电路技术原理范文第1篇

1.教学内容更为直观电工电子教学

以实践应用型教学为主，理论教学课时相对较少。作为电工电子课程的基础性教学内容，对于学生的专业发展至关重要。运用信息技术可以省去教师课堂上的板书时间，提高课堂有效利用率。比如，在进行仪器仪表教学的时候，往往会涉及电路焊接、搭接以及电路调试等等环节，对于电路中所出现的故障问题，还要及时解决。教师如果使用多媒体课件开展教学，运用动态的画面就可以将各种需要讲解的问题直观地展示出来。

2.加深学生对原理知识的理解

针对极具抽象性的原理性内容，教师可以在多媒体课件中插入视频，链接到实际操作领域。学生接受着课件中专业技术与视听融于一体的教学内容，同时还能够体会到自身未来的工作环境。在加深了学生对于专业原理知识的理解的同时，还掌握了相关知识。

二、运用信息技术开展电工电子教学

电工电子技术所涉及的教学内容多为抽象的原理性知识和逻辑电路图。在传统的教学模式下，学生对于知识的学习局限于教师的传授。电工电子属于应用性很强的学科，特别是在中职教育领域，更要体现其应用实践性。那么，在进行电工电子教学中，就要从实践应用的角度展开。中职教育引进了多媒体技术用于辅助电工电子教学，省去了教师板书的时间，同时，还扩大了课堂知识容量。电工电子教学运用多媒体技术辅助，原理知识可以动态变换的图形呈现出来，加深了学生对电工电子技术原理的理解。以电工电子学内容中时序逻辑电路的讲解为例。专业教师需要讲解的逻辑图形为组合逻辑电路框图和时序逻辑电路框图，以两种电路框图进行对比展开研究。如果在黑板上讲解，教学要使用挂图，以口头描述的形式进行讲解。学生虽然对于两个逻辑框图从理论的角度有所理解，但是一旦诉诸实践，则难以实现该知识的应用价值，导致理论知识与实践的脱离。运用多媒体技术进行讲解，将组合逻辑电路框图和时序逻辑电路框图使用课件展示出来，引导学生使用自己所学过的原理知识进行分析和比较，从而将时序逻辑电路的特点分析出来。学生在分析逻辑电路框图的过程中，不仅有效运用了相关知识，而且还会激发起探索欲望，针对自己所遇到的难题进行多方查找资料。学生在寻求知识答案的同时，无形中就扩展了知识面，有利于培养学生主动思考的习惯。当然，运用多媒体技术开展电工电子教学，并不意味着抛弃传统教学，而是在涉及电工电子知识在实践应用领域的教学的时候，才会运用多媒体辅助教学，以帮助学生更能够深刻地领会抽象的知识。比如，在讲解电路图的时候，将电路图的内容与日常生活实际相结合，让学生从熟悉的生活领域对于电路的路基关系进行思考。教师运用多媒体可以配合学生的思考，将复杂的电路图直观化。为了获得良好的教学效果，教师还可以将电路图处理为动画形态，将电路图在实际应用中的运行方式展示出来，使难懂而复杂的知识原理简单化，并获得事半功倍的教学效果。但是与电路图相关的原理性知识，电工电子教室有必要采用传统的教学模式，才能够引起学生对于知识的重视。学生只有具备了扎实的原理知识基础，才能够在实践应用教学中积极地配合教师的教学，实现学生学习与教师教学进度的一致性。

