電子鐘課程設(shè)計

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p>　　課程設(shè)計目的……………………………………………………………………2</p><p>　　課程設(shè)計題目描述和要求……………………………………………………..2</p><p>　　課程設(shè)計報告內(nèi)容……………………………………………………………..3

2、 </p><p>　　3.1設(shè)計部分……………………………

3、…………………………………………..3</p><p>　　3.1.1設(shè)計名稱…………………………………………………………………..3</p><p>　　3.1.2設(shè)計要求………………………………………………….…………….. 3</p><p>　　3.1.3設(shè)計原理…………………………………………………………………..3</p><p>

4、;　　3.1.4設(shè)計內(nèi)容…………………………………………………………………..4</p><p>　　3.1.5設(shè)計步驟…………………………………………………………………..4</p><p>　　3.2調(diào)試部分………………………………………………………………….….. 9</p><p>　　3.2.1調(diào)試器材………………………………………………………………….

5、9</p><p>　　3.2.2調(diào)試要點………………………………………………………………….10</p><p>　　3.2.3主體電路裝調(diào)…………………………………………………………….10</p><p>　　3.2.4擴展電路裝調(diào)…………………………………………………………….11</p><p>　　3.2.5調(diào)試結(jié)果…………………

6、……………………………………………….12</p><p>　　課程設(shè)計總結(jié)……………………………………………………………………12</p><p>　　參考文獻…………………………………………………………………………….15</p><p><b>　　1.課程設(shè)計目的</b></p><p>　　1、掌握數(shù)字電子鐘的

7、設(shè)計、組裝與調(diào)試方法。</p><p>　　2、了解數(shù)字鐘的組成及工作原理。</p><p>　　3、熟悉集成電路的使用方法。</p><p>　　4、熟悉集成電路的引腳安排。5、掌握各芯片的邏輯功能及使用方法。</p><p>　　6、了解面包板結(jié)構(gòu)及其接線方法。</p><p>　　7、提高電路布局﹑布線及檢查和

8、排除故障的能力。</p><p>　　2.課程設(shè)計題目描述和要求</p><p>　?。?）設(shè)計一個有“時”、“分”、“秒”（12小時59分59秒）顯示，且有校時功能的電子鐘。</p><p>　　（2）用中小規(guī)模集成電路組成電子鐘，并在實驗箱上進行組裝、調(diào)試。</p><p>　　（3）畫出框圖和邏輯電路圖，寫出設(shè)計、實驗總結(jié)報告。<

9、/p><p><b>　?。?）①鬧鐘系統(tǒng)。</b></p><p>　?、谡c報時。在59分51秒、53秒、55秒、57秒輸出750Hz音頻信號，在59分59秒時輸出1000Hz信號，音頻持續(xù)1s，在1000Hz熒屏結(jié)束時刻為整點。</p><p>　?、廴諝v系統(tǒng)（選做）。</p><p>　　3.課程設(shè)計報告內(nèi)容<

10、/p><p><b>　　3.1 設(shè)計部分</b></p><p><b>　　3.1.1設(shè)計名稱</b></p><p><b>　　多功能數(shù)字鐘電路</b></p><p><b>　　3.1.2設(shè)計要求</b></p><p>&

11、lt;b>　　基本功能如下：</b></p><p>　　準確計時，以數(shù)字形式顯示時、分、秒的時間。</p><p>　　小時的計時要求為“12翻1”，分和秒的計時要求為60進位。</p><p><b>　　校正時間。</b></p><p><b>　　擴展功能如下：</b>&

12、lt;/p><p><b>　　定時控制。</b></p><p>　　仿廣播電臺正點報時。</p><p><b>　　報整點時數(shù)。</b></p><p><b>　　觸摸報整點時數(shù)。</b></p><p><b>　　3.1.3設(shè)計原理&l

