电子设计课程总结报告数字定时控制器.docx

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1、电子设计课程总结报告数字定时控制器姓名: 学号: 班级: 时间:暗一秒的状态工作，如果是，再进一步观察工作十秒后，闹铃电路工作指示灯 是否熄灭，如果熄灭，那么闹铃电路调试成功。2 .实验结果实际电路搭建过程中，根据要求省去了局部电路，然后依据仿真电路依次 搭建计时、校时、闹钟电路，分别检测各局部电路功能，无误后再把各个局部 组合起来，最终按要求完成了数字电子钟的设计，即实现24小时计时、可以 对时分校时，到达定时时间时闹钟响十秒，且响一秒断一秒。其中在计时模块电路的搭建调试过程中，发现时位的计时显示出现问题， 不能按照设计的24进制显示，时位计时会超过24,经过分析，发现是在电路 原理的设计中

2、出现问题，最初为了节省元器件的使用，使用清零法实现时位的 24进制计数，分位和秒位均采用复位方式实现60进制计数，虽然在仿真软件 中的仿真结果没有问题，但忽略了器件计数速度对清零的影响，找到问题所在 后，从新设计时位计时局部电路，改为复位方式实现24进制计数，修改完成 后，时位能够正常计时。3 .使用的元器件使用的元器件如下：74LS00 1 片、74LS02 1 片、74LS04 1 片、74LS08 2 片、74LS20 1 片、74LS27 1 片、74LS85 6 片、74LS160 7 片、74LS195 1 片、74LS373 3 片、CD4013 1 片、CD4060 1 片、3

3、2. 768KHz 的晶振 一个、10MQ 电阻 1 个、20pF 电容2个。六、总结与体会在刚拿到题目时是比拟担忧的，因为知识的遗忘，除了基本的定时局部几 乎没有什么设计思路。前两天是计划先看课本回顾相关知识和各种芯片功能用 法，然而在与其他组的简单进度交流比照中发现似乎自己的进展较慢，会有些 焦虑。通过一天多的翻阅，效果不佳，还是没有清晰的思路。于是稍微调整了 方法，不再一味看课本再去考虑设计局部，而是先通过网络资料查询，分析研 究数字定时控制器的实现，确定了几个功能局部，再根据各个功能块内容去有 选择的学习回忆，逐个实现功能块，最后进行了组合。这种模块化的设计理念， 让我们的思路更加清晰

4、，同时体会到了模块化设计的优势。此次电路的搭接过程，我与伙伴配合，一人主要负责动手连线布局，一人 负责考虑如何连线。虽然面对的是一个接线比拟繁杂的电路，但得益于电路的 模块化布局，搭接电路的过程逻辑比拟清晰，同时感谢伙伴超强的动手能力， 布线十分整洁美观，对于问题的排查提供了很好的便利性。从最开始的空白到最后渐渐掌握的过程中，感觉是一个比拟神奇的转变过 程，一定程度上锻炼了自己分析问题解决问题的能力，同时觉察学习能力和解 决问题的能力是比学习的知识更加应该掌握的，知识不可防止的会遗忘，但具 备一定的学习能力后，可以根据需求，经过一定的查阅学习从而能够解决问题。 七、参考文献1张玉平，张岩.电子

5、技术实验M.北京：北京理工大学出版社，2008. 142-151.2李庆常，王美玲.数字电子技术基础M.北京：机械工业出版社，2008. 141- 142.附录彦辑电平TPE-D3 II多功能数字电路学习机清华大学科教仪器-H“pe xirr?一、课程设计目的电子技术课程设计是继“模拟电子技术基础”及“数字电子技术基础”理 论学习和实验教学之后又一重要的实践性教学环节。它的任务是在学生掌握和 具备电子技术基础知识与单元电路的设计能力之后，综合所学知识进一步学习 电子电路系统的设计方法和实验方法，培养学生基本实验技能，提高实际动手 能力，提高电子电路的设计能力与综合应用能力，为今后从事电子技术领