三、小结

电路技术原理范文第2篇

电力电子技术课程内容量大、知识点多、既有理论分析又有实际电路应用。以我校自动化专业为例，采用王兆安老师主编的《电力电子技术》第五版教材，课程内容将涉及电力电子器件、电力电子电路（AC-DC整流电路、DC-AC逆变电路、DC-DC直流-直流变流电路、AC-AC交流-交流变流电路）及电路控制技术（PWM、软开关），课时安排为56学时，其中8学时为实验教学。在48学时的理论教学内容中，除绪论、习题课和总复习占4学时外，电力电子器件占4学时，电力电子电路占34学时，PWM控制与软开关技术占6学时。由上可见，电力电子电路占理论教学学时的70%，但是该部分的实际教学内容非常多，以整流电路部分为例，将主要涉及到两大类（单相整流、三相整流）、四小类（单相半波整流、单相桥式整流、三相半波整流、三相桥式整流）、三种负载（电阻性、阻感性、反电动势）及多种电路变换形式（如带续流二极管），其中每种电路还要分析不同触发角（如30度、60度、90度、120度等）控制下的电路工作原理、电压和电流波形图（如负载直流电压、负载直流电流、晶闸管承受电压、晶闸管流过电流、交流电流等）、电量参数计算（如直流平均值、交流有效值）。如此复杂的电路教学过程，若仅靠传统黑板板书及幻灯片教学模式进行讲解，将不能在有限的课时时间内，既完成教学内容，又让学生深入理解各种电路的工作过程，其结果是学生没能抓住电力电子电路学习的根本，不具有分析和设计电力电子电路的能力。电力电子技术的仿真教学改革就是要改变上述由于教学内容多、课程内容复杂、课时分配少而带来的教学和学习问题，其改革的内容就是在有效的教学时间内，通过仿真软件搭建电力电子电路并进行仿真波形分析与工作原理讲解的教学模式，该模式不仅能把教学基本内容讲授清楚，同时能大大提高学生对课程教学重点与教学难点的理解和把握，达到事半功倍的效果。仿真教学改革中采用MATLAB仿真软件，其中的电力系统模型库包含电源模块库、电器元件模块库、电机模块库、电力电子元件模块库、连接件模块库、测量仪器模块库和其他电气模块库。通过使用Simulink模块库组成电力电子控制电路，使用电力系统模块库组成电力电子主电路和驱动电路，可以较为容易的分析和设计更为复杂的电力电子电路，可以深入的研究和观察电力电子电路的动态响应和稳态响应。

二、仿真教学过程实例分析

由于电力电子技术课程中的各种电路形式复杂多样，因此以三相桥式全控整流电路为例，来说明电力电子技术的仿真教学过程。三相桥式全控整流电路在工业生产中具有重要位置，大量用于电解、电镀、直流电机传动、励磁等场合，因此该电路是电力电子技术课程的重点内容。三相桥式全控整流电路为如上所述教材的3.2.2节内容，主要包括电路原理图、电阻性负载、阻感性负载工作情况三部分内容。该节课程的知识目标定位于掌握三相桥式全控整流电路的组成、特点及应用，理解三相桥式全控整流电路的工作原理；能力目标定位于能够根据电路图搭建相应电路并进行测量，同时能够根据任务要求开展相关实验。该节课程的仿真教学过程中首先让学生掌握电路结构，然后针对不同负载情况下，让学生理解工作原理并学会波形分析及参数定量计算，最后结合“自动控制原理”及“电机学”课程相关内容，给出仿真实验任务，目的让学生逐步进入状态，逐步掌握学习这门课的方法，下面给出仿真教学中需要注意的教学重点，其它教学部分可参考相应教材，这里不再赘述。

1.三相桥式全控整流电路结构该部分首先介绍三相桥式全控整流电路是目前应用最广泛的整流电路，它区别于单相整流与三相半波整流，具有功率大、直流脉动小等优点，同时采用幻灯片播放实际应用案例的形式，来增强学生对该部分内容的感性认识，并提高学生的学习兴趣。其次，介绍该电路中包含六个晶闸管元件，是目前学习中器件最多的电路，需要学生们认真理解六个晶闸管器件的触发工作过程。再次，采用MATLAB仿真软件搭建三相桥式全控整流电路原理图，如图1所示。搭建的过程中，一定要强调以下几点：①晶闸管器件编号务必为共阴极组内VT1、VT3、VT5，共阳极组内VT4、VT6、VT2；②晶闸管门极触发脉冲顺序务必为VT1-VT6；③晶闸管触发脉冲相位间隔60度。