13、t;/b></p><p>　　如圖Ⅰ所示，數(shù)字鐘電路系統(tǒng)有主體電路和擴展電路兩大部分所組成。其中，主體電路完成數(shù)字鐘的基本功能，擴展電路完成數(shù)字鐘的擴展功能。</p><p>　　該系統(tǒng)的工作原理是，振蕩器產(chǎn)生穩(wěn)定的高頻脈沖信號作為數(shù)字鐘的時間基準，再經(jīng)分頻器輸出標準秒脈沖。秒計數(shù)器計滿60后向分計數(shù)器進位，分計數(shù)器計滿60后向小時計數(shù)器進位，時計數(shù)器按照“12翻1”規(guī)律計數(shù)。計數(shù)

14、器的輸出經(jīng)譯碼器送顯示器，計時出現(xiàn)誤差時可以用校時電路進行校時、校分、校秒。擴展電路必須在主體電路正常運行的情況下才能進行功能擴展。</p><p>　　圖Ⅰ 多功能數(shù)字鐘系統(tǒng)組成框圖</p><p><b>　　3.1.4設(shè)計內(nèi)容</b></p><p><b>　　振蕩器的設(shè)計</b></p><p

15、><b>　　分頻器的設(shè)計</b></p><p><b>　　時分秒計數(shù)器的設(shè)計</b></p><p>　　時分秒譯碼顯示電路的設(shè)計</p><p>　　60進制電路，12翻1電路設(shè)計</p><p><b>　　校時電路設(shè)計</b></p><p

16、><b>　　定時電路的設(shè)計</b></p><p>　　仿電臺整點報時電路的設(shè)計</p><p><b>　　3.1.5設(shè)計步驟</b></p><p>　　主體電路的設(shè)計與裝調(diào)</p><p>　　主體電路是由功能部件或單元電路組成的。在設(shè)計這些電路或選擇部件時，盡量選用同類型的器件，如所

17、有功能部件都采用TTL集成電路或都采用CMOS集成電路。整個系統(tǒng)所用的器件種類應(yīng)盡可能少。下面介紹各功能部件與單元電路的設(shè)計。</p><p><b>　　⑴振蕩器的設(shè)計</b></p><p>　　振蕩器是數(shù)字鐘的核心。振蕩器的穩(wěn)定程度及頻率的精確度決定了數(shù)字鐘計時的準確程度。通常選用石英晶體構(gòu)成振蕩器電路。一般來說，振蕩器的頻率越高，計時精度越高。圖Ⅱ為電子手表集

18、成電路中晶體振蕩器電路，常取晶振的頻率為32768Hz。因其內(nèi)部有15級2分頻集成電路，所以輸出端正好可得到1Hz的標準脈沖。</p><p>　　如果精度要求不高也可以采用由集成邏輯門與RC組成的時鐘源振蕩器或由集成電路定時器555與RC組成的多諧振蕩器。這里采用555構(gòu)成的多諧振蕩器，設(shè)振蕩頻率f。=1KHz，電路參數(shù)如圖Ⅲ所示。圖Ⅲ所示的555振蕩器其周期為</p><p>　　T=

19、0.7（R1+2R2），調(diào)節(jié)滑動變阻器，使其產(chǎn)生的頻率為1KHZ。</p><p><b>　?、品诸l器的設(shè)計</b></p><p>　　分頻器的功能主要有兩個：一是產(chǎn)生標準秒脈沖信號;二是提供功能擴展電路所需要的信號，如仿電臺報時用的1KHz的高音頻信號和500Hz的低音頻信號等。選用3片中規(guī)模集成電路計數(shù)器74LS90可以完成上述功能。因每片為1/10分頻，3片

20、級聯(lián)則可獲得所需要的頻率信號，即第1片的Q0端輸出頻率為500Hz，第2片的Q3端輸出位10Hz，第3片段Q3端輸出為1Hz。如圖Ⅲ所示。</p><p><b>　　圖Ⅳ 分頻器</b></p><p>　?、菚r分秒計數(shù)器的設(shè)計</p><p>　　分和秒計數(shù)器都是模M=60的計數(shù)器，其計數(shù)規(guī)律為00-01-…-58-59-00…，選74LS

