电子技术课程设计总结报告.docx
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电子技术课程设计总结报告
课程设计总结报告
一、课程名称：
数字电子钟的设计。
二、内容：
设计并制作一台数字电子钟，完成设计说明书。
三、设计内容及要求：
设计内容：
要求由所学的数字电子知识以及查阅有关资料设计并制作出一台数字电子钟。
而且要完成电路的装配和调试。
设计基本框图如下：
数字电子钟的基本框图
要求：
1>.采用位数码管，显示范围0分00秒——9分59秒。
2>.提出至少两种设计实现方案，并优选方案进行设计。
3>.详细说明设计方案，并计算组件参数。
包括选择的依据和原理，参数确定的根据。
4>.提倡有能力的同学在完成上述要求后，提出增强功能的设计方案。
四、比较和选写设计的系统方案，画出系统框图。
方案一：
1>.振荡器由555定时器构成。
在555定时器的外部接适当的电阻和电容组件构成多谐振荡器，再选择组件参数使其发出标准秒信号。
2>.计数器由74LS90集成记数构成。
根据74LS90的菜单可以知道它是一个集成的二—五—十进制计数器。
对于分记数因为显示范围是0——9所以一块芯片就可以构成。
对于秒记数因为显示范围是0——59所以可以用两块并联构成100进制计数器后再强制清零即可。
再外设一定的控制电路。
3>.译码显示电路由74LS49作为译码驱动器和工阴极七段数码显示管构成。
中间设置一定的限流电阻即可。
系统框图如下：
方案一简化的系统框图
方案二：
1>.振荡器和方案一相同仍由555定时器构成。
2>.计数器由74LS90构成。
但是在记数方面和方案一不同，方案一是
符合平时记数逻辑，高位记数由低位进位得来。
而在这个方案中则不是。
它的分记数、秒十位记数以及秒个位记数分别独立。
各个计数器由共同的标准秒振荡器驱动。
只是分记数要经过一个60分频的电路，秒十位记数要经过一个10分频的电路。
而秒个位则直接接入。
整个电路外加一定是设置电路即可。
3>.译码显示电路和方案一相同。
电路基本框图如下：
方案二简化系统框图
两方案的比较：
1、我们从分析电路可以知道两个方案在理论上都是可行的。
2、在难易程度方面：
方案一电路设计简单，所用组件数目少，当然制作就比较简单，而且在后期的调试和维护方面也就相对容易一些。
但是在方案改进上就存在困难了，比如要加一个校时电路就会十分复杂会使电路变的麻烦。
方案二相对与方案一就有点复杂，因为它多了两个分频电路，所用组件数目也就多，不用数制作就会相对于方案一复杂一些，那幺在后期的调试和维护方面也就困难一些。
但是在改进方案方面就有独特的好处。
因为它的各个记数电路相对独立，在操作方面就可以分开处理。
比如同样加一个校时电路就会十分方便的实现，只需要在各个计数器电路设置一些简单的控制电路即可。
3、因为两个电路都是十分简单的电路，所用组件相对于一些大的电路来看就十分的少了，因此在价格方面没有太多的差别，这方面就没有什幺比较的地方了。
4、在电路可靠性方面：
因为方案一比方案二电路简单，根据电路的原则方案一应该是比较可靠的。
因为方案二的分记数和秒十位记数经过了分频电路，而秒个位没有经过分频电路，因此在记数上会因为延时的原因使的记数误差增大。
综合上面的比较，而且这次的设计又没有要求设置校时装置，因此选用方案一进行设计，对于方案二可以经过改进后作为增强功能的改进方案进行设计。
下面就以方案一进行电路的全部设计。
五、单元电路的设计、参数的计算和器件的选择。
1.标准秒振荡器的设计
首先我们来看一下标准秒振荡器的核心555定时器的内部结构和工作原理：