2.带电阻性负载情况分析前面讲解完三相桥式全控整流电路搭建后，真正进入到电路工作原理、波形分析及定量计算部分。进一步完善上面仿真电路原理图，将负载选择为电阻性负载，并增加若干示波器观察点，其中三相电源设置为幅值100V、频率50Hz，电阻负载2Ω，仿真参数设置为仿真起始时间0.0s，结束时间0.1s，算法选择ode23tb。带电阻性负载情况下的教学重点为：①不同触发角下的波形分析；②负载电流的连续与断续分析；③晶闸管的单触发脉冲与双触发脉冲形式。其中难点内容为连续与断续状态下的脉冲形式。首先通过仿真详细讲解30度触发角时的波形情况，要求学生在给定电源条件下能够正确理解触发脉冲、直流负载电压、直流负载电流、晶闸管承受电压和交流电源电流的波形。讲授过程中需要注意：①触发角的触发时刻，由于三相整流电路的自然换相点对应A相电压波形的30度位置，因此30度触发角情况下的晶闸管VT1触发时刻为60度位置，换算成时间为0.0033s；②将整个电源周期分成6段，每段先确定6个晶闸管的导通与关断状态，再分析其他电量；③特别注意强调线电压波形及波形画法。然后，利用仿真教学的优势进一步讲解如上教学重点要求，如图3所示为60度和90度触发角下的晶闸管触发脉冲情况和直流输出电压波形情况。图中可以清楚的看到60度触发角为负载电压和电流连续与断续的临界点，90度触发角时清楚的看到负载电流为断续状态，同时各个触发脉冲为保证电流断续下正常工作而变成双触发脉冲形式。为了让学生能够更深入的理解电阻性负载时的工作情况，在仿真教学过程中，可以采取更小的脉冲角度间隔对多个触发角进行多次仿真，这样更能深入理解随着触发角的增加，直流负载电压不断降低的过程。

3.带阻感性负载情况分析当三相桥式全控整流电路带阻感性负载工作时，其特点就是能保证负载电流续流而不出现断续的状态，因此该部分的教学重点为：①让学生能够清楚的理解整个移相范围内负载电流总是连续的工作状态；②由于电感的作用，负载电压会出现负的部分；③大电感状态下，负载电流近似为一条直线。图4为触发角为90度时三相桥式全控整流电路的波形情况，与图3中触发角为90度情况进行对比，可以清楚的看出阻感性负载时的直流负载电压波形既有正向波形，又有负向波形，负载电流波形始终处于连续状态，同时还可以通过仿真教学清楚的展示电感为5mH和200mH时的直流电流波形，其中5mH时电流波形脉动较大，而200mH时电流波形脉动较小，近似为一条直线，这也充分说明当电感值为200mH时，感抗相对于阻抗来说充分大。

4.仿真实验任务：直流电机闭环调速系统完成如上规定的仿真教学任务后，可以给学生布置相应的仿真实验任务，结合直流电机原理和闭环控制原理，安排直流电机闭环调速系统的仿真实验，可以安排在实验课中完成或课后自行完成。仿真实验任务如下：（1）仿真参数设置：仿真起始时间0.0s，结束时间5s，算法选择ode23tb。（2）系统要求跟踪恒值速度给定500r/min。（3）转速调节器设定为比例控制，要求分析不同负载转矩、不同转速比例调节下的电机电压、电流和转速波形。这里给出用于教学参考的系统仿真结构图及电机电压和电流波形，如图5和图6所示。由于直流电机为阻感性负载，因此通过仿真实验可以更深入的认识阻感性负载下的三相桥式全控整流电路的工作过程，直流负载电压即电机供电电压有正负波形，直流负载电流即电机电枢电流为连续状态且近似为一条直线，转速波形由学生在仿真实验中自行观察。

三、结论

电路技术原理范文第3篇

关键词：工程能力，实践教学，电气工程。

0引言

工程教育认证标准提出的毕业要求、课程体系均离不开实践教学的建设，完善的实践教学体系可以培养学生的工程能力，确保毕业要求的达成度，支撑工程专业认证中人才培养目标的实现。基于运城学院地方性、应用型人才培养目标，在电气工程及其自动化专业开展实践教学过程中，秉承“依据认证标准，结合专业特色，发挥校企优势”的实践教学理念，全面提高学生的工程应用能力和工程创新能力。

