電子綜合技能培訓(xùn)課程設(shè)計

1、電子綜合技能培訓(xùn)課 程 設(shè) 計 學(xué) 部 機(jī)械與電子信息學(xué)部 專 業(yè) 通信工程 學(xué) 號 22222222 姓 名 3333333 指導(dǎo)教師 xxx 日 期 2011-2-28 一、 實驗內(nèi)容1.系統(tǒng)原理框圖數(shù)字鐘是一個對標(biāo)準(zhǔn)頻率（1hz）進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)時間（如北京時間）一致，故需要在電路上加一個校時電路，同時標(biāo)準(zhǔn)的1hz時間信號必須做到準(zhǔn)確穩(wěn)定。通常使用石英晶體振蕩器電路構(gòu)成數(shù)字鐘。圖1所示為數(shù)字鐘的一般構(gòu)成框圖。圖 1系統(tǒng)原理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(zhǔn)確的32768z的方波信號，可保證數(shù)字鐘的走時準(zhǔn)確及穩(wěn)定。不管是指針式的電

2、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32768hz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(jìn)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(jìn)制計數(shù)器，而根據(jù)設(shè)計要求，時個位和時十位計數(shù)器為24進(jìn)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。整點(diǎn)報時電路：一般時鐘都應(yīng)具備整點(diǎn)報時電路功能,即在時間出現(xiàn)

3、整點(diǎn)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(fù)雜的也可以是實時語音提示。2方案設(shè)計與論證振蕩器是數(shù)字鐘的核心。振蕩器的穩(wěn)定度及頻率的精確度決定了數(shù)字鐘計時的準(zhǔn)確程度，通常選用石英晶體構(gòu)成振蕩器電路。石英晶體振蕩器的作用是產(chǎn)生時間標(biāo)準(zhǔn)信號。因此，一般采用石英晶體振蕩器經(jīng)過分頻得到這一時間脈沖信號。石英晶體振蕩電路:采用的32768晶體振蕩電路,其頻率為32768hz,然后再經(jīng)過15分頻電路可得到標(biāo)準(zhǔn)的1hz的脈沖輸出.r的阻值,對于ttl門電路通常在0.72k之間;對于cmos門則常在10100m之間。2.2分頻器電路通常，數(shù)字鐘的晶體振蕩器輸出頻率較高

4、，為了得到1hz的秒信號輸入，需要對振蕩器的輸出信號進(jìn)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2進(jìn)制計數(shù)器來實現(xiàn)。例如，將32768hz的振蕩信號分頻為1hz的分頻倍數(shù)為32768（），即實現(xiàn)該分頻功能的計數(shù)器相當(dāng)于15級2進(jìn)制計數(shù)器。從盡量減少元器件數(shù)量的角度來考慮，這里可選多極進(jìn)制計數(shù)電路cd4060和cd4040來構(gòu)成分頻電路。cd4060和cd4040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。cd4060計數(shù)為級進(jìn)制計數(shù)器，可以將32768z的信號分頻為z，其內(nèi)部框圖如圖2.1所示，從圖中可以看出，cd4060的時鐘輸入

5、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 2.1 cd4046內(nèi)部框圖 圖5.2 cd4040內(nèi)部框圖cd4040計數(shù)器的計數(shù)模數(shù)為4096（），其邏輯框圖如圖5.2。如將32768hz信號分頻為1hz，則需外加一個8分頻計數(shù)器，故一般較少使用cd4040來實現(xiàn)分.2.3時間計數(shù)器電路一般采用10進(jìn)制計數(shù)器來實現(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74hc390，其內(nèi)部邏輯框圖如圖6所示。該器件為雙2-5-10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 74hc390(1/2)內(nèi)部邏輯框圖秒個位計數(shù)單元為10進(jìn)制計數(shù)器，無需進(jìn)制轉(zhuǎn)換，只需將與

6、（下降沿有效）相連即可。（下降沒效）與1hz秒輸入信號相連，可作為向上的進(jìn)位信號與十位計數(shù)單元的相連。秒十位計數(shù)單元為6進(jìn)制計數(shù)器，需要進(jìn)制轉(zhuǎn)換。將10進(jìn)制計數(shù)器轉(zhuǎn)換為進(jìn)制計數(shù)器的電路連接方法如圖7所示，其中可作為向上的進(jìn)位信號與分個位的計數(shù)單元的相連。圖 4 10進(jìn)制-6進(jìn)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(jìn)位信號應(yīng)與分十位計數(shù)單元的相連，分十位計數(shù)單元的作為向上的進(jìn)位信號應(yīng)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(yīng)為24進(jìn)制計數(shù)器，不是10的整數(shù)倍，因此

