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文檔簡介
電子技術課程設計報告專業(yè):電子類年級:2013級學號:20132213740姓名:張培浩成績:指導教師:邱相艷題目數(shù)字電子時鐘設計及波形發(fā)生器的設計數(shù)字電子時鐘1.大致功能:顯示時、分、秒;可以24小時制;具有校時功能,可分別對小時和分鐘單獨校時;由晶體振蕩器提供標準時間的基準信號。由晶振電路產生1Hz標準秒信號。1.1秒、分為00~59六十進制計數(shù)器。1.2時為00~23二十四進制計數(shù)器。1.3可手動校時:能分別進行秒、分、時的校時。只要將開關置于手動位置,可分別對秒、分、時進行手動脈沖輸入調整或連續(xù)脈沖輸入的校正。2.功能具體模塊介紹:秒脈沖發(fā)生器脈沖發(fā)生器是數(shù)字鐘的核心部分,它的精度和穩(wěn)定度決定了數(shù)字鐘的質量,通常用晶體振蕩器發(fā)出的脈沖經(jīng)過整形、分頻獲得1Hz的秒脈沖。如晶振為32768Hz,通過15次二分頻后可獲得1Hz的脈沖輸出。計數(shù)譯碼顯示秒、分、時分別為60、60、24進制計數(shù)器、秒、分均為60進制,即顯示00~59,它們的個位為十進制,十位為六進制。時為二十四進制計數(shù)器,顯示為00~23,個位仍為十進制,而十位為三進制,但當十進位計到2,而個位計到4時清零,就為二十四進制了。所有計數(shù)器的譯碼顯示均采用BCD—七段譯碼器,顯示器采用共陰或共陽的顯示器。校時電路在剛剛開機接通電源時,由于時、分、秒為任意值,所以,需要進行調整。設置開關在手動位置,分別對時、分、秒進行單獨計數(shù),計數(shù)脈沖由單次脈沖或連續(xù)脈沖輸入。3.原理圖及說明分析:1.秒脈沖電路由晶振32768Hz經(jīng)14分頻器分頻為2Hz,再經(jīng)一次分頻,即得1Hz標準秒脈沖,供時鐘計數(shù)器用。2.單次脈沖、連續(xù)脈沖這主要是供手動校時用。若開關K1打在單次端,要調整時、分、秒即可按單次脈沖進行校正。如K1在單次,K2在手動,若開關K1處于連續(xù)端,則校正時,不需要按動單次脈沖,即可進行校正。單次、連續(xù)脈沖均由門電路構成。3.秒、分、時計數(shù)器這一部分電路均使用中規(guī)模集成電路74LS161實現(xiàn)秒、分、時的計數(shù),其中秒、分為六十進制,時為二十四進制。從圖中可以發(fā)現(xiàn)秒、分兩組計數(shù)器完全相同。當計數(shù)到59時,再來一個脈沖變成00,然后再重新開始計數(shù)。圖中利用“異步清零”反饋到/CR端,而實現(xiàn)個位十進制,十位六進制的功能。時計數(shù)器為二十四進制,當開始計數(shù)時,個位按十進制計數(shù),當計到23時,這時再來一個脈沖,應該回到“零”。所以,這里必須使個位既能完成十進制計數(shù),又能在高低位滿足“23”這一數(shù)字后,時計數(shù)器清零,圖中采用了十位的“2”和個位的“4”相與非后再清零。4.譯碼、顯示譯碼、顯示很簡單,采用共陰極LED數(shù)碼管LC5011-11和譯碼器74LS248,當然也可用共陽數(shù)碼管和譯碼器。軟件仿真結果:數(shù)字變化以及應用效果基本正確。注:上圖為電路中用到的二分頻電路測試仿真結果,可見,二分頻應用結果大致正確。PCB版圖:實際成品效果圖:波形發(fā)生器1.大致功能:能產生方波、三角波和正弦波,輸出波形頻率范圍為0.02Hz∽20kHz且連續(xù)可調;正弦波幅值為±10V,失真度小于2%;方波幅值為10V;三角波峰-峰值為20V;各種波形幅值均連續(xù)可調。2.功能具體模塊介紹:先用一塊LM358運放做出方波經(jīng)過積分電路獲得三角波,再由三角波經(jīng)過低通濾波轉為正弦波。3.原理圖及說明分析:沒有接通時,,滯回比較器V0=+UZ,則集成運放同相輸入端,同時給C充電,使VR由0上升,在Vi之前,不變;當時,V0跳變到-VZ。當V0=-VZ時,,同時C經(jīng)反向輸入端等效電阻)使VR降低,在VR>Vi之前V0=-VZ不變,當VR<Vi時,Vi跳變到+VZ。