1实践教学的设计

实践教学是工程类人才培养的关键环节，是实现工程能力培养的主要渠道。通过实践教学，加深学生对理论知识的理解和掌握，将理论知识和工程应用知识相融合。基于此，构建基础性、综合性和创新性三层次递进式的实践教学体系如图1。在工程教育认证标准和要求指导下，修订并完善实践类环节的教学大纲[1]。教学大纲修订主要体现在三个方面：（1）制定实践环节的课程目标，明确课程目标与毕业要求和指标点的对应支撑关系。（2）完善实践教学内容，教学内容应充分体现人才培养要求的工程应用知识和工程应用能力。（3）制定实践教学方法，明确实践教学方法与课程目标、教学内容的对应关系。

2基础性实验教学改革

基础性实验教学包括专业基础课程和专业课程的实验教学，主要培养学生基本电路的分析与设计，基本仪器的使用以及简单故障的排除等。目前实验教学存在的主要问题有：实验内容单一，实验在实验箱上连线完成，实验设备少，维修不及时影响教学等现象。

2.1多维度的实验教学模式

在工程教育认证标准指导下，构建多维度的实验教学模式，即计算机仿真设计+实验台模拟实验+硬件实现三位一体的实验教学。计算机仿真设计可利用仿真软件进行电路设计，方便修改元件参数，测试电路性能，培养学生分析和设计能力；实验台模拟实验可利用实验室提供的实验箱验证并巩固理论知识，锻炼学生的动手能力，初步建立工程意识；硬件实现可利用实际元器件完成实物制作，培养学生的工程实践能力。实验教学中，实验台模拟实验利用实验室现有实验箱或实验台进行，计算机仿真设计和硬件实现根据课程需要进行选择。根据运城学院电气工程及其自动化专业课程体系，计算机仿真设计可选择的软件有：MULTISIM（电路、模拟电子技术和数字电子技术实验可选用），MATLAB（信号分析与处理和自动控制原理实验可选用），SABER（电力电子技术实、电机学实验可选用），PROTEUS（微机原理、单片机原理实验），PSPICE（电力系统分析实验可选用），QUARTUS（数字电子技术实验可选用）等。硬件实现可选择面包板电路（电路、模拟电子技术和数字电子技术实验可选用）、实验开发板（单片机、微机原理实验可选用）以及物理实验系统（自动控制原理、电力电子技术和电机学实验可选用）等来完成。

2.2虚实结合的实验教学手段

电气工程及其自动化专业的部分课程的实验环节，存在实验复杂、容易出错、实验器材损耗率高等问题，但在实验教学中又通常需要花费比较多的时间绘制波形或者推导公式，如电力电子技术、自动控制原理、信号分析与处理等课程。因此，在实验教学中，设计并开发虚拟实验平台，将抽象的理论可视化，提高实验课堂教学效果[2]。例如采用MATLAB/GUI设计的电力电子虚拟实验平台如图2所示，该界面可对整流电路进行模拟。首先，选择单相半波、单相桥式或三相桥式整流电路，了解电路原理图和SIMULINK建模图。其次，输入电路参数，点击仿真按钮，观察输入电压、脉冲波形、输出电流、输出电压的仿真波形。

3综合性课程设计改革

3.1工程项目化的设计

综合性课程设计培养学生综合利用专业知识解决较为复杂工程问题的能力，故课程设计内容应来源工程实际，以工程项目为基础，明确需掌握的专业理论知识，分析项目要求的工程应用知识和工程应用能力，力求达到理论知识与工程知识的融会贯通[3]。例如电机是“自动控制原理”课程的一个重要的研究对象，在课程设计过程中，以无刷直流电机转速控制系统项目为例，项目蕴含的理论知识、工程应用知识与工程应用能力对照如图3。

3.2工程师素养训练

工程师除了掌握过硬的专业知识和技术能力，还需要掌握文献检索与阅读以及写作能力，并在考核中具体体现。例如在制定项目设计方案时，引导学生通过图书馆的电子资源查阅并阅读相关文献。在选取和使用元器件时，引导学生阅读数据元件手册，了解功能、电气特性、引脚功能、封装信息以及常用典型电路等。在撰写设计报告时，规范报告内容和格式，内容主要包括项目需求分析、方案设计、工作原理、电路仿真、原理图和PCB图绘制、测试方案、测试结果分析等。格式主要包括目录、字体、段落、图表、参考文献、附录等。

