基于小規(guī)模芯片的電子時(shí)鐘課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　電力電子技術(shù)是一門新興的應(yīng)用于電力領(lǐng)域的電子技術(shù)，就是使用電力電子器件（如晶閘管，GTO，IGBT等）對電能進(jìn)行變換和控制的技術(shù)。電力電子技術(shù)所變換的“電力”功率可大到數(shù)百M(fèi)W甚至GW，也可以小到數(shù)W甚至1W以下，和以信息處理為主的信息電子技術(shù)不同電力電子技術(shù)主要用于電力變換。 電子電力技術(shù)對于生活與工業(yè)生產(chǎn)起到了重要的作用。

2、無論是小到玩具的控制，大到航天器件的控制。都離不開電力電子技術(shù)。</p><p>　　電力電子技術(shù)分為電力電子器件制造技術(shù)和變流技術(shù)（整流，逆變，斬波，變頻，變相等）兩個(gè)分支?，F(xiàn)已成為現(xiàn)代電氣工程與自動(dòng)化專業(yè)不可缺少的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，在培養(yǎng)該專業(yè)人才中占有重要地位。</p><p>　　關(guān)鍵字：電子電力技術(shù)，芯片，變流技術(shù)。</p><p><b>　　目

3、 錄</b></p><p>　　摘要．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．Ⅰ</p><p>　　1、緒論．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1</p><p>　　2、相關(guān)芯片知識(shí)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2&l

4、t;/p><p>　　2.1 相關(guān)芯片簡介．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2</p><p>　　2.2電力電子技術(shù)的應(yīng)用．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5</p><p>　　3、課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容及設(shè)計(jì)方案．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6</p>

5、;<p>　　3.1設(shè)計(jì)任務(wù)及要求．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6</p><p>　　3.2方案的討論．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6</p><p>　　3.3外部電路設(shè)計(jì)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7</p><p>　　4、調(diào)

6、試．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．10</p><p>　　4.1系統(tǒng)調(diào)試．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．12</p><p>　　附錄．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．10</p><p>　　心得體會(huì)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．

7、．．．．．．．．．．．．．．．．．12</p><p>　　參考文獻(xiàn)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．13</p><p><b>　　緒論</b></p><p>　　電力電子技術(shù)是建立在電子學(xué)、電工原理和自動(dòng)控制三大學(xué)科上的新興學(xué)科。因它本身是大功率的電技術(shù)，又大多是為應(yīng)用強(qiáng)電的工業(yè)服務(wù)的，

8、故常將它歸屬于電工類。電力電子技術(shù)的內(nèi)容主要包括電力電子器件、電力電子電路和電力電子裝置及其系統(tǒng)。電力電子器件以半導(dǎo)體為基本材料，最常用的材料為單晶硅；它的理論基礎(chǔ)為半導(dǎo)體物理學(xué)；它的工藝技術(shù)為半導(dǎo)體器件工藝。近代新型電力電子器件中大量應(yīng)用了微電子學(xué)的技術(shù)。電力電子電路吸收了電子學(xué)的理論基礎(chǔ)，根據(jù)器件的特點(diǎn)和電能轉(zhuǎn)換的要求，又開發(fā)出許多電能轉(zhuǎn)換電路。這些電路中還包括各種控制、觸發(fā)、保護(hù)、顯示、信息處理、繼電接觸等二次回路及外圍電路。利用

9、這些電路，根據(jù)應(yīng)用對象的不同，組成了各種用途的整機(jī)，稱為電力電子裝置。這些裝置常與負(fù)載、配套設(shè)備等組成一個(gè)系統(tǒng)。電子學(xué)、電工學(xué)、自動(dòng)控制、信號(hào)檢測處理等技術(shù)常在這些裝置及其系統(tǒng)中大量應(yīng)用。</p><p>　　對于這一次的電子時(shí)鐘的設(shè)計(jì)，利用電力電子元器件來構(gòu)造，是對我們的電力電子技術(shù)水平的提升和考驗(yàn)。</p><p><b>　　相關(guān)芯片知識(shí)。</b></p&