(1)方波部分方波的波幅由穩(wěn)壓管的參數(shù)決定,這里使用10V,方波的周期取決于充放電回路RC的數(shù)值。若R或C其中一個增大,和周期T均會增大,頻率f也會增大。計算周期T:通過對方波發(fā)生電路的分析,可以想象,與改變輸出電壓的占空比,就必須使電容正向和反向充電的時間常數(shù)不同。利用二極管的單向導電性可以引導電流流經(jīng)不同的通路,則占空比可調。則可求出周期T:帶入值得T=48.4f=1/T=20KHz(2)三角波部分在方波發(fā)生電路中,當閾值電壓數(shù)值較小時,可將電容兩端的電壓看成為近似三角波。所以只要將方波電壓作為積分運算電路的輸入,在其輸出就得到三角波電壓。如(b)圖的仿真結果所示,當方波發(fā)生電路的輸出電壓u01=-Uz時,積分運算電路的輸出電壓u0將線性下降;而當u01=Uz時,將線性上升。積分電路的輸入電壓u01,而且u01不是+Uz,就是-Uz,所以輸出電壓的表達式為式中u0(t0)為初態(tài)時的輸出電壓。設初態(tài)時u01正好從-Uz躍變?yōu)?Uz,則式子變?yōu)榉e分電路反向積分,u0隨時間的增長線性下降,一旦u0=-UT,再稍減小,u01將從+Uz躍變?yōu)?Uz。式子變?yōu)閁0(t1)為u01產生躍變時的輸出電壓。積分電路正向積分,u0隨時間的增長線性增大,一旦u0=+UT,再稍加增大,u01將從-UZ躍變?yōu)?UZ,回到初態(tài),積分電路又開始反向積分。電路重復上述過程,因此產生自己震蕩。由以上分析可知,u0是三角波,幅值為±UT;u01是方波,幅值為±UZ,由于積分電路引入了深度電壓負反饋,所以在負載電阻相當大的變化范圍里,三角波電壓幾乎不變。設正向積分起始值為-UT,終了值為+UT,積分時間為二分之一周期,則有+UT=得出震蕩周期震蕩頻率調節(jié)電路中的R5,可以改變震蕩頻率和三角波的幅值。(3)正弦波部分在三角波電壓為固定頻率或頻變化很小的情況下,可以考慮用低通濾波(或帶通濾波)的方法將三角波變換為正弦波,輸入電壓的頻率等于輸出電壓的頻率。將三角波按傅里葉級數(shù)展開其中Um是三角波的幅值。軟件仿真結果:設計感想及總結:個人比較喜歡數(shù)字電路以及模擬電路課程,因為感覺兩門專業(yè)課實際應用性極強,學好理論知識可以應用到實際生活中,真正做出一點很有用途的實物,肯定很有成就感!所以,剛開始聽說要參加電子技術課程設計時,還是感覺非常興奮的,心想終于可以學以致用了,但真正拿到題目,自己動手設計時,卻感覺困難重重,最為重要的是自己很難將學到的理論知識真正有效的應用起來,此外,自己的動手能力也是有待進一步提高,本次課程設計,一路走來,讓我收獲很多:基本上掌握了AltiumDesigner和Multisim兩大電工類軟件的使用,了解了軟件中的電子元器件的名稱、作用以及應用,在實踐中學會了很多設計技巧和規(guī)則,在仿真實踐中學會了如何看圖和讀圖,更為重要的是,在和同學們互相幫助與討論分析的過程中,深刻的了解到團隊互相協(xié)作的重要性以及如何的分析問題和解決問題,真實的體會到了失敗的苦澀和成功的喜悅,也許在真正得到自己想要的結果之前會經(jīng)歷無數(shù)次的失敗,但一定要勇于嘗試,充滿信心和勇氣,堅持不懈,就一定會成功!最后要有足夠的耐心去對待自己的實驗任務,要有責任心和團隊意識,遇到不懂的問題要勤于思考,積極通過網(wǎng)絡和圖書資料去行之有效的查閱自己需要的資料,最后,任何設計都要考慮到實際的應用效果,因為理論和實際往往并不是完全契合的,一切要從實際出發(fā),對自己的設計負責!在此,要特別感謝邱老師的指導與幫助,謝謝老師,祝老師工作順利,身體健康!參考資料:[1]清華大學電子學教研組編,童詩白、華成英主編:《模擬電子技術基礎》[M].(第四版).北京:高等教育出版社,2006.5(2009重?。2]華中工學院電子學教研室編,康華光主編:《電子技術基礎——數(shù)字部分》[M].(第四版).北京:高等教育出版社,1988年[3]清華大學電子學教研組編,閻石主編:《數(shù)學電子技術基礎》[M].(第五版).北京:高等教育出版社,2006.5(2008年重印)[4]遼寧工程技術大學
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