课程设计(综合实验)报告
( 2013-- 2014年度第 一 学期)
名 称： 电子技术综合实验
题 目： 数 字 电 子 钟
院 系：
班 级：
学 号：
学生姓名：指导教师：
设计周数： 1周
成 绩：
日期： 2014 年 6 月 27
日
目 录
设计任务书
一、综合实验的目的与要求
二、设计框图及电路系统概述
三、各单元电路的设计方案及原理说明、参数计算
四、调试过程及结果分析
五、设计、安装及调试中的体会
六、参考文献
《电子技术》综合实验
任 务 书
一、 目的与要求
1.目的
1.1综合实验是教学中必不可少的重要环节，通过课程设计巩固、深化和扩展学生的理论知识与初步的专业技能，提高综合运用知识的能力，逐步增强实际工程训练。
1.2注重培养学生正确的设计思想，掌握综合实验的主要内容、步骤和方法。
1.3培养学生获取信息和综合处理信息的能力、文字和语言表达能力以及协作工作能力。
1.4提高学生运用所学的理论知识和技能解决实际问题的能力及其基本工程素质。
2.要求
2.1 能够根据设计任务和指标要求，综合运用电子技术课程中所学到的理论知识与实践技能独立完成一个设计课题。
2.2根据课题需要选择参考书籍，查阅手册、图表等有关文献资料。要求通过独立思考、深入钻研课程设计中所遇到的问题，培养自己分析、解决问题的能力。
2.3进一步熟悉常用电子器件的类型和特性，掌握合理选用的原则。
2.4学会电子电路的安装与调试技能，掌握常用仪器设备的正确使用方法。利用“观察、判断、实验、再判断”的基本方法，解决实验中出现的问题。
2.5学会撰写综合实验总结报告。
2.6通过综合实验，逐步形成严肃认真、一丝不苟、实事求是的工作作风和科学态度，培养学生树立一定的生产观点、经济观点和全局观点。要求学生在设计过程中，坚持勤俭节约的原则，从现有条件出发，力争少损坏元件。
2.7在综合实验过程中，要做到爱护公物、遵守纪律、团结协作、注意安全。
二、 主要内容
共有8个既有学习价值又有一定的实用性和趣味性的设计课题，学生根据自身情况自由选择其中之一。
1.移位寄存器型彩灯控制器
2.智力竞赛抢答器
3.电子拔河游戏机
4.交通信号灯控制器
5.电子秒表
6.电子密码锁
7.数字电子钟
三、 进度计划
四、 设计（实验）成果要求
1.学生根据所选课题的任务、要求和条件进行总体方案的设计，通过论证与选择，确定总体方案；然后对方案中单元电路进行选择和设计计算；最后画出总体电路图。
2.预设计经指导教师审查通过后，学生即可向实验室领取所需元器件等材料，在面包板上组装、调试电路，使之达到设计指标要求。
3.在Multisim软件平台上学生可直接设计、仿真和实现，直至达到设计要求。
五、 考核方式
综合以下指标评定课程设计总成绩：优、良、中、及格和不及格。
1.设计方案的正确性与合理性；
2.实验动手能力(安装工艺水平、调试中分析解决问题的能力以及创新精神等)；
3.总结报告；
4.答辩情况(课题的论述和回答问题的情况)；
5.设计过程中的学习态度、工作作风和科学精神。
学生姓名：
指导教师：
年 月 日
一、 课程设计(综合实验)的目的与要求
1.设计一个能直接显示时、分、秒并可以进行校“时”、校“分”的数字电子钟。小时采用二十四进制。
2.
