電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)

電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告報(bào)告題目：自動(dòng)電子鐘學(xué)號姓名年級專業(yè)指導(dǎo)教師一．設(shè)計(jì)目的及要求學(xué)習(xí)識別簡單的電子元件與電子線路；了解計(jì)數(shù)器芯片74LS90的使用方法以及性能指標(biāo)。(3)了解自動(dòng)電子鐘的組成及工作原理。(4)熟悉自動(dòng)電子鐘的設(shè)計(jì)與制作。(5)熟練掌握仿真軟件proteus中的基本操作。(6)熟悉利用proteus軟件創(chuàng)建電路原理圖并進(jìn)行電路仿真。二．所用器件(1)電烙鐵、螺絲刀、鑷子、數(shù)字萬用表、電源等必備工具。(2)部分耗材：焊錫絲，松香等三．設(shè)計(jì)概要該自動(dòng)電子鐘有74LS90家計(jì)數(shù)器電路以及74HC48等組成，其原理框圖如圖所示：1HZ圖表SEQ圖表\*ARABIC1自動(dòng)電子鐘的結(jié)構(gòu)圖1HZ它的工作過程：將標(biāo)準(zhǔn)秒信號送入“秒計(jì)數(shù)器”，“秒計(jì)數(shù)器”采用60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，每累計(jì)60秒產(chǎn)生一個(gè)信號，該信號將控制“分計(jì)數(shù)器”的工作。“分計(jì)數(shù)器”也采用60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，每累計(jì)60分鐘發(fā)出一個(gè)信號，該信號將控制“時(shí)計(jì)數(shù)器”的工作，“時(shí)計(jì)數(shù)器”采用24進(jìn)制計(jì)時(shí)器，可實(shí)現(xiàn)對一天24小時(shí)的累計(jì)。設(shè)計(jì)原理振蕩器數(shù)字電路中的時(shí)鐘是由振蕩器產(chǎn)生的，振蕩器是數(shù)字鐘的核心。振蕩器的穩(wěn)定度及頻率的精度決定了數(shù)字鐘計(jì)時(shí)的準(zhǔn)確程度，一般來說，振蕩器的頻率越高，計(jì)時(shí)精度越高。它利用某種反饋方式產(chǎn)生時(shí)鐘信號。對數(shù)字電路來說，振蕩器的輸出的幅度范圍為0v—5v的方波信號而不是鋸齒波、三角波或其他形式。在本設(shè)計(jì)中，采用的是石英晶體振蕩器所組成的振蕩電路，石英諧振器簡稱為晶振，它是利用具有壓電效應(yīng)的石英晶體片制成的。這種石英晶體薄片受到外加交變電場的作用時(shí)會產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，當(dāng)交變電場的頻率與石英晶體的固有頻率相同時(shí)，振動(dòng)便變得很強(qiáng)烈，這就是晶體諧振特性的反應(yīng)。利用這種特性，就可以用石英諧振器取代LC(線圈和電容)諧振回路、濾波器等。由于石英諧振器具有體積小、重量輕、可靠性高、頻率穩(wěn)定度高等優(yōu)點(diǎn)，被應(yīng)用于家用電器和通信設(shè)備中。石英諧振器因具有極高的頻率穩(wěn)定性，故主要用在要求頻率十分穩(wěn)定的振蕩電路中作諧振元件。具體電路如下圖所示：圖表SEQ圖表\*ARABIC2振蕩電路分頻器本方案中分頻器的主要作用就是頻器的作用是將由石英晶體產(chǎn)生的高頻信號分頻成基時(shí)鐘脈沖信號，在此電路中作為分頻器的元件是:CD4060和74LS90。本設(shè)計(jì)采用的是有一個(gè)CD4060和74LS90一個(gè)組成的2級1/10分頻。