數(shù)字鐘課程設(shè)計(完整原理圖)

1、<p>　　課 程 設(shè) 計 報告</p><p>　　題目 數(shù)字鐘-數(shù)電課程設(shè)計 </p><p>　　2011-2012 第一學期</p><p>　　班 級 </p><p>　　姓 名 </p><p>　　學 號

2、 </p><p>　　指導教師 </p><p>　　單 位 </p><p><b>　　年 月 日</b></p><p><b>　　前言</b></p><p>　

3、　20世紀末，電子技術(shù)獲得了飛速的發(fā)展，在其推動下，現(xiàn)代電子產(chǎn)品幾乎滲透了社會的各個領(lǐng)域，有力地推動了社會生產(chǎn)力的發(fā)展和社會信息化程度的提高，同時也使現(xiàn)代電子產(chǎn)品性能進一步提高，產(chǎn)品更新?lián)Q代的節(jié)奏也越來越快。 時間對人們來說總是那么寶貴，工作的忙碌性和繁雜性容易使人忘記當前的時間。忘記了要做的事情，當事情不是很重要的時候，這種遺忘無傷大雅。但是，一旦重要事情，一時的耽誤可能釀成大禍。例如，許多火災(zāi)都是由于人們一時忘記了關(guān)閉煤氣或是忘記

4、充電時間。尤其在醫(yī)院，每次護士都會給病人作皮試，測試病人是否對藥物過敏。注射后，一般等待5分鐘，一旦超時，所作的皮試試驗就會無效。手表當然是一個好的選擇，但是，隨著接受皮試的人數(shù)增加，到底是哪個人的皮試到時間卻難以判斷。所以，要制作一個定時系統(tǒng)。隨時提醒這些容易忘記時間的人。 鐘表的數(shù)字化給人們生產(chǎn)生活帶來了極大的方便，而且大大地擴展了鐘表原先的報時功能。諸如定時自動報警、按時自動打鈴、時間程序自動控制、定時廣播、定時啟閉電路

5、、定時開關(guān)烘箱、通斷動力設(shè)備，甚至各種定時電氣的自動啟用等，所有這些，都是以鐘表數(shù)字化為基礎(chǔ)的。因此，研究數(shù)字鐘及擴大其應(yīng)</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　一、 設(shè)計目的- 3 -</p><p>　　二、設(shè)計要求- 3 -</p><p>　　2.1設(shè)計指標- 3 -</p&

6、gt;<p>　　2.2設(shè)計要求- 3 -</p><p>　　2.3制作要求- 3 -</p><p>　　2.4編寫設(shè)計報告- 3 -</p><p>　　三、各單元電路設(shè)計- 4 -</p><p>　　3.1工作原理- 4 -</p><p>　　3.2原理框圖- 4 -</p

7、><p>　　3.3振蕩器- 5 -</p><p>　　3.3.1由石英晶體振蕩器構(gòu)成的1HZ秒脈沖信號- 5 -</p><p>　　3.4 時間計數(shù)器電路- 6 -</p><p>　　3.4.1秒計數(shù)器的設(shè)計- 6 -</p><p>　　3.4.2分計數(shù)器的設(shè)計- 7 -</p><

8、p>　　3.4.3時計數(shù)器電路- 8 -</p><p>　　3.5譯碼驅(qū)動及顯示單元的設(shè)計- 9 -</p><p>　　3.6校時電路- 9 -</p><p>　　3.7 整點報時電路- 10 -</p><p>　　3.7.1 論證- 10 -</p><p>　　3.7.2 實現(xiàn)- 1

9、0 -</p><p>　　四、總電路設(shè)計- 12 -</p><p>　　五、元件清單- 12 -</p><p>　　六、課程設(shè)計體會- 13 -</p><p>　　七、參考文獻- 14 -</p><p><b>　　一、 設(shè)計目的</b></p><p

10、>　　熟悉集成電路的引腳安排；</p><p>　　掌握各芯片的邏輯功能及使用方法；</p><p>　　了解數(shù)字鐘的組成及工作原理；</p><p>　　熟悉數(shù)字鐘的設(shè)計與制作；</p><p>　　熟悉Protel99 SE軟件的操作；</p><p><b>　　設(shè)計要求</b><

11、;/p><p><b>　　2.1設(shè)計指標</b></p><p>　　時間以24小時為一個周期；能顯示時，分，秒；</p><p>　　有校時功能，可以分別對時及分進行單獨校時，使其校正到標準時間；</p><p>　　計時過程具有報時功能，當時間到達整點前10秒進行蜂鳴報時；</p><p>　　