2.1设计24小时整点报时控制电路，要求每整点发出一声音响报时。
2.2要求只在6--22点之间每整点报时一次，23--5点之间整点不报时。
3.设计任意几点几分均可响铃的闹钟控制电路。响铃1分钟，可提前终止。
二、设计框图及电路系统概述
1．设计概述
数字式电子钟的基本功能是能够实现时、分、秒的正确计时，计时单位为1秒。因此，一个简单的数字式电子钟，首先必须有计时显示电路和秒脉冲产生电路。其次，当刚接通电源或时钟走时出现误差时，需要进行时间校准，否则就不能正确表示当前时间。因此，数字式电子钟应有校时电路。另外，若要求数字电子钟能够自动整点报时或按要求时间闹铃，还应有整点报时和闹铃控制电路。若还需要其它功能，相应的还要有一些控制电路。综上所述，数字式电子钟应由三大部分组成：即计时显示电路、秒脉冲产生电路和控制电路。在软件设计中脉冲产生电路可以省略，用时钟信号源代替。其结构框图如图1所示。
图1 数字式电子钟的结构框图
2. 电路系统概述
2.1计时电路：计时电路部分采用6个74LS160芯片，时、分、秒分别用两个芯片显示；分、秒显示均为60进制，而时显示为24进制并接有6个显示管。
2.2闹钟电路：闹钟电路采用4个74LS160芯片、4个74LS85芯片，以及4个显示管。通过对电路中开关的控制，来设定闹钟的报时时间，通过74LS85芯片与计时电路比较，当二者相等时灯亮，并可通过开关使灯熄灭。
2.3校时电路：校时电路是在原有计时电路基础上，加入可控开关，通过开关来调节时间。
2.4整点报时电路：在上述电路基础上，加入4个74LS85芯片，来控制是否可以报时，并用多个与门、或门控制，实现当电子钟在6时-22时区间报时。时显示十位为0、1、2，当十位为1时，个位为任意值即可；当十位为0时，个位应大于5；当十位为2时，个位应小于2。三种情况满足一种即可。
三、各单元电路的设计方案及原理说明、参数计算
1．计时电路
用6个74LS160计数器实现秒个位、秒十位、分个位、分十位、时个位、十十位六个数值的显示。分、秒的个位都为十进制，十位为六进制；时显示通过十位和各位共同的判断实现二十四进制。各使能端与5V的高电平相连。各输出端分别与相应显示管相连。时钟脉冲信号由CLOCK_VOLTAGE组件实现，其余各脉冲信号由低位输出端提供，但时显示的十位的清零端为当十位为2，个位为4时清零。相应的端口输出信号通过与非门连接到芯片的清零端。秒显示进位到分显示，分显示进位到时显示。当计时电路开始工作时，时钟脉冲信号为秒显示的个位芯片提供脉冲，当个位满十进位到十位，当十位蛮五进位到分显示。具体见以下各图。
图2 计时电路总图
图3 秒显示
图4 分显示
图5 时显示
2. 闹钟电路
该电路是通过74LS85芯片，将实际时间与设定时间的时、分进行依次比较，相等时则闹钟工作。闹钟的时间设定仍采用74LS160芯片，其使能端应由5V高电平提供。74LS85芯片上部与计时电路的时显示、分显示芯片连接，下部与闹钟时间设定所使用的74LS160芯片相连，依次比较，全部相等时，末端所连的指示灯发光，并可通过开关进行关断。设定时间时，先按下闹钟开关，然后通过“闹钟时针”、“闹钟分针”开关依次改变设定时间，通过与闹钟时间设定所使用的74LS160芯片相连的显示管观察，使其达到所期望的时间。开始运行电路即可。
图6 闹钟电路
3. 校时电路
校时电路由4个单刀双掷开关控制，接通总开关后，计时电路暂时不工作，通过时针、分针校时电路来调节时间。下调一次，则计数器加一，通过显示管观察，直至电子钟时间与标准时间一致。由于74LS160芯片CLK端为低电平有效，所以校时按钮需接地以获得低电平。
图7 分针校时电路
图8 时针校时电路
4. 整点报时电路
本整点报时电路设计功能为，当整点时（位于6-22时），灯亮一分钟后自动熄灭。通过74LS85芯片，判断时显示是否位于6-22时之间。本电路先判断时显示的十位为0、1、2三种情况的一种，当十位为0时，判断个位是否大于5；当十位为1时，则个位为任意数皆可；当十位为2时，判断个位是否小于3。此三种情况经或门，与一与门相连，而与门另一接头，接入分显示判断电路。该电路通过两片74LS85芯片，两芯片一端都接地，形成0000低电位，另一端与计时电路分显示相连。当分显示为01时，则灯熄灭。从而完成指示灯亮一分钟后熄灭的要求。
图9 整点报时
四、调试过程及结果分析
1. 调试过程
调试过程中，采用分部调试，即做完一部分对其进行调试和修改。在调试计时电路和校时电路时，先调试时钟信号，使其跳变为一秒。通过开关控制，使其工作。在调试整点报时电路和闹钟电路过程中，先设定为5:59:00和6:00:05，然后使相应电路工作，观察结果。
2. 结果分析
调试后各部分电路均能按预期效果正常工作。
3. 方案对比
本方案优点在于原理易于理解，电路简单直接，由于各部分电路相对独立，所以结构稳定，并能直观的展现出方案的原理，但缺点是器件使用较多，因此连线也较多，不经济，真正生产时也会导致体积较大。
五、设计、安装及调试中的体会
上个学期里，我们学习了电子技术基础，对电子技术有了一些初步了解。通过这次数字电子钟的实验设计，我们得以把所学到的理论知识与实践相结合，巩固课堂知识的同时锻炼了设计的能力。从运用中我们对所学的知识有了更进一步的理解。
