JINGCHU UNIVERSITY OF TECHNOLOGY
《模拟电子线路基础》
课程设计报告
专 业 电气工程及其自动化 班 级 10电工3班 学生姓名 宋中喆 指导教师 傅俊 马雪芬 提交日期 2012.06.10
目 录
第一部分 设计任务
1.1 设计题目及要求………………………………………………………………4 1.2 备选方案设计与比较…………………………………………………………4 1.2.1 方案一……………………………………………………………………4 1.2.2 方案二……………………………………………………………………6 1.2.3 方案三……………………………………………………………………6 1.2.4 各方案分析比较…………………………………………………………7 第二部分 设计方案
2.1 总体设计方案说明……………………………………………………………8 2.2 模块结构与方框图……………………………………………………………8 第三部分 电路设计与器件选择
3.1 功能模块一（时钟模块及保持模块）………………………………………9 3.1.1 模块电路及参数计算……………………………………………………9 3.1.2 工作原理和功能说明……………………………………………………10 3.1.3 器件说明（含结构图、管脚图、功能表等）…………………………10 3.2 功能模块二（计数模块）……………………………………………………11 3.2.1 模块电路及参数计算……………………………………………………11 3.2.2 工作原理和功能说明……………………………………………………12 3.2.3 器件说明（含结构图、管脚图、功能表等）…………………………12 3.3 功能模块三（增益模块）……………………………………………………13 3.3.1 模块电路及参数计算……………………………………………………13 3.3.2 工作原理和功能说明……………………………………………………14 3.3.3 器件说明（含结构图、管脚图、功能表等）…………………………14 3.4 元件清单………………………………………………………………………18 第四部分 安装调试与性能测量
4.1 电路安装………………………………………………………………………18 4.2 电路调试………………………………………………………………………18 4.2.1 调试步骤及测量数据……………………………………………………20 4.2.2 故障分析及处理…………………………………………………………20 4.3 整机性能指标测量（附数据、波形等）……………………………………21 第五部分 课程设计总结 （心得体会）…………………………………………22 第六部分 参考文献 ………………………………………………………………23
第一部分 设计任务
1.1 设计题目及要求
数字电子钟 设计的目的：
1、熟悉巩固所学的理论知识与实践技能。 2、学习掌握工程初步设计的基本技能。
3、培养学生查阅技术资料的能力，培养学生综合运用所学理论知识和实践知识独立完成课题的工作能力。
设计任务：
1．时制式为24小时制。
2．采用LED数码管显示时、分、秒。 3．具有方便的时间调校功能。 4．可精确校正计时精度。 5．直流5v供电。 1.2 备选方案设计与比较
1.译码部分可用74LS138或CD4511。
2.计数部分用74LS160或74LS161或74LS90或74LS290。 3.脉冲产生部分用555构成振荡器或用晶体振荡器。 1.3 各方案分析比较
1. 由于74LS138连接比较麻烦，而CD4511使用极为方便。
2.由于74LS160（十进制计数器）贵，74LS290与74LS90引脚很少，但更贵。我们择中选择了74LS161（四位二进制计数器，引脚多，连线复杂，使用不方便）我们喜欢挑战，而且更能锻炼自己的动手能力
3.由于晶体振荡器要用到CD4060，其中我们只需要Q14引脚，其他很多引脚都被搁置，造成引脚浪费，再者和晶振还要并联一个兆级的电阻，兆级电阻不好买，故此处我们选用555构成振荡器，来为电路提供脉冲。
第二部分 设计方案
2．1总体设计方案说明