7、需將個位和十位計數(shù)單元合并為一個整體才能進(jìn)行24進(jìn)制轉(zhuǎn)換。利用1片75hc390實現(xiàn)24進(jìn)制計數(shù)功能的電路如圖8所示。另外，圖8所示電路中，尚余2進(jìn)制計數(shù)單元，正好可作為分頻器2hz輸出信號轉(zhuǎn)化為1hz信號之用。圖 5 24進(jìn)制計數(shù)器電路2.4譯碼驅(qū)動及顯示單元電路譯碼電路的功能是將“秒”、“分”、“時”計數(shù)器的輸出代碼進(jìn)行翻譯，變成相應(yīng)的數(shù)字。用于驅(qū)動led七段數(shù)碼管的譯碼器常用的有74ls48。74ls48是bcd-7段譯碼器/驅(qū)動器，其輸出是oc門輸出且低電平有效，專用于驅(qū)動led七段共陽極顯示數(shù)碼管。如圖9所示。若將“秒”、“分”、“時”計數(shù)器的每位輸出分別接到相應(yīng)七段譯碼器的輸入端，

8、便可進(jìn)行不同數(shù)字的顯示。2.5校時電路通常，校正時間的方法是：首先截斷正常的計數(shù)通路，然后再進(jìn)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(yīng)具有分校正和時校正功能，因此，應(yīng)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。3單元電路的設(shè)計3.1時間脈沖產(chǎn)生電路的設(shè)計圖 6 產(chǎn)生1hz時間脈沖的電路圖cd4060同時構(gòu)成振蕩電路和分頻電路。如圖14，在mr和rs之間接入振蕩器外接元件可實現(xiàn)振蕩，并利用時計數(shù)電路中多一個2分頻器可實現(xiàn)15級2分頻，即可得1hz信號。3.2計數(shù)電路的設(shè)

9、計秒、分計數(shù)器為60進(jìn)制計數(shù)器。小時計數(shù)器為24進(jìn)制計數(shù)器。實現(xiàn)這兩種模數(shù)的計數(shù)器采用中規(guī)模集成計數(shù)器cc40161。3.2.1 60進(jìn)制計數(shù)器的設(shè)計“秒”計數(shù)器電路與“分”計數(shù)器電路都是60進(jìn)制，它由一級10進(jìn)制計數(shù)器和一級6進(jìn)制計數(shù)器連接構(gòu)成。如圖4.所示由cc40161構(gòu)成的60進(jìn)制計數(shù)器。首先將兩片cc40161設(shè)置成十進(jìn)制加法計數(shù)器，將兩片計數(shù)器并行進(jìn)位則最大可實現(xiàn)100進(jìn)制的計數(shù)器?，F(xiàn)要設(shè)計一個60進(jìn)制的計數(shù)器，可利用“反饋清零”的方法實現(xiàn)。當(dāng)計數(shù)器輸出“2q32q22q12q0、1q3q2q1q0=0110、0000”時，通過門電路形成一置數(shù)脈沖，使計數(shù)器歸零。圖 7 60進(jìn)制計

10、數(shù)器電路圖3.2.2 24進(jìn)制計數(shù)器的設(shè)計同理當(dāng)個位計數(shù)狀態(tài)為“q3q2q1q0=0100”，十位計數(shù)器狀態(tài)為“q3q2q1q0=0010”時，要求計數(shù)器歸零。圖 8 9 24進(jìn)制計數(shù)器圖3.3校時電路的設(shè)計數(shù)字種啟動后,每當(dāng)數(shù)字鐘顯示與實際時間不符進(jìn),需要根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)時間進(jìn)行校時。?！懊搿睍r，采用等待校時。?！胺帧?、“時”的原理比較簡單，采用加速校時.對校時電路的要求是 :1在小時校正時不影響分和秒的正常計數(shù) 。2在分校正時不影響秒和小時的正常計數(shù) 。如圖17所示，當(dāng)開關(guān)打向下時，因為校正信號和0相與的輸出為0，而開關(guān)的另一端接高電平，正常輸入信號可以順利通過與或門，故校時電路處于正常計時狀態(tài)；