6、域的 工程设计打好基础基本要求。二、课程设计内容及要求2.1设计内容L设计一个数字定时控制器，要求它具有数字钟的功能，可以按预定时刻发出 控制信号，对被控对象实施开关控制；.计时显示范围要求自00点00分00秒到23点59分59秒；2 .要求具有校时电路，可对小时、分、秒分别进行校准；.可以设置预定时刻，基本要求是同时设置四个以上的预定时刻，预选时刻选 择以5分钟为单位，提高要求为可以设置任意一个预设时刻，两种要求完成其 中一种即可；3 .被控对象是蜂鸣器（或者LED指示灯），要求预选时刻到达时，蜂鸣器响（指 示灯亮）10s,而蜂鸣器在10s内断续鸣叫五次（指示灯闪烁），即响（亮）1s 停（灭

7、）1s。4 .2设计要求.时钟源自行设计，要符合使用需求；1 .假设实现扩展要求的任意预设时刻时，要通过外部输入（通过拨动开关、单次 脉冲等方式，而非更改硬件电路）实现；.实现设计时要充分考虑实用性，防止需要操作过多开关；2 .采用通用元器件实现，在完成功能的前提下，尽量减少使用器件的种类、数 量。三、课题分析、方案论证设计方案与分析整体电路分为秒脉冲发生电路、计时电路、校时电路、定时电路、闹铃电 路。秒脉冲发生电路是用石英晶体振荡器得到32768Hz的脉冲，再通过分频电 路得到1Hz的秒脉冲信号，来实现计时电路的计时秒脉冲；计时电路分别通过 二十四进制、六十进制、六十进制计数器完成，实现二十

8、四小时计时功能。校 时电路通过四位移位寄存器构成的环形计数器来实现，分别实现计时-校时- 校分-校秒功能；定时电路通过八位锁存器储存预设时间，然后通过比拟器输 出控制信号给闹铃电路；闹铃电路是通过十进制计数器与触发器构成，实现蜂 鸣器（这里用指示灯代替）在10秒内响（亮）1秒，断1秒。整体电路基本框图如图3-1所示：图3-1数字定时电路控制器系统框图3.1 电路的仿真与方案论证秒脉冲发生电路方案一：采用555定时器，通过计算选取合适电阻和电容连线构成多谐振 荡器，搭接成一个秒脉冲发生电路。本电路的优点是制作线路简单，本钱不高; 缺点是频率的稳定性差，适用于频率精度要求不高的工作场所。方案二：使

9、用32. 768kHz的晶振作为基础脉冲发生器，得到32768Hz的脉 冲通过CD4060芯片选择14分频输出2Hz脉冲，再通过CD4013触发器构成二 分频，得到1Hz脉冲即秒脉冲。本电路的优点是石英晶体振荡器具有频率精确、 振荡稳定、温度系数小等特点，而且晶振频率越高，产生的秒脉冲越稳定；缺 点是相比555定时器，使用器件较多，连线较为复杂。经过上述分析，考虑本设计电路对于计时精度的要求较高，所以我们在设计中米用32768Hz的晶体振荡器。设计电路如图3-2-1所示。20pFR26-32.768kHz 1C34060BD5V 4013BPj5V：C4： TF 20pF图3-2-1秒脉冲发生

10、电路图计时电路计时功能由6片74LS160实现，秒位与分位分别由两片74LS160构成六十 进制（通过置数端实现），个位的作为十进制，进位信号CO给十位的74LS160 的使能端，将十位的QA、QC和个位的CO用与非门相接，作为进位信号送到分 位的CLK时钟信号输入，同时作为置数信号送给十位的置数端（将十位置0）, 实现从00到59的循环计数。时位由两片74LS160组成24进制。把十位的QB 与个位的QC相与作为清零信号给两片的CLR两端,实现从00到23的计数。给秒位的CLK端输入1HZ脉冲信号，周期一秒，那么秒位每一秒计一次数, 到59后进位到分位，同时秒位置0;同理，分位每60分进位一