数字钟是一个将“ 时”，“分”，“秒”显示于人的视觉器官的计时装置。它的计时周期为24小时，显示满刻度为23时59分59秒，另外应有校时功能和一些显示星期等附加功能。因此，一个基本的数字钟电路主要由译码显示器、“时”，“分”，“秒”计数器、校时电路和晶体振荡器（或555脉冲产生）组成。附加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555构成振荡器或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秒发出一个“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”、“星期”计数器的输出状态送到七段显示译码器译码，通过七位LED七段显示器显示出来。校时电路用来对“时”、“分”，显示数字进行校对调整的。
2.2 模块结构与方框图
图 SZZ-1所示为数字钟的一般构成框图
图 SZZ-1数字钟的构成框图
这里我们将晶体振荡器换成555定时器组成振荡器。
第三部分 电路设计与器件选择
3.1 功能模块一（时钟模块及保持模块） 3.1.1 模块电路及参数计算 （1）时间计数器电路
U21413121115Q0Q1Q2Q3RCOD0D1D2D3ENPENTCLKLOADMR74LS16134567102911413121115U1Q0Q1Q2Q3RCOD0D1D2D3ENPENTCLKLOADMR74LS1613456710291U2(CLK)U3:A13274LS0054U3:B674LS00六十进制计数器可由一个十进制计数器和一个六进制计数器组合而成。由于从个位向十位进位时，进位信号是在个位计数器从1001状态变到0000状态时发出的，所以进位信号可由Q0、Q3端经“与”门送出。
秒和分计数器之间的进位是在秒计时由0101、1001状态时变到0000,0000状态时发出的，所以分进位信号可由QC、QA经“与”门送出。
时计数器是一个二十四进制计数器，当十位的计数值还不到2时，个位的计数器应按照十进制的规律进行计数;但当十位计数器累计到2时，个位则应该按照四进制进位。也就是说，当计数器达到23时，若再来一个时计数器脉冲，则要求个位和十位全部置零
3.2功能模块二
由74LS90构成的二十进制计数器，将一片74LS90设计成4进制加法计数器，另一片设置2进制加法计数器。即个位计数状态为Qd Qc Qb Qa = 0100十位计数状态为Qd Qc Qb Qa = 0010时，要求计数器归零。通过把个位Qc、十位Qb相与后的信号送到个位、十位计数器的清零端，使计数器清零，从而构成24进制计数器。电路图如下:
3.3 功能模块三 R310kR410kU10:A13274LS00U10:B46574LS00 校准电路实质上是由一个基本R-S触发器组成的单脉冲发生器，如图所示。从图中可知，未按下SW1和SW2时，这时数字钟正常工作，分脉冲能进入分计数器，时脉冲也能进入时计数器。按下SW1时，则分脉冲可以直接进入分计数器而时脉冲被阻止进入，因而能较快的校准时计数器的计数值。若所按的是SW2，则时脉冲可以直接进入时计数器而分脉冲被阻止进入，因而能较快的校准分计数器的计数值。校准后，将校正按钮释放，使其恢复原位，数字钟继续进行正常的计时工作。
3.4功能模块四
用555定时器是产生脉冲，555定时器是一种将模拟功能与逻辑功能相结合的单片集成电路。
555定时器逻辑功能表
RD’ 0 1 1 11 VTH × ＞2Vcc/3 ＜2Vcc/3 ＜2Vcc/3 VTR × ＞V/3 ＜V/3 ＞V/3 R S OUT × × 0 0 1 保持 0 1 1 0 1 1 VCT 导通 导通 截止 保持 RVCC48U9QDC37R15.1k5CVR24.7k2GNDTRTH6555C2100uC10.1u1 用555定时器构成多谐振荡器，多谐振荡器是一种无稳态电路，接通电源后，无需外加触发信号，利用电源通过R1，R2向电容充电，即C通过R2向放电端Ct放电，使电路产生振荡。电容C在Vcc/3和2Vcc/3之间充电和放电。
输出振荡信号的时间参数为
T=tw1+tw2 tw1=0.7(R1+R2)C
Tw2=0.7R2C f=1/T=1.43/(R1+2R2)C
在设计电路时，R1=5.1k欧 R2=4.7k欧 电容C=100uF则电路产生的脉冲的频率为1HZ,满足实验的要求。
3.5元件清单
显示部分：8个LED共阴极单位数码管 8个CD4511 50个300欧电阻
计数部分：8个74LS90 3个74LS08（与门）
校正部分：5个单刀双掷（三脚）拨动开关 2个74LS00（4个与非门）
