电工课程设计多功能电子钟.docx

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电工课程设计多功能电子钟

评分：

课程设计题目：

多功能数字电子钟的设计

班级：

姓名：

学号：

指导教师：

设计时间：

2009年02月28日

一、前言…………………………………………………2

二、总体方案……………………………………………3

三、各部分电路原理及分析……………………5

四、结束语………………………………………………13

五、参考文献…………………………………………15

前言

电子技术课程设计教学目的与要求：

电子技术课程设计是配合电子技术基础课程与实验教学的一个非常重要的教学环节。

它能巩固电子技术的理论知识，提高电子电路的设计水平，加强综合分析问题和解决问题的能力，进一步培养学生的实验技能和动手能力，启发学生的创新意识及创新思维。

课程设计是针对某一门课程的要求，对学生进行综合性的训练，培养学生的独立能力，能够运用课程中所学到的理论与实践紧密结合地去独立地解决实际问题，使学生灵活应用电路原理和电子技术的有关知识。

“电子技术课程设计”是电子技术课程里实践性的教学环节，使学生综合性地学习和训练电子技术，这种过程是通过学生独立地进行某一课题的设计、安装和调试来完成的。

学生通过自己动脑动手解决一两个实际问题，巩固和运用在“模拟电子技术”、“数字电子技术”及“单片机原理与应用”等课程中所学的理论知识和实验技能，基本掌握常用电子电路的一般设计方法，提高设计能力和实验技能，通过从原理图的设计和仿真到具体电子系统的安装和调试，全面提高学生的实际动手能力、安装调试能力、科学试验能力等方面的综合素质，对进行毕业设计及毕业后从事电子技术方面的工作都有很大的帮助。

