電子技術課程設計--數(shù)字時鐘

1、<p><b>　　數(shù)</b></p><p><b>　　字</b></p><p><b>　　電</b></p><p><b>　　子</b></p><p><b>　　鐘</b></p><p

2、><b>　　設</b></p><p><b>　　計</b></p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　一、目 錄1</b></p><p><b>　　二、 前言2</b></p&g

3、t;<p><b>　　內(nèi)容摘要2</b></p><p><b>　　設計要求2</b></p><p><b>　　三、 方案設計3</b></p><p><b>　　四、分工</b></p><p>　　五、 硬件設計及仿真4

4、</p><p><b>　　1振蕩器的設計4</b></p><p><b>　　2分頻器的設計5</b></p><p>　　3時間計數(shù)器的設計6</p><p>　　3.1六十進制計數(shù)器6</p><p>　　3.2二十四進制計數(shù)器8</p>&

5、lt;p>　　4譯碼器與顯示器的設計9</p><p><b>　　5校時電路9</b></p><p>　　六、電路的總體設計11</p><p>　　七、部分芯片介紹13</p><p>　　部分芯片功能介紹14</p><p>　　1 74LS90N14</p>

6、;<p><b>　　2 55515</b></p><p><b>　　八、 總結17</b></p><p><b>　　前言</b></p><p><b>　　內(nèi)容摘要</b></p><p>　　數(shù)字鐘是一個將“ 時

7、”，“分”，“秒”顯示于人的視覺器官的計時裝置。它的計時周期為24小時，顯示滿刻度為23時59分59秒。一個基本的數(shù)字鐘電路主要由秒信號發(fā)生器、“時、分、秒、”計數(shù)器、譯碼器及顯示器組成。由于采用純數(shù)字硬件設計制作，與傳統(tǒng)的機械表相比，它具有走時準，顯示直觀，無機械傳動裝置等特點。</p><p>　　本設計中的數(shù)字時鐘采用數(shù)字電路實現(xiàn)對“時” 、“分”、“秒”的顯示和調(diào)整。通過采用各種集成數(shù)字芯片搭建電路來實現(xiàn)

8、相應的功能。具體用到了555震蕩器，74LS90及與非，異或等門集成芯片等。該電路具有計時和校時的功能。</p><p>　　在對整個模塊進行分析和畫出總體電路圖后，對各模塊進行仿真并記錄仿真所觀察到的結果。</p><p>　　實驗證明該設計電路基本上能夠符合設計要求。</p><p><b>　　設計要求</b></p>&l

9、t;p>　　時鐘的“時”要求用兩位顯示并用二十四小時制顯示；</p><p>　　時鐘的“分”、“秒”要求各用兩位顯示；</p><p>　　整個系統(tǒng)要有校時部分（可以手動，也可以自動），校時時不能產(chǎn)生進位。</p><p><b>　　三、方案設計</b></p><p>　　由上圖可以看出，振蕩器產(chǎn)生的信號經(jīng)過

10、分頻器作為產(chǎn)生秒脈沖，秒脈沖送入計數(shù)器，計數(shù)結果經(jīng)過“時”、“分”、“秒”，譯碼器，顯示器顯示時間。其中振蕩器和分頻器組成標準秒脈沖信號發(fā)生器，由不同進制的計數(shù)器，譯碼器和顯示電路組成計時系統(tǒng)。秒信號送入計數(shù)器進行計數(shù)，把累計的結果以“時”，“分”、“秒”的數(shù)字顯示出來。“時”顯示由二十四進制計數(shù)器，譯碼器，顯示器構成；“分”、“秒”顯示分別由六十進制的計數(shù)器，譯碼器，顯示器構成；校時電路實現(xiàn)對時，分，秒的校準。</p>

11、<p><b>　　四、分工</b></p><p><b>　　四、硬件設計及仿真</b></p><p><b>　　1振蕩器的設計</b></p><p>　　振蕩器是數(shù)字鐘的核心。振蕩器的穩(wěn)定度及頻率的精確度決定了數(shù)字鐘計時的準確程度，通常選用石英晶體構成振蕩器電路。一般來說，振蕩器