其電路圖如下所示：圖表SEQ圖表\*ARABIC3分頻器電路從圖中可以看出：由振蕩器產(chǎn)生的脈沖經(jīng)4060和74LS90分頻后產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖供給計(jì)數(shù)器。CD4020是14位二進(jìn)制串行計(jì)數(shù)器。所有的計(jì)數(shù)器為主從觸發(fā)器。計(jì)數(shù)器在時(shí)鐘下降沿進(jìn)行計(jì)數(shù)，CR為高電平時(shí)，對計(jì)數(shù)器進(jìn)行清零。由于在時(shí)鐘輸入端使用斯密特觸發(fā)器，對脈沖上升和下降時(shí)間無限制，所有輸入和輸出均經(jīng)過緩沖。CD4040是12位二進(jìn)制串行計(jì)數(shù)器，所有計(jì)數(shù)器位為主從觸發(fā)器。計(jì)數(shù)器在時(shí)鐘下降沿進(jìn)行計(jì)數(shù)，CR為高電平時(shí)，對計(jì)數(shù)器進(jìn)行清零。由于在時(shí)鐘輸入端使用斯密特觸發(fā)器，對脈沖上升和下降時(shí)間無限制。所有輸入和輸出均經(jīng)過緩沖。CD4060由一振蕩器和14級二進(jìn)制串行計(jì)數(shù)器位組成，振蕩器的結(jié)構(gòu)可以是RC或晶振電路，CR為高電平時(shí)，計(jì)數(shù)器清零且振蕩器使用無效。所有的計(jì)數(shù)器位均為主從觸發(fā)器。在CP1(和CP0)的下降沿計(jì)數(shù)器以二進(jìn)制進(jìn)行計(jì)數(shù)。在時(shí)鐘脈沖線上使用斯密特觸發(fā)器對時(shí)鐘上升和下降時(shí)間無限制。工作電壓：電源電壓(VDD)+3V～+15V輸入電壓(VIN)0V～VDD工作溫度范圍(TA)CD4060BM：-55℃～+125℃CD4060BC：-40℃～+85℃引腳功能/CP1：時(shí)鐘輸入端CP0：時(shí)鐘輸出端/CP0：反相時(shí)鐘輸出端Q4~Q10，Q12~Q14：計(jì)數(shù)器輸出端/Q14：第14級計(jì)數(shù)器反相輸出端VDD：電源正VSS：電源負(fù)CR：清零端其引腳圖如下：圖表SEQ圖表\*ARABIC4CD4060引腳3、計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器是一種計(jì)算輸入脈沖的時(shí)序邏輯網(wǎng)絡(luò)，被計(jì)數(shù)的輸入信號就是時(shí)序網(wǎng)絡(luò)的時(shí)鐘脈沖，它不僅可以計(jì)數(shù)而且還可以用來完成其他特定的邏輯功能，如測量、定時(shí)控制、數(shù)字運(yùn)算等等。數(shù)字鐘的計(jì)數(shù)電路是用兩個(gè)六十進(jìn)制計(jì)數(shù)電路和“24翻1”計(jì)數(shù)電路實(shí)現(xiàn)的。數(shù)字鐘的計(jì)數(shù)電路的設(shè)計(jì)可以用反饋清零法。當(dāng)計(jì)數(shù)器正常計(jì)數(shù)時(shí)，反饋門不起作用，只有當(dāng)進(jìn)位脈沖到來時(shí)，反饋信號將計(jì)數(shù)電路清零，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)模的循環(huán)計(jì)數(shù)。以六十進(jìn)制為例，當(dāng)計(jì)數(shù)器從00，01，02，……，59計(jì)數(shù)時(shí)，反饋門不起作用，只有當(dāng)?shù)?0個(gè)秒脈沖到來時(shí)，反饋信號隨即將計(jì)數(shù)電路清零，實(shí)現(xiàn)模為60的循環(huán)計(jì)數(shù)。下面將分別介紹60進(jìn)制計(jì)數(shù)器和“24翻1”小時(shí)計(jì)數(shù)器。