4创新性实践教学改革

创新性实践教学培养学生工程实践能力和创新能力，主要包括大学生创新创业项目、学科竞赛、第二课堂等环节，存在的主要问题有参与学生人数少、缺乏实践平台、项目缺乏复杂性等。（1）进一步夯实校内实践教学，建设创新性实践平台，加大实验室开放力度，配备计算机并安装常用软件，备齐常用元器件，提供电路焊接常用材料以及系统调试常用仪器等。（2）拓宽校外实践教学平台，考虑企业对电气工程及其自动化专业人才的需求，教师和学生参与企业项目研发，聘请企业工程师参与项目凝练和指导，提升学生的创新实践能力。

5结语

本文针对运城学院电气工程及其自动化专业实践教学，依据工程教育认证标准，设计了三层次递进式的实践教学体系，提出了六种改革思路，分别是多维度的实验教学模式，虚实结合的实验教学手段，工程项目化的课程设计内容，文献检索与阅读以及写作能力的工程师素养训练，校内实践教学平台、拓宽校外实践教学平台的创新性实践教学。

参考文献

[1]林健.工程教育认证与工程教育改革和发展[J].高等工程教育研究,2015(02):10-19.

[2]邵桂荣,孙慧霞,席晓晶,崔建利.基于工程教育认证的自动控制原理课程教学实践[J].电子技术,2021,50(04):70-71.

电路技术原理范文第4篇

职业学校物联网专业学生在毕业以后应能够胜任物联网设备、产品测试与维修，物联网感知层与传输层节点产品的辅助设计、制造，物联网工程系统安装与调试，物联网嵌入式系统应用，物联网无线通信技术应用，能够承担各类物联网业务技术支持、维护与应用工作。因此物联网专业中电工电子教学主要是要求学生能够掌握电工电子基础知识和基本技能，为后续开设的专业课奠定基础，提高学生的学习兴趣。教师可根据专业需求，将知识点进行模块化划分，有侧重点地进行讲述各部分内容，归纳出电工电子这门课所要掌握的基本技能和知识要点：一是掌握直流电路、交流电路、变压器、低压电器等相关概念及工作原理，熟悉其应用电路。二是熟悉掌握电阻、电容、电感以及各种传感器等元件的识别、检测及相关应用电路，并学会各种电子仪器仪表的使用方法。三是熟练掌握电子焊接技术及方法：具备一定的焊接技术基础知识及基本技能，并学会用万用表测量电路。四是电工电子的基础理论知识要扎实：能熟练识读简单的电工电子电路图，能按要求焊接及调试。五是在实训实践过程中养成良好的工作习惯和生活习惯，具有企业职工所需的职业素养和综合技能。

2以学生为主体，调动其积极性

在教学过程中充分结合职校学生的特点，先采取任务驱动法提高学生的学习兴趣。要根据教学目标和学生的现状设计教学内容，教师可以采用引导的方法，让学生先从日常生活中的电子产品认识开始，观察其结构，明白其用途，激发学生的兴趣，进而促进学生的学习动力。由此，教师可以设计一个任务，让学生按照任务的要求逐步去做，遇到问题时可以讨论或求助教师找找到解决的方法。在此过程中可以锻炼学生的分析问题、解决问题的能力。在教学过程中，教师要充分考虑学生的现状，基础知识薄弱，电路图中的电子元件形状、位置、符号对应起来尤为困难，鉴于此原因，教师应当选择一个元件数目较少的电路。在进行实训操作之前，先有一个理论教学，目的让学生对该任务所涉及的电子元件有一个基础的认识，并对该电路有一个初步的理解，这样在实训操作过程中，学生不至于手忙脚乱，不知怎样连接电路，提高其学习积极性。为此，我们由手电筒电路引出小夜灯电路作为第一个实训任务。手电筒电路学生都很熟悉，是由电池供电。经常用于室内、走廊等地方的小夜灯电路怎样供电呢？从而引出整流电路的概念及构成，学生的学习兴趣较高。简单的小夜灯电路由降压、整流、滤波三部分组成。每部分作为一个任务来促进学生的学习。降压可以通过一个电阻或一个变压器来实现，接着用四个整流二极管组成桥式来实现交流到直流的变换，再用一个电解电容来实现滤波功能，给发光二极管供电。为了提高学生作品的成功率，先使用面包板练习搭建电路，其优点是容易修改电路，在此过程中，学生学习兴趣极高。通过此次实训，学生的学习积极性得到了提高，增加了学习信心。因此教师在组织教学上应加以注重，要循序渐进、由浅入深地设计实训任务，以便学生获得更高的成功率，更好提高学生积极性。

