模拟电力电子专业课程设计方案报告
时间：2020-09-27 20:13:29 来源：勤学考试网 本文已影响 人 
模拟电子技术课程
设计汇报
￣￣￣数字电子钟计时系统
试验者: 吴文兵
学院: 电气工程学院
学号: 20XX1901235
班级: 20XX级5班
同组人员: 夏红燕、白艳
目录
一．设计任务和基础要求 …………………………………………3
二．总体方案 …………………………………………3
三．单元电路设计 ………………………………………4
3.1秒信号发生 ……………………………………………………………4
3.2秒分时计数器设计 ……………………………………………………4
3.3译码显示电路 …………………………………………………………5
3.4校时电路 ………………………………………………………………6
四．元件及工具清单 ………………………………………7
4.1元件清单…………………………………………………7
4.2工具清单…………………………………………………7
五．相关元件资料 ……………………………………8
5.1、CD4060 计数／分频和振荡器…………………………………………8
5.2、CD4013——双D主从触发器……………………………………8
5.3、CD4081和门………………………………………………9
5.4、CD4029——二/十、加/减、可预制CMOS计数器………………9
六．故障分析……………………………………………………10
七．心得体会……………………………………………………10
设计任务和基础要求
用中、小规模集成电路设计一台能显示时、分、秒数字电子钟，基础要求以下：
? 1、采取LED显示累计时间“时”、“分”、“秒”。
? 2、含有校时功效。
总体方案
数字电子钟原理方框图图5.7.1 。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、整点报时电路等组成。秒信号产生器是整个系统时基信号，它直接决定计时系统精度，通常见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”采取六十进制计数器，每累计60秒发出一个“分脉冲”信号，该信号将作为“分计数器”时钟脉冲。“分计数器”也采取六十进制计数器，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”采取24进制计数器，可实现对一天二十四小时累计。译码显示电路将“时”、“分”、“秒”计数器输出状态经七段显示译码器译码，经过六位LED七段显示器显示出来。校时电路是用来对“时”、“分”、“秒”显示数字进行校对调整。
译 码
时计数/24进制
译 码
分计数/60进制
译 码
秒计数/60进制
晶体振荡器
分频器
校时电路
分信号
时信号
32768Hz
图５.７.１ 数字电子钟系统框图
单元电路设计
3.1、秒信号发生器
秒信号发生器是数字电子钟关键部分，它精度和稳定度决定了数字钟质量，通常见晶体振荡器产生脉冲经过整形、分频取得1HZ秒脉冲。常见经典电路图5.7.2所表示。
CD4060是14位二进制计数器。它内部有14级二分频器，有两个反相器。CP1(11脚）、CP0(10脚)分别为时钟输入、输出端，即内部反相器G1输入、输出端。图中R位反馈电阻（10兆欧～100兆欧），目标是为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5/30pF，C2是温度特征校正用电容，通常取20～50pF。内部反相器G2起整形作用，且提升带负载能力。石英晶体采取32768HZ晶振，若要得到1HZ脉冲，则需经过15级二分频器完成。
14
14级2分频
D
CP
Q
Q
CD4060
CD4013
2Hz
32768Hz
1M?
10K?
