模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告模板

1、模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告設(shè)計(jì)課題 :數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)姓名:學(xué)院:專業(yè):電子信息工程班級(jí):學(xué)號(hào):指導(dǎo)教師 :目錄1設(shè)計(jì)的任務(wù)與要求12.方案論證與選擇13.單元電路的設(shè)計(jì)和元器件的選擇53.1 六進(jìn)制電路的設(shè)計(jì)63.2十進(jìn)制計(jì)數(shù)電路的設(shè)計(jì)63.3六十進(jìn)制計(jì)數(shù)電路的設(shè)計(jì)63.4雙六十進(jìn)制計(jì)數(shù)電路的設(shè)計(jì)73.5時(shí)間計(jì)數(shù)電路的設(shè)計(jì)83.6校正電路的設(shè)計(jì)83.7時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)83.8整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路的設(shè)計(jì)93.9主要元器件的選擇104.系統(tǒng)電路總圖及原理105.經(jīng)驗(yàn)體會(huì)10參考文獻(xiàn)11附錄 A ：系統(tǒng)電路原理圖12附錄 B：元器件清單13數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)1. 設(shè)計(jì)的任務(wù)與要求數(shù)字鐘是一種用數(shù)字電路技術(shù)實(shí)現(xiàn)時(shí)

2、、分、秒計(jì)時(shí)的裝置，與機(jī)械式時(shí)鐘相比具有更高的準(zhǔn)確性和直觀性，且無機(jī)械裝置，具有更更長(zhǎng)的使用壽命，因此得到了廣泛的使用。數(shù)字鐘從原理上講是一種典型的數(shù)字電路，其中包括了組合邏輯電路和時(shí)序電路。因此，我們此次設(shè)計(jì)數(shù)字鐘就是為了了解數(shù)字鐘的原理，從而學(xué)會(huì)制作數(shù)字鐘。而且通過數(shù)字鐘的制作進(jìn)一步的了解各種在制作中用到的中小規(guī)模集成電路的作用及實(shí)用方法。且由于數(shù)字鐘包括組合邏輯電路和時(shí)敘電路。通過它可以進(jìn)一步學(xué)習(xí)與掌握各種組合邏輯電路與時(shí)序電路的原理與使用方法。1.1 設(shè)計(jì)指標(biāo)1. 時(shí)間以 12 小時(shí)為一個(gè)周期；2. 顯示時(shí)、分、秒；3. 具有校時(shí)功能，可以分別對(duì)時(shí)及分進(jìn)行單獨(dú)校時(shí)， 使其校正到標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間

3、；4. 計(jì)時(shí)過程具有報(bào)時(shí)功能，當(dāng)時(shí)間到達(dá)整點(diǎn)前 10 秒進(jìn)行蜂鳴報(bào)時(shí)；5. 為了保證計(jì)時(shí)的穩(wěn)定及準(zhǔn)確須由晶體振蕩器提供表針時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)。1.2 設(shè)計(jì)要求1. 畫出電路原理圖（或仿真電路圖） ；2. 元器件及參數(shù)選擇；3. 編寫設(shè)計(jì)報(bào) 告 寫出設(shè)計(jì)的全過程，附上有關(guān)資料和圖紙，有心得體會(huì)。2. 方案論證與選擇2.1 數(shù)字鐘的系統(tǒng)方案數(shù)字鐘實(shí)際上是一個(gè)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)頻率（1HZ ）進(jìn)行計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)電路。由于計(jì)數(shù)的起始時(shí)間不可能與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間（如北京時(shí)間）一致，故需要在電路上加一個(gè)校時(shí)電路，同時(shí)標(biāo)準(zhǔn)的1HZ 時(shí)間信號(hào)必須做到準(zhǔn)確穩(wěn)定。通常使用石英晶體振蕩器電路構(gòu)成數(shù)字鐘。1圖 1 數(shù)字電子鐘方案框圖2.2 晶體振

4、蕩器電路晶體振蕩器電路給數(shù)字鐘提供一個(gè)頻率穩(wěn)定準(zhǔn)確的32768HZ 的方波信號(hào)，可保證數(shù)字鐘的走時(shí)準(zhǔn)確及穩(wěn)定。 不管是指針式的電子鐘還是數(shù)字顯示的電子鐘都使用了晶體振蕩器電路。一般輸出為方波的數(shù)字式晶體振蕩器電路通常有兩類，一類是用 TTL 門電路構(gòu)成；另一類是通過CMOS 非門構(gòu)成的電路，本次設(shè)計(jì)采用了后一種。如圖（ b）所示，由 CMOS 非門 U1 與晶體、電容和電阻構(gòu)成晶體振蕩器電路， U2 實(shí)現(xiàn)整形功能，將振蕩器輸出的近似于正弦波的波形轉(zhuǎn)換為較理想的方波。輸出反饋電阻為非門提供偏置，使電路工作于放大區(qū)域，即非門的功能近似于一個(gè)高增益的反相放大器。電容C1、C2 與晶體構(gòu)成一個(gè)諧振型網(wǎng)