555定时器的内部电路结构图
555定时器的工作原理：
555定时器的功能主要由上、下两个比较器Ｃ1、Ｃ2的工作状况决定。
比较器的参考电压由分压器提供,在电源与地端之间加上ＶＣＣ电压,且控制端ＶＭ悬空,则上比较器Ｃ1的反相端“-”加上的参考电压为2/3ＶＣＣ,下比较器Ｃ2的同相端“+”加上的参考电压为1/3ＶＣＣ。
若触发端Ｓ的输入电压Ｖ2≤1/3ＶＣＣ,下比较器Ｃ2输出为“1”电平,ＳＲ触发器的Ｓ输入端接受“1”信号,可使触发器输出端Ｑ为“1”,从而使整个555电路输出为“1”;若阈值端Ｒ的输入电压Ｖ6≥2/3ＶＣＣ,上比较器Ｃ1输出为“1”电平,ＳＲ触发器的Ｒ输入端接受“1”信号,可使触发器输出端Ｑ为“0”,从而使整个555电路输出为“0”。
控制电压端ＶＭ外加电压可改变两个比较器的参考电压,不用时,通常将它通过电容（0.01μＦ左右）接地。
放电管Ｔ1的输出端Ｑ′为集电极开路输出,其集电极最大电流可达50ｍＡ,因此,具有较大的带灌电流负载能力。
若复位端ＲＤ加低电平或接地,可使电路强制复位,不管555电路原处于什幺状态,均可使它的输出Ｑ为“0”电平。
只要在555定时器电路外部配上两个电阻及两个电容组件,并将某些引脚相连,就可方便地构成多谐振荡器。
其菜单如下：
根据以上关于555定时器的内部结构和工作原理可以初步设计出以下多谐振荡电路：
555构成的多谐振荡电路多谐振荡电路的工作波形
下面我们来计算电路里面的组件参数值：
电路里需要确定的组件参数值有：
R1、R2和电容C的值。
根据电路的计算可以知道多谐振荡电路有如下特征：
t
=0.7R
Ct
=0.7（R
+R
）C则有：
f=
根据计算和我们这次所具有的组件可以得到如下一组组件参数：
R
=1.0K
R
=1.5M
C=1.0
F此时根据已知公式计算可以知道f
1HZ。
整个标准秒振荡器就设计完了。
2.计数器的设计
1>.先按照方案一设计：
根据前面的叙述可以知道，要完成分、秒的计时要用到三块74LS90集成计数器。
对于分计时因为要求显示范围是0——9，因此一块就可以完成了，但是对于秒显示范围是0——59，因此要两块才可以完成。
在设计的时候每个计数器先让其各自的CP
接各自的Q
构成十进制计数器，而后再将两个并联构成100进制的计数器，再强制清零就可以了，也就是当计数出现01100000时即刻马上清零，由计数器的性质可以知道要两块74LS90中的高位的一块的Q
和Q
同时为“1”时即要马上清零，也就是这两个输出端要分别接到并联两块74LS90的清零端R
和R
，这样接线之后就可以使两块并联的74LS90完成六十进制的功能。
然后从高位块的Q
输出端接出进位脉冲到分计数的CP
即可以完成要求的电子钟所要求的计数功能了。
由上面的分析可以知道方案一的计数器接线图如下：
方案一计数电路设计图
2>.方案二设计：
根据前面的叙述可以知道，方二的计数部分可以分为两部分：
一部分可以看作是计数部分，另一部分就可以看作是分频部分。
对于计数部分的电路是分别独立的，经过进一步的分析可以知道，在这个方案中可以看出，它的分计数部分就是方案一的全部电路，所以它要比方案一复杂，但是为了增加功能的方便，也就是可以方便地增加校时设置。
具体的设计是，对于计数部分的三个74LS90分别独立接成十进制的计数器，然后将秒十位计数的74LS90设置强制清零端使其成为六进制的计数器。
对于分频电路，可以按照同样的方法用两块74LS90接成六十进制的分频器作为分计时电路的分频部分。
再用一块74LS90接成十进制的分频器作为秒十进制的分频电路，这样就可以完成同样的计时功能了。
由上面的分析可以知道方案二的计数电路设计如下：
