电力拖动与运动控制系统》课程设计Word格式文档下载.docx
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1.3综合设计主要内容
根据题目要求：
v独立进行查阅资料、理论设计、元器件选择。
v电路仿真、验证设计原理。
vPCB板设计。
v印刷线路板组装、焊接、调试。
v撰写科技总结报告
1.4综合设计目的
1、巩固和加深对电子线路基本知识的理解，提高学生综合运用电子技术课程所学知识的能力，使理论和实际有机结合，真正实现由知识向智能的转化。
2、培养学生根据课题需要选学参考书，查阅手册和文献资料的自学能力。
通过独立思考，深入钻研有关问题，学会自己分析问题、解决问题的能力。
3、通过实际电路的设计方案的分析比较、参数计算、元件选取，安装调试等环节，初步掌握简单实用电路的分析方法和工程设计方法。
4、掌握常用仪器设备的正确使用方法，学会简单电路的实验调试和整机指标测试方法，提高动手能力。
5、能按设计任务书的要求，编写设计说明书，能正确反映设计和实验成果，能正确绘制电路图。
6、培养严肃认真的工作作风和科学态度，发扬团队精神。
第二章数字钟
2.1数字钟的构成
数字钟由主体电路和扩展电路构成，主体电路由脉冲信号发生器、分频电路、校准电路、秒（分、时）计数电路、秒（分、时）译码电路、秒（分、时）显示电路构成。
扩展电路由触摸报时、整点报时、仿电台报时、定时控制构成。
示意图如下：
2.2数字钟电路设计
第三章数字钟的分步设计
3.1秒脉冲发生器
秒脉冲发生器是数字钟的核心。
对于秒脉冲发生器的设计有两种方案。
第一种：
用555构成多谐振荡器产生秒脉冲，振荡频率为1Hz。
第二种：
用32768Hz晶振构成秒脉冲信号发生器，（32768Hz脉冲需经过CD4060的14级分频得到2Hz脉冲，再经过CD4040的2分频得到秒脉冲。
3.1.1555构成多谐振荡器（f=1Hz）
1.555定时器的组成
555定时器主要由两个结构完全相同的高精度电压比较器C1和C2，基本RS触发器，泄放晶体管V1及三个5k电阻构成。
2.555定时器构成多谐振动器的特点
1）多谐振荡器是一种无稳态电路。
2）接通电源以后，不需外加触发信号，就能自动地不断翻转，产生矩形波。
3）产生的矩形波中含有谐波分量很多。
3.555定时器构成多谐振动器的工作原理
接通电源后，Vcc通过R1、R2给C充电，Vc逐渐上升。
当Vc升到2/3Vcc时，比较器C1输出低电平VC1=0，555内RS触发器被复位，V1导通，输出V0=0。
之后电容C通过R2和V1放电，使Vc下降。
当Vc下降到1/3Vcc时，比较器C2输出低电平VC2=0，555内RS触发器又被置位，输出V0=1变为高电平。
这时因V1截止，电容C再次充电。
如此周而复始，在输出端得到一个周期性的矩形脉冲。
4.555构成多谐振荡器电路图
参数计算：
f1=1Hz,R1=23KΩ,R2=60KΩ,C1=0.01uf,C2=10uf
3.1.2石英晶体振荡器
选用32768Hz的晶振构成振荡电路
晶体振荡器工作原理：
石英晶片所以能做振荡电路是基于它的电压效应。
从物理学中知道，若在晶片的两个极板间加一电场，会使晶体产生机械变形；
反之，若在极板间施加机械力，又会在相应的方向上产生电场，这种现象称为电压效应。
如在极板间所加的是交变电压，就会产生机械变形振动，同时机械变形振动又会产生交变电压。
一般来说，这中种机械振动的振幅是比较小的，其振动频率则是很稳定的。
但当外加交变电压的频率与晶片的固有频率（决定于晶片的尺寸）相等时，机械振动的幅度将急剧增加，这种现象称为压电谐振，因此，石英晶体振荡器就是这样工作的。
如图所示为电子手表集成电路（5C702）钟的晶体振荡器电路，常采用晶振频率为32768HZ，内部有15级2分频集成电路，所以输出端正好可以得到1Hz的标准脉冲。
CMOS晶体振荡器
由于振荡器的稳定度及频率的精度决定了数字钟计时的准确程度。
实验设计中采用555构成多谐振荡器来产生秒脉冲。
3.2秒、分、小时计数电路
