模电课程设计_模电课程设计图文

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数字电子钟计时系统

数字钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置，和我们平时所用的机械式时钟相比，具有更高的准确性和直观性。数字钟从原理上讲是一种典型的数字电路，其中包括了组合逻辑电路和时序电路。在设计数字钟时，首先要了解数字钟的原理，从而学会制作数字钟。在制作数字钟的工程中进一步了解各种在制作中用到的中小规模集成电路的作用及实用方法。因为数字钟包括组合逻辑电路和时序电路，可以我们学习与掌握各种组合逻辑电路与时序电路的原理与使用方法。

课程设计报告内容

1.设计任务与基本要求 1.1 设计任务 1.2 基本要求 2.设计方案

2.1 工作原理 2.2 原理方框图 3.单位电路模块设计

3.1 秒信号发生器荡器、分频器 3.2 秒、分计数器——60 进制计数器 3.3 时计数器——24 进制计数器 3.4 译码显示电路 3.5 校时电路 4.调试要点

4.1 标准信号源调试

4.2 时、分、秒及显示电路的调试 4.3 校时电路的测试 5.课程设计体会 附元器件材料清单

1.设计任务与基本要求

1.1 设计任务

根据所学的知识，用中、小规模集成电路设计一台能显示时、分、秒的数字电子钟

1.2 基本要求

① 采用LED 显示累计时间“时”、“分”、“秒”。② 当电路发生走时误差时，具有校时功能。

2.设计原理

2.1 工作原理

数字电子钟电路系统由秒信号发生器、“时”、“分”、“秒”计数器、译 码器及显示器、校时电路等组成。秒信号发生器是整个数字电子钟的核心部分，它的精度和稳定度

决定了计时钟计的质量，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。将标准秒信号送入“秒计数器”“秒计数器”采用六十进制计数器每累计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”也采用六十进制计数器每累计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 进制计数器可实现对一天24 小时的累计。译码显示电路将“时”、“分”、“秒”计数器的输出状态经七段显示译码器译码通过六位LED 七段显示器显示出来。校时电路是用来对“时”、“分”、“显示数字进行校对调整的。本设计用中、、分、秒的数字电子钟，使其完成一下几项基本功能显示累计时间“时”、“分”、“秒”，具有校时功能，可以分别对时及分进行单独校时使其校正到标准时间。

2.2 原理方框图

数字电子钟的原理方框图如下图所示，由图知 该电路系统由秒信号发生器、“时”、“分”、“秒”计数器、译码器及显示器、校时电路等组成。

图1 数字电子钟系统图

3.单位电路模块设计

3.1 秒信号发生器

图2 秒信号发生器

秒信号发生器是数字电子钟的核心部分，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。常用的 典型电路如上图所示。

CD4060 是14 位二进制计数器。它内部有14 级二分频器两个反相器。CP1、CP0 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（10MΩ--100MΩ）,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100pF，C2 是温度特性校正用电容，取100pF。内部 反相器G2 起整形作用，且提高带负载能力。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，所以要外加一级分频器，可采用CD4013 双D 触发器完成。3.2 60 进制计数器

图3 60 进制计数器

由CD4029 极成的60 进制计数器如上图所示。首先将两片CD4029 设置成十 进制加法计数器。例如，将“Ｂ/Ｄ”接高电平。将第一片CD4029 计数器的进位输出CO 连到第二片CD4029 计数器的进位输入CI，这样两片计数器最大可实现100 进制的计数器。现在要设计一个６０进制的计数器，可以利用“反

馈置零”的方法。由于CD4029 属于异步置数，故当计数器

输出“2Q32Q22Q12Q0、1Q31Q21Q11Q0=0110、0000”时，通过门电路形成一置数脉冲 使计数器归零。上图可作为秒、分计数器。3.3 时计数器——24 进制计数器

当个位计数状态为“Q3Q2Q1Q0=0100”，十位计数器状态为

“Q3Q2Q1Q0=0010”时，要求计数器归零。通过把第一片的Q2、第二片的Q1 相与后 的信号送到个位、十位计数器的置数端PE，使计数器复零，从而极成24 进制计 数器。如下图所示。

