數(shù)電課程設(shè)計----數(shù)字電子鐘的設(shè)計

1、<p><b>　　字電子鐘系統(tǒng)設(shè)計</b></p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　第一章． 設(shè)計的任務(wù)與要求…………………………………………………………………3</p><p>　　第二章. 方案論證與選擇…………………………………………………………4</p>

2、;<p>　　第三章. 單元電路的設(shè)計和元器件的選擇…………………………………………………8</p><p>　　3.1 六進(jìn)制電路的設(shè)計……………………………………………………………8</p><p>　　3.2 十進(jìn)制計數(shù)電路的設(shè)計………………………………………………………8</p><p>　　3.3 六十進(jìn)制計數(shù)電路的設(shè)計…………………

3、…………………………………9</p><p>　　3.4雙六十進(jìn)制計數(shù)電路的設(shè)計…………………………………………………9</p><p>　　3.5時間計數(shù)電路的設(shè)計…………………………………………………………10</p><p>　　3.6 校正電路的設(shè)計………………………………………………………………11</p><p>　　3.7 時鐘

4、電路的設(shè)計…………………………………………………………11</p><p>　　3.8 整點(diǎn)報時電路的設(shè)計…………………………………………………………12</p><p>　　3.9 主要元器件的選擇…………………………………………………………12</p><p>　　第四章. 經(jīng)驗(yàn)體會……………………………………………………………14</p>&

5、lt;p>　　參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………14</p><p>　　第一章 設(shè)計的任務(wù)與要求</p><p>　　數(shù)字鐘是一種用數(shù)字電路技術(shù)實(shí)現(xiàn)時、分、秒計時的裝置，與機(jī)械式時鐘相比具有更高的準(zhǔn)確性和直觀性，且無機(jī)械裝置，具有更更長的使用壽命，因此得到了廣泛的使用。數(shù)字鐘從原理上講是一種典型的數(shù)字電路，其中包括了組合邏輯電路和時序電路。</

6、p><p>　　因此，我們此次設(shè)計數(shù)字鐘就是為了了解數(shù)字鐘的原理，從而學(xué)會制作數(shù)字鐘。而且通過數(shù)字鐘的制作進(jìn)一步的了解各種在制作中用到的中小規(guī)模集成電路的作用及實(shí)用方法。且由于數(shù)字鐘包括組合邏輯電路和時敘電路。通過它可以進(jìn)一步學(xué)習(xí)與掌握各種組合邏輯電路與時序電路的原理與使用方法。</p><p><b>　　1.1設(shè)計指標(biāo) </b></p><p>

7、;　　1. 時間以12小時為一個周期；</p><p>　　2. 顯示時、分、秒；</p><p>　　3. 具有校時功能，可以分別對時及分進(jìn)行單獨(dú)校時，使其校正到標(biāo)準(zhǔn)時間；</p><p>　　4. 計時過程具有報時功能，當(dāng)時間到達(dá)整點(diǎn)前10秒進(jìn)行蜂鳴報時；</p><p>　　5. 為了保證計時的穩(wěn)定及準(zhǔn)確須由晶體振蕩器提供表針時間基準(zhǔn)信

8、號。</p><p><b>　　1.2 設(shè)計要求</b></p><p>　　1. 畫出電路原理圖（或仿真電路圖）；</p><p>　　2. 元器件及參數(shù)選擇；</p><p>　　3. 編寫設(shè)計報告 寫出設(shè)計的全過程，附上有關(guān)資料和圖紙，有心得體會。</p><p>　　第二章 方案論證與

9、選擇</p><p>　　2.1 數(shù)字鐘的系統(tǒng)方案</p><p>　　數(shù)字鐘實(shí)際上是一個對標(biāo)準(zhǔn)頻率（1HZ）進(jìn)行計數(shù)的計數(shù)電路。由于計數(shù)的起始時間不可能與標(biāo)準(zhǔn)時間（如北京時間）一致，故需要在電路上加一個校時電路，同時標(biāo)準(zhǔn)的1HZ時間信號必須做到準(zhǔn)確穩(wěn)定。通常使用石英晶體振蕩器電路構(gòu)成數(shù)字鐘。</p><p>　　2.2 晶體振蕩器電路</p><

10、;p>　　晶體振蕩器電路給數(shù)字鐘提供一個頻率穩(wěn)定準(zhǔn)確的32768HZ的方波信號，可保證數(shù)字鐘的走時準(zhǔn)確及穩(wěn)定。不管是指針式的電子鐘還是數(shù)字顯示的電子鐘都使用了晶體振蕩器電路。一般輸出為方波的數(shù)字式晶體振蕩器電路通常有兩類，一類是用TTL門電路構(gòu)成；另一類是通過CMOS非門構(gòu)成的電路，本次設(shè)計采用了后一種。如圖（1）所示，由CMOS非門U1與晶體、電容和電阻構(gòu)成晶體振蕩器電路，U2實(shí)現(xiàn)整形功能，將振蕩器輸出的近似于正弦波的波形轉(zhuǎn)換為