秒、分、时计数电路由秒个位和秒十位计数器，分个位和分十位计数器及时个位和时十位计数器电路构成，其中秒个位和秒十位计数器,分个位和分十位计数器为60进制计数器，时个位和时十位计数器为24进制计数器。
各计数器输出均为两位8421BCD码形式。
秒分计数电路60进制
时计数电路24进制
3.3分频器的设计
实验中采用CD4060来构成分频电路。
CD4060在数字集成电路中可实现的分频次数最高，而且CD4060还包含振荡电路所需的非门，使用更为方便。
CD4060计数为14级二进制计数器，可以将32768Hz的信号分频为2Hz，其内部框图如图所示，从图中可以看出，CD4060的时钟输入端两个串接的非门，
因此可以直接实现振荡和分频的功能。
CD4060内部框图
3.4译码、显示电路
实验中选用CC4511实现译码电路；
选用LG5011AH共阴数码管实现显示电路，将计数器的输出数码转换为数码显示器件所需要的输出逻辑
译码显示设计图
3.5校时电路
当数字钟出现计时误差时，需要校正时间，校时是数字钟应具备的基本功能。
设计中采用的校时方式有“快校时”和“慢校时”两种，“快校时”是，通过开关控制，使计数器对1Hz的校时计数。
“慢校时”是用手动产生单脉冲作校时脉冲。
如下图为校时、校分电路。
其中
为校分用的控制开关，
为校时用的控制开关，他们的控制功能如表所示。
校时脉冲采用分频器输出的1Hz脉冲，当
或
分别为“0”时可以进行“快校时”。
如果校时脉冲由单次脉冲产生器提供，则可以进行“慢校时”。
同时，实验中，分、秒校时互不影响。
控制功能表
3.6仿电台报时电路
访广播电台整点报时电路的功能要求是：
每当数字钟计时快要到整点报时发出声响，通常按照4低调1高音的顺序发出间断声响，以最后一声音响结束的时刻。
设4声低音（约500Hz）分别发生在59分51秒、53秒、55秒及57秒，最后一声高音（约1000Hz）发生在59分59秒，它们的持续时间均为1秒。
因此可得：
只有当分十位的
，分个位的
，秒十位的
及秒个位的
时，音响电路才能工作。
仿电台报时电路
3.7数字钟闹时功能
设置特定的时间发出闹时信号和持续的时间。
例如：
上午7点59分发出闹时信号，持续1分钟
7时59分对应数字钟的计时状态为0111/0101/1001闹时控制信号
时个位分十位分个位
数字钟闹时电路
3.8定点报时功能
设定好准确的时间，当计数到达时，产生报时信号。
3.912归1电路
第四章芯片功能介绍
4.1CC4518双BCD同步加法计数器（国外同类型号：
CD4518、MC4518）
实验中用CC4518构成60进制和24进制计数器，然后进行级联组成秒、分、小时计数
管脚图：
计数状态表
CP
Q4～Q1
0000
1
0001
2
0010
3
0011
4
0100
5
0101
6
0110
7
0111
8
1000
9
1001
功能表
CL（CP0）
EN（CP1）
R
功能
↑
加计数
↓
×
不变
Q3～Q0=0
60进制计数电路
（个位向十位的进位脉冲，需用Q4的下降沿,接EN端。
）
4.2CC45117段锁存/译码/驱动器（国外同类型号：
CD4511、MC4511）
功能表：
显示
输入
输出
LE
BI
LT
D
C
B
A
a
b
c
d
e
f
g
消隐
⨯
锁存
灯测试
功能说明：
（1）灯测试功能：
LT可检查七段显示器各字段是否能正常发光。
当LT=0时，不论
Q0－Q3状态如何，七段全部显示，以检查各字段的好坏。
（2）消隐功能：
当BI=0时，输出a－b都为低电平，各字段熄灭。
（3）数码显示：
当BI=1LT=1LE=0，译码器工作，当Ｑ3Ｑ2Ｑ1Ｑ0端输入8421BCD码
时，译码器对应的输出端输出高电平1，数码显示相应的数字。
（4）锁 存：
在LE从“0”转换到“1”时，输出显示由输入的BCD码决定。
4.3LC5011-11LED/7段（共阴极）数码管
译码/显示电路:
Q3Q2Q1Q0
1.数码管内部已将3端、8端连接在一起，所以使用时，3端接地，8端悬空）。
2.限流电阻计算：