在此次的数字钟设计过程中，我更进一步地熟悉了逻辑电路的结构和各芯片的工作原理及其具体的使用方法。同时也锻炼了自己独立思考的能力、养成了通过查找相关资料来解决问题的习惯。这次实验设计让我们了解了电子实验设计的一般步骤，和设计中应注意的问题，以及我们对待问题时的态度和处理事情的能力。比起设计的成果，设计的过程、设计的思想更加重要。电路中的每一个环节、各个部分的功能是如何实现的、各个芯片能够完成什么样的功能、使用芯片时应该注意哪些事项、同一个电路可以用那些芯片实现，各个芯片实现同一个功能的区别等等的问题指引着我们不断探索、不断克服困难最终完成设计。细节上，我对普通计数器如何构成n进制计数器、译码器的使用、几种常用芯片的用法、运用Multisim的能力和技巧等等都有了更深的了解和掌握，自我的实际操作能力也有了很大的提升。
数字钟虽然简单，但是在线路的连接上还是让我感受到细心很重要。在调试环节，逻辑发生器和示波器等工具都充分发挥了其作用，帮助我进一步完善程序。当经历了探索、研究和坚持后的成果出现在眼前时，我的激动之情溢于言表，完成一个实验设计的成就感让人难忘。
此外，这次的实验还让我感受到做事时耐心和细心的重要作用。自己独立完成一项任务时可能会有各种各样的困难，不骄躁，不气馁，以平静的心态和严谨的作风应对一切，这才是一个工科学生应该具备的心里素质。这次实验让我从中学到了很多东西，不仅仅是学科的知识，还有做研究的方法、做事的心态。当然，这次实验设计也让我体验到了自主完成一个项目的成就感。
六、参考文献
[1] 李月乔.《数字电子技术基础》. 中国电力出版社，第一版，2008年2月；
[2]孙淑艳.张青.《电子技术实践教学指导书》.中国电力出版社，第一版,2005年10月。
附录（设计流程图、程序、表格、数据等） 总电路图，如下：
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课程设计(综合实验)报告
( 2013-- 2014年度第 一 学期)
名 称： 电子技术综合实验
题 目： 数 字 电 子 钟
院 系：
班 级：
学 号：
学生姓名：指导教师：
设计周数： 1周
成 绩：
日期： 2014 年 6 月 27
日
目 录
设计任务书
一、综合实验的目的与要求
二、设计框图及电路系统概述
三、各单元电路的设计方案及原理说明、参数计算
四、调试过程及结果分析
五、设计、安装及调试中的体会
六、参考文献
《电子技术》综合实验
任 务 书
一、 目的与要求
1.目的
1.1综合实验是教学中必不可少的重要环节，通过课程设计巩固、深化和扩展学生的理论知识与初步的专业技能，提高综合运用知识的能力，逐步增强实际工程训练。
1.2注重培养学生正确的设计思想，掌握综合实验的主要内容、步骤和方法。
1.3培养学生获取信息和综合处理信息的能力、文字和语言表达能力以及协作工作能力。
1.4提高学生运用所学的理论知识和技能解决实际问题的能力及其基本工程素质。
2.要求
2.1 能够根据设计任务和指标要求，综合运用电子技术课程中所学到的理论知识与实践技能独立完成一个设计课题。
2.2根据课题需要选择参考书籍，查阅手册、图表等有关文献资料。要求通过独立思考、深入钻研课程设计中所遇到的问题，培养自己分析、解决问题的能力。
2.3进一步熟悉常用电子器件的类型和特性，掌握合理选用的原则。
2.4学会电子电路的安装与调试技能，掌握常用仪器设备的正确使用方法。利用“观察、判断、实验、再判断”的基本方法，解决实验中出现的问题。
2.5学会撰写综合实验总结报告。
2.6通过综合实验，逐步形成严肃认真、一丝不苟、实事求是的工作作风和科学态度，培养学生树立一定的生产观点、经济观点和全局观点。要求学生在设计过程中，坚持勤俭节约的原则，从现有条件出发，力争少损坏元件。
2.7在综合实验过程中，要做到爱护公物、遵守纪律、团结协作、注意安全。
二、 主要内容
共有8个既有学习价值又有一定的实用性和趣味性的设计课题，学生根据自身情况自由选择其中之一。
1.移位寄存器型彩灯控制器
2.智力竞赛抢答器
3.电子拔河游戏机
4.交通信号灯控制器
5.电子秒表
6.电子密码锁
7.数字电子钟
三、 进度计划
四、 设计（实验）成果要求
1.学生根据所选课题的任务、要求和条件进行总体方案的设计，通过论证与选择，确定总体方案；然后对方案中单元电路进行选择和设计计算；最后画出总体电路图。
2.预设计经指导教师审查通过后，学生即可向实验室领取所需元器件等材料，在面包板上组装、调试电路，使之达到设计指标要求。
3.在Multisim软件平台上学生可直接设计、仿真和实现，直至达到设计要求。
五、 考核方式
综合以下指标评定课程设计总成绩：优、良、中、及格和不及格。
1.设计方案的正确性与合理性；
2.实验动手能力(安装工艺水平、调试中分析解决问题的能力以及创新精神等)；
3.总结报告；
4.答辩情况(课题的论述和回答问题的情况)；
5.设计过程中的学习态度、工作作风和科学精神。
学生姓名：
指导教师：
年 月 日
一、 课程设计(综合实验)的目的与要求
1.设计一个能直接显示时、分、秒并可以进行校“时”、校“分”的数字电子钟。小时采用二十四进制。
2.