12、的頻率越高，計時器的精度越高。</p><p>　　在本設計中振蕩器采用的是由集成電路555與RC組成的多諧振蕩器。其電路圖如下圖2-1-1：</p><p>　　接通電源后，電容C1被充電， 上升，當上升到大于2/3時，觸發(fā)器被復位，放電管T導通，此時為低電平，電容C1通過和T放電，使下降。當下降到小于1/3時，觸發(fā)器被復位，反轉為高電平。電容器C1放點結束，所需時間為：</p&g

13、t;<p>　　當C1放點結束時，T截止，VCC將通過R1、R2向電容器C1充電，vC由1/3VCC上升到2/3VCC所需的時為：</p><p>　　當vC上升到2/3VCC時，觸發(fā)器又被復位發(fā)生翻轉，如此周而復始，在輸出端就得到一個周期性的方波，其頻率為</p><p>　　本設計中，由電路圖和f的公式可以算出，微調(diào)R3=60k左右，其輸出的頻率為f=1000Hz.<

14、;/p><p><b>　　2分頻器的設計</b></p><p>　　通常，數(shù)字鐘的晶體振蕩器輸出頻率較高，為了得到1Ｈz的秒信號輸入，需要對振蕩器的輸出信號進行分頻。</p><p>　　分頻器的功能主要有兩個：一個是產(chǎn)生標準脈沖信號；二是提供功能擴展電路所需要的信號。</p><p>　　本設計中，由于振蕩器產(chǎn)生的信號

15、頻率太高，要得到標準的秒信號，就需要對所得的信號進行分頻。這里所采用的分頻電路也是3個中規(guī)模計數(shù)器74LS90N來構成的3級1/10分頻。</p><p>　　其電路如下圖2-2-1所示：</p><p>　　由上圖可以看出，由振蕩器的1000Hz高頻信號從U0的14端輸入，經(jīng)過三片74LS90N的三級1/10分頻，就能從U2的11端輸出得到標準的秒脈沖信號。</p><

16、;p><b>　　3時間計數(shù)器的設計</b></p><p>　　由圖1-1的方框圖可以清楚的看到，顯示“時”、“分”、“秒”需要六片中規(guī)模計數(shù)器；其中“秒”、“分”各為60進制計數(shù)，“時”為24進制計數(shù)。在本設計中均用74LS90N來實現(xiàn)：</p><p>　　3.1六十進制計數(shù)器</p><p>　　“秒”計數(shù)器電路與“分”計數(shù)器電路

17、都是六十進制，它由一級十進制計數(shù)器和一級六進制計數(shù)器連接構成，如圖2-3-1所示，是采用兩片中規(guī)模集成電路74LS90N串聯(lián)起來構成的“秒”、“分”計數(shù)器。</p><p>　　由上圖可知，U2是十進制計數(shù)器，U2的QD作為十進制的進位信號，74LS90N計數(shù)器是十進制異步計數(shù)器，是反饋清零法來實現(xiàn)十進制計數(shù)，U1和與非門組成六進制計數(shù)。74LS90N是在CP信號的下降沿觸發(fā)下進行計數(shù)，U1的QA和QC相與01

18、01的作為“分（時）”計數(shù)器的輸入信號。U1的輸出0110高電平1分別送到計數(shù)器的R01、R02端清零，74LS90N內(nèi)部的R01、R02與非后清零而使計數(shù)器歸零，完成六進制計數(shù)。由此可見U1和U2串接實現(xiàn)了六十進制計數(shù)。</p><p>　　3.2二十四進制計數(shù)器</p><p>　　“時”計數(shù)為二十四進制。在本設計中二十四進制的計數(shù)電路也是由兩個74LS90N組成的二十四進制計數(shù)電路，

19、如圖2-3-2所示。</p><p>　　由上圖可以看出，當“時”個位U2計數(shù)器輸入端A（14腳）來到第10觸發(fā)信號時，U2計數(shù)器清零，進位端QD向U3“時”十位計數(shù)器輸入進位信號，當?shù)?4個“時”（來自“分”計數(shù)器的狀態(tài)為“0010”，此時“時”個位計數(shù)器的QC和“時”計數(shù)器的清零端R01和R02，通過74LS90N內(nèi)部的與非后清零，計數(shù)器復零從而完成二十四進制計數(shù)。</p><p>　