10、gt;<p>　　2.1相關(guān)芯片的簡介。</p><p>　　（1）CD4060芯片介紹</p><p><b>　　圖1</b></p><p><b>　　圖2</b></p><p>　　由圖1與圖2可知CD4060芯片可以用來做分頻器來使用，其主要作用就是為</p&g

11、t;<p>　　給時(shí)鐘提供一個(gè)比較精準(zhǔn)的秒數(shù)來提供計(jì)數(shù)單位。</p><p><b>　　引腳介紹：</b></p><p>　　VDD:芯片接地端。</p><p>　　VSS:芯片電源端，接5v電壓源。</p><p>　　Q4-Q14：作為分頻端，由圖2可已看出，一2^Qn次方對輸入頻率盡心分頻。

12、可以得到1HZ的頻率輸出。</p><p>　　RESET: 清零開關(guān)，當(dāng)RESET腳導(dǎo)入由地電位到高電位變化時(shí)，芯片數(shù)據(jù)清零。</p><p>　　圖3為RC自振蕩發(fā)生電路接線圖。</p><p><b>　　圖3</b></p><p>　　（2）、74LS161芯片介紹 </p><p>

13、;　　圖4、74LS161</p><p>　　圖4為74161芯片的圖片?？偣灿?6支管腳，其中每支管腳的作用如下所示：</p><p>　　VCC: 芯片電源端，接5V電源。</p><p>　　Q0-Q3： 芯片輸出端，輸出4位符合8421編碼的二進(jìn)制數(shù)。</p><p>　　P0-P3： 預(yù)置數(shù)端口，可為芯片實(shí)現(xiàn)預(yù)置數(shù)功能

14、。</p><p>　　R：復(fù)位端口，當(dāng)該引腳來一高電位芯片復(fù)位。</p><p>　　CP:計(jì)數(shù)脈沖的輸入端。</p><p>　　CEP:平行輸入使能端。</p><p>　　TC:使用時(shí)接高電位。</p><p>　　CEP:使用時(shí)接高電位。</p><p><b>　

15、　GND:接地端。</b></p><p>　　圖5 74161動(dòng)能表</p><p>　　由圖5可以看出，只有當(dāng)R、PE、CET、CEP四個(gè)端口同時(shí)達(dá)到高電平是該芯片能夠?qū)崿F(xiàn)技術(shù)功能。當(dāng)R引腳由高變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，芯片實(shí)現(xiàn)復(fù)位功能。</p><p>　?。?）、74LS47芯片簡介</p><p>　　圖6

16、 圖7</p><p>　　如上圖6與圖7可以知道74LS47的作用，主要用來實(shí)現(xiàn)對7端數(shù)碼管的編譯工作。</p><p><b>　　圖8</b></p><p>　　圖8為74LS47的功能表，輸出與8421BCD嗎對應(yīng)的數(shù)碼管編碼。</p><p>　?。?）、與門、非門、

17、與非門的簡介。</p><p>　　與門的邏輯關(guān)系非常簡單，同理非門和與非門的邏輯關(guān)系一樣也很簡單，這里就不多作介紹。</p><p>　　2.2、電力電子技術(shù)的應(yīng)用。</p><p>　　一般工業(yè)： 交直流電機(jī)、電化學(xué)工業(yè)、冶金工業(yè) </p><p>　　交通運(yùn)輸： 電氣化鐵道、電動(dòng)汽車、航空、航海 </p><p>

18、;　　電力系統(tǒng)： 高壓直流輸電、柔性交流輸電、無功補(bǔ)償 </p><p>　　電子裝置電源： 為信息電子裝置提供動(dòng)力 </p><p>　　家用電器： “節(jié)能燈”、變頻空調(diào) </p><p>　　其他： UPS、 航天飛行器、新能源、發(fā)電裝置</p><p>　　課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容及方案。</p><p>　　3.1、設(shè)計(jì)