11、次给十位。实 现自00时00分00秒到23时59分59秒的计数校时电路方案一：采用一片十进制计数器74LS160和一片3线-8线译码器74LS138 实现五进制计数（1-5）,选择Y1Y5（输出低电平有效）需加反相器，分别对 应计时、清零、校秒、校分、校时。此方案优点是逻辑简单，容易设计，缺点 是所用器件和连线数量相对较多。方案二：采用一片四位移位寄存器74LS195,将其输出端的QA、QB、QC 用一个三输入或非门接到74LS195的J和K端，构成环形4位循环移位寄存 器，依次产生0001、0010. 0100和1000的循环输出信号分别对应计时、较秒、 较分、较时，将一个单脉冲发生电路的按

12、键（bottonl）的输出信号作为74LS195 的时钟输入信号，其中输出Q0与秒脉冲信号相与作为计时电路秒个位的CLK 输入信号，后三位输出QI、Q2、Q3分别接三个两输入与门的一个输入端，三 个与门的另一个输入端统一接入单脉冲发生电路的按键（botton2）的输出信 号，即时、分、秒共用一个校时进位脉冲信号，只是通过循环的高电平来确定 对哪一位进行校时，清零的功能通过一个开关对六片计时器74LS160 （清零端 低电平有效）进行统一控制实现。此方案的优点是使用的器件较少，连线简单, 可以很好的满足实际的需求；缺点是思路比拟复杂。经过上述分析，我们最终选择使用器件相对较少的方案二，校对电路设

13、计 如图3-2-3所不。-botton3-:：I ;1； !| ：:Key = :SQ aceU7：；1HzU4-.Key.bottonP:I Q nKey 4 2bottonl：图3-2-3校时电路JK .new K-3-VHC/7 LA.QIX:二G21-K. D.定时电路方案一：实现通过门电路和译码器将需要设定的时间进行译码，输出信号 作为闹铃电路的控制信号。例如要求闹钟在12： 30： 00时刻响起，即将 QA接出，2,用一片3线-8线译码器（不涉及9,可直接对低三位进行译码） 进行译码，接出Y2 （输出低电平有效，需加反相器）3,和0，也需译码 器进行译码，同上。最后将这六个数相与作

14、为闹铃电路的控制信号。该方案的 优点是思路比拟清晰，电路连线一一对应；缺点是这种方法只能实现固定定时 时间功能，电路一经完成，定时时刻不能更改，另外由于设计要求四个以上的 预设时间，需要另加门电路将四个时间均接出，最后相或。方案二：采用八位并行锁存芯片74LS373来设计定时电路。通过一个开关 控制74LS373的0。端，当输入低电平信号时可以将预设时刻（两位数字）存 入（锁存数据会随D输入端不断更新）并输出，当保持高电平时，锁存器中将 数据锁存起来并输出（锁存数据不再会随D输入端变化），可实现设置任意时 刻的功能，再将锁存芯片的输出接到两片四位比拟器74LS85,将预设时间与 时钟当前时刻进

15、行比拟，当闹钟到达预设时刻，比拟电路输出信号给闹铃电路。 由于共有6位数字共需要3片74LS373和六片74LS85。此方案的优点是一片 74LS373可以同时与两片对接，简化电路，同时自身的工作逻辑也较为简单， 只有ENG和0C两个控制端，且实际控制中，ENG恒接高电平，只需控制（ 端口即可。通过上述分析，考虑到方案二更具有实用性，功能更强大，可以实现设置 任意定时时间，最终选择方案二。定时电路设计分析如图3-2-4所示图3-2-4定时电路（简化局部电路）闹铃电路闹钟电路利用CD4013双D触发器芯片和十进制计数器74LS160芯片来搭 接输出控制电路。将D触发器的Q接到D端连成触发器，用定