11、當(dāng)開關(guān)打向上時，情況正好與上述相反，這時校時電路處于校時狀態(tài)。與非門可選74ls00，非門則可用與非門2個輸入端并接來代替節(jié)省芯片。因此實際使用時，須對開關(guān)的狀態(tài)進(jìn)行消除抖動處理，圖17為加2個0.01uf的電容。二、 實驗?zāi)康脑O(shè)計一個數(shù)字鐘，具體要求如下：1、 設(shè)計一個數(shù)字鐘的電路圖，要求明細(xì)要利用到的電子器材。2、 該數(shù)字鐘有分別由留個數(shù)目管顯示最后結(jié)果，要求秒、分、時針各自依據(jù)各自的作用實現(xiàn)功能。（設(shè)計一個借口與七段led顯示器，顯示一個計時時鐘，顯示初始值為0，每隔一秒改變一次顯示值，60s為一分鐘，60min為一小時，led顯示器循環(huán)顯示時，分，秒的動態(tài)值）3、 通過制作數(shù)字鐘了解到

12、一些相關(guān)電子產(chǎn)品的制作基礎(chǔ)，學(xué)會查漏補(bǔ)缺，了解相關(guān)電子器材的功能，從而為以后的工作打下堅實的基礎(chǔ)。三、 實驗設(shè)備及器材清單24 元器件清單名稱個數(shù)（個）24腳插座316腳插座714腳插座11l7805cv1二極管1100uf電容1103電容11m電阻2晶振1發(fā)光二極管1220歐電阻1按鍵25.1k電阻2100歐電阻3電路板174hc041cd40601cd4013174hc08174hc32174hc906cd451167段數(shù)碼管6四、 硬件電路框圖五、 實驗小結(jié)在此次的數(shù)字鐘設(shè)計過程中，更進(jìn)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。這學(xué)期數(shù)電實驗課的考試就是做的數(shù)字鐘

13、，所以在計數(shù)模塊上面有以前的經(jīng)驗，設(shè)計技術(shù)模塊很快就得出了正確的結(jié)果，雖然跟實驗室用得芯片不一樣，但原理不一樣，我也得出結(jié)論，不同的電路可以實現(xiàn)同樣的功能，我們應(yīng)該設(shè)計最簡單，最經(jīng)濟(jì)，最實用的電路。當(dāng)然這個不一定所有條件都符合，找到一個最大限度滿足各種條件的方案是我們設(shè)計的目標(biāo)。每次課程設(shè)計是一次難得的鍛煉機(jī)會，讓我們能夠充分利用所學(xué)過的理論知識還有自己的想象的能力，另外還讓我們學(xué)習(xí)查找資料的方法，以及自己處理分析電路，設(shè)計電路的能力。我相信是對我的一個很好的提高。平時在學(xué)習(xí)理論知識的時候，我們應(yīng)該更注重實踐，應(yīng)付考試有考試的方法。這次的課程設(shè)計讓我懂得了它們在實際中的用途，還有我們身邊的很多

14、數(shù)字鐘電路，這些都是我們自己可以實現(xiàn)的，以前那些神秘的東西在不斷的學(xué)習(xí)過程中變得不再那么神秘，我相信，以后還有更多的謎底被揭開。通過這次課程設(shè)計，我還更加深了理論知識的學(xué)習(xí)。這次的設(shè)計電路我用到了計數(shù)器、譯碼器等，通過自己分析和設(shè)計更好地運(yùn)用了它們，而且還學(xué)會了它們更多的功能，發(fā)現(xiàn)它們的功能遠(yuǎn)比書上說的多很多，可以利用不同的接法設(shè)計出各種各樣不同的電路出來。模電課程設(shè)計學(xué)到得方法在這里可以繼續(xù)使用，比如multisim等學(xué)習(xí)軟件，給設(shè)計提供了很大的便利。課程設(shè)計機(jī)會不多，這學(xué)期很好，有足夠的時間，上學(xué)期因為模電課程設(shè)計臨近期末才給出來，做得很匆忙，覺得不是敷衍老師，而是敷衍自己。雖然自己很努力的做了，但覺得做得不夠好，難免有點(diǎn)遺憾。這學(xué)期本來課不多，課程設(shè)計又給得比較早，自己認(rèn)真做了，覺得還是小有收獲。碰到的問題越讓人絕望，因為我焊的比較慢，宿舍的同學(xué)們都差不多焊完了，而且檢查也過了關(guān)，心里難免有些壓力，于是星期五晚上我一直焊到了兩點(diǎn)，終于焊完了，可是檢查發(fā)現(xiàn)只有秒針運(yùn)行正常，時針和分針都有問題，但是因為太晚