19、任務(wù)及要求。</p><p>　　電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)應(yīng)達(dá)到如下基本要求：</p><p>　　(1)綜合運(yùn)用電子技術(shù)課程中所學(xué)到的理論知識(shí)去獨(dú)立完成一個(gè)設(shè)計(jì)課題。</p><p>　　(2)通過查閱手冊和文獻(xiàn)資料，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析和解決實(shí)際問題的能力。</p><p>　　(3)進(jìn)一步熟悉常用電子器件的類型和特性，并掌握合理選用的原則。<

20、/p><p>　　(4)學(xué)會(huì)電子電路的安裝與調(diào)試技能。</p><p>　　(5)進(jìn)一步熟悉電子儀器的正確使用方法。</p><p>　　(6)學(xué)會(huì)撰寫課程設(shè)計(jì)總結(jié)報(bào)告。</p><p>　　(7)培養(yǎng)嚴(yán)肅認(rèn)真的工作作風(fēng)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。</p><p>　　電子課程設(shè)計(jì)的任務(wù)：</p><p>　

21、　用中小規(guī)模集成芯片設(shè)計(jì)多功能數(shù)字鐘， </p><p>　　1、準(zhǔn)確計(jì)時(shí)，以數(shù)字形式顯示時(shí)(00～23)、分(00～59)、秒(00～59)的時(shí)間。</p><p>　　2、具有校時(shí)功能，可以對小時(shí)和分單獨(dú)校時(shí)，對分校時(shí)的時(shí)候，停止分向小時(shí)進(jìn)位</p><p>　　3.2、方案的討論。</p><p>　　方案1、利用74LS390實(shí)現(xiàn)十進(jìn)

22、制的計(jì)數(shù)器，實(shí)現(xiàn)對秒和分的各位進(jìn)行計(jì)數(shù)。再利用74161構(gòu)成二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)對時(shí)進(jìn)行計(jì)數(shù)。</p><p>　　方案2、利用74LS1611來實(shí)現(xiàn)所有計(jì)數(shù)功能。</p><p>　　選擇方案二來實(shí)現(xiàn)的原因有開始用芯片少，易于實(shí)現(xiàn)。比較經(jīng)濟(jì)。</p><p>　　3.3、外部電路設(shè)計(jì)。</p><p><b>　　（1）、秒晶振實(shí)現(xiàn)&l

23、t;/b></p><p><b>　　圖9</b></p><p>　　產(chǎn)生1HZ的脈沖用于實(shí)現(xiàn)秒計(jì)數(shù)的是通過使用CD4060芯片的自起振作用來實(shí)現(xiàn)的，芯片的默認(rèn)頻率為32768HZ通過13分頻后可以得到1HZ的振動(dòng)頻率。圖9是芯片的自起振動(dòng)的電信電路接法，具體的芯片使用見上面所描述。</p><p>　?。?）、計(jì)數(shù)器的實(shí)現(xiàn)</

24、p><p><b>　　圖10</b></p><p>　　計(jì)數(shù)部分是由兩片74LS161組成的。第一片適用于構(gòu)成十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，滿十進(jìn)一，通過一個(gè)與非門進(jìn)行反饋到MR管教，進(jìn)行芯片復(fù)位處理。主要用于計(jì)數(shù)秒的各位。</p><p>　　第二塊芯片有第一款芯片的進(jìn)位信號(hào)作為輸入脈沖信號(hào)，達(dá)到兩塊芯片級(jí)聯(lián)來實(shí)現(xiàn)六十進(jìn)制的計(jì)數(shù)器的構(gòu)造。作為秒的十位輸出。再

25、通過7400進(jìn)行反饋來清零芯片內(nèi)部數(shù)據(jù)。</p><p>　?。?）、時(shí)計(jì)數(shù)與顯示芯片的實(shí)現(xiàn)</p><p><b>　　圖11</b></p><p>　　對于“時(shí)”的顯示調(diào)節(jié)比較復(fù)雜。對于時(shí)的復(fù)位有兩種肯能，一種是個(gè)位數(shù)滿十復(fù)位，十位滿二復(fù)位。并且當(dāng)個(gè)位滿四，且十位滿二時(shí)進(jìn)行復(fù)位。于是采用兩路型號(hào)的與門來實(shí)現(xiàn)對芯片的復(fù)位，即實(shí)現(xiàn)在個(gè)位滿十的