（一）60進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路如下圖所示：圖表SEQ圖表\*ARABIC560進(jìn)制計(jì)數(shù)電路電路中，74LS90作為十位計(jì)數(shù)器，既在電路中采用六進(jìn)制計(jì)數(shù)；又作為個(gè)位計(jì)數(shù)器在電路中采用十進(jìn)制計(jì)數(shù)。當(dāng)74LS90的14腳接振蕩電路的輸出脈沖1Hz時(shí)74LS90開始工作，它計(jì)時(shí)到10時(shí)向十位計(jì)數(shù)器74LS90進(jìn)位。下面對電路中所用的主要元件及功能介紹。①十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS9074LS90是二—五—十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，它有兩個(gè)時(shí)鐘輸入端CKA和CKB。其中，CKA和組成一位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器；CKB和組成五進(jìn)制計(jì)數(shù)器；若將與CKB相連接，時(shí)鐘脈沖從輸入，則構(gòu)成了8421BCD碼十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。74LS90有兩個(gè)清零端R0（1）、R0（2），兩個(gè)置9端R9（1）和R9（2），其BCD碼十進(jìn)制計(jì)數(shù)時(shí)序如表1，二—五混合進(jìn)制計(jì)數(shù)時(shí)序如表2，74LS90的管腳圖如圖9。R0(1)R0(1)2R0(2)3R9(1)6R9(2)7CKA14QA12CKB1QB9QC8QD1174LS90圖9表1BCD碼十進(jìn)制計(jì)數(shù)時(shí)序表2二—五混合進(jìn)制計(jì)數(shù)時(shí)序CK00000100012001030011401005010160110701118100091001CK00000100012001030011401005100061001710108101191100（二）“24翻1”小時(shí)計(jì)數(shù)器電路（1）電路如下圖所示：圖表SEQ圖表\*ARABIC624翻1計(jì)數(shù)器電路“24翻1”小時(shí)計(jì)數(shù)器是按照“00—01—02—03—04—05—06—07—08—09—10—11—12—13—14—15—16—17—18—19—20—21—22—23—24—00”規(guī)律計(jì)數(shù)的，計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)狀態(tài)轉(zhuǎn)換表如表3所示。表3“24翻1”小時(shí)計(jì)時(shí)時(shí)序十位個(gè)位十位個(gè)位CKQ10Q03Q02Q01Q00CKQ10Q03Q02Q01Q00012345678910111200000000001110000000100100011010001010110011110001001000000010010131415161718192021222324111111122220001101000101011001111000100100000001001000110000譯碼器與顯示電路電路如下圖所示：圖表SEQ圖表\*ARABIC7顯示電路譯碼是編碼的相反過程，譯碼器是將輸入的二進(jìn)制代碼翻譯成相應(yīng)的輸出信號以表示編碼時(shí)所賦予原意的電路。常用的集成譯碼器有二進(jìn)制譯碼器、二—十制譯碼器和BCD—7段譯碼器、顯示模塊用來顯示計(jì)時(shí)模塊輸出的結(jié)果。譯碼器74LS48是一個(gè)多輸入、多輸出的組合邏輯電路。它的工作是把給定的代碼進(jìn)行“翻譯”，變成相應(yīng)的狀態(tài)，使輸出通道中相應(yīng)的一路有信號輸出。