100pf
100pf
32768Hz
10
11
8
12
3
CP1
CP0
GND
Cr
Q13
215
1Hz
图５．７.２ 秒信号发生器
因为CD4060只能实现14级分频，故必需外加一级分频器，可采取CD4013双D触发器完成。
3．2、秒、分、时计数器设计
秒、分计数器为60进制计数器。小时计数器为24进制计数器。实现这两种模数计数器采取中规模集成计数器CD4029。即使CD4029没有清零端，但它有“置数”功效，当“置数”端PE=1时，接在置数输入端数据立即被置到计数器输出端上。所以经过“反馈置数法”可实现任意进制计数器。
（1）60进制计数器
由CD4029组成60进制计数器图5.7.3所表示。首先将两片CD4029设置成十进制加法计数器，比如，将“B/D”接低电平，将 “U/D”接高电平。将第一片CD4029计数器进位输出CO连到第二片CD4029计数器进位输入CI，这么两片计数器最大可实现100进制计数器。现要设计一个60进制计数器，可利用“反馈置零”方法实现。因为CD4029属于异步置树，故当计数器输出
CD4029
CD4029
Q3
Q2
Q1 Q0
B/D
U/D
PE
J3 ～ J0
CO
CI
CP
＋5V
CD4029
Q3
Q2
Q1 Q0
B/D
U/D
PE
J3 ～ J0
CO
CI
CP
＋5V
秒脉冲
分脉冲
0 1 1 0
0 0 0 0
CD4081
图５.７.３ ６０进制计数器
“2Q32Q22Q12Q0、1Q3Q2Q1Q0=0110、0000”时，经过门电路形成一置数脉冲，使计数器归零。图5.7.3电路，可作为秒、分、计数器。
（2）24进制计数器
同理当个位计数状态为“Q3Q2Q1Q0=0100”,十位计数器状态为“Q3Q2Q1Q0=0010”时，要求计数器归零。经过把个位Q2、十位Q1相和后信号送到个位、十位计数器置数端PE，使计数器复零，从而组成24进制计数器，图5.7.4所表示。
CD4029Q
CD4029
Q3
Q2
Q1 Q0
B/D
U/D
PE
J3 ～ J0
CO
CI
CP
＋5V
CD4029
Q3
Q2
Q1 Q0
B/D
U/D
PE
J3 ～ J0
CO
CI
CP
＋5V
CD4081
时脉冲
图5.7.4 24进制计数器
3．3、译码显示电路
译码电路功效是将“秒”、“分”、“时”计数器输出代码进行翻译，变成对应数字。用于驱动LED七段数码管译码器常见有。74LS47是BCD-7段译码器/驱动器，其输出是OC输出且低电平有效，专用于驱动LED七段共阳极显示数码管。由74LS47和LED七段共阳数码管组成一位数码显示电路图5.7.5所表示。若将“秒”、“分”、“时”计数器每位输出分别接到对应七段译码器输入端，便可进行不一样数字显示。在译码器输出和数码管R为限流电阻。
a
a
b
c
d
e
f f
g
译码器
D C B A
Q3
Q2
Q1Q0
COM
a
b
c
d
e
f
g
DP
360Ω
图5.7.5 译码显示器
3．4、校时电路
数字钟开启后，每当数字钟显示和实际时间不符时，需要依据标按时间进行校时。简单有效校时电路图5.7.6所表示。
校“秒”时，采取等候校时。当进行等候校时时，将琴键开关K1按下，此时门电路G1被封锁，秒信号进入不到“秒计数器”中，
此时暂停秒计时。当数字钟显示值和标按时间秒数值相同时，立即松开K1,数字钟秒显示和标按时间秒计时同时运行，完成秒校时。
24
24进制计数器
（时）
60进制计数器
（分）
60进制计数器
（秒）
＋5V
＋5V
＋5V
10K?
10K?
10K?
秒信号
(1Hz)
秒信号
分信号
时信号
CP
CP
CP
K3
K2
K1
CD4011
图5.7.6 秒、分、时“校时”电路
校“分”、“时”原理比较简单，采取加速校时。比如分校时使用G2、G3、G4三和非门，当进行分校时时，按下琴键开关Ｋ２，因为门Ｇ３输出高电平，秒脉冲信号直接经过Ｇ２、Ｇ４门电路被送到分计数器中，使分计数器以秒节奏快速计数。当分计数器显示和标准数值相符时，松开Ｋ２即可。当松开Ｋ２时，门电路Ｇ２封锁秒脉冲，输出高电平，门电路Ｇ４接收来自秒计数器输出进位信号，使分计数器正常工作。同理，“时”校时电路和“分”校时电路工作原理完全相同。
四、元件及工具清单
4．1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
4．2工具清单：