图4 24 进制计数器

3.4 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翻译，变成相应的数字。用于驱动LED 七段数码管的译码器常用的有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七段共阳枀显示数码管。由74LS47 和LED 七段共阳数码管组成的一位数码显示电路如下图示。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，便可进行不同数字的显示。在数码管与电源之间串联的电阻R 为限流电阻，阻值为360Ω。

图5 一位BCD 译码显示电路

3.5 校时电路

数字钟启动后，每当数字钟显示与实际时间不符时，需要根据标准时间进

行校时。简单校时电路如下图所示，图中按键开关在实验中用导线短接代替。校“秒”时,采用等待校时。比如，当进行校时时，按下开关K1,此时门电路G1被封锁，秒计时暂停。当数字钟秒显示与标准时间秒数值相同时，立即松开K1，数字钟显示与标准时间秒计时同步运行，完成秒校时。校“分”、“时”，采用加速校时。如当进行分校时时，按下开关K2，由于G3 输出高电，G2G4 门电路被送到分计数器中，使分计数器以秒的节奏快速计数。当分计数器的显示与标准时间数值相符时，松开K2。当松开K2 时，门电路G2 封锁秒脉冲，输出高电平，门电路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”校时电路工作原理相同。

图6 校时电路

4.调试要点

4.1 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。4.2 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。4.3 校时电路的调试

将秒信号分别引入到校时电路中，分别按下K1 及K2，检查分计数器及时计 数器的工作情况。5.课程设计体会

在这次数字钟设计中，我学习课本内容之后，通过动手和一次次的失败，我更了解了芯片的结构及各种芯片的工作原理和具体的使用方法，对电子钟的设计、组装和调试。掌握了有关设计和数字电子技术的知识，也获得了宝贵的经验。通过这次课程设计，加强了我动手、思考和解决问题的能力。

熟练掌握课本知识，并将课本的知识应用在实际。我们学到的课本的知识 只有在实际中灵活的应用了，才能达到学以致用的目的。在实验过程中，不仅要把线连对，还要尽量少用线，使整体美观。

在实验中，出错的主要地方是接线和芯片的接触不好引起的，以后要仔细检查，以免再犯类似的错误。同时连线的时候要思路清晰，避免连错线。

了解了电子设计的一般过程，掌握电子线路设计的基础方法和一般过程，能 够更加熟练的用EWB 软件绘制电路原理图。并且，我的动手能力肯定要比以前要强，再遇到设计的问题，就不会害怕担心弄不好，因为我已经突破了一个设计的难关。课程设计有助于培养我们的兴趣和提高我们的动手能力，能够将理论与实践很好的结合起来，今后我会尽量的多做一些课程设计，提高自己各方面的能力。附录：（材料清单及材料功能）

材料清单: 1.元件清单： 集成元件：

CC4029×6，74LS47 ×6，LED 共阳显示器×6，CC4011 ×2，CC4081 ×1，CD4060 ×1，CD4013 ×1 电阻：

360W ×6，1M W ×1，10KW ×4 电容：

100pf ×2 晶体：

32768Hz ×1 面包板×1 2.工具：

镊子、剪刀、剥线钳、尖嘴钳、表线、饭盒、电源线（2 根）3.仪器：

示波器、信号发生器、交流毫伏表、直流稳压电源（用法）、万用表（用法）

材料功能：

1.CD4011——四2 输入端与非门

2.74LS47——BCD7 段译码器/驱动器是一种与共阳枀数字显示器配合使用的集成译码器，输出低电平有效。

3.CD4029——二/

十、加/减、可预置的CMOS 计数器

表2 4029 功能表

4.CD4060——14 级串行二进制计数器/分频器和振荡器

说明：

Q4至 Q13——10 个输出端 Q13——214 分频 Q12——213 分频 ……

Cr——清零端(高电平有效)

5.CD4013——双D 主从触发器

功能表如下:

6.CD4081——四2 输入端与门

7.LED 共阳枀显示器

说明:7 段数码管是共阳显示电路,那就需要选用74LS47 译码驱动集成电路。共阳就是把abcdefg 的7 个发光二枀管的正枀连接在一起并接到5V 电源上,其 余的7 个负枀接到74LS47 相应的abcdefg 输出端上。无论共阴共阳7 段显示电 路,都需要加限流电阻,否则通电后就把7 段译码管烧坏。