电子表实验课程设计.docx

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电子表实验课程设计

中北大学

《电子线路》课程设计说明书

2011/2012学年第一学期

题目：

数字电子钟的设计

学生姓名：

牛俊武学号：

09050741X26

武双雷09050741X27

王鹏09050741X30

学院：

信息商务学院

专业：

通信工程

指导教师：

于丽霞

2012年1月5日

中北大学

《电子线路》课程设计任务书

2011/2012学年第一学期

学院：

信息商务学院

专业：

通信工程

学生姓名：

牛俊武学号：

09050741X26

课程设计题目：

电子时钟的设计

起迄日期：

2011年12月26日～2012年1月6日

课程设计地点：

通信工程专业实验室

指导教师：

于丽霞

系主任：

赵冬娥

下达任务书日期:

2011年12月26日

课程设计任务书

1．设计目的：

1）综合运用所学的理论知识，掌握一般电子线路分析和设计的基本方法和步骤；

2）培养一定的独立分析问题、解决问题的能力；

3）实践利用EDA软件绘制电子线路原理图、PCB图及仿真；

4）学会说明书的规范整理和书写。

2．设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：

采用运算放大集成电路和音频功率放大集成电路设计—个对话筒输出信号具有放大功能的扩声电路。

其要求如下：

1）时间以12小时为一个周期；

2）显示时、分、秒；

3）具有校时功能，可以分别对时及分进行单独校时，使其校正到标准时间；

4）计时过程具有报时功能，当时间到达整点前10秒进行蜂鸣报时；

5）为了保证计时的稳定及准确须由晶体振荡器提供表针时间基准信号。

6）画出电路原理图（或仿真电路图）；

7）元器件及参数选择；

8）编写设计报告写出设计的全过程，附上有关资料和图纸，有心得体会。

3．设计工作任务及工作量的要求

1）分析设计任务，查阅相关资料；

2）确定系统方案，设计各模块电路，计算参数，分析其特性，使其满足题目要求；

3）用相关软件进行仿真；并用PROTEL或其他软件绘制所设计系统的原理图及PCB图；

4）按格式要求撰写课程设计说明书。

4．设计成果形式及要求：

1）用计算机仿真软件制图或仿真；

2）课程说明书用计算机打印，并装订；

3）电子文档一份。

5．主要参考文献：

1毕满清主编．电子技术实验与课程设计.第3版.北京：

机械工业出版社，2005

2陈晓文主编．电子线路课程设计.第1版.北京：

电子工业出版社，2004

3谢自美主编.电子线路综合设计.第1版.武汉：

华中科技大学出版社，2006

6．工作计划及进度：

2011年12月26日~12月27日分析设计任务书，查阅相关资料及设计手册；

2011年12月28日~12月30日确定系统方案，组成模块框图，设计各模块电路；

2012年1月1日~1月3日分析电路各参数及其特性并绘制电子线路原理图、

PCB图及仿真分析，并撰写课程设计说明书；

2012年1月4日~1月5日按格式要求完成课程设计说明书；

2012年1月6日成绩考核

系主任审查意见：

签字：

年月日

1．设计的任务与要求…………………………………………………………………1

2.方案论证与选择……………………………………………………………………1

3.单元电路的设计和元器件的选择…………………………………………………5

3.1十进制电路的设计……………………………………………………………6

3.2六十进制计数电路的设计………………………………………………………6

3.3双六十进制计数电路的设计……………………………………………………6

3.4时间计数电路的设计……………………………………………………………7

3.5校正电路的设计………………………………………………………………8

3.6时钟电路的设计………………………………………………………………8

3.7整点报时电路的设计…………………………………………………………8

3.8主要元件的选择…………………………………………………………9

4.系统电路总图及原理……………………………………………………………10

5.经验体会…………………………………………………………………………10

参考文献……………………………………………………………………………11

附录A：

系统电路原理图……………………………………………………………12

数字电子钟的设计

1.设计的任务与要求

数字钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置，与机械式时钟相比具有更高的准确性和直观性，且无机械装置，具有更更长的使用寿命，因此得到了广泛的使用。