5、絡(luò)，完成對(duì)振蕩頻率的控制功能，同時(shí)提供了一個(gè)180 度相移，從而和非門構(gòu)成一個(gè)正反饋網(wǎng)絡(luò)， 實(shí)現(xiàn)了振蕩器的功能。 由于晶體具有較高的頻率穩(wěn)定性及準(zhǔn)確性，從而保證了輸出頻率的穩(wěn)定和準(zhǔn)確。2圖 2CMOS 晶體振蕩器（仿真電路）2.3 時(shí)間計(jì)數(shù)電路一般采用十進(jìn)制計(jì)數(shù)器如 74HC290、74HC390 等來實(shí)現(xiàn)時(shí)間計(jì)數(shù)單元的計(jì)數(shù)功能。本次設(shè)計(jì)中選擇 74HC390。由其內(nèi)部邏輯框圖 (如圖 3)可知，其為雙 2-5-10 異步計(jì)數(shù)器，并每一計(jì)數(shù)器均有一個(gè)異步清零端（高電平有效） 。圖 3 74HC390 內(nèi)部功能圖秒個(gè)位計(jì)數(shù)單元為十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，無需進(jìn)制轉(zhuǎn)換，只需將與 （下降沿有效）相連即可。 （下

6、降沒效）與 Z 秒輸入信號(hào)相連， 可作為向上的進(jìn)位信號(hào)與十位計(jì)數(shù)單元的 相連。秒十位計(jì)數(shù)單元為六進(jìn)制計(jì)數(shù)器，需要進(jìn)制轉(zhuǎn)換。將十進(jìn)制計(jì)數(shù)器轉(zhuǎn)換為六進(jìn)制計(jì)數(shù)器的電路連接方法如圖4 所示，其中 可作為向上的進(jìn)位信號(hào)與分個(gè)位的計(jì)數(shù)單元的 相連。圖 4十進(jìn)制 -六進(jìn)制轉(zhuǎn)換電路分個(gè)位和分十位計(jì)數(shù)單元電路結(jié)構(gòu)分別與秒個(gè)位和秒十位計(jì)數(shù)單元完全相同，只不過分個(gè)位計(jì)數(shù)單元的作為向上的進(jìn)位信號(hào)應(yīng)與分十位計(jì)數(shù)單元的相連，分十位計(jì)數(shù)單元的作為向上的進(jìn)位信號(hào)應(yīng)與時(shí)個(gè)位計(jì)數(shù)單元的3相連。時(shí)個(gè)位計(jì)數(shù)單元電路結(jié)構(gòu)仍與秒或個(gè)位計(jì)數(shù)單元相同， 但是要求，整個(gè)時(shí)計(jì)數(shù)單元應(yīng)為十二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，不是 10 的整數(shù)倍，因此需將個(gè)位和十位計(jì)數(shù)

7、單元合并為一個(gè)整體才能進(jìn)行十二進(jìn)制轉(zhuǎn)換。利用片 74HC390 實(shí)現(xiàn)十二進(jìn)制計(jì)數(shù)功能的電路如圖 5 所示。圖 5 十二進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路另外，圖 5 所示電路中，尚余個(gè)二進(jìn)制計(jì)數(shù)單元，正好可作為分頻器2Z 輸出信號(hào)轉(zhuǎn)化為1Z 信號(hào)之用。2.4 譯碼驅(qū)動(dòng)及顯示單元電路選擇 CD4511 作為顯示譯碼電路；選擇LED 數(shù)碼管作為顯示單元電路。由CD4511 把輸進(jìn)來的二進(jìn)制信號(hào)翻譯成十進(jìn)制數(shù)字，再由數(shù)碼管顯示出來。這里的 LED 數(shù)碼管是采用共陰的方法連接的。計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)了對(duì)時(shí)間的累計(jì)并以8421BCD 碼的形式輸送到CD4511 芯片，再由 4511 芯片把 BCD 碼轉(zhuǎn)變?yōu)槠叨螖?shù)碼送到數(shù)碼管中顯示出