11、較理想的方波。輸出反饋電阻Ｒ１為非門提供偏置，使電路工作于放大區(qū)域，即非門的功能近似于一個高增益的反相放大器。電容C1、C2與晶體構(gòu)成一個諧振型網(wǎng)絡(luò)，完成對振蕩頻率的控制功能，同時提供了一個180度相移，從而和非門構(gòu)成一個正反饋網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了振蕩器的功能。由于晶體具有較高的頻率穩(wěn)定性及準(zhǔn)確性，從而保證了輸出頻率的穩(wěn)定和準(zhǔn)確。</p><p>　　圖1 CMOS 晶體振蕩器</p><p>　

12、　2.3 時間計數(shù)電路</p><p>　　一般采用十進(jìn)制計數(shù)器如74HC290、74HC390等來實(shí)現(xiàn)時間計數(shù)單元的計數(shù)功能。本次設(shè)計中選擇74HC390。由其內(nèi)部邏輯框圖(如圖2)可知，其為雙2-5-10異步計數(shù)器，并每一計數(shù)器均有一個異步清零端（高電平有效）。 圖2 74HC390內(nèi)部功能圖</p><p>　　秒個位計數(shù)單元為十進(jìn)制計數(shù)器，無需進(jìn)制轉(zhuǎn)換，只需將Ｑ

13、Ａ與ＣＰＢ（下降沿有效）相連即可。ＣＰＡ（下降沒效）與１ＨZ秒輸入信號相連，Ｑ３可作為向上的進(jìn)位信號與十位計數(shù)單元的ＣＰＡ相連。</p><p>　　秒十位計數(shù)單元為六進(jìn)制計數(shù)器，需要進(jìn)制轉(zhuǎn)換。將十進(jìn)制計數(shù)器轉(zhuǎn)換為六進(jìn)制計數(shù)器的電路連接方法如圖3所示，其中Ｑ２可作為向上的進(jìn)位信號與分個位的計數(shù)單元的ＣＰＡ相連。</p><p>　　圖3 十進(jìn)制-六進(jìn)制轉(zhuǎn)換電路</p>&l

14、t;p>　　分個位和分十位計數(shù)單元電路結(jié)構(gòu)分別與秒個位和秒十位計數(shù)單元完全相同，只不過分個位計數(shù)單元的Ｑ３作為向上的進(jìn)位信號應(yīng)與分十位計數(shù)單元的ＣＰＡ相連，分十位計數(shù)單元的Ｑ２作為向上的進(jìn)位信號應(yīng)與時個位計數(shù)單元的ＣＰＡ相連。</p><p>　　時個位計數(shù)單元電路結(jié)構(gòu)仍與秒或個位計數(shù)單元相同，但是要求，整個時計數(shù)單元應(yīng)為十二進(jìn)制計數(shù)器，不是10的整數(shù)倍，因此需將個位和十位計數(shù)單元合并為一個整體才能進(jìn)行十二

15、進(jìn)制轉(zhuǎn)換。利用１片74HC390實(shí)現(xiàn)十二進(jìn)制計數(shù)功能的電路如圖4所示。</p><p>　　圖4 十二進(jìn)制計數(shù)器電路</p><p>　　另外，圖5所示電路中，尚余－個二進(jìn)制計數(shù)單元，正好可作為分頻器2ＨZ輸出信號轉(zhuǎn)化為1ＨZ信號之用。</p><p>　　2.4 譯碼驅(qū)動及顯示單元電路</p><p>　　選擇CD4511作為顯示譯碼電路

16、；選擇LED數(shù)碼管作為顯示單元電路。由CD4511把輸進(jìn)來的二進(jìn)制信號翻譯成十進(jìn)制數(shù)字，再由數(shù)碼管顯示出來。這里的LED數(shù)碼管是采用共陰的方法連接的。</p><p>　　計數(shù)器實(shí)現(xiàn)了對時間的累計并以8421BCD碼的形式輸送到CD4511芯片，再由4511芯片把BCD碼轉(zhuǎn)變?yōu)槠叨螖?shù)碼送到數(shù)碼管中顯示出來。 </p><p><b>　　2.5 校時電路</b>&l

17、t;/p><p>　　數(shù)字鐘應(yīng)具有分校正和時校正功能，因此，應(yīng)截斷分個位和時個位的直接計數(shù)通路，并采用正常計時信號與校正信號可以隨時切換的電路接入其中。即為用COMS與或非門實(shí)現(xiàn)的時或分校時電路，In1端與低位的進(jìn)位信號相連；In2端與校正信號相連，校正信號可直接取自分頻器產(chǎn)生的1HZ或2HZ（不可太高或太低）信號；輸出端則與分或時個位計時輸入端相連。當(dāng)開關(guān)打向下時，因?yàn)樾Ｕ盘柡?相與的輸出為0，而開關(guān)的另一端接高