电子课程设计应达到如下基本要求：

1、巩固和加强“模拟电子技术”、“数字电子技术”课程的理论知识。

2、综合运用电子技术课程中所学到的理论知识去独立完成一个设计课题。

3、进一步熟悉常用学会电子电路的安装与调试技能。

4、掌握电子电路的一般的设计方法，了解电子产品研制开发过程。

5、提高电子电路实验技能及仪器使用能力。

6、掌握电子电路安装和调试的方法及故障排除方法。

7、学会撰写课程设计总结报告。

8、通过查阅手册和文献资料，培养学生独立分析问题和解决问题的能力。

9、培养创新能力和创新思维。

10、学会撰写机电电工电子课程设计并总结自己的报告。

电子技术课程设计的任务和基本要求：

要求用中、小规模集成电路设计一台能显示日、时、分、秒的数字电子钟。

技术要求如下：

1、由晶振电路产生1Hz标准秒信号。

2、秒、分为00～59六十进制计数器。

3、时为00～23二十四进制计数器。

4、周显示从1～7为七进制计数器。

5、可手动校正，且具有整点报时功能。

6、用LED数码管作为显示器件。

总体方案

数字电子钟的原理方框图如图所示。

干电路系统由秒信号发生器、“时、分、秒”计数器、译码器及显示器、校时电路、整点报时电路组成。

秒信号产生器是整个系统的时基信号，它直接决定计时系统的精度，一般用石英晶体振荡器加分频器来实现。

将标准秒信号送入“秒计数器”，“秒计数器”采用60进制计数器，每累计60秒发现胡一个“分脉冲”信号，该信号将作为“分计数器”的时钟脉冲。

“分计数器”也采用60进制计数器，每累计60分钟，发出一个“时脉冲”信号，该信号将被送到“时计数器”。

“时计数器”采用24进制计时器，可实现对一天24小时的累计。

译码显示电路将“时”、“分”、“秒”计数器的输出状态由七段显示译码器译码，通过六位LED七段显示器显示出来。

整点报时电路时根据计时系统的输出状态产生一脉冲信号，然后去触发一音频发生器实现报时。

校时电路时用来对“时”、“分”、“秒”显示数字进行校对调整的。

数字电子时钟系统框图

各部分电路原理及分析

1、秒信号发生器

秒信号发生器是数字电子中的核心部分，它的精度和稳定度决定了数字钟的质量，通常用晶体振荡器产生的脉冲经过整形、分频获得1Hz的秒脉冲。

CD4060是14位二进制计数器。

它内部有14级二分频，有两个反相器。

CP1（11脚）、CP0（10脚）分别为时钟输入、输出端，即内部反相器G1的输入输出端。

图中R为反馈电阻（10MHz~~100MHz），目的是为CMOS反相器提供偏置，使其工作在放大状态。

C1是频率微调电容，取5/30pF，C2是温度特性校正用电容，一般取20~~50pF。

内部反相器G2起整形作用，且提高带负载的能力。

石英晶体采用32768Hz晶振，若要得到1Hz的脉冲，则需经过15级二分频器完成。

由于CD4060只能实现14级分频，故必须外加一级分频器，可采用CD4060双D触发器完成。

2、秒、分、时计数器设计

秒、分计数器为60进制计数器，小时计数器为24进制计数器。

实现这两种模数的计数器采用中规模集成计数器74LS90。

74LS90既有清零端，又有“置数”功能。

（1）、60进制计数器

由74LS90构成的60进制计数器如图所示。

首先将两片74LS90设置成十进制加法计数器。

将两片74LS90的置数端S1（6脚）、S0（7脚）接低电平，“CP1”（1脚）接Q0（12脚），以Q3位进位端，则两片74LS90都构成十进制计数器。

将第一片74LS90计数器的进位输出端Q3连到第二片74LS90的进位输入端CP0（14脚），这样两片计数器最大可实现100进制的计数器。

现在要设计成一个60进制的计数器，可以利用74LS90的“反馈置零”的方法实现。

由于74LS90属于一步置数，故当计数器输出“2Q32Q22Q12Q0、1Q31Q21Q11Q0=0110、0000”时，通过置数脉冲使计数器清零，即此时Q2（8脚）、Q1（9脚）发出置数脉冲送至清零端R1（2脚）、R0（3脚）使计数器清零。

该电路可以作为秒、分计数器。

（2）、24进制计数器

同理当计数器状态为“2Q32Q22Q12Q0、1Q31Q21Q11Q0=0010、0100”时，要求计数器归零。

通过2Q1、1Q2送出的指数脉冲使两片计数器74LS90同时归零，从而构成了24进制计数器。

3、译码显示电路

译码电路的功能是将“秒”“分”“时”计数器的输出代码进行编译，变成相应的数字。

用于驱动LED七段译码器常用的有74LS47.74LS47是BCD-7段译码器/驱动器，其输出是OC门输出且低电平有效，专用于驱动LED七段共阳极显示数码管。

由74LS47和LED七段共阳数码管组成的一位数码显示电路。

若将“秒”“分”“时”计数器的每位输出分别接到相应七段译码器的输入端，便可进行不同数字显示。

在译码器输出与数码管之间串联的R为限流电阻。

4、校时电路

数字时钟启动后，每当数字时钟显示与实际时间不同时，需要根据标准时间进行较时，简单有效的较时电路图。

校秒时，采用等待校时。

当进行校时时，将琴键开关K1按下，此时电路G1被封锁，秒信号进入不到“秒计数器”中，此时暂停秒计时。

当数字钟秒显示值与标准时间秒数相同时，立即松开开关K1，数字秒显示与标准时间秒计时同步运行，完成秒校时。

校“分”、“时”的原理比较简单，采用加速。

例如“分”校时使用G2、G3、G4三个与非门，当进行“分”校时时，按下琴键开关K2，由于门G3输出高电平，秒脉冲信号直接显示与标准时间数值相符时，松开K2即可。

当松开K2时，门电路G2封锁秒脉冲，输出高电平，门电路G4接受来自秒计数器的输出进位信号，使分计数器正常工作。

同理，“时”校时电路与“分”校时电路工作原理完全相同。

5、整点报时电路

当计数器在每次计时到整点前6秒时，开始报时。

即当“分”计数器到59，“秒”计数器为54时，要求报时发出一控制信号F1，该信号持续时间为5秒钟，在这5秒钟内使低音信号（500HZ左右）打开闸门，使报时声鸣叫5声。

当计数器运行到59分59秒时，要求报时电路发出另一控制信号F2，该信号持续时间为1秒钟，在这1秒内使高音信号（1000HZ左右）打开闸门，使报时声鸣叫1声。

74LS74是双D触发器，具有“置数”和“清零”功能，且高电平有效。

利用74LS74触发器的记忆功能，可完成实现所要求的F1，F2信号。

当“分”计数器和“秒”计数器输出状态为59分54秒时，与门G3输出一高电平，使74LS74的第一个触发器的输出1Q被置成高电平，此时整点报时的低音信号（512HZ）与秒信号同时被引入到蜂鸣器中，使蜂鸣器每次叫0.5秒。