8、來。2.5 校時(shí)電路數(shù)字鐘應(yīng)具有分校正和時(shí)校正功能， 因此，應(yīng)截?cái)喾謧€(gè)位和時(shí)個(gè)位的直接計(jì)數(shù)通路，并采用正常計(jì)時(shí)信號(hào)與校正信號(hào)可以隨時(shí)切換的電路接入其中。 即為用 COMS 與或非門實(shí)現(xiàn)的時(shí)或分校時(shí)電路， In1 端與低位的進(jìn)位信號(hào)相連； In2 端與校正信號(hào)相連， 校正信號(hào)可直接取自分頻器產(chǎn)生的 1HZ 或 2HZ（不可太高或太低）信號(hào)；輸出端則與分或時(shí)個(gè)位計(jì)時(shí)輸入端相連。當(dāng)開關(guān)打向下時(shí)，因?yàn)樾Ｕ盘?hào)和 0 相與的輸出為 0，而開關(guān)的另一端接高電平，正常輸入信號(hào)可以順利通過與或門，故校時(shí)電路處于正常計(jì)時(shí)狀態(tài)； 當(dāng)開關(guān)打向上時(shí)， 情況正好與上述相反，這時(shí)校時(shí)電路處于校時(shí)狀態(tài)。4實(shí)際使用時(shí)，因?yàn)殡?/p>

9、路開關(guān)存在抖動(dòng)問題，所以一般會(huì)接一個(gè)RS 觸發(fā)器構(gòu)成開關(guān)消抖動(dòng)電路，所以整個(gè)較時(shí)電路就如圖6。圖 6 帶有消抖電路的校正電路2.6 整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路電路應(yīng)在整點(diǎn)前10 秒鐘內(nèi)開始整點(diǎn)報(bào)時(shí)，即當(dāng)時(shí)間在59 分 50 秒到 59 分59 秒期間時(shí)，報(bào)時(shí)電路報(bào)時(shí)控制信號(hào)。當(dāng)時(shí)間在 59 分 50 秒到 59 分 59 秒期間時(shí)，分十位、分個(gè)位和秒十位均保持不變，分別為 5、 9 和 5，因此可將分計(jì)數(shù)器十位的 Q 和 Q 、個(gè)位的 Q 和Q 及秒計(jì)數(shù)器十位的 Q和 Q 相與，從而產(chǎn)生報(bào)時(shí)控制信號(hào)。說明：當(dāng)時(shí)間在59 分50 秒到59 分59 秒期間時(shí)分十位、分個(gè)位和秒十位均保持不變，分別為5，9和5；報(bào)

10、時(shí)電路可選 74HC30 來構(gòu)成。 74HC30 為 8 輸入與非門。因此，可以將分計(jì)數(shù)器十位的Qc 和QA，個(gè)位的QD和QA及秒計(jì)數(shù)器十位的QC和QA 相與，從而產(chǎn)生報(bào)時(shí)控制信號(hào)。IO1分計(jì)數(shù)器十位IO2U1的和QcQAVCC1VCC5V25VIO3分計(jì)數(shù)器個(gè)位的QD和QAIO43X148564V_0.5W11IO512秒計(jì)數(shù)器十位74HC30D的和IO6QCQA數(shù)字鐘設(shè)計(jì)整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路部分圖 7 整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路3. 單元電路的設(shè)計(jì)與元器件選擇數(shù)字鐘從原理上講是一種典型的數(shù)字電路，可以由許多中小規(guī)模集成電路組成，所以可以分成許多獨(dú)立的電路。53.1 六進(jìn)制電路的設(shè)計(jì)由 74HC390、7400、

11、數(shù)碼管與 4511 組成，電路如圖 8。U1AU2A1133Com2274HC00D74HC00DU5SEVEN_SEG_COM_KABCDEFGU3AU4V1137131QAOA32Hz 5V1INADA451121INB1QBDBOB61121QCDCOC271061CLR1QDDDOD9OE51574HC390DELOF144BIOG3LTVCC5V4511BD將十進(jìn)制計(jì)數(shù)器轉(zhuǎn)換為圖 8 六進(jìn)制電路六進(jìn)制的連接方法3.2 十進(jìn)制電路的設(shè)計(jì)由 74HC390、7400、數(shù)碼管與 4511 組成，電路如圖 9。U4AU4B14362574HC00D74HC00DComU3SEVEN_SEG_