3改进教学方法，提高学生学习主动性

教师要根据职校学生的特点，在课堂上灵活运用各种方法促进学生学习主动性。1)教具的选择。传统的教学方法不能充分调动学生的学习积极性，不利于职业人才的培养。多媒体作为新一代的计算机技术，可以将知识直观、形象生动的演示出来，学生更容易理解，大大提高了学生的学习兴趣。因此，教师应注重多媒体技术在教学中的应用，借助图片、视频等形式更加直观地展示电子元件的样式、工作原理及应用电路，以及知识之间的联系。2)课堂上的启发式教学。在课堂上，教师要变换角色，要以学生为主体，从讲师变为导师，提出问题，启发学生开动脑筋，思考问题并分析找到解决问题的方法。在此过程中获取相关的知识，锻炼了自己的能力，学会学习，提高了专业素质。例如碰到设计电路这样的内容，教师可以引导学生结合实际生活中应用此电路的电器，通过提问的方式引发学生思考如何设计此电路，如何实现电器所要求的功能。学生在设计过程中遇到的问题，教师可以引导他们自己解决或小组讨论解决，减少学生对教师的依赖性。3)要把握度的原则。教师不能一味地灌输书本上的所有知识，要把握“够用“的原则。在传授知识的过程中，要加强基础知识、基本原理和基本操作技能的讲授，如无极性电子元件电阻、电感等外形识别及参数识读方法，掌握其简单的应用电路。有极性的元件如电解电容、二极管、三极管等要学会识别其外形，极性判断以及输入输出特性。

4学生能力的培养

电路技术原理范文第5篇

数字钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置，与机械式时钟相比具有更高的准确性和直观性，且无机械装置，具有更更长的使用寿命，因此得到了广泛的使用。

数字钟从原理上讲是一种典型的数字电路，其中包括了组合逻辑电路和时序电路。

因此，我们此次设计与制做数字钟就是为了了解数字钟的原理，从而学会制作数字钟.而且通过数字钟的制作进一步的了解各种在制作中用到的中小规模集成电路的作用及实用方法.且由于数字钟包括组合逻辑电路和时叙电路.通过它可以进一步学习与掌握各种组合逻辑电路与时序电路的原理与使用方法.

二、设计要求

（1）设计指标

①时间以12小时为一个周期；

②显示时、分、秒；

③具有校时功能，可以分别对时及分进行单独校时，使其校正到标准时间；

④计时过程具有报时功能，当时间到达整点前10秒进行蜂鸣报时；

⑤为了保证计时的稳定及准确须由晶体振荡器提供表针时间基准信号。

（2）设计要求

①画出电路原理图（或仿真电路图）；

②元器件及参数选择；

③电路仿真与调试；

④PCB文件生成与打印输出。

（3）制作要求自行装配和调试，并能发现问题和解决问题。

（4）编写设计报告写出设计与制作的全过程，附上有关资料和图纸，有心得体会。

三、原理框图

1．数字钟的构成

数字钟实际上是一个对标准频率（1HZ）进行计数的计数电路。由于计数的起始时间不可能与标准时间（如北京时间）一致，故需要在电路上加一个校时电路，同时标准的1HZ时间信号必须做到准确稳定。通常使用石英晶体振荡器电路构成数字钟。

（a）数字钟组成框图

2．晶体振荡器电路

晶体振荡器电路给数字钟提供一个频率稳定准确的32768Hz的方波信号，可保证数字钟的走时准确及稳定。不管是指针式的电子钟还是数字显示的电子钟都使用了晶体振荡器电路。一般输出为方波的数字式晶体振荡器电路通常有两类，一类是用TTL门电路构成；另一类是通过CMOS非门构成的电路，本次设计采用了后一种。如图（b）所示，由CMOS非门U1与晶体、电容和电阻构成晶体振荡器电路，U2实现整形功能，将振荡器输出的近似于正弦波的波形转换为较理想的方波。输出反馈电阻R1为非门提供偏置，使电路工作于放大区域，即非门的功能近似于一个高增益的反相放大器。电容C1、C2与晶体构成一个谐振型网络，完成对振荡频率的控制功能，同时提供了一个180度相移，从而和非门构成一个正反馈网络，实现了振荡器的功能。由于晶体具有较高的频率稳定性及准确性，从而保证了输出频率的稳定和准确。