21、92作為十位計數(shù)器，74LS90作為個位計數(shù)器，再將它們級聯(lián)組成模數(shù)M=60的計數(shù)器。</p><p>　　時計數(shù)器是一個“12翻1”的特殊進制計數(shù)器，即當數(shù)字鐘運行到12時59分59秒時，秒的個位計數(shù)器再輸入一個秒脈沖時，數(shù)字鐘應(yīng)自動顯示為01時00分00秒，實現(xiàn)日常生活中習(xí)慣用的計時規(guī)律。選用74LS191和74LS74，如圖Ⅴ所示。</p><p><b>　?、刃r電路的

22、設(shè)計</b></p><p>　　當數(shù)字鐘接通電源或者計時出現(xiàn)誤差時，需要校正時間。校時是數(shù)字鐘應(yīng)具備的基本功能。一般電子表都具有時、分、秒等的校時功能。為使電路簡單，本實驗只進行小時和分的校時。</p><p>　　對校時的要求是，在小時校正時不影響分和秒的正常計數(shù)；在分校正時不影響秒和小時的正常計數(shù)。校時方式有“快校時”和“慢校時”兩種，“快校時”是通過開關(guān)控制，使計數(shù)器對

23、1Hz的校時脈沖計數(shù)?！奥r”是用手動產(chǎn)生單脈沖作為校時脈沖。圖Ⅵ為?！皶r”、?！胺帧彪娐贰Ｆ渲蠸1為?！胺帧庇玫目刂崎_關(guān)，S2為?！皶r”用的控制開關(guān)，他們的控制功能如表㈠所示。校時脈沖采用分頻器輸出的1Hz脈沖，當S1或S2分別為“0”時可進行“快校時”。如果校時脈沖由單次脈沖產(chǎn)生器提供，則可以進行“慢校時”。</p><p>　　表㈠ 校時開關(guān)的功能表</p><p><b&

24、gt;　　功能擴展電路</b></p><p>　?。?）仿廣播電臺正點報時電路</p><p>　　仿廣播電臺整點報時電路的功能要求是，每當數(shù)字鐘計時快要到整點時發(fā)出聲響，通常按照4低音1高音的順序發(fā)出間斷聲響，以最后一聲高音結(jié)束的時刻為整點時刻。</p><p>　　設(shè)4聲低音（約500Hz）分別發(fā)生在59分51秒、53秒、55秒及57秒，最后一聲高

25、音（約1KHz）發(fā)生在59分59秒，它們的持續(xù)時間均為1秒。如表㈡所示。</p><p>　　表㈡ 秒個位計數(shù)器的狀態(tài)</p><p><b>　　由表可得 </b></p><p>　　只有當分十位的Q2M2 Q0M2=11，分個位的Q3M1Q0M1=11，秒十位的Q2S2Q0S2=11及秒個位的Q0S1=1時，音響電路才能工作。仿電

26、臺整點報時的電路如圖Ⅹ所示。這里采用的都是TTL與非門，如果用其他器件，則報時電路還會簡單一些。</p><p><b>　　3.2調(diào)試部分</b></p><p><b>　　3.2.1調(diào)試器材</b></p><p>　?。?）七段顯示器（共陰極） 6片</p><p>　　（2）74LS48

27、 6片</p><p>　　（3）74LS90 5片</p><p>　?。?）555集成芯片 1片</p><p>　?。?）74LS10、74LS00 6片</p><p>　?。?）74LS04 1片</p&

28、gt;<p>　?。?）74LS74 1片</p><p>　　電阻、電容、導(dǎo)線等 若干</p><p><b>　　3.2.2調(diào)試要點</b></p><p>　　路板上開始連接電子鐘時，要先設(shè)計好元件的布局，因為電路板上的空間是有限的，元件也比較多，所以設(shè)計好布局，能讓布線時更方便，也不用經(jīng)

