电工电子技术实验中的懒人闹钟设计

　　这篇电子工程师论文发表了电工电子技术实验中的懒人闹钟设计，本实验基于数字电路理论采用了深入浅出，难度递进的方法，向学生讲解了数字钟的原理及制作过程。更将数字钟与红外遥控器结合，提高了实验的趣味性。

　　【关键词】电子工程师论文,数字电路 数字钟 红外遥控

　　1.实验内容与任务

　　实验任务： 根据所学知识，设计并制作一个多功能数字时钟。

　　基础要求： (1)准确显示时间：实现60秒、60分、24小时的计数、译码、显示。(2)手动对时、分的校对，要求按下校时、校分按钮(或开关)时，时计数器或分计数器以每秒加一的速度循环计数。

　　扩展要求：(1)具有整点报时功能。每到整点的前十秒即发出报时信号，且报时信号能持续一定的时间。(2)定点报时，实现闹钟功能。

　　创新要求：(1)利用NE555集成芯片制作一红外遥控器的发射端，绘制原理图并用仿真软件Multisim进行仿真。(2)制作并焊接数字钟及红外遥控器发射端的硬件电路。(3)利用红外遥控器实现一键关闭闹钟的止闹效果。(4)在满足基础要求、扩展要求的基础上自主开发设计其它功能。

　　2.实验过程及要求

　　a.课前准备

　　(1)查阅资料掌握数字钟的工作原理。(2)完成实验预习系统中的相关内容。(3)复习组合逻辑电路和计数译码电路的相关知识，尽可能地查找满足实验要求的实验器材。

　　b.实验过程

　　教师讲解整体项目功能并组织学生针对整体项目划分和各子项目实现方法分组讨论，包括任务讨论和方案可行性分析。

　　(1)在Multisim中绘制自己设计的电路仿真图并测试其可行性。(2)在数字实验箱上搭建电路并记录运行结果。(3)制作并焊接硬件电路。

　　学生采用全英文完成报告撰写，并通过分组演讲、答辩，学习交流不同解决方案的优缺点。

　　3.实验教学与指导

　　本实验设计的是一个比较完整的系统，需要学习研究相关原理，设计方案并进行论证，再进元件选择、系统仿真、硬件制作、调试测试、实验总结等过程。在实验教学中，应在以下几个方面加强对学生的引导：

　　(1)将系统分解成若干个子项目，明确每个子项目的功能、各项目之间的连接关系等。构建总体方案与框图，清晰地表示系统的工作原理。(2)讲解由555电路构成多谐振荡器的原理。

　　(3)讲解红外遥控器的基本工作原理。(4)复习由门电路构成一般控制电路的方法。(5)复习计数器的相关知识点，讲解不同类型计数器件构成不同进制数器的工作方法。引导学生用不同的集成芯片制作数字钟。(6)复习Multisim的操作特点。(7)向学生介绍制作硬件电路的一些基本注意事项。(8)在实验完成后，组织学生以项目演讲、作品展示、答辩、评讲的形式进行交流，了解不同解决方案及其特点，引导学生拓宽知识面。

　　4.实验原理及方案

　　数字钟可以被拆解为：秒脉冲发生电路，时、分、秒计数译码显示电路、时间校准电路、整点报时电路、定点报时电路、红外遥控电路共六个部分。

　　(1)秒脉冲发生电路。这部分是数字钟的核心部分，它的精度和稳度决定了数字钟的质量，通常用晶体振荡器作为震荡源，经过整形，分频后获得周期为1s的“秒”脉冲信号。在精度要求不高时可由逻辑门电路或555定时器构成秒脉冲发生器。

　　(2)时、分、秒计数译码显示电路。这部分电路包含两个六十进制计数器和一个二十四进制计数器以及相应的译码显示电路。“秒”脈冲信号经过第一个计数器进行60分频后，得到“分”脉冲，“分”脉冲再经过60分频后，得到“小时”脉冲。时、分、秒各级计数器经译码显示后，即可读出时间。

　　(3)时间校准电路。这部分电路包括校“时”，和校“分”电路，两个电路完全相同，每个电路均由一个基本RS触发器和由三个与非门构成的2选1电路组成，当按下校准按钮时，秒脉冲信号可直接进入时计数器或分计数器，以实现快速校准时间的功能。

　　(4)整点报时电路。根据要求，电路应该在整点前10秒之内开始整点报时，当时间在59分50秒到59分59秒期间时，分十位、分个位和秒十位均保持不变，分别为5、9和5，因此可将分计数器十位的QC和QA 、个位的QD和QA及秒计数器十位的QC和QA相遇，从而产生报时控制信号。学生也可用其他方式达到整点报时的效果。

　　(5)定点报时电路(闹钟功能)。添加闹钟功能，即需要添加一个和原本电路相比较的时间(所设定闹铃的时间)，将两者对比，输出结果，触发发声，即实现闹钟功能。可用74LS85等芯片达到比较器的效果。

　　(6)红外遥控电路。红外信号发射电路：采用555定时器搭建多谐振荡器产生方波脉冲信号。具体接法：NE555定时器的输出端接一个电阻分压限流，然后再接上红外发光二极管。在这个电路中，需要用到的原件很少，且电路简单便于调试。红外信号接收电路：采用集成万能红外信号接收器，和数字钟蜂鸣器中间以一开关键相接，接收信号，并产生一键止闹的懒人闹钟效果。

　　5.项目特色或创新

　　本实验采用了数字电路实验的一个经典案例，综合了数字电子技术和模拟电子技术等理论课程基础知识。通过学生自主设计电路，自主选择元器件并且借助Multisim软件进行仿真，在项目实现上有多种解决方案。本实验在传统实验的基础上加入了红外线遥控器等新型元素，使其更有趣味性，丰富了学生的知识面。

　　鼓励学生用全英文书写报告并演讲答辩旨在为他们以后的科研道路，例如：查阅国外文献或出国读研读博，打下良好的基础。

　　参考文献：

　　[1]陈俊杰.对秦曾煌主编《电工学》上册的两点商榷[J]. 电气电子教学学报， 1993(4)：66.

　　推荐阅读：《航空电子技术》(季刊)创刊于1970年，由中国航空无线电电子研究所主办。主要刊载有关航空电子领域的新技术、新研究与发展趋势方面文章。

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