12、為了保證計時的穩(wěn)定及準確須由晶體振蕩器提供表針時間基準信號。</p><p><b>　　2.2設(shè)計要求</b></p><p>　　畫出電路原理圖(或仿真電路圖)；</p><p><b>　　元器件及參數(shù)選擇；</b></p><p><b>　　2.3制作要求 </b>&

13、lt;/p><p>　　自行裝配和調(diào)試，并能發(fā)現(xiàn)問題和解決問題；</p><p>　　2.4編寫設(shè)計報告 </p><p>　　寫出設(shè)計與制作的全過程，附上有關(guān)資料和圖紙，有心得體會。</p><p><b>　　各單元電路設(shè)計</b></p><p><b>　　3.1工作原理</b

14、></p><p>　　數(shù)字鐘是一個將“ 時”，“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，另外應(yīng)有校時功能和報時功能。因此，一個基本的數(shù)字鐘電路主要由譯碼顯示器、“時”，“分”，“秒”計數(shù)器、校時電路、報時電路和振蕩器組成。干電路系統(tǒng)由秒信號發(fā)生器、“時、分、秒”計數(shù)器、譯碼器及顯示器、校時電路、整點報時電路組成。秒信號產(chǎn)生器是整個系統(tǒng)的時基信號，它

15、直接決定計時系統(tǒng)的精度，一般用石英晶體振蕩器加分頻器來實現(xiàn)。將標準秒信號送入“秒計數(shù)器”，“秒計數(shù)器”采用60進制計數(shù)器，每累計60秒發(fā)送一個“分脈沖”信號，該信號將作為“分計數(shù)器”的時鐘脈沖?！胺钟嫈?shù)器”也采用60進制計數(shù)器，每累計60分鐘，發(fā)出一個“時脈沖”信號，該信號將被送到“時計數(shù)器”?！皶r計數(shù)器”采用24進制計時器，可實現(xiàn)對一天24小時的累計。譯碼顯示電路將“時”、“分”、“秒”計數(shù)器的輸出狀態(tài)由七段顯示譯碼器譯碼，通過六位L

16、ED七段顯示器顯示出來。整點報時電路時根據(jù)計時系統(tǒng)的輸出狀態(tài)產(chǎn)生一個脈沖信號，然后觸發(fā)音頻發(fā)生器實現(xiàn)報時。校時電路時用來對“時”、“分”顯示數(shù)字進行校對調(diào)整的。</p><p>　　數(shù)字電子鐘由振蕩器、分頻器 計數(shù)器、譯碼顯示、報時等電路組成。其中振蕩器和分頻器組成標準秒信號發(fā)生器，由不同進制的計數(shù)器、譯碼器和顯示器組 成計時系統(tǒng)。秒信號送入計數(shù)器進行計數(shù)，把累加的結(jié)果 以‘時，、‘分，、‘秒’的數(shù)字顯示出來。‘

17、時’顯示由24進制 計數(shù)器、譯碼器、顯示器構(gòu)成，‘分’、‘秒’顯示分別由60進 制計數(shù)器、譯碼器、顯示器構(gòu)成?？蛇M行整點報時，計時出 現(xiàn)誤差時，可以用校時電路校時、校分。</p><p><b>　　3.2原理框圖</b></p><p><b>　　1-1原理框圖</b></p><p><b>　　3.3振蕩

18、器</b></p><p>　　振蕩器產(chǎn)生的時基信號通常頻率都很高，要使它成為能用過來計時的“秒”信號，需由分頻器來完成。分頻器的級數(shù)和每級的分頻次數(shù)要根據(jù)時基頻率來決定。例如，目前石英電子鐘多采用32768HZ的時標信號，將此信號經(jīng)過15級即可得到周期為1S的“秒”信號。也可選用其他頻率的時基信號，確定好分頻次數(shù)后再選選擇合適的集成電路。</p><p>　　3.3.1由石英

19、晶體振蕩器構(gòu)成的1HZ秒脈沖信號</p><p>　　石英晶體振蕩器產(chǎn)生的32768Hz時標信號進行15分頻。選用14為二進制計數(shù)器\分頻器CMOS集成電路cc4060，由它可以得到14分頻的信號。再將TTL集成電路74LS74雙D觸發(fā)器鐘的一個觸發(fā)器結(jié)成計數(shù)器型，完成第15級分頻，即可得到周期為1s的沖信號。</p><p>　　振蕩器與分頻器連接電路和cc4060引腳排列下圖：<