29、常換來換去。器件管腳的連接一定要準確，“懸空端”、“清零端”、“置1端”要正確處理。</p><p>　　具體調(diào)試步驟和方法如下：</p><p>　?。?）用示波器檢測555振蕩器的輸出信號波形和頻率，看輸出的是不是1khz的頻率，如果不是，調(diào)節(jié)滑動變阻器，使其頻率為1khz（盡量接近1Khz），再用示波器檢測1級分頻，2級分頻，3級分頻上的頻率，應(yīng)為500hz，10hz，1hz，都正確

30、了就進行下一步。</p><p>　　（2）將1秒信號分別送入“時”，“分”，“秒”計數(shù)器，檢查各級計數(shù)器的工作情況。檢查顯示器的數(shù)字是否正確顯示，進位是否正確。</p><p>　?。?）觀察校時電路的功能是否滿足校時要求。</p><p>　?。?）當分頻器和計數(shù)器調(diào)試正常后，把電路都接好，看能否正常工作，特別是秒向分的進位和分向時的進位，觀察是否正常。<

31、/p><p>　　3.2.3主體電路裝調(diào)</p><p>　　由圖Ⅰ所示的數(shù)字鐘系統(tǒng)組成框圖按照信號的流向分級安裝，逐級級聯(lián)。這里的每一級是指組成數(shù)字鐘的各功能電路。</p><p>　　觀察數(shù)碼顯示器顯示，若顯示不夠亮或太亮，檢查一下數(shù)碼顯示器的電壓是否正常，如果不正常，則改正。數(shù)碼顯示管顯示不正常都有可能是譯碼芯片供電不正常做成。</p><p&

32、gt;　　級聯(lián)時如果出現(xiàn)時序配合不同步，或尖峰脈沖干擾，引起邏輯混亂，可以增加多級邏輯門來延時。如果顯示字符變化很快，模糊不清，可能是由于電源電流的跳變引起的，可在集成電路器件的電源端Vcc加退耦濾波電容。通常用幾十微法的大電容與0.01uF的小電容想并聯(lián)。</p><p>　　3.2.4擴展電路裝調(diào)</p><p>　　將兩塊面包板平行放置并對接，用紅色電源線和黑色底線把兩塊板連接好，擴

33、展電路接上喇叭和脈沖，再用不同顏色的導(dǎo)線將主體電路的時個位、分十位、分個位、秒十位、秒個位與擴展電路相連。用校時電路調(diào)節(jié)到合適時刻，觀測擴展電路功能是否實現(xiàn)。</p><p><b>　　3.2.5調(diào)試結(jié)果</b></p><p>　　主體電路實現(xiàn)時鐘的功能，即秒、分60進制，時12進制。擴展電路實現(xiàn)鬧鈴功能和整點報時功能。還可根據(jù)需要改變鬧鈴的時間。</p&g

34、t;<p>　　調(diào)試中出現(xiàn)的故障及其排除方法：</p><p>　　1.數(shù)字顯示器顯示的數(shù)字不正確，象數(shù)字不是按順序變化，而是幾個數(shù)胡亂顯示，首先用示波器檢查74ls90芯片的頻率是否正確，電壓是夠正確。一步一步地排查錯誤。</p><p>　　2.時間不進位，就是74ls90芯片有沒有連接正確。電壓供給是否正常。</p><p><b>　

35、　4.課程設(shè)計總結(jié)</b></p><p>　　設(shè)計電路的特點和方案的優(yōu)缺點總結(jié)：</p><p>　　設(shè)計電路都是一些很簡單的元器件構(gòu)成的，讓我們可以容易明白電路的構(gòu)成，用555觸發(fā)器構(gòu)成的振蕩器代替了有石英晶體構(gòu)成的振蕩電路。555組成的振蕩電路簡單，還可以方便調(diào)節(jié)頻率。缺點是不能穩(wěn)定和精確，但對實驗用的要求就足夠了。方法比較簡單，但是也是很實用的。鬧時電路和報時電路都很實