20、　4譯碼器與顯示器的設計</p><p>　　用七段發(fā)光二極管來顯示譯碼器輸出的數(shù)字，顯示器有兩種：共陰極和共陽極顯示器。74LS48譯碼器譯碼的是高電平，所以對應的顯示器應為共陰極顯示器。在本設計中用的是解碼七段排列顯示器，即包含譯碼器的七段顯示器。其圖形管腳如下圖2-4-1所示</p><p>　　圖2-4-1 DCD HEX內(nèi)部封裝圖</p><p><

21、b>　　5校時電路</b></p><p>　　當剛接通電源或計時出現(xiàn)錯誤時，都需要對時間進行校正。校正電路如下圖2-5-1所示：</p><p><b>　　五、電路的總體設計</b></p><p>　　由上面介紹的電路各個部分的子電路構成的各個部分的功能，再由第一章的數(shù)字時鐘的系統(tǒng)原理框圖，可以清楚的知道了總體的電路情況

22、。下面圖2-6-1就時本設計的總體電路：</p><p>　　圖2-6-1 總體電路的設計</p><p>　　由圖2-6-1可以看出和清楚的整個數(shù)字時鐘的總體工作原理和整個工作過程：</p><p>　　由555和RC構成的振蕩器產(chǎn)生的1000Hz的高頻信號經(jīng)過由3片74LS90構成的1/1000分頻的分頻器后得到標準的秒脈沖信號，進入60進制的“秒”計時，“秒”

23、的分位進入60進制的“分”計時，最后，由分的“時”進位進入24進制的“時”計時。</p><p>　　在電路中，還有由門電路和開關構成的校時電路對電路的“時”，“分”進行校時，得到正確的時間。</p><p><b>　　六、部分芯片介紹</b></p><p><b>　　部分芯片功能介紹</b></p>

24、<p><b>　　1 74LS90N</b></p><p>　　74LS90的引腳圖如下圖4-2-1所示</p><p>　　圖4-2-1 74LS90N引腳圖</p><p>　　74LS90N的功能表</p><p>　　圖4-2-2 74LS90N功能表</p><p><

25、;b>　　2 555</b></p><p>　　555定時器（又稱時基電路）是一個模擬與數(shù)字混合型的集成電路。555定時器是一種應用極為廣泛的中規(guī)模集成電路。該電路使用靈活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以構成單穩(wěn)、多諧和施密特觸發(fā)器。因而廣泛用于信號的產(chǎn)生、變換、控制與檢測。</p><p>　　目前生產(chǎn)的定時器有雙極型和CMOS兩種類型，其型號分別有NE555(

26、或5G555)和C7555等多種。它們的結構及工作原理基本相同。通常，雙極型定時器具有較大的驅(qū)動能力，而CMOS定時器具有低功耗、輸入阻抗高等優(yōu)點。555定時器工作的電源電壓很寬，并可承受較大的負載電流。雙極型定時器電源電壓范圍為5～16V，最大負載電流可達200mA；CMOS定時器電源電壓范圍為3～18V，最大負載電流在4mA以下。</p><p>　　555的引腳圖如下圖4-2-2：</p>&

27、lt;p>　　圖4-2-3 555的引腳圖</p><p>　　555的內(nèi)部電路和功能：</p><p>　　圖4-2-4 555內(nèi)部電路圖</p><p><b>　　七、總結</b></p><p>　　通過這次數(shù)字電子鐘的課程設計，使我把學到的知識與實踐相結合。并對學過的電路、數(shù)電、模電等電子技術的知識有了更

28、深一步的了解，鍛煉了自己分析和解決實際問題的能力。讓我對電子設計充滿了興趣。</p><p>　　剛開始做這個設計的時候感覺自己不知道如何下手，腦子里也比較浮躁和零亂。但通過一段時間的努力，通過重溫數(shù)電，模電等電子技術的書籍，在老師的指導和周圍同學的幫助下，使我對自己的設計有了熟練的掌握。更進一步地熟悉了芯片的結構及掌握了各芯片的工作原理和其具體的使用方法。</p><p>　　最后，我要