2.1设计24小时整点报时控制电路，要求每整点发出一声音响报时。
2.2要求只在6--22点之间每整点报时一次，23--5点之间整点不报时。
3.设计任意几点几分均可响铃的闹钟控制电路。响铃1分钟，可提前终止。
二、设计框图及电路系统概述
1．设计概述
数字式电子钟的基本功能是能够实现时、分、秒的正确计时，计时单位为1秒。因此，一个简单的数字式电子钟，首先必须有计时显示电路和秒脉冲产生电路。其次，当刚接通电源或时钟走时出现误差时，需要进行时间校准，否则就不能正确表示当前时间。因此，数字式电子钟应有校时电路。另外，若要求数字电子钟能够自动整点报时或按要求时间闹铃，还应有整点报时和闹铃控制电路。若还需要其它功能，相应的还要有一些控制电路。综上所述，数字式电子钟应由三大部分组成：即计时显示电路、秒脉冲产生电路和控制电路。在软件设计中脉冲产生电路可以省略，用时钟信号源代替。其结构框图如图1所示。
图1 数字式电子钟的结构框图
2. 电路系统概述
2.1计时电路：计时电路部分采用6个74LS160芯片，时、分、秒分别用两个芯片显示；分、秒显示均为60进制，而时显示为24进制并接有6个显示管。
2.2闹钟电路：闹钟电路采用4个74LS160芯片、4个74LS85芯片，以及4个显示管。通过对电路中开关的控制，来设定闹钟的报时时间，通过74LS85芯片与计时电路比较，当二者相等时灯亮，并可通过开关使灯熄灭。
2.3校时电路：校时电路是在原有计时电路基础上，加入可控开关，通过开关来调节时间。
2.4整点报时电路：在上述电路基础上，加入4个74LS85芯片，来控制是否可以报时，并用多个与门、或门控制，实现当电子钟在6时-22时区间报时。时显示十位为0、1、2，当十位为1时，个位为任意值即可；当十位为0时，个位应大于5；当十位为2时，个位应小于2。三种情况满足一种即可。
三、各单元电路的设计方案及原理说明、参数计算
1．计时电路
用6个74LS160计数器实现秒个位、秒十位、分个位、分十位、时个位、十十位六个数值的显示。分、秒的个位都为十进制，十位为六进制；时显示通过十位和各位共同的判断实现二十四进制。各使能端与5V的高电平相连。各输出端分别与相应显示管相连。时钟脉冲信号由CLOCK_VOLTAGE组件实现，其余各脉冲信号由低位输出端提供，但时显示的十位的清零端为当十位为2，个位为4时清零。相应的端口输出信号通过与非门连接到芯片的清零端。秒显示进位到分显示，分显示进位到时显示。当计时电路开始工作时，时钟脉冲信号为秒显示的个位芯片提供脉冲，当个位满十进位到十位，当十位蛮五进位到分显示。具体见以下各图。
图2 计时电路总图
图3 秒显示
图4 分显示
图5 时显示
2. 闹钟电路
该电路是通过74LS85芯片，将实际时间与设定时间的时、分进行依次比较，相等时则闹钟工作。闹钟的时间设定仍采用74LS160芯片，其使能端应由5V高电平提供。74LS85芯片上部与计时电路的时显示、分显示芯片连接，下部与闹钟时间设定所使用的74LS160芯片相连，依次比较，全部相等时，末端所连的指示灯发光，并可通过开关进行关断。设定时间时，先按下闹钟开关，然后通过“闹钟时针”、“闹钟分针”开关依次改变设定时间，通过与闹钟时间设定所使用的74LS160芯片相连的显示管观察，使其达到所期望的时间。开始运行电路即可。
图6 闹钟电路
3. 校时电路
校时电路由4个单刀双掷开关控制，接通总开关后，计时电路暂时不工作，通过时针、分针校时电路来调节时间。下调一次，则计数器加一，通过显示管观察，直至电子钟时间与标准时间一致。由于74LS160芯片CLK端为低电平有效，所以校时按钮需接地以获得低电平。