譯碼器在數(shù)字系統(tǒng)中有廣泛的用途，不僅用于代碼的轉(zhuǎn)換、終端的數(shù)字顯示，還用于數(shù)字分配，存儲器尋址和組合控制信號等。譯碼器可以分為通用譯碼器和顯示譯碼器兩大類。在電路中用的譯碼器是共陰極譯碼器74LS48，用74LS48把輸入的8421BCD碼ABCD譯成七段輸出a-g，再由七段數(shù)碼管顯示相應(yīng)的數(shù)。74LS48的管腳圖如圖所示。在管腳圖中，管腳LT、RBI、BI/RBO都是低電平是起作用，作用分別為：LT為燈測檢查，用LT可檢查七段顯示器個(gè)字段是否能正常被點(diǎn)燃。BI是滅燈輸入，可以使顯示燈熄滅。RBI是滅零輸入，可以按照需要將顯示的零予以熄滅。BI/RBO是共用輸出端，RBO稱為滅零輸出端，可以配合滅零輸出端RBI，在多位十進(jìn)制數(shù)表示時(shí)，把多余零位熄滅掉，以提高視圖的清晰度。也可用共陰譯碼器74LS48，CD4511。BI/RBOBI/RBO4RBI5LT3A7B1C2D6a13b12c11d10e9f15g1474LS48（2）顯示器在此電路圖中所用的顯示器是共陰極形式，陰極必須接地。數(shù)碼管的管腳功能圖如圖所示：aabfcgdeDPY[LEDgn]1234567abcdefgDPY_7-SEG電路調(diào)試在本設(shè)計(jì)中，為了設(shè)計(jì)的順利進(jìn)行，我在仿真軟件protues上進(jìn)行了部分調(diào)試，調(diào)試成功后，我按照仿真軟件中電路圖中元器件的連接進(jìn)行元器件的焊接。焊接完成后，經(jīng)幾次細(xì)節(jié)上的修改最終電路順利地通過了測試，完成了設(shè)計(jì)所要求的功能。振蕩電路部分在現(xiàn)用電路調(diào)試中，晶振的輸出頻率為100Hz，用一片4060和一片74LS90組成了2級十分頻電路，在調(diào)試中我對每級分路進(jìn)行了測試。在第一級分頻后出現(xiàn)的脈沖信號為10Hz，經(jīng)過第二級得到了1Hz的標(biāo)準(zhǔn)脈沖信號。計(jì)數(shù)電路部分（1）小時(shí)計(jì)數(shù)部分這部分電路較復(fù)雜，在第一次焊接完成后的調(diào)試顯示中，發(fā)現(xiàn)小時(shí)的十位沒有變化，經(jīng)過分析、檢查發(fā)現(xiàn)74LS74的3腳沒有接上。（2）秒計(jì)數(shù)電路部分這部分的調(diào)試中順利得到了結(jié)果即：秒計(jì)數(shù)器的個(gè)位能準(zhǔn)確以十進(jìn)制形式計(jì)數(shù)；秒計(jì)數(shù)器的十位也能準(zhǔn)確以六進(jìn)制的形式計(jì)數(shù)。當(dāng)秒計(jì)數(shù)器的個(gè)位計(jì)數(shù)到9后自動(dòng)向秒計(jì)數(shù)器的十位計(jì)數(shù)。（3）分計(jì)數(shù)電路部分這部分的調(diào)試電路與秒計(jì)數(shù)器的電路一樣，在調(diào)試中不同的是秒計(jì)數(shù)電路的個(gè)位計(jì)數(shù)器74LS90的14腳接入振蕩電路部分的輸出端，而分計(jì)數(shù)電路的個(gè)位計(jì)數(shù)器74LS90的14腳本該接校時(shí)電路，但是由于校時(shí)電路作為最后調(diào)試的電路，所以在調(diào)試中74LS90的14腳與單次脈沖連接。心得體會通過自動(dòng)電子鐘的設(shè)計(jì)，我感覺有很大的收獲：首先，通過這次課程設(shè)計(jì)使自己對課本上的知識可以應(yīng)用于實(shí)際，使理論與實(shí)際相結(jié)合，加深自己對課本知識的更好理解，同時(shí)也段練了我個(gè)人的動(dòng)手能力：能夠充分利用圖書館去查閱資料，增加了許多課本以外的知識。更加了解了時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)步驟及方法。對時(shí)序邏輯電