多功能数字时钟的设计与制作

建设一流实验平台 确保实践育人质量

兰州交通大学 国家级电工电子实验教学示范中心

2015.4.11

提纲

案例构思

教学目的

实现方案

教学模式

考核评价

特色与创新

一、案例构思

实验内容与任务：

根据所学知识，设计并制作一个符合日常生活的多功能数字时钟。

基本要求：

（1）能在4V-7V直流电源下正常工作；

（2）能准确显示时间（格式为：时时：分分：秒秒，24小时制，分、秒按

60进制显示）；

（3）具有正点报时功能；

（4）具有校时功能。

一、案例构思

扩展要求：

（1）具有语音报时功能；

（2）具有设置闹钟时间的功能（闹钟的开/关，止闹功能）；

（3）能够对所处环境进行温度测量并显示；

（4）能够对所处环境进行温度测量并显示。

创新要求：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。

实验内容与任务：

根据所学知识，设计并制作一个符合日常生活的多功能数字时钟。

一、 案例构思

实验课程名称：课外开放实验

实验学时安排：课外开放实验（一学期）

参与学生：自动化、自动控制、电气专业（二年级下、三年级）

辅导式转向启发式实验

面向实验结果转向面向实验过程

单一实验模式转向多元实验模式

实验教学+理论教学

实践训练+工程技能

素质拓展+能力培养

案例的设计目的： 1.锻炼学生综合运用知识

2.提前接触工程应用实际

3.开展自主探索研究

定

位

由难到易逐渐深入

兴趣

一、案例构思

（1）尽可能地查找满足实验要求的单片机、显示器、存储器、温度传感器、湿度传感器

以及其他相关元器件，学习并了解不同器件的参数指标，比较分析选择最优；

（2）掌握单片机工作原理、实际编程应用及相关知识；

（3）学习计算机软件辅助电路设计方法，能熟练应用Multisim 、Protel 99 SE、

Protel 99 PCB SE或Protel DXP进行电路设计和制作；

（4）设计硬件电路并优化、仿真，记录仿真结果；

（5）制作硬件电路，软硬件联调并测试，优化系统参数，设计合理测试表格，记录；

（6）拓展电子电路的应用领域，能设计、制作出满足一定性能指标或特定功能的电子电

路设计任务；

（7）撰写设计报告，阐明电路设计、结果分析等；

（8）展示作品，并通过分组演讲、答辩，学习交流不同解决方案的优缺点。

（二）实验过程及要求

一、案例构思

（三）相关知识

电

子

技

术

基

本

要

求

一、案例构思

（三）相关知识

拓

展

要

求

电

子

技

术

单

片

机

技

术

融

合

所学课程知识

跨课程知识点

实验与工程实践

一、案例构思

（三）相关知识

创

新

要

求

电

子

技

术

技

术

融

合

所学课程知识

跨课程知识点

已学知识与拓展知识

实验与工程实践

CPLD

FPGA

PLC

二、教学目的

引导学生夯实基础的同时拓展知识视野，设计不同的解决方案及根据

需求比较选择技术方案；引导学生根据需要设计电路、选择元器件

测试环境与条件，并通过测试与分析对项目做出技术评价；通过该实验

一般学生扎实掌握基础知识，体会一个完整工程实践项目，鼓励拔尖

学生自主学习，拓宽知识面。

1.案例由点到面，逐渐深入

扩大知识覆盖面，涵盖已学知识

自主学习拓展知识

提前进入专业知识

2.案例采用：

先“模块化”再“搭积木”的设计

方法，结合仿真软件，完成实际作品，

使学生熟悉完整的工程实践过程

三、实现方案

系统可以分解为主控模块、时钟模块、显示模块、键盘检测模块、温度及

湿度检测模块……….

实现方案强调多样性，突出最优方案

单片机

CPLD/FPGA

主控模块 LED数码管

LCD显示器

显示模块

LED灯柱

点阵LCD

自复式按钮

拨码开关

键盘控制模块

单刀双掷开关

I/O口高低电平控制

跳线短接帽

时钟模块

采用热敏电阻、电容和模拟比较器实现

利用电桥原理实现

采用数字温度传感器（如DS18B20）实现

温度检测模块

采用湿敏电阻、电容和模拟调理转换电路实现

采用湿度传感器（如HIH-3602）实现

湿度检测模块

采用TTL、CMOS集成电路实现

采用时序逻辑电路（如555定时器）

采用PLD可编程逻辑器件

PLC

采用专门的时钟芯片实现（如DS1302）

使用单片机内部计数器

采用模拟温度传感器（如AD590）+AD转换芯片实现

以学生为主体，自主学习为主，团队合作，教师充当引导者

四、教学模式

教师设计模块化教学进程，制定任务要求、考核目标，引导学生渐进式学习

学生2-3人1组，查阅资料、项目计划、实施，各小组间不定期交流探讨

教师针对每个模块采用主题讲座、技术分析、答疑讨论等方法实施教学

过程，适当讲解一些超出目前知识范围的解决方案，鼓励学生学习并尝试

教师尝试提出一些错误的要求，通过错误结果，加深学生对相关知识的理解

组织学生以项目演讲、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

四、教学进程

教师提交项目 审核 网站公布

学生提交申请 考核 网站公布

双向选择

2-3人一组（主体）

团队合作 小组交流

自主探索 渐进学习 定期检查 验收及评优

指导教师（辅助）

兴趣引导 感受知识 学会思考

通过网站在线答

疑、QQ群讨论、

实验室专题讲座

等

考核激励 督促监控

实物验收：功能与性能指标的完成程度，完成时间

五、考核评价

实验质量：电路方案的合理性，焊接质量、组装工艺等

自主创新：功能构思、电路设计的创新性，自主思考与独立实践能力

实验成本：是否充分利用实验室已有条件，材料与元器件选择合理性，成

本核算与损耗

实验报告：实验报告的规范性与完整性

实验数据：测试数据和测量误差,设计表格的合理性

五、考核评价

考核

实验过程中表现出的创新思维、

研究探索、团队合作、知识拓展等

综合素质

考察在实验分析、自主学习、

设计构思、方案论证、工程实现、

总结分析等方面的综合能力

六、 特色与创新

难易适中，综合系统地应用已学知识，根据需要拓展未学知识，适当涉及

专业知识，渐进式扩大实验涉及知识面

教师以引导为主，模块化、积木式的任务驱动，激励学生“吃透”工程实践

的每个环节，激发学生积极主动的学习热情

每个子模块实现方法的多样性，学生可自主选择、自主学习，为不同的工程

应用背景奠定基础

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学生做品

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请各位专家、代表批评指正！

谢 谢！

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