一旦“分”和“秒”计数器输出状态为59分59秒时，与门G6输出高电平，使触发器的输出1Q变成低电平，同时将74LS74的第二个触发器的输出2Q置数为高电平。

此时封锁报时低音信号，开启高因5报时信号（1024HZ），当满60钟进位信号一到，触发器的输出2Q被清零。

故蜂鸣器高音鸣叫一次，历时0.5秒。

设计总结

通过这次课程设计，加强了我们动手、思考和解决问题的能力。

经过一周的努力，基本上完成了课题，在完成课题过程中，同时我们的实践能力增强了许多，而且在理论上也有了更深的认识。

实习的过程实际上就是能力提高的过程。

我沉得做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。

平时看课本时，有时问题老是弄不懂，做完课程设计，那些问题就迎刃而解了。

而且还可以记住很多东西。

比如一些芯片的功能，平时看课本，这次看了，下次就忘了，通过动手实践让我们对各个元件映象深刻。

认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。

所以这个期末测试之后的课程设计对我们的作用是非常大的。

刚开始设计时，我们觉得无从下手，在经过一番资料查找与讨论后，我们发现它其实并不是很难懂，只是还不会灵活运用。

这次课程设计我们学会了一种设计的思想。

把问题分成多个模块，一一拆解开来。

再逐一加以分析，最终解决问题。

回头看看我们的设计，还存在一些问题，本次实习中，实习老师只对我们进行了宏观的基本的指导，在实习过程中，完全放手让我们自己搞。

这样对我们来说是一种极大的考验，也是我们最好的锻炼自己单独解决问题的能力的时候！

针对老师提出的课程设计问题，自己独立进行设计。

通过动脑动手及查阅图书资料文献等多种途径解决问题，巩固和运用了在“模拟电子技术”、“数字电子技术”及“电路分析”等课程中所学的理论知识和实验技能，基本掌握了常用电子电路的一般设计方法，提高了设计能力和实验技能，为以后从事电子电路设计、研制电子产品打下了基础。

这种经历对我们来说，无疑是非常宝贵的！

与其他课题相比较，这个课题中接线较为复杂，因此可就更考验动手能力和全局布线的统筹观。

电路的接线工艺是本设计可以实现的很重要的因数。

由于接线较为复杂，因此更能体现实践课程的特色。

在报告制作中，电路图的绘制也是一中锻炼，我们为此又学习了绘图软件的用法与操作。

在整个实习工程中，我们同学之间进行了大量的技术交流与合作。

一起攻克难题，又增进了大家的友谊。

也培养出了我们同学之间的这种合作精神。

通过这种合作，大家一起讨论解决问题，共同查阅资料。

合作双方能否融洽的合作其实也是考核的一个很重要的方面。

生活就是这样，汗水预示着结果也见证着收获。

劳动是人类生存生活永恒不变的话题。

通过实习，我才真正领略到“艰苦奋斗”这一词的真正含义，我才意识到老一辈电子设计为我们的社会付出。

我想说，设计确实有些辛苦，但苦中也有乐，在如今单一的理论学习中，很少有机会能有实践的机会，但我们可以，而且设计也是一个团队的任务，一起的工作可以让我们有说有笑，相互帮助，配合默契，多少人间欢乐在这里洒下，大学里一年的相处还赶不上这十来天的合作，我感觉我和同学们之间的距离更加近了；我想说，确实很累，但当我们看到自己所做的成果时，心中也不免产生兴奋；正所谓“三百六十行，行行出状元”。

我们同样可以为社会作出我们应该做的一切，这有什么不好？

我们不断的反问自己。

也许有人不喜欢这类的工作，也许有人认为设计的工作有些枯燥，但我们认为无论干什么，只要人生活的有意义就可。

社会需要我们，我们也可以为社会而工作。

既然如此，那还有什么必要失落呢？

于是我们决定沿着自己的路，执着的走下去。

对我们而言，知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜。

挫折是一份财富，经历是一份拥有。

这次课程设计必将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆！

参考文献

●电子电路设计与实践姚福安山东科学技术出版社2002年

●电子技术课程指导书艾永乐付子义焦作工学院电器工程系1999年

●数字电路与逻辑设计曹国清中国矿业大学出版社

1998年