一、设计目的

数字钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置，与机械式时钟相比具有更高的准确性和直观性，且无机械装置，具有更更长的使用寿命，因此得到了广泛的使用。

数字钟从原理上讲是一种典型的数字电路，其中包括了组合逻辑电路和时序电路。

因此，我们此次设计与制做数字钟就是为了了解数字钟的原理，从而学会制作数字钟.而且通过数字钟的制作进一步的了解各种在制作中用到的中小规模集成电路的作用及实用方法.且由于数字钟包括组合逻辑电路和时叙电路.通过它可以进一步学习与掌握各种组合逻辑电路与时序电路的原理与使用方法.

二、设计要求

（1）设计指标

①时间以12小时为一个周期；

②显示时、分、秒；

③具有校时功能，可以分别对时及分进行单独校时，使其校正到标准时间；

④计时过程具有报时功能，当时间到达整点前10秒进行蜂鸣报时；

⑤为了保证计时的稳定及准确须由晶体振荡器提供表针时间基准信号。

（2）设计要求

①画出电路原理图（或仿真电路图）；

②元器件及参数选择；

③电路仿真与调试；

④PCB文件生成与打印输出。

（3）制作要求自行装配和调试，并能发现问题和解决问题。

（4）编写设计报告写出设计与制作的全过程，附上有关资料和图纸，有心得体会。

三、原理框图

1．数字钟的构成

数字钟实际上是一个对标准频率（1HZ）进行计数的计数电路。由于计数的起始时间不可能与标准时间（如北京时间）一致，故需要在电路上加一个校时电路，同时标准的1HZ时间信号必须做到准确稳定。通常使用石英晶体振荡器电路构成数字钟。

（a）数字钟组成框图

2．晶体振荡器电路

晶体振荡器电路给数字钟提供一个频率稳定准确的32768Hz的方波信号，可保证数字钟的走时准确及稳定。不管是指针式的电子钟还是数字显示的电子钟都使用了晶体振荡器电路。一般输出为方波的数字式晶体振荡器电路通常有两类，一类是用TTL门电路构成；另一类是通过CMOS非门构成的电路，本次设计采用了后一种。如图（b）所示，由CMOS非门U1与晶体、电容和电阻构成晶体振荡器电路，U2实现整形功能，将振荡器输出的近似于正弦波的波形转换为较理想的方波。输出反馈电阻R1为非门提供偏置，使电路工作于放大区域，即非门的功能近似于一个高增益的反相放大器。电容C1、C2与晶体构成一个谐振型网络，完成对振荡频率的控制功能，同时提供了一个180度相移，从而和非门构成一个正反馈网络，实现了振荡器的功能。由于晶体具有较高的频率稳定性及准确性，从而保证了输出频率的稳定和准确。