数字钟从原理上讲是一种典型的数字电路，其中包括了组合逻辑电路和时序电路。

因此，我们此次设计数字钟就是为了了解数字钟的原理，从而学会制作数字钟。

而且通过数字钟的制作进一步的了解各种在制作中用到的中小规模集成电路的作用及实用方法。

且由于数字钟包括组合逻辑电路和时叙电路。

通过它可以进一步学习与掌握各种组合逻辑电路与时序电路的原理与使用方法。

1.1设计指标

1.时间以12小时为一个周期；

2.显示时、分、秒；

3.具有校时功能，可以分别对时及分进行单独校时，使其校正到标准时间；

4.计时过程具有报时功能，当时间到达整点前10秒进行蜂鸣报时；

5.为了保证计时的稳定及准确须由晶体振荡器提供表针时间基准信号。

1.2设计要求

1.画出电路原理图（或仿真电路图）；

2.元器件及参数选择；

3.编写设计报告写出设计的全过程，附上有关资料和图纸，有心得体会。

2.方案论证与选择

2.1数字钟的系统方案

数字钟实际上是一个对标准频率（1HZ）进行计数的计数电路。

由于计数的起始时间不可能与标准时间（如北京时间）一致，故需要在电路上加一个校时电路，同时标准的1HZ时间信号必须做到准确稳定。

通常使用石英晶体振荡器电路构成数字钟。

图1数字电子钟方案框图

2.2晶体振荡器电路

晶体振荡器电路给数字钟提供一个频率稳定准确的32768HZ的方波信号，可保证数字钟的走时准确及稳定。

不管是指针式的电子钟还是数字显示的电子钟都使用了晶体振荡器电路。

一般输出为方波的数字式晶体振荡器电路通常有两类，一类是用TTL门电路构成；另一类是通过CMOS非门构成的电路，本次设计采用了后一种。

如图（b）所示，由CMOS非门U1与晶体、电容和电阻构成晶体振荡器电路，U2实现整形功能，将振荡器输出的近似于正弦波的波形转换为较理想的方波。

输出反馈电阻Ｒ１为非门提供偏置，使电路工作于放大区域，即非门的功能近似于一个高增益的反相放大器。

电容C1、C2与晶体构成一个谐振型网络，完成对振荡频率的控制功能，同时提供了一个180度相移，从而和非门构成一个正反馈网络，实现了振荡器的功能。

由于晶体具有较高的频率稳定性及准确性，从而保证了输出频率的稳定和准确。

图2CMOS晶体振荡器（仿真电路）

2.3时间计数电路

一般采用十进制计数器如74HC290、74HC390、74LS160等来实现时间计数单元的计数功能。

本次设计中选择74LS160由其内部逻辑框图（如图3）可知，其为十进制异步计数器，并每一计数器均有一个异步清零端（高电平有效）。

图374LS160内部功能图

秒个位计数单元为十进制计数器，无需进制转换，只需将ＱＡ与ＣＰＢ（上升沿有效）相连即可。

ＣＰＡ（下降没效）与１ＨZ秒输入信号相连，Ｑ３可作为向上的进位信号与十位计数单元的ＣＰＡ相连。

2.4译码驱动及显示单元电路

选择CD4511作为显示译码电路；选择LED数码管作为显示单元电路。

由DCD-HEX把输进来由数码管显示出来。

这里的LED数码管是采用共阴的方法连接的。

计数器实现了对时间的累计并以8421BCD码的形式输送到DCD-HEX芯片，片把BCD码转变为七段数码送到数码管中显示出来。

2.5校时电路

数字钟应具有分校正和时校正功能，因此，应截断分个位和时个位的直接计数通路，并采用正常计时信号与校正信号可以随时切换的电路接入其中。

即为用COMS与或非门实现的时或分校时电路，In1端与低位的进位信号相连；In2端与校正信号相连，校正信号可直接取自分频器产生的1HZ或2HZ（不可太高或太低）信号；输出端则与分或时个位计时输入端相连。

当开关打向下时，因为校正信号和0相与的输出为0，而开关的另一端接高电平，正常输入信号可以顺利通过与或门，故校时电路处于正常计时状态；当开关打向上时，情况正好与上述相反，这时校时电路处于校时状态。

实际使用时，因为电路开关存在抖动问题，所以一般会接一个RS触发器构成开关消抖动电路，所以整个较时电路就如图6。

图6带有消抖电路的校正电路

2.6整点报时电路

电路应在整点前10秒钟内开始整点报时，即当时间在59分50秒到59分59秒期间时，报时电路报时控制信号。

当时间在59分50秒到59分59秒期间时，分十位、分个位和秒十位均保持不变，分别为5、9和5，因此可将分计数器十位的QＣ和QＡ、个位的QＤ和QＡ及秒计数器十位的QＣ和QＡ相与，从而产生报时控制信号。

报时电路可选74HC30来构成。

74HC30为8输入与非门。

图7整点报时电路

3.单元电路的设计与元器件选择

数字钟从原理上讲是一种典型的数字电路，可以由许多中小规模集成电路组成，所以可以分成许多独立的电路。

3.1十进制电路的设计

由74LS160、数码管组成，电路如图9。

图9十进制电路

3.2六十进制电路的设计

由两个数码管、两74LS160芯片组成，电路如图10.

图10六十进制电路

3.3双六十进制电路的设计

由2个六十进制连接而成，把分个位的输入信号与秒十位的Qc相连，使其产生进位，电路图如图11。

图11双六十进制电路

3.4时间计数电路的设计

由1个十二进制电路、2个六十进制电路组成，因上面已有一个双六十电路，只要把它与十二进制电路相连即可，详细电路见图12。

图12时间计数电路

3.5校正电路的设计

由74CH51D、74HC00D与电阻组成，校正电路有分校正和时校正两部分，电路如图13。

图13校正电路

3.6时钟电路的设计

由晶体与2个30pF电容、1个4060、一个10兆的电阻组成，芯片3脚输出2Hz的方波信号，电路如图14。

图14时钟电路

3.7整点报时电路

由与门、非门和蜂鸣器组成，当时间在59:

50到59:

59时，蜂鸣报时，电路如图15。

图15整点报时电路

3.8主要元器件的选择

1．74LS160集成块6块；

2．报警器4V-0.5W

3.电容

4.与门、非门、或门若干

4.系统电路总图及原理

将设计的各个单元电路进行级联，得到数字电子钟系统电路原理图见附录A。

5．经验体会

通过这次对数字电子钟的设计作，让我了解了电路设计的基本步骤，也让我了解了关于数字钟的原理与设计理念，要设计一个电路先进行软件模拟仿真再进行实际的电路制作。

但是最后的成品却不一定与仿真时完全一样，因为，再实际接线中有着各种各样的条件制约着。

而且，在仿真中无法成功的电路接法，在实际中因为芯片本身的特性而能够成功。

所以，在设计时应考虑两者的差异，从中找出最适合的设计方法。

通过这次学习，让我对各种电路都有了大概的了解，所以说，坐而言不如立而行，对于这些电路还是应该自己动手实际操作才会有深刻理解。

参考文献：

1.《电子技术实验与课程设计》毕满清主编

2.《数字电子技术基础》韩焱主编王康谊张艳花副主编毕满清主审

分个位

秒十位

秒个位

附录A：

系统电路原理总图

时十位

时个位

分十位