图7 分针校时电路
图8 时针校时电路
4. 整点报时电路
本整点报时电路设计功能为，当整点时（位于6-22时），灯亮一分钟后自动熄灭。通过74LS85芯片，判断时显示是否位于6-22时之间。本电路先判断时显示的十位为0、1、2三种情况的一种，当十位为0时，判断个位是否大于5；当十位为1时，则个位为任意数皆可；当十位为2时，判断个位是否小于3。此三种情况经或门，与一与门相连，而与门另一接头，接入分显示判断电路。该电路通过两片74LS85芯片，两芯片一端都接地，形成0000低电位，另一端与计时电路分显示相连。当分显示为01时，则灯熄灭。从而完成指示灯亮一分钟后熄灭的要求。
图9 整点报时
四、调试过程及结果分析
1. 调试过程
调试过程中，采用分部调试，即做完一部分对其进行调试和修改。在调试计时电路和校时电路时，先调试时钟信号，使其跳变为一秒。通过开关控制，使其工作。在调试整点报时电路和闹钟电路过程中，先设定为5:59:00和6:00:05，然后使相应电路工作，观察结果。
2. 结果分析
调试后各部分电路均能按预期效果正常工作。
3. 方案对比
本方案优点在于原理易于理解，电路简单直接，由于各部分电路相对独立，所以结构稳定，并能直观的展现出方案的原理，但缺点是器件使用较多，因此连线也较多，不经济，真正生产时也会导致体积较大。
五、设计、安装及调试中的体会
上个学期里，我们学习了电子技术基础，对电子技术有了一些初步了解。通过这次数字电子钟的实验设计，我们得以把所学到的理论知识与实践相结合，巩固课堂知识的同时锻炼了设计的能力。从运用中我们对所学的知识有了更进一步的理解。
在此次的数字钟设计过程中，我更进一步地熟悉了逻辑电路的结构和各芯片的工作原理及其具体的使用方法。同时也锻炼了自己独立思考的能力、养成了通过查找相关资料来解决问题的习惯。这次实验设计让我们了解了电子实验设计的一般步骤，和设计中应注意的问题，以及我们对待问题时的态度和处理事情的能力。比起设计的成果，设计的过程、设计的思想更加重要。电路中的每一个环节、各个部分的功能是如何实现的、各个芯片能够完成什么样的功能、使用芯片时应该注意哪些事项、同一个电路可以用那些芯片实现，各个芯片实现同一个功能的区别等等的问题指引着我们不断探索、不断克服困难最终完成设计。细节上，我对普通计数器如何构成n进制计数器、译码器的使用、几种常用芯片的用法、运用Multisim的能力和技巧等等都有了更深的了解和掌握，自我的实际操作能力也有了很大的提升。
数字钟虽然简单，但是在线路的连接上还是让我感受到细心很重要。在调试环节，逻辑发生器和示波器等工具都充分发挥了其作用，帮助我进一步完善程序。当经历了探索、研究和坚持后的成果出现在眼前时，我的激动之情溢于言表，完成一个实验设计的成就感让人难忘。
此外，这次的实验还让我感受到做事时耐心和细心的重要作用。自己独立完成一项任务时可能会有各种各样的困难，不骄躁，不气馁，以平静的心态和严谨的作风应对一切，这才是一个工科学生应该具备的心里素质。这次实验让我从中学到了很多东西，不仅仅是学科的知识，还有做研究的方法、做事的心态。当然，这次实验设计也让我体验到了自主完成一个项目的成就感。
六、参考文献
[1] 李月乔.《数字电子技术基础》. 中国电力出版社，第一版，2008年2月；
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附录（设计流程图、程序、表格、数据等） 总电路图，如下：
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