18、電平，正常輸入信號可以順利通過與或門，故校時電路處于正常計時狀態(tài)；當(dāng)開關(guān)打向上時，情況正好與上述相反，這時校時電路處于校時狀態(tài)。</p><p>　　實(shí)際使用時，因?yàn)殡娐烽_關(guān)存在抖動問題，所以一般會接一個RS觸發(fā)器構(gòu)成開關(guān)消抖動電路，所以整個較時電路就如圖5。</p><p>　　圖5 帶有消抖電路的校正電路</p><p>　　2.6 整點(diǎn)報時電路</p&g

19、t;<p>　　電路應(yīng)在整點(diǎn)前10秒鐘內(nèi)開始整點(diǎn)報時，即當(dāng)時間在59分50秒到59分59秒期間時，報時電路報時控制信號。</p><p>　　當(dāng)時間在59分50秒到59分59秒期間時，分十位、分個位和秒十位均保持不變，分別為5、9和5，因此可將分計數(shù)器十位的QＣ和QＡ 、個位的QＤ和QＡ及秒計數(shù)器十位的QＣ和QＡ相與，從而產(chǎn)生報時控制信號。</p><p>　　報時電路可選7

20、4HC30來構(gòu)成。74HC30為8輸入與非門。</p><p><b>　　圖6整點(diǎn)報時電路</b></p><p>　　第三章 單元電路的設(shè)計與元器件選擇</p><p>　　數(shù)字鐘從原理上講是一種典型的數(shù)字電路，可以由許多中小規(guī)模集成電路組成，所以可以分成許多獨(dú)立的電路。</p><p>　　3.1 六進(jìn)制電路

21、的設(shè)計</p><p>　　由74HC390、7400、數(shù)碼管與4511組成，電路如圖7。</p><p><b>　　圖7 六進(jìn)制電路</b></p><p>　　3.2 十進(jìn)制電路的設(shè)計</p><p>　　由74HC390、7400、數(shù)碼管與4511組成，電路如圖8。</p><p><

22、;b>　　圖8 十進(jìn)制電路</b></p><p>　　3.3 六十進(jìn)制電路的設(shè)計</p><p>　　由兩個數(shù)碼管、兩4511、一個74HC390與一個7400芯片組成，電路如圖</p><p><b>　　圖9六十進(jìn)制電路</b></p><p>　　3.4 雙六十進(jìn)制電路的設(shè)計</p>

23、;<p>　　由2個六十進(jìn)制連接而成，把分個位的輸入信號與秒十位的Qc相連，使其產(chǎn)生進(jìn)位，電路圖如圖10。</p><p>　　圖10 雙六十進(jìn)制電路</p><p>　　3.5 時間計數(shù)電路的設(shè)計</p><p>　　由1個十二進(jìn)制電路、2個六十進(jìn)制電路組成，因上面已有一個雙六十電路，只要把它與十二進(jìn)制電路相連即可，詳細(xì)電路見圖11。</p&g

24、t;<p><b>　　圖11時間計數(shù)電路</b></p><p>　　3.6 校正電路的設(shè)計</p><p>　　由74CH51D、74HC00D與電阻組成，校正電路有分校正和時校正兩部分。</p><p>　　3.7 時鐘電路的設(shè)計</p><p>　　由晶體與2個30pF電容、1個4060、一個10兆

25、的電阻組成，芯片3腳輸出2Hz的方波信號。</p><p><b>　　圖12時鐘電路</b></p><p>　　3.8 整點(diǎn)報時電路</p><p>　　由74HC30D和蜂鳴器組成，當(dāng)時間在59:50到59:59時，蜂鳴報時，電路如圖13。</p><p><b>　　圖13整點(diǎn)報時電路</b>

26、;</p><p>　　3.9主要元器件的選擇</p><p>　　1．共陰八段數(shù)碼管6個；</p><p>　　2．CD4511集成塊6塊；</p><p>　　3．CD4060集成塊1塊；</p><p>　　4．74HC390集成塊3塊；</p><p>　　5．74HC51集成塊1塊；&

27、lt;/p><p>　　6．74HC00集成塊4塊；</p><p>　　7．74HC30集成塊1塊；</p><p>　　第四章 經(jīng)驗(yàn)體會</p><p>　　通過這次對數(shù)字電子鐘的設(shè)計作，讓我了解了電路設(shè)計的基本步驟，也讓我了解了關(guān)于數(shù)字鐘的原理與設(shè)計理念，要設(shè)計一個電路先進(jìn)行軟件模擬仿真再進(jìn)行實(shí)際的電路制作。但是最后的成品卻不一定與仿

28、真時完全一樣，因?yàn)?，再?shí)際接線中有著各種各樣的條件制約著。而且，在仿真中無法成功的電路接法，在實(shí)際中因?yàn)樾酒旧淼奶匦远軌虺晒?。所以，在設(shè)計時應(yīng)考慮兩者的差異，從中找出最適合的設(shè)計方法。通過這次學(xué)習(xí)，讓我對各種電路都有了大概的了解，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(shí)際操作才會有深刻理解。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn):</b></p><p