（f）带有消抖电路的校正电路

6．整点报时电路

电路应在整点前10秒钟内开始整点报时，即当时间在59分50秒到59分59秒期间时，报时电路报时控制信号。

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相与，从而产生报时控制信号。

报时电路可选74HC30来构成。74HC30为8输入与非门。

四、元器件

1．四连面包板1块（编号A45）

2．镊子1把

3．剪刀1把

4．共阴八段数码管6个

5．网络线2米/人

6．CD4511集成块6块

7．CD4060集成块1块

8．74HC390集成块3块

9．74HC51集成块1块

10．74HC00集成块4块

11．74HC30集成块1块

12．10MΩ电阻5个

13．500Ω电阻14个

14．30p电容2个

15．32.768k时钟晶体1个

16．蜂鸣器10个（每班）

1）芯片连接图

1)74HC00D2)CD4511

3)74HC390D4)74HC51D

2．面包板的介绍

面包板一块总共由五部分组成，一竖四横，面包板本身就是一种免焊电板。

面包板的样式是：

面包板的注意事项：

1．面包板旁一般附有香蕉插座，用来输入电压、信号及接地。

2．上图中连着的黑线表示插孔是相通的。

3．拉线时，尽量将线紧贴面包板，把线成直角，避免交叉，也不要跨越元件。

4．面包板使用久后，有时插孔间连接铜线会发生脱落现象，此时要将此排插孔做记号。并不再使用。

五、各功能块电路图

数字钟从原理上讲是一种典型的数字电路，可以由许多中小规模集成电路组成，所以可以分成许多独立的电路。

（一）六进制电路

由74HC390、7400、数码管与4511组成，电路如图一。

（二）十进制电路

由74HC390、7400、数码管与4511组成，电路如图二。

（三）六十进制电路

由两个数码管、两4511、一个74HC390与一个7400芯片组成，电路如图三。

（四）双六十进制电路

由2个六十进制连接而成，把分个位的输入信号与秒十位的Qc相连，使其产生进位，电路图如图四。

（五）时间计数电路

由1个十二进制电路、2个六十进制电路组成，因上面已有一个双六十电路，只要把它与十二进制电路相连即可，详细电路见图五。

（六）校正电路

由74CH51D、74HC00D与电阻组成，校正电路有分校正和时校正两部分，电路如图六。

（七）晶体振荡电路

由晶体与2个30pF电容、1个4060、一个10兆的电阻组成，芯片3脚输出2Hz的方波信号，电路如图七。

（八）整点报时电路

由74HC30D和蜂鸣器组成，当时间在59:50到59:59时，蜂鸣报时，电路如图八。

六、总接线元件布局简图

整个数字钟由时间计数电路、晶体振荡电路、校正电路、整点报时电路组成。

其中以校正电路代替时间计数电路中的时、分、秒之间的进位，当校时电路处于正常输入信号时，时间计数电路正常计时，但当分校正时，其不会产生向时进位，而分与时的校位是分开的，而校正电路也是一个独立的电路。

电路的信号输入由晶振电路产生，并输入各电路。

简图如图九。

七、芯片连接总图

因仿真与实际元件上的差异，所以在原有的简图的基础上，又按实际布局画了这张按实际芯片布局的接线图，如图十。

八、总结

1．实验过程中遇到的问题及解决方法

①面包板测试

测试面包板各触点是否接通。

②七段显示器与七段译码器的测量

把显示器与CD4511相连，第一次接时，数码管完全没有显示数字，检查后发现是数码管未接地而造成的，接地后发现还是无法正确显示数字，用万用表检测后，发现是因芯片引脚有些接触不良而造成的，所以确认芯片是否接触良好是非常重要的一件事。

③时间计数电路的连接与测试

六进制、十进制都没有什么大的问题，只是芯片引脚的老问题，只要重新插过芯片就可以解决了。但在六十进制时，按图接线后发现，显示器上的数字总是100进制的，而不是六十进制，检测后发现无论是线路的连通还是芯片的接触都没有问题。最后，在重对连线时发现是线路接错引脚造成的，改过之后，显示就正常了。

④校正电路

因上面程因引脚接错而造成错误，所以校正电路是完全按照仿真图所连的，在测试时，开始进行时校时时，没有出现问题，但当进行到分校时时，发现计数电路的秒电路开始乱跳出错。因此，电路一定是有地方出错了，在反复对照后，发现是因为在接入校正电路时忘了把秒十位和分个位之间的连线拿掉而造成的，因此，在接线时一定要注意把不要的多余的线拿掉。

2．设计体会

通过这次对数字钟的设计与制作，让我了解了设计电路的程序，也让我了解了关于数字钟的原理与设计理念，要设计一个电路总要先用仿真仿真成功之后才实际接线的。但是最后的成品却不一定与仿真时完全一样，因为，再实际接线中有着各种各样的条件制约着。而且，在仿真中无法成功的电路接法，在实际中因为芯片本身的特性而能够成功。所以，在设计时应考虑两者的差异，从中找出最适合的设计方法。

通过这次学习，让我对各种电路都有了大概的了解，所以说，坐而言不如立而行，对于这些电路还是应该自己动手实际操作才会有深刻理解。