26、時(shí)候復(fù)位，又能滿足總數(shù)為二十四的時(shí)候進(jìn)行復(fù)位，既可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字時(shí)鐘的功能。</p><p>　　顯示芯片是使用的74LS47譯碼器。它的功能在前面的章節(jié)已經(jīng)介紹過啦。它能夠?qū)崿F(xiàn)對數(shù)碼管的編碼工作，實(shí)現(xiàn)顯示數(shù)字的作用。</p><p>　　同時(shí)對于調(diào)節(jié)按鈕的設(shè)計(jì)也比較方便的。</p><p><b>　?。?）、調(diào)節(jié)按鈕</b></p>

27、<p><b>　　圖12</b></p><p>　　在電子時(shí)鐘顯示系統(tǒng)中要實(shí)現(xiàn)對時(shí)分秒的調(diào)節(jié)功能，于是。利用對信號(hào)脈沖的調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)對顯示的調(diào)節(jié)。其中SW1為調(diào)節(jié)開關(guān)，按下后，時(shí)鐘不進(jìn)行計(jì)數(shù)，本質(zhì)是在于將產(chǎn)生秒脈沖的信號(hào)接地處理。</p><p>　　秒調(diào)節(jié)按鈕，同樣是接到秒脈沖之上，對他進(jìn)行脈沖的調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)對計(jì)數(shù)的加法運(yùn)算。</p>&

28、lt;p>　　分調(diào)節(jié)與時(shí)調(diào)節(jié)，同上所示。</p><p><b>　?。?）、顯示模塊</b></p><p><b>　　圖13</b></p><p>　　顯示模塊是由8只數(shù)碼管來盡心是實(shí)現(xiàn)的，通過譯碼器來對輸入的信號(hào)進(jìn)行編碼后輸送到數(shù)碼管中進(jìn)行顯示。</p><p><b>　

29、　4、系統(tǒng)調(diào)試</b></p><p><b>　　圖14</b></p><p>　　圖14為系統(tǒng)的調(diào)試運(yùn)行圖。在模擬運(yùn)行時(shí)，由CD4060產(chǎn)生脈沖信號(hào)。輸入到74LS161中進(jìn)行處理，然后送到下一級(jí)計(jì)數(shù)器中處理，如此循環(huán)實(shí)現(xiàn)控制。</p><p>　　通過調(diào)節(jié)四個(gè)按鈕也可以實(shí)現(xiàn)對他的控制調(diào)節(jié)。</p><p&

30、gt;<b>　　附 錄</b></p><p><b>　　電路原理圖</b></p><p><b>　　心 得 體 會(huì)</b></p><p>　　這次課程設(shè)計(jì)讓我體會(huì)到，再大的一個(gè)系統(tǒng)其實(shí)也可以分解為一小塊一小塊的分解模塊來實(shí)現(xiàn)，就比如說我們的電子時(shí)鐘，可以分解為自激振動(dòng)模塊，計(jì)數(shù)模塊，復(fù)位

31、模塊，顯示模塊。每一個(gè)模塊有時(shí)可以由最簡單的基礎(chǔ)元件組成的。這樣一來，所有的復(fù)雜的，多元的，都可以將其分解為我們最熟悉的模塊來解決。</p><p>　　這種基本方法就是我這次課程設(shè)計(jì)最大的心得體會(huì)。</p><p>　　同時(shí)，對于各電路中的邏輯關(guān)系也要十分的明白，像CD4060芯片中復(fù)位的信號(hào)時(shí)一個(gè)低電平進(jìn)行復(fù)位，與其他的有區(qū)別。還有構(gòu)建二十四進(jìn)制的時(shí)鐘“時(shí)”顯示的時(shí)候，他的邏輯關(guān)系就更