镊子、剪刀、剥线钳、尖嘴钳、表线、工具盒。
五、相关元件资料
5．1、CD4060——14级串行二进制计数器/分频器和振荡器
V
VDD
16
15
Q10
Q8
14
13
Q9
12
11
10
9
Cr
CP1
CP0
CP0
1
2
Q11
3
4
5
6
7
8
CD4060
Q12
Q13
Q6
Q5
Q7
Q4
GND
说明：
Q4～ Q13——10个输出端
Q13——214分频
Q12——213分频
……
Cr——清零端（高电平有效）
5．2、CD4013——双D主从触发器
R
S
D
CP
Qn+1
0
0
0
↑
0
0
0
1
↑
1
1
0
×
×
0
0
1
×
×
1
V
VDD
14
2Q
2Q
13
12
2CP
11
10
9
8
2R
2D
2S
1
2
1Q
3
4
5
6
7
CD4013
1Q
1CP
1R
1D
1S
GND
Q
Q
Q
S
R
D
CP
5．3、CD4081和门
V
VDD
14
13
12
11
10
9
8
1
2
3
4
5
6
7
GND
5．4、CD4029——二/十、加/减、可预制CMOS计数器
VDDCPQ2J2B/DU/D
VDD
CP
Q2
J2
B/D
U/D
Q1
J1
16
15
14
13
12
11
10
9
1
2
PE
3
4
5
6
7
8
CD4029
Q3
J3
J0
CI
Q0
COCO
GND
不能计数
不能计数
1
CI
许可计数
0
进位输入
许可置数
1
PE
不能置数
0
预置
加法
1
U/D
减法
0
加/减
二进制计数
1
B/D
十进制计数
0
二进制/十进制
功效
状态
输入
六、故障分析
（1）在检测显示器是否正常示数时，发觉秒显示器个位不亮，猜测为译码器和显示器之间导线接触不实所致。用按压法，结果发觉个位闪烁。确定了错误位置。经过更换导线，处理了这一问题。
（2）在接通5V直流电压后，发觉时，分，秒全部有示数，但不走。检验电路后发觉没有错误。猜测是脉冲不稳。将振荡器拔出，重新认真插入，发觉显示器正常示数了。问题处理。
（3）在接通试验室15V电源时，发觉显示器不亮。按压各元件，观察是否接实时发觉，某个74SL147元件发烫，将其它74LS147元件换到该地方时，发觉示数正常。所以，分析是该元件已损坏。更换新74LS147以后，发觉示数正常。问题得四处理。
七、心得体会
在这次数字钟设计过程中,使我在学习书本内容以后，经过观察和动手操作更深入地熟悉了芯片结构及掌握了各芯片工作原理和其具体使用方法，掌握了对电子钟设计，组装和调试方法。熟悉了CMOS系列中、小规模集成电路使用。
在数字钟试验设计当中碰到首要问题有三个：一是电路总体设计问题；二是电路连线问题；三是电路调试问题。我们应根据次序依次进行，而不能颠倒而做。在工作时，应先画出连线图和系统图，然后再根据连线图进行实物连接。在实物连接之前也能够用ewb仿真软件进行仿真试验，确定无误后再连接线路，能达成事半功倍效果。
在连线过程中，不仅要使每根导线连接正确，还要确保整体布局美观，所以，认真研究每根导线，每条路径走法，至关关键。还有一点就是要确保导线横平竖直。
除此之外，我们还总结出，在设计电路连接图中犯错关键原因全部是接线和芯片接触不良和接线错误所引发。
此次课程设计，学到了很多课内学不到东西，比如独立思索处理问题，出现差错随机应变，和和人合作共同提升，全部受益非浅，以后制作应该更轻松，自己也能扛起并高质量完成项目。
我认为做课程设计同时也是对书本知识巩固和加强，因为书本上知识太多，平时课间学习并不能很好了解和利用各个元件功效，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件功效，而且对于其在电路中使用有了更多认识。
平时看书本时，有时问题老是弄不懂，做完课程设计，那些问题就迎刃而解了。而且还能够记住很多东西。比如部分芯片功效，平时看书本，这次看了，下次就忘了，经过动手实践让我们对各个元件映象深刻。认识起源于实践，实践是认识动力和最终目标，实践是检验真理唯一标准。所以这个期末测试以后课程设计对我们作用是很大
经过这次课程设计，我们知道团体力量。组内三人共同工作，共同排查，各司其职，各负其责，从而使工作量大大降低，错误率也相对降低。完美电路是我们合作见证！
总来说，电子钟课程设计有利于培养我们对电子设计爱好和提升我们动手能力，是一次很好理论和实际结合例子，期望我们能有更多机会多做部分这些课程设计。