20、/p><p>　　圖3-1cc4060引腳排列 圖3-2 cc4060組成的振蕩器與分頻器連接電路</p><p>　　3.4 時間計數(shù)器電路</p><p>　　時間計數(shù)器電路由秒個位和秒十位計數(shù)器，分個位和分十位計數(shù)器及時個位和時十位計數(shù)器電路構(gòu)成，其中秒個位和秒十位計數(shù)器，分個位和分十位計數(shù)器均為60進制計數(shù)器，而根據(jù)設(shè)計要求，時個位和時十位計數(shù)器為

21、24進制計數(shù)器。這些計數(shù)器電路都可以由中規(guī)模集成計數(shù)器74LS90來實現(xiàn)。</p><p>　　3.4.1秒計數(shù)器的設(shè)計</p><p>　　秒信號發(fā)生器是數(shù)字電子鐘的核心部分，它的精度和穩(wěn)定度決定了時信號發(fā)生器和分信號發(fā)生器的精度。“秒”計數(shù)器為60進制計數(shù)器。實現(xiàn)此100模數(shù)的計數(shù)器是由兩片中規(guī)模集成計數(shù)器74LS90構(gòu)成的。首先分別將兩片74LS90設(shè)置成10進制加法計數(shù)器。即將兩片

22、的74LS90的置數(shù)端R0和R9都接地，將INA端接到QA端，以QD為進位輸出端，則構(gòu)成了10進制加法計數(shù)器。再將其中一片74LS90計數(shù)器的進位輸出端QD接到另一片74LS90的進位輸入端INA端。如此，兩片計數(shù)器最大的即可實現(xiàn)100進制的計數(shù)器。接下來，利用74LS90的反饋置數(shù)的方法實現(xiàn)60進制。74LS90屬于異步置數(shù)，所以計數(shù)器輸出“2QD2QC2QB2QA、1QD1QC1QB1QA=0110、0000”時，通過置數(shù)脈沖使計數(shù)

23、器清零，也就是此時QB，QC發(fā)出置數(shù)脈沖送至清零端R0，則R0使計數(shù)器清零?！懊搿庇嫈?shù)器電路圖如圖所示。</p><p>　　圖3-3 秒計數(shù)器電路</p><p>　　3.4.2分計數(shù)器的設(shè)計</p><p>　　“分”計數(shù)器也是60進制計數(shù)器。同“秒”計數(shù)器一樣是由兩片中規(guī)模集成計數(shù)器74LS90構(gòu)成。將兩片74LS90按同秒計數(shù)器的方法先接成10進制加法計數(shù)

24、器，再按“秒”計數(shù)器電路的方法連接就可實現(xiàn)100進制的計數(shù)器。再用同“秒”計數(shù)器的方法實現(xiàn)60進制。其電路圖同“秒”計數(shù)器電路圖。如下圖所示。</p><p>　　圖3-4 分計數(shù)器電路</p><p>　　3.4.3時計數(shù)器電路</p><p>　　時計數(shù)器是24進制計數(shù)器。實現(xiàn)此模數(shù)的計數(shù)器也是由兩片中規(guī)模集成計數(shù)器74LS90構(gòu)成。同“分”、“秒”計數(shù)器一樣

25、，先將兩片計數(shù)器74LS90連接成24進制的加法計數(shù)器，再把兩片計數(shù)器74LS90用“秒”計數(shù)器的方法接成可實現(xiàn)100進制的計數(shù)器。當計數(shù)器狀態(tài)為“2QD2QC2QB2QA、1QD1QC1QB1QA=0010、0100”時，要求計數(shù)器歸零。通過2QB、1QC送出的置數(shù)脈沖使兩片計數(shù)器74LS90同時清零，這樣就構(gòu)成了24進制計數(shù)器?！皶r”計數(shù)器電路圖如圖所示。</p><p>　　圖3-5 時計數(shù)器電路<

26、/p><p>　　3.5譯碼驅(qū)動及顯示單元的設(shè)計</p><p>　　計數(shù)器實現(xiàn)了對時間的累計以8421BCD碼形式輸出，為了將計數(shù)器輸出的8421BCD碼顯示出來，需用顯示譯碼電路將計數(shù)器的輸出數(shù)碼轉(zhuǎn)換為數(shù)碼顯示器件所需要的輸出邏輯和一定的電流，一般這種譯碼器通常稱為7段譯碼顯示驅(qū)動器，4511驅(qū)動顯示電路連接圖如下圖所示。</p><p>　　圖3-6 譯碼顯示電路