方案二计数电路设计图
方案二的上述计数电路增加简单的设置按钮就可以方便地构成可以校时的数字电子钟，由我们平时的经验可以知道对于一个钟表来说，一般情况是不需要秒个位校时的，因此我在这里设置时也就免去了秒个位校时功能，只增加秒十位和分校时设置。
对于校时设置我们可以使用手动增加单脉冲来实现。
也就是在分计数器和秒十位计数器的脉冲输入端另外再加一个脉冲输入端并设置手动脉冲按钮，具体设置电路如下图：
具有校时功能的电子钟计数电路图
（注：
分校时按钮旁边的二极管作用是，当向计数器发出校时脉冲时，不会影响到分频电路两块计数器的清零端信号。
）
对于两个方按的计数电路就设计完毕。
在这个设计里要增加两个手动按钮开关和一个二极管。
3.译码显示电路的设计
对于译码显示电路，我们使用的是74LS49集成四—七线译码器，在前面的叙述中我们可以知道要有三个译码电路，因此就需要三块74LS49来完成译码功能。
显示器我们使用的是共阴极七端数码显示管，它的a.b.c.d.e.f.g七个拐脚分别接74LS49的对应七个脚，并且要在各个拐脚上接入高电平才能是显示发亮，但是考虑到显示管的承受电流的能力，因此要在各个拐脚接高电平的同时串入限流电阻，由显示管的性质可以知道接入的限流电阻大小在几百欧，所以我们选用这次设计提供的R=750
的限流电阻。
由以上的叙述我们可以得到基本的译码显示电路如图：
基本译码显示电路图
由以上的分析和基本译码显示电路的图可以十分容易得到这次要用到的译码显示电路的完整电路图如下：
译码显示完整电路图
到这里单元电路的全部设计有完了，从上面的设计可以知道要用到的器件有：
方案一：
74LS90集成计数器3个
74LS49集成译码器3个
共阴极七段数码显示管3个
750
的电阻21个
1K
的电阻1个
1.5M
的电阻1个
1
F的电容1个
0.01
F的电容1个
优质导线若干条
5V直流电源一个
面包板一块
方案二：
74LS90集成计数器6个
74LS49集成译码器3个
共阴极七段数码显示管3个
750
的电阻21个
1K
的电阻1个
1.5M
的电阻1个
1
F的电容1个
0.01
F的电容1个
手动按钮开关2个
二极管1个
优质导线若干条
5V直流电源一个
面包板一块
到这里单元电路的设计、参数的计算、器件的选择就完成了。
下面我们进行完整电路的设计和电路图的描绘。
六、画出完整的电路图并说明电路的工作原理。
还是按照两个方按分别进行电路的完整设计。
方案一：
由上面的分析和单元电路的设计我们可以十分容易得到整个电路的完整电路图如下：
方案一完整电路图
方案一电路的工作原理：
将所有组件按照整个电路的接线方式对照接插到面包板上，检验没有错误后接通电源，开启振荡器电源开关，电路便进入计数状态。
当第一个秒脉冲输出后，秒个位计数的74LS90便开始计数并输出0001到译码器，同时译码器译出“1”到七段显示器，使其显示为“1”。
就这样一个一个地计数，当秒个位计数到1001即“9”时，这时候当再来一个脉冲后，它就反转到0000同时向秒十位发一个进位脉冲，这样秒十位的输出就是0001也使与之相连的七段显示器显示“1”，这时显示器就显示“010”也就是计数到0分10秒，就这样一直计数下去，当计数到059时，也就是0分59秒时即三个计数器的输出为000001011001，当下一个脉冲到来时，计数器应该是计到000001100000，但是由于我们设置了强制清零端，所以这个状态是在出现的那一刹那就使秒计数的两块74LS90强制清零到00000000同时向分计数器发一个进位脉冲，这样就回输出是000100000000，译码器接受到这个数据后即使七段显示器显示“100”也就是计时到1分00秒了。