12、COM_KU1AU2AB CDEFG3V117131QAOA60Hz 5V1INADA451121INB1QBDBOB62111QCDCOC271061CLR1QDDDOD9VCCOE5155V74HC390DELOF414BIOG3LT4511BD十進(jìn)制接法測(cè)試仿真電路圖 9 十進(jìn)制電路3.3六十進(jìn)制電路的設(shè)計(jì)由兩個(gè)數(shù)碼管、兩4511、一個(gè) 74HC390 與一個(gè) 7400 芯片組成，電路如圖610。圖 10 六十 進(jìn)制電路3.4 雙六十進(jìn)制電路的設(shè)計(jì)由 2 個(gè)六十進(jìn)制連接而成，把分個(gè)位的輸入信號(hào)與秒十位的 Qc 相連，使其產(chǎn)生進(jìn)位，電路圖如圖 11。Co mCo mS EV EN_SEG_

13、COM _KU1BU1AU4U7S EV EN_SEG_COM _K413652U11BU10A74HC00D74HC00DABCDEFG6431ABCDEFGU2U3B5271374HC00D74HC00D1513DAOA2QA1122INAU8AU911OB12DB2QB2112INB31310DCO C172QC6101INA1QADAO A149OD5112DD42QD1QBO B2CL91INBDBROE6211VCC5151QCDCO C5VOF2761074HC390D EL4141QDO D1CLRDDO G BI93O E L T51574HC390D4 ELO FU1CU1

14、D4511BDVCC14Co m5V BIO G9123811 LTU61013G_COM _K4511BDS EV EN_SE74HC00D74HC00DCo mU15CU16DS EV EN_SEG_COM _K891112U14ABCDEF G1013U3AU574HC00D74HC00DABCDEFG313U12BU13171QAO AV11INADA1213134511571QBO B2QAO A100kHz 5V1INBDB2INADA621112111121QCDCO C2INB2QBDBO B27610102111CL R1QDDDO D2QCDCO C9910O E142QD

15、65152CL RDDO D974HC390DO FO E EL141554O GVCC74HC390DO F BI EL1435V4O G L T BI4511BD3 L T4511BD圖 11 雙六十 進(jìn)制電路73.5 時(shí)間計(jì)數(shù)電路的設(shè)計(jì)由 1 個(gè)十二進(jìn)制電路、 2 個(gè)六十進(jìn)制電路組成，因上面已有一個(gè)雙六十電路，只要把它與十二進(jìn)制電路相連即可，詳細(xì)電路見圖12。ComComComComComComU5U2U4U3U6U1SEVEN_SEG_COM_KSEVEN_SEG_COM_KSEVEN_SEG_COM_KSEVEN_SEG_COM_KSEVEN_SEG_COM_KSEVEN_SEG_C

16、OM_KAB CDE FGA BCDE FGVCC5V32105432105411119111111911ABCDEFGU7ABCDEFGOOOOOOOOOOOOOOIL4511BDILLTLTABCDEBABCDEBDDDDDDDD5353747412612621U25A74HC00DABCDEFGAB CDE FGABCDE FGABCDEFGVCCVCC5V5VVCC3210545V1054321054321054VCC1111911321111911111191111119115VABCDEFGU9ABCDEFGU11ABCDEFGU12OOABCDEFGOOOOU8OOOOOU10O

17、OOOOOOOOOLIT4511BDOOOOOOOLIT4511BDLIT4511BDABCDEBLTVCCABCDEBABCDEB4511BDL4511BDLLDDDACDEILDDDDDDDB5VDDBDDDD54354354377712631261265741261092110921U23CU21AU20CU19A74HC00D74HC00D74HC00D74HC00D8383310911135673ABCDQQQQU13A154111U26B ABL74HC390DRNNCII74HC00D11161423109310935671111113567BCDAABCD131254ABCDA

18、BCDQQQQU18B222QQQQBCDQQQQ1312QQQQ2222U16BU24DQQQQU22B222111U15A5U17B42A21111U14AU20DABR74HC390N74HC00D174HC00D74HC390N74HC390N74HC390DNNLABLABLABLIICU20BR74HC390DR74HC00DRIICABRIICIC222INNNNNN222NNL622211174HC00DIIC11111115241115245241426111111142V11000Hz 5V時(shí)，分，秒計(jì)時(shí)電路圖圖 12 時(shí)間計(jì)數(shù)電路3.6 校正電路的設(shè)計(jì)由 74CH51D、