27、</p><p><b>　　3.6校時電路</b></p><p>　　校時電路是數(shù)字電路不可缺少的部分，每當數(shù)字鐘與時間不符時我們都要進行校時。S1、S2分別是時校時和分校時開關(guān)，不校時時S1、S2是閉合的。當校正時位時需要把S1開關(guān)打開，然后用手撥動S3開關(guān)，來回撥動一次就能使時位增加1，可以根據(jù)需要來撥動開關(guān)次數(shù)，校正完畢后把S1開關(guān)閉上。校正分時和校正時的方

28、法一樣。其電路圖如下：</p><p><b>　　圖3-7校時電路</b></p><p>　　3.7 整點報時電路</p><p><b>　　3.7.1 論證</b></p><p>　　整點報時是最基本的功能之一。此電路要求每當“分”和“秒”計數(shù)器計到59分50秒時，使自動驅(qū)動音響電路，

29、在10s內(nèi)自動發(fā)出5次響聲。要求每隔1s響一次，每次持續(xù)時間為1s，共響5次，并且前4次為低音，最后一響為高音，此時計數(shù)器正好為整點（“0”分“0”秒）。</p><p><b>　　3.7.2 實現(xiàn)</b></p><p>　　整點報時電路見下圖，包括控制電路和音響電路兩部分。</p><p><b>　　圖3-8報時電路<

30、/b></p><p>　　第一部分為控制門電路部分。當“分”和“秒”計數(shù)器到59分50秒時，從59分50秒到59分59秒之間，只有“秒”個位在計數(shù)，而“秒”的十位，“分”的個位，“分”的十位中C=Qc4=Qa4=Qd3=Qa3=Qc2=Qa2=1不變。將它們相與，即C=Qc4Qa4Qd3Qa3Qc2Qa2作為控制信號，去控制門U3A和門U4A。在每小時的最后10s內(nèi)C=1。門U3A輸入端加有頻率2084H

31、z的信號B（可取自分頻器CC4060的Q4端），同時又受Qd1和Qa1的控制，即C 在59s時，Qd1Qa1=1，門U4A被關(guān)閉，門U3A打開，B信號通過們U3A；門U4A輸入端加有頻率1024Hz的信號A（可取自分頻率CC4060的Q5端），同時又受非Qd1和Qa1的控制，即C在51s、53s、57s時，非Qd1Qa1C=1，門U3A被關(guān)閉，門U4A打開，4信號通過門U4A.則Z=Qd1Qa1CB+非Qd1Qa1CA，即可實現(xiàn)前四響為

32、1024Hz的低聲，后一響為2048Hz的高音，最后一響完畢正好整點。</p><p>　　第二部分為音響電路部分。該電路選用射及跟隨器，推動揚聲器發(fā)生。三極管選用高頻小功率3DG4，三極管基極串聯(lián)2k限流電阻是為了防止電流過大燒壞揚聲器。報時所需的2048Hz和1024Hz音頻信號，分別取自音頻電路。</p><p><b>　　總電路設(shè)計</b></p>

33、;<p>　　圖4-1總電路圖設(shè)計</p><p><b>　　元件清單</b></p><p><b>　　課程設(shè)計體會</b></p><p>　　做了一周的設(shè)計，終于可以把結(jié)果展示了出來。我想我也該整理我的思緒，把總結(jié)寫出來了。通過這次對數(shù)字鐘的設(shè)計與制作，讓我了解了設(shè)計電路的程序，對數(shù)字電路又有了進一

34、步的認識，溫習了以前學的知識，就像人們所說的溫故而知新吧！也讓我了解了關(guān)于數(shù)字鐘的原理與設(shè)計理念， 通過這次學習，讓我對各種電路都有了大概的了解，熟悉了Protel99 SE的繪圖過程，復習了原理圖的畫法和基本的操作。所以說，坐而言不如立而行，對于這些電路還是應(yīng)該自己動手實際操作才能過真正了解它的內(nèi)涵及應(yīng)用，更好的運用自己所學的知識創(chuàng)造財富。</p><p><b>　　參考文獻</b>&l

35、t;/p><p>　　1、電子技術(shù)課程設(shè)計[M]。</p><p>　　2、江小安.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].西安：西安電子科技大學出版社</p><p>　　3、潘永雄、沙河.電子線路CAD實用教程[M].西安：西安電子科技大學出版社</p><p>　　4、王毓銀，脈沖與數(shù)字電路（第三版）.高等教育出版社</p><p>