36、用。比較容易明白其中的道理。缺點是電路不怎么穩(wěn)定，觸發(fā)時很容易是時間產(chǎn)生不正常的變化。校時電路沒有加裝防抖開關(guān)，導(dǎo)致校時無法控制，跳得太快。改進方法是，通過與非門芯片加裝一個RS去抖動開關(guān)，這樣才能穩(wěn)定校時電路。</p><p><b>　　收獲，體會</b></p><p>　　今次的課程設(shè)計大概用了接近10天的時間。時間上雖然不是很長，但我在這段時間里遇到的問題比

37、上了幾個星期的實驗課還要多。我想，這應(yīng)該是課程設(shè)計的意義所在。讓我們發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，從中學(xué)會知識。</p><p>　　首先，從整個課程設(shè)計的過程來出發(fā)。</p><p><b>　　（1）選課題和準備</b></p><p>　　這次課程設(shè)計一共有兩個課題可供選擇，一個是數(shù)字電子鐘，另一個是頻率計。我選擇了數(shù)字電子鐘。選好課題之后就得做準

38、備。先去圖書館借一些對應(yīng)的參考書籍，這樣會對整個課程設(shè)計的幫助是很大的，讓你有問題時多一些可靠的幫手。之后就對看教程整個設(shè)計的原理，所要應(yīng)用的元件都要一一學(xué)習(xí)。還要明白各個元件的接口和使用方法和原理。之后就得畫一些電路的草圖，讓你明白大概在電路板上的布線。擺放整齊，線路清楚，盡量減少飛線的出現(xiàn)。</p><p><b>　　⑵布線工藝</b></p><p>　　布線

39、開始，你會發(fā)現(xiàn)一開始不知干什么，就這么大的一塊板，而元件卻那么多，怕下手后的出錯。這是，先吧芯片都放上看看，排一下位置，大概都位置合理（每個芯片的距離一定，不能太靠近，因為這樣布線時很容易引起飛線的，也不能太遠，因為很可能擺不下全部的芯片。然后就開始布線了。你可以先把線都接好再去檢查或接好一部分就檢查一部分。當然最好是接好一部分檢查一部分，因為這樣比較方便檢查出錯誤，這樣縮小了范圍，讓你更容易地找出錯誤。布線時電源線是紅色，地線是黑色，

40、其他信號線是別的顏色。這樣會是布線清楚，容易看明白。線最好能連成垂直和平衡，還有不能出現(xiàn)大量的飛線。飛線會使電路上的線重合，可能會發(fā)生短路之類的事情發(fā)生。</p><p><b>　?、钦{(diào)試技巧</b></p><p>　　一開始調(diào)試時，數(shù)碼顯示器顯示不正確，秒十位的進位進不到。剛遇到這樣的情況不知怎么辦，經(jīng)過冷靜一下，便開始動手檢錯。首先，你得縮小范圍，那就是秒為附

41、近的芯片出發(fā)。先用示波器查一查各芯片的波形的電壓是否正常。最</p><p>　　后，還真讓我找出了錯誤的原因。我發(fā)現(xiàn)4511芯片和74ls90的芯片的電壓只有2V，這樣就不能讓芯片正常工作，因為正常工作的電壓在5V左右。之后，我重新布局了電源線。進過改動后，數(shù)碼顯示器能正常顯示。但現(xiàn)在問題又出現(xiàn)了，秒個位不能向秒十位進位和數(shù)碼顯示管顯示的亮度太高。首先，看看電路圖，再看看實驗指導(dǎo)上的電路圖，最后，問題都給找去來