数码管的工作电压为UＤ（手册数据），工作电流为I（手册数据），译码器输出的高电平Ua~g，则限流电阻上的电压应该为U－UＤ，限流电阻阻值：
R ＝（Ua~g－UＤ）／I
4.4CD4060分频器（国外同类型号：
CD4060、MC4060）
分频原理：
Q4：
24=16
↓
Q14：
214=32768/2
1.RC振荡
2.晶体振荡
4.5八D锁所存器
内部结构图：
4.6555定时器
第五章设计总结
5.1EWB仿真中的问题
选用CC4518双BCD同步加法计数器与CC45117段锁存/译码/驱动器实现60秒、60分、24小时译码显示电路，实验前要认真阅读理解这两个CMOS管的管脚图与功能表，注意CMOS器件与TTL集成门之间的不同点与特殊性，否则难以实现相应功能。
实验过程中，由于EWB软件的局限性，导致设想的电路设计不能在EWB软件中实现相应的功能，需加入D触发器、与门、或门通过互相级联（消去分十位一开始显示一的现象等）才能在EWB软件中看到应有的实验结果。
选用两输入与门、电阻、电容实现校时电路（产生脉冲信号），刚开始不知道脉冲信号输出端接入60秒、60分、24小时设计电路的哪个输入管脚，经过团队讨论，解决了这个问题。
555多谐振荡电路，提供数字钟设计电路的总脉冲信号，由于之前有所了解，所以设计时问题不大，但与数字钟电路整合后，发现数码管显示数码较快，我的解决办法是将C2电容由原来的0.01uf改为10uf。
5.2PROTEL设计中的问题
数字钟EWB仿真实验做好后，要将自己做好的设计电路反映到PROTEL中，实现两者思路一致，体现自己的设计方案和设计思路，而不是和老师给的PROTEL图一致，实验过程中，遇到问题相对较多，因为PROTEL学习较早，有些知识点和操作技巧已经遗忘，虽然老师课前给与复习，但感觉还是很生疏。
比如：
库文件的查找与添加，CMOS管的调用，TTL集成门的调用，器件的封装，以及数码管、开关等的制作等都不是非常熟悉。
通过老师和同学的帮助，这些问题都已得到很好的解决。
PROTEL设计好后，开始检查错误，出现了一些错误，最后回到PROTEL设计图，发现校时电路所调用
的原件不正确，导致检查错误时出现很多错误，修正后效果得以实现。
5.3PCB板设计中的问题
在PROTEL设计好并检查无误后，可以进行生成PCB板的操作，但是还是有些器件在PCB板中没有显示出来，经过了解是因为器件没有调用正确。
除去这些问题后发现PCB板中还有一些显示的器件呈现出红色，检查PROTEL中的封装没有错误，经过老师帮助是因为没有添加库文件的缘故。
添加后问题解决。
我的PCB板图制作好后显得有些宽，是因为我把电阻名放在了电阻旁边，如果将名字放在上方或者下方图就可以缩小很多，这一点以后在实验中要好好改善，要做的更细致。
5.4设计体会
第六章参考文献
[1]曹国清.数字电路与逻辑设计.徐州：
中国矿业大学出版社，1998
[2]康华光.电子技术基础（模拟部分）.北京：
高等教育出版社
[3]何荣超.数字电子计数基础.北京：
北京工业大学出版社
第七章附录
7.1印刷电路板的元件分布图
7.2EWB仿真图
7.3数字钟电路PROTEL设计图
7.4PCB印刷电路板
7.5元件清单
7.5.1主板元件清单
序号
名称
型号参数
数量（个）
集成芯片
CC4518
CC4511
CC4060
CC4040
芯片座
16P
11
数码管
LG5011AH
晶振
32768
三极管
PNP（1015）
发光二极管
∮5
10
二极管
IN4007
4148
12
电解电容
100uF／16V
13
电容独石
104
14
电阻1/4W
1MΩ
15
220KΩ
16
470Ω
42
17
220Ω
18
微动开关
6*6*6
19
稳压电源座
∮3.5空心座
20
电路板
17.5.2扩展板元件清单
1
74LS266
74LS273
74LS21
9013
音乐芯片
开关
20-P
14-P
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