19、74HC00D 與電阻組成，校正電路有分校正和時(shí)校正兩部分，電路如圖 13。3.7 時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)由晶體與 2 個(gè) 30pF 電容、 1 個(gè) 4060、一個(gè) 10 兆的電阻組成，芯片3 腳輸出 2Hz 的方波信號(hào)，電路如圖14。8VCCIO1正常輸入信號(hào)5V校正信號(hào) IO2R1小時(shí)校正電路10MohmJ1Key = AR210MohmIO3正常輸入信號(hào)校正信號(hào) IO4R310MohmJ2Key = B分鐘校正電路分校正時(shí)鎖定小時(shí)信號(hào)輸入R410MohmU2C981074HC00D注意：分校時(shí)時(shí)，不會(huì)進(jìn)位到小時(shí)。U1U2D11212U2A時(shí)計(jì)數(shù)器11131381IO574HC00D9310211

20、74HC00D2分計(jì)數(shù)器3U2B64IO6465574HC00DU3A74HC51D1圖中采用基本RS觸發(fā)器構(gòu)成開關(guān)消抖動(dòng)電路，32其中與非門選用74HC00；對(duì)J1和J2，因?yàn)樾Ｕ盘?hào)與0相與為0，而開關(guān)的另一端接高電平，正74HC00D常輸入信號(hào)可以順利通過與或門，故校時(shí)電路處于正常計(jì)時(shí)狀態(tài)，當(dāng)開關(guān)打向上時(shí)，情況正好與U3B上述相反，這時(shí)電路處于校時(shí)狀態(tài)。46574HC00D數(shù)字鐘設(shè)計(jì)校時(shí)電路部分圖 13 校正電路圖 14 時(shí)鐘電路3.8 整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路由 74HC30D 和蜂鳴器組成，當(dāng)時(shí)間在59:50 到 59:59 時(shí)，蜂鳴報(bào)時(shí)，電路如圖 15。9說明：當(dāng)時(shí)間在59分50秒到59分59

21、秒期間時(shí)分十位、分個(gè)位和秒十位均保持不變，分別為5，9和5 ；因此，可以將分計(jì)數(shù)器十位的Qc 和QA ，個(gè)位的QD 和QA 及秒計(jì)數(shù)器十位的QC 和QA 相與，從而產(chǎn)生報(bào)時(shí)控制信號(hào)。IO1分計(jì)數(shù)器十位的Qc 和QAIO2U1VCC1VCC5V25VIO3分計(jì)數(shù)器個(gè)位的QD 和QAIO43X148564V _0.5W11IO512秒計(jì)數(shù)器十位74HC30D的QC 和QAIO6數(shù)字鐘設(shè)計(jì)整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路部分圖 15 整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路3.9 主要元器件的選擇1共陰八段數(shù)碼管6 個(gè)；2 CD4511 集成塊 6 塊；3 CD4060 集成塊 1 塊；4 74HC390 集成塊 3 塊；5 74HC51 集成塊

22、 1 塊；6 74HC00 集成塊 4 塊；7 74HC30 集成塊 1 塊；4. 系統(tǒng)電路總圖及原理將設(shè)計(jì)的各個(gè)單元電路進(jìn)行級(jí)聯(lián)，得到數(shù)字電子鐘系統(tǒng)電路原理圖見附錄A 。5經(jīng)驗(yàn)體會(huì)通過這次對(duì)數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)作，讓我了解了電路設(shè)計(jì)的基本步驟，也讓我了解了關(guān)于數(shù)字鐘的原理與設(shè)計(jì)理念，要設(shè)計(jì)一個(gè)電路先進(jìn)行軟件模擬仿真再進(jìn)行實(shí)際的電路制作。但是最后的成品卻不一定與仿真時(shí)完全一樣，因?yàn)?，再?shí)際接線中有著各種各樣的條件制約著。而且，在仿真中無法成功的電路接法，在實(shí)際中因?yàn)樾酒旧淼奶匦远軌虺晒?。所以，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮兩者的差異，從中找出最適合的設(shè)計(jì)方法。通過這次學(xué)習(xí)，讓我對(duì)各種電路都有了大概的了解，所以說，坐而言不如立而行，對(duì)于這些電路還是應(yīng)該自己動(dòng)手實(shí)際10操作才會(huì)有深刻理解。參考文獻(xiàn)：1 趙建領(lǐng) . 51 系列單片機(jī)開發(fā)寶典 M. 北京 : 電子工業(yè)出版社 , 2007.2 邊春元等 . C51 單片機(jī)典型模塊設(shè)計(jì)及應(yīng)用 M.