6个1k欧电阻
脉冲部分：2个22pF电容 2个47pF电容 3~20pF可变电容 2个30pF可变电容 2个32768HZ晶振 2个22M欧电阻 2个47pF电容 2个CD4060十四位串行计数器/振荡器 2个74LS74
10个14引脚芯片底座
7个16引脚芯片底座
7个七段LED单位数码管的底座 2个万能板
第四部分 安装调试与性能测试
4.1 电路安装
数字钟的整机电路
4．2 电路调试
1、标准秒信号调试
用示波器观察CD4013的输出应为一标准秒信号波形。 2、时、分、秒及显示电路的调试
将秒信号分别引入到时、分、秒计数器单元电路中，观察电路的工作情况。 3、校时电路的测试
将秒信号分别引入到校时电路中，分别按下开关SW1、SW2，检查计数器及时计数器的工作情况。
第五部 分课程设计总结
我的专业是电气工程及其自动化，大一我们学了《电路》，、《模拟电子技术》和《数字电子技术》，通过两年的理论学习，我们对此专业有了大体上较熟悉的了解。然而实践的不足常使我们感到理论知识的无力，不时感到很迷茫。通过这次一个星期的课程设计，我学到了很多很多课堂上学不到的东西。
俗话说：万事开头难。初次开始课程设计，我很迷惑，不知道从何处开始。通过请教班上一些参加过电子设计大赛的同学，我知道了大致的步骤。
开始前一个星期，班上同学自由组队，我有幸和班上的一朵金花韦梦一组。很快我们拿到了题目，经过多次比较，我们选择了“数字电子钟”作为本次我们设计的题目。然后我就从搜集资料，进行电脑电路仿真，开始我使用的是Multisim进行仿真，然而我们进行的仿真需要的芯片Multisim里面很多都没有，正当我迷茫的时，同学告诉了我proteus软件，由于下载不到，于是我就往实验室跑，没多久我就将proteus学熟了，电脑仿真也基本完成，接着我对电路加了一些额外的功能，将显示星期的部分加上去了，此外校正电路也很快搞成
功，那一刻我产生了很大的成就感。
很快，我们的课程设计周到来了，然而由于种种原因，我们的元器件还没有到达，此时时间紧迫，幸好老师体贴，给了我们宽限时间，但是我们那几天也不能闲着，又进行了多次仿真，使用多种方案，最终我们也选出了我们认为最好的方案。
元器件很快也到来了，于是我们开始焊接，初次接触焊接，也出现了很多笑话（比如把电容当电阻），不过没多久，我就将各种元器件认熟了，还从同学那，学到了一些焊接的技巧与方法。由于不熟练，我在焊接上花了大量时间，每焊接好一部分我就进行调试。
首先我焊接的是555定时器构成的震荡电路，当在输出端加一个发光二极管时，接通电源，看见二级管每隔一秒亮一下时，我特别的兴奋，那一刻我真像一个求知的孩子。
接着我焊接秒钟部分，然后依次是分钟，时钟与星期部分。然而当我进行检测时，很多问题也相应到来了，首先是秒钟走的不正常，经过检查线路，终于秒钟部分正常了。接着就是时钟，不久也好了……
然而连着联着，线路越来越复杂了，问题也越来越多了，我们花了很长时间还是检测不出来，我们很迷茫，很沮丧，有点想放弃的感觉。但当我们冷静下来时，我们又恢复了设计的激情。经过冷静的思考，我们排除了一个又一个错误点。最终我们终于将基本显示计数部分完成了。
紧接着我们加附加电路，校时功能。然而当我们按理论上的图纸连接完成后，问题又出现了，校时开关始终乱跳，数字显示也出现问题，也许这次问题算是我们遇到的最大问题了，我们检查了多次，始终无法按仿真的结果运行，我们不断调试，始终发现不了问题。这也许算是是我们这次设计最大的遗憾了。
然而当我们挫败之时，更大的问题又出现了，正当始终走的很正常时，突然所有的显示管都不动了，除秒个位显示8外，其他都显示0。第一预感，我们猜测可能是555定时器震荡有问题了，于是我们重新连接了555部分，黄天不负有心人，最终还是正常了（除校正部分）。
通过这次课程设计我最大的收获是：有生以来第一次将学到的理论知识真正付诸实践，并且学到了实践的方法，以及如何面前挫折，解决困难，还学到了一种科研的精神：永不言弃，执着追求。我相信这将在以后的学习与实践中给我很大的经验与帮助。
第六部分 参考文献
●电路 罗先觉 高等教育出版社
●数字电子技术基础 阎石 高等教育出版社 1998年11月第四版 ●模拟电子技术基础 童诗白 高等教育出版社2001年1月第三版
●数字电子技术实验教程 王维斌 西北工业大学出版社 2010年7月第2版
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