当计时到9分59秒时，即返回到0分00秒循环计时。
这就是方案一的计时工作原理。
方案二：
同样经过上面的分析和单元电路的设计我们可以十分容易地得到方案二的完整电路如下图：
方案二完整电路图
方案二电路的工作原理：
有了前面对于方案一电路工作原理的叙述，对于方案二是差不多的，对于重复的部分就不再赘述，这里只作一些补充说明。
对于秒个位计时，因为是直接接到脉冲源所以来一个秒脉冲即计数一次，它在这里独立完成秒个位计数。
对于秒十位计数，因为它经过了一个十分频的电路，所以每经过十个脉冲后，其计时的74LS90才收到一个脉冲而计数一次，它在这里独立完成秒十位的计数。
同样对于分计数，因为它经过了一个六十分频的电路，所以要每经过六十个秒脉冲后才计数一次。
它在这里独立完成分计数。
对于这个电路的校时功能是，每按一次分或秒十位校时按钮，则这个电路的分或秒十位计数增加“1”。
所以可以方便地完成校时功能。
到这里整个电路的理论设计就全部完成了，我们下面进行电路的装配和调试。
整个电路的装配按照方案一进行。
七、电路的组装和调试。
1.使用的主要仪器和仪表：
因为这次的电路相对比较简单，故只用了一个万用表就可以完成整个电路的装配了。
2.调试电路的方法和技巧：
在这次电路的装配过程中，我才用了步步调试然后再整体调试的方法，具体就是：
首先，将三块七段显示管合理地插到面包板上，将对应的七个拐脚的分流电阻接好，检查无误后，即接一次5伏的高电平，这时每个显示管都应该显示由七个亮条组成的8字样，如果那个的某一条是暗的，这时就可以对应地检查它的电路，看是接触的问题还是管子本身有问题，这一步完成了后再向下一步进行。
我在这次的检测中正好三个显示管均正常。
其次，将每个显示管和对应的每个译码器对应的拐脚接好，然后对每一个译码器进行测试。
方法就是，在每一个译码器的输入端D.C.B.A.分别接入从0000到1001的信号，比如要测试0110，那幺我们可以让D和A都接地，让B和C都接高电平就可以了。
这样我们可以检查译码器是否工作正常，也就是看它是否译码无误。
比如当接入是0101时，它译码显示的结果应该是“5”，如果不是我们就要检查首先检查两个地方，一个就是要看输入是否接线正确和接线是否接触良好，二就是看译码器的输出七个拐脚和显示管对应的七个拐脚是否接线正确和接线是否接触良好。
最后，就是检查计数器是否工作正常了。
在这个环节我觉得还要分两步进行。
一就是检查每个计数器独立的十进制是否可以正确地完成。
二就是检查当按照自己的电路接好后，它是否按照自己的设计工作。
也就是是否完成我们要求的六十进制以及应该具有的各种分频功能。
当这三步走完而且都无误后，我们就可以按照我们的完整电路将所以组件进行连接，进行最后的调试。
3.调试中所进行判断和分析的依据：
我觉得在这个电路中的主要依据就是看它的计数是否正常，也就是秒个位到秒十位的十进制是否稳定正确，秒到分的六十进制是否稳定正确就可以了。
4.调试过程中出现的问题和解决方法：
这个电路因为比较简单，所以调试中的接线正确是可以一次基本做到的，但是在调试过程中也确实化了不少时间。
所发现最大的问题就是计数显示不正常。
开始我的一个显示电路就只会显示“4”和“5”，也就是只有这两个数在循环出现，但是进位是正确的，刚开始我没有深入考虑，就是检查接线了等一些问题，但是检查了好几遍，也化了老长时间。
可是没有什幺结果。
后来我就冷静的进行分析。
它只显示“4”和“5”也就是输出始终在0100和0101之间变换，也就是译码器的C端始终是“1”，我就猜想可能是它的C脚一直就处于悬空的状态，这就可能是和计数器的输出端Q
