： 10機械一體化（專） 學號： 1 6 姓名： 陳 銳 淮陰工學院繼續(xù)教育處2010-2011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33.1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74. 元器件84.1實驗中所需的器材85.功能塊電路圖116.心得體會117.參考文獻121、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

2、數(shù)字鐘的設計與制作。2、設計方案1、任務要求l 時鐘的“時”要求用兩位顯示;上、下午用發(fā)光管作為標志；l 時鐘的“分”、“秒”要求各用兩位顯示；l 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；l 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n 由石英晶體多諧振蕩器和分頻器產(chǎn)生1HZ標準秒脈沖。n “秒電路”、“分電路”均為0059的六十進制計數(shù)、譯碼、顯示電路； n “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

3、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32768z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。分頻器電路分頻器電路將3

4、2768z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。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。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。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） 晶體振蕩器電路晶體振

5、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，非門與晶體、電容和電阻構(gòu)成晶體振蕩器電路，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、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，

6、其頻率較低，有利于減少分頻器級數(shù)。從有關手冊中，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10M。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3-2 COMS晶體振蕩器）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z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，一般采用多級進制計數(shù)器來實現(xiàn)。例如，將z的振蕩信號分頻為Z的分頻倍數(shù)為（），即實現(xiàn)該分頻功能的計數(shù)器相當于極進制計數(shù)器。常用的進制計數(shù)器有等。 本電路采

7、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。計數(shù)為級進制計數(shù)器，可以將Z的信號分頻為Z，其內(nèi)部框圖如圖3-3所示，從圖中可以看出，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3-3 CD4046內(nèi)部框圖）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)單元一般為進制計數(shù)器計數(shù)器，其輸出為兩位碼形式；分計數(shù)和秒計數(shù)單元為進制計數(shù)器，其輸出也為碼。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，其內(nèi)部邏輯框圖如圖.所示。該器

8、件為雙異步計數(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3-4 74HC390(1/2)內(nèi)部邏輯框圖 秒個位計數(shù)單元為進制計數(shù)器，無需進制轉(zhuǎn)換，只需將與（下降沿有效）相連即可。（下降沒效）與Z秒輸入信號相連，可作為向上的進位信號與十位計數(shù)單元的相連。秒十位計數(shù)單元為進制計數(shù)器，需要進制轉(zhuǎn)換。將進制計數(shù)器轉(zhuǎn)換為進制計數(shù)器的電路連接方法如圖3-5所示，其中可作為向上的進位信號與分個位的計數(shù)單元的相連。 圖3-5 10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)單元的作為向上的進位信號應與分十位計數(shù)單元的相連，分十位計

9、數(shù)單元的作為向上的進位信號應與時個位計數(shù)單元的相連。 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)單元應為進制計數(shù)器，不是的整數(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進制轉(zhuǎn)換。利用片實現(xiàn)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，尚余進制計數(shù)單元，正好可作為分頻器Z輸出信號轉(zhuǎn)化為Z信號之用。 圖3-6 12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。

10、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

11、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l 10M電阻5個l 500電阻14個l 30p電容2個l CD4511集成塊6塊l CD4060集成塊1塊l 74HC390集成塊3塊l 74HC51集成塊1塊l 74HC00集成塊4塊l 74HC30集成塊1塊l 32.768k時鐘晶體1個l 共陰八段數(shù)碼管6個l 蜂鳴器1個l 網(wǎng)絡線2米l 鑷子1把l 剪刀1把l 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)

12、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5-1 4511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5-2 74390十進制計數(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5-3 74390六進制計數(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

13、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5-96、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

14、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。