42、了。首先說說數(shù)碼顯示管，數(shù)碼顯示管的原因是沒有連接限流電路，最后我接上個51Ω的電阻，亮度馬上減了下來。沒進位是我的4511芯片上的一個針腳沒有接地，連好后進位也顯示正確了。然后就調(diào)試分個位和分十位的。因為分和秒都是60進制的，所以結(jié)構(gòu)上一樣。在分上我就沒犯下同樣的錯誤。到了時的部分，出現(xiàn)了較多的情況。首先，時個位沒法正常工作，然后和圖對比，</p><p>　　發(fā)現(xiàn)原來有一個針腳沒接地線。接好后本以為就沒問題。

43、但更奇怪的錯誤發(fā)生了。分十位逢4向時個位進位。我想，不是逢6進位。那就看74ls191有沒有接錯。后來發(fā)現(xiàn)沒接錯。再看看附近的電路。發(fā)現(xiàn)校時電路上至?xí)r個位計數(shù)器沒接反相器。后面接上問題就解決了。到這里，主電路的問題都解決了。能正常地顯示時鐘和進位正確，校時功能也是可以的。</p><p><b>　　課題核心及使用價值</b></p><p>　　該課題用一個生活中的

44、實例展示了振蕩電路、計數(shù)電路、譯碼電路的作用與銜接過程，揭示了電子鐘內(nèi)部電路圖及其各部分的作用。我們通過此課題，結(jié)合本學(xué)期學(xué)習(xí)的模擬電子、數(shù)字電子技術(shù)的理論課知識，可以系統(tǒng)地學(xué)習(xí)電子設(shè)計與測試的流程、方法、原理，為我們以后設(shè)計更加專業(yè)、復(fù)雜的集成電路打下雄厚的基礎(chǔ)。</p><p><b>　　課程設(shè)計的經(jīng)驗</b></p><p>　　首先得感謝各位指導(dǎo)老師的教導(dǎo)，

45、在有困難時給予我們很多的幫助。還教會我們對付各種錯誤應(yīng)用怎樣的分析手段去找出錯誤和解決問題。指導(dǎo)書上的校時電路沒有防抖電路，可以接上個防抖電路，這樣調(diào)試的時候效果會更好。線時要有一個先后順序，即先接電源，再接地線，最后接其他顏色的線，這樣不容易掉線。認真，細心，遇問題冷靜面對，這些都是必須的。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　【1】梁

46、宗善·電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計·華中科技大學(xué)出版社，2009</p><p>　　【2】朱定華·電子電路測試與實驗·清華大學(xué)出版社，2004</p><p>　　【3】朱定華·模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)·清華大學(xué)出版社 北京交通大學(xué)出版社，2005</p><p>　　【4】朱定華·現(xiàn)代數(shù)字電路與邏輯設(shè)計

47、83;清華大學(xué)出版社 北京交通大學(xué)出版社，2007</p><p>　　【5】華成英，董詩白·模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第四版）·高等教育出版社，2006</p><p>　　【6】閻 石9·數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五版）·高等教育出版社，2006</p><p>　　【7】康華光·電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五版）模擬部分·高等

48、教育出版社，2006</p><p>　　【8】康華光·電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五版）數(shù)字部分·高等教育出版社，2006</p><p>　　【9】陳大欽，羅 杰·電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗（第三版）·高等教育出版社，2008</p><p><b>　　課程設(shè)計成績:</b></p><p>　　

49、注:教師按學(xué)生實際成績（平時成績和業(yè)務(wù)考核成績）登記并錄入教務(wù)MIS系統(tǒng)，由系統(tǒng)自動轉(zhuǎn)化為“優(yōu)秀（90～100分）、良好（80～89分）、中等（70～79分）、及格（60～69分）和不及格（60分以下）”五等。</p><p><b>　　指導(dǎo)教師評語:</b></p><p>　　指導(dǎo)教師（簽名）: </p><p&g