没有接好，结果我的分析是正确的，当将两者接好之后就显示正常了！
所以在进行调试的时候所出现的主要问题就是线路的接触问题。
再就是在一切正常后，也就是计数正常后，当断开电源一下，再接上电源时，对于秒计时是由于没有清零的原因所以显示是不确定的。
但是对于分计时就出现一个问题。
当接通电源的时候它就显示是“14”的字样，当秒计数满六十的时候，分显示就是全黑的，也就相当与“15”，当秒计数再满六十的时候，分显示“6”字样。
我尝试了好几次均是这个结果。
所以我认为这是一个确定的逻辑问题，但是由于现在时间有限和手头的资料有限就没有继续讨论了。
以后有时间再做讨论。
八、电路设计的一些总结。
1.电路的特点：
电路的结构简单，所用组件数目少，完成的逻辑功能比较简单。
2.方案的优缺点：
在这个方案里面，我们没有设置校时的功能，暂停的功能和清零的功能，所以对于正常的计数计时来说是不行的，所以是一个极其粗遭的设计。
3.我觉得这个课题是主要价值就是让我们能够用我们的双手将我们在数电方面学习的知识应用于实践，提高我们的动手能力，也使我们能够初步掌握一些分析问题、解决问题的方法。
也使我们体会到一个理论问题转化到实际所要经过的过程和两者之间的差距。
九、整个电路装配所需元器件。
74LS90集成计数器3个
74LS49集成译码器3个
共阴极七段数码显示管3个
750
的电阻21个
1K
的电阻1个
1.5M
的电阻1个
1
F的电容1个
0.01
F的电容1个
优质导线若干条
5V直流电源一个
面包板一块
十、参考文献。
康华光.《数字电子技术基础》.北京:
高等教育出版社，2000
徐礼超,王海涛.《555定时器构成的多谐振荡电路在汽车上的应用》.《公路与汽运》2001年4月第2期
赵淑范 于秀霞 张玲霞.《数字电子钟的设计》.《长春大学学报》1999年4月第2期第9卷
郭淑珍，吕秋芬，李志华，李秀玲.《555定时器应用中的问题探讨》.《河北师范大学学报》2002年3月第2期第26卷
林丽芬.《数字秒表的设计与实现》.《福建电脑》2002年第5期
十一、收获和体会。
我在这次的设计里的收获和体会是比较多的，大致总结如下：
1.要学会搜集和查阅资料。
对于我们接触的许多东西，我们可能是没有学过的，甚至没有见过的，我们要学会从各种渠道去搜集关于这个方面的知识，去学习它，知道可以应用它。
2.如何完成一个任务。
对于我们接触到一个任务时，我们要学会将这个任务进行转化，也就是尽量转化到我们熟悉的知识上来。
当我们完成任务的转化后，还要学会分解任务，也就是要清楚，我们要完成这个任务要分为那几个部分，就象这次的设计要分解为标准秒振荡器、计数器、译码驱动器和显示器四个小任务，然后再各个任务击破。
3.对于我们在做事过程中发现的问题要冷静的思考，不要盲目的进行。
有一些问题当你好好思考一下时，就会发现是一个很好解决的问题。
二盲目的进行，只会是浪费时间没有效果。
4.在一些实际的操作过程中，要学会去尝试自己的想法，不要局限于书本。
也就是学会一点创新精神。
总之，在这次设计过程中所得到的体会，在过去是没有过的，在书本是也是无法找到的。
所以，我十分珍惜和留恋这次的课程设计，在这次的课程设计中，我们的两位指导老师李老师和翁老师给予了我们十分大的帮助，而且教会了我们许多的关于以后的学习、工作和科研方面应该如何去做。
所以在此我表示对他们的感谢。
而且在这次的课程设计当中，我们组的六位同学都积极参与，合作十分愉快。
我在以后的学习、工作中一定会把这次的体验加以发扬光大。
我相信我以后可以做的更好！
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