16、时电路输出 的控制信号（触发CD4013,开启74LS160的计数）和计数器的进位信号CO （再 次触发CD4013,停止74LS160的计数）相或非作为触发器的时钟信号，控制 触发器输出状态的翻转。将秒脉冲信号与触发器的输出端Q相与作为74LS160 芯片的时钟信号，蜂鸣器（指示灯）接到74LS160的QA输出端，实现在10 秒内响（亮）1秒，断1秒。闹铃电路设计分析如图3-2-5所示图3-2-5闹铃电路图3-2-5闹铃电路该电路的功能原理设计分析过程如图3-2-6所示计时器的 秒脉冲输 入信号计数器的 进位co图3-2-6闹铃电路设计原理图四、EDA仿真分析系统整体电路图如图4-1所不图4

17、-1数字定时控制器整体电路1 .电路初始化：在仿真过程中，首先按下启动开关，使电路初始化，然后 拨动开关1 （或单脉冲发生器）调节电路的工作状态，使其处于计时状态。2 .设置定时：拨动开关1,使其处于秒校时状态，再拨动开关2（或单脉冲 发生器）对秒进行进位校时；秒校时完成后，再次拨动一下开关1,使其处于 分校时状态，接着拨动开关2对分进行进位校时；分校时完成后，再次拨动开 关1,使其处于时校时状态，再拨动开关2对时进行进位校时。调整完成后， 拨动一下开关3使处于低电平，将设定好的时刻读入74LS373,再将开关拨到 高电平把时刻进行锁存。3 .计时运行：拨动开关4置于低电平，计数器清零，再使开

18、关4置于高电 平，接着拨动开关1,使其回到计时状态，开始计时。4 .闹铃工作：当电路计时到设定的定时时刻时，触发闹铃模块启动，在响 1秒停1秒的工作状态中持续工作10秒后，闹铃模块停止工作。通过上述的仿真分析，可知设计电路能够很好实现设计要求，并且具有较 高实用性。五、调试与结果分析1.硬件调试(1)秒脉冲发生器的调试按电路布线图连线，可将输出端接示波器，观察示波器的波形现实情况， 当波形频率为1Hz时，那么认为秒脉冲发生器调试成功。(2)计时电路的调试按电路布线图连线，计数器输出接八段数码管，观察在频率为1Hz的矩形 脉冲作用下数码管的变化情况，首先验证秒个位是否为十进制计数器，并且由 9跳

19、变到0时，是否向秒十位进位，然后再验证秒十位是否为6进制计数器， 并且在由5跳变到0时，是否向分个位进位。以此类推，分别验证分个位、分 十位、时个位、时十位是否按预期工作。当都按预期工作，计时显示范围要求 自00时00分00秒到23时59分59秒时，那么计时电路调试成功。(3)校时电路的调试按电路布线图连线，先将74LS195芯片的4个输出端分别接到指示灯上, 然后触发单脉冲发生器，观察在一定次数的单脉冲触发之后4个指示灯是否处 于循环点亮的状态。如果是，再进一步将时、分、秒的校时输出信号接入计时 电路，分别测试其在计时(清零)状态是否能够实现计时(清零)的功能，以及 在时、分、秒的校时状态是否能够实现校时功能。如果以上都能实现，那么校时 电路调试成功。(4)定时电路的调试按电路布线图连线，然后将计时器的输出依次接入定时电路模块。随后将 计时电路校时到一个确定的时刻，然后再拨动定时电路的锁存开关，观察指示 灯是否点亮，如果点亮，那么定时电路调试成功。(5)闹铃电路的调试按电路布线图连线，将秒脉冲发生器的输出接入闹铃电路模块，再将单脉 冲发生电器的输出接入闹铃电路模块。按动一次单脉冲发生电器，观察闹铃电 路工作指示灯是否点亮，如果点亮，那么进一步观察闹铃指示灯是否按照亮一秒