數(shù)電課程設計--數(shù)字電子鐘

1、<p><b>　　本科生課程設計</b></p><p>　　題 目： 數(shù)字電子鐘課程設計報告 </p><p>　　課 程： 數(shù)字電子技術(shù)基礎 </p><p>　　專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 </p><p>　　班 級：

2、 </p><p>　　學 號： </p><p>　　姓 名： </p><p>　　指導教師： </p><p>　　完成日期： </p><p>

3、;<b>　　目 錄</b></p><p>　　1 設計任務及要求…………….…………………………………………............….（1）</p><p>　　2 系統(tǒng)總體設計方案………………………………………….………….........….（2）</p><p>　　2.1 總體設計方案…………................

4、.................................................................................（2）</p><p>　　2.2 方案特點………………………………………...........…..............................................（2）</p><p>　　3各單元電路

5、設計及參數(shù)計算……………………...………………….................（4）</p><p>　　3.1 振蕩器……………………………………..………..…………….................................（4）</p><p>　　3.2 分秒計數(shù)器電路…………………….……………………………….......................（5）&l

6、t;/p><p>　　3.3 24小時計數(shù)電路.………………………………...........................................................（5）</p><p>　　3.4 校時電路……………….………………….................................................................（6

7、）</p><p>　　3.5 整點報時電路……………….………………………………......................................（6）</p><p>　　4 系統(tǒng)總體電路設計…………………………………………...………….............（8）</p><p>　　5 電路測試………………………………………...…………………

8、....................（9）</p><p>　　5.1 秒脈沖振蕩電路調(diào)試及實驗結(jié)果分析……………………...……………......（9）</p><p>　　5.2整點報時電路仿真結(jié)果……………………...…………………..............（9）</p><p>　　5.3 24小時電路仿真……………………...……………….....

9、......................（10）</p><p>　　6 改進意見及收獲體會…………………………………...…………………......（11）</p><p>　　7器件明細清單………………………………………...…………………...........（12）</p><p>　　參考文獻……………………………………….………………………………..

10、....（13）</p><p><b>　　1設計任務及要求</b></p><p>　　數(shù)字電子鐘是由多塊數(shù)字集成電路構(gòu)成的，其中有振蕩器，分頻器，校時電路，計數(shù)器，譯碼器和顯示器六部分組成。振蕩器和分頻器組成標準秒信號發(fā)生器，不同進制的計數(shù)器產(chǎn)生計數(shù)，譯碼器和顯示器進行顯示，通過校時電路實現(xiàn)對時，分的校準。</p><p><b&g

11、t;　　設計任務及要求：</b></p><p>　?。?）畫出數(shù)字電子鐘的結(jié)構(gòu)框圖。</p><p>　?。?）設計一個輸出電壓為5V的直流穩(wěn)壓電源。</p><p>　?。?）用555或其它電路產(chǎn)生一個秒脈沖發(fā)生器。</p><p>　?。?）用74160設計時分秒計數(shù)器，通過開關可實現(xiàn)二十四與十二進制計數(shù)值的轉(zhuǎn)換。</

12、p><p>　　（5）有譯碼實現(xiàn)電路，具有校時、校分的功能，可以對時和分單獨校時。</p><p><b>　　2系統(tǒng)總體設計方案</b></p><p><b>　　2.1總體設計方案</b></p><p>　　數(shù)字電子鐘基本原理的邏輯框圖如下所示：</p><p>　　數(shù)字

13、電子鐘是一種用數(shù)字顯示秒、分、時的計時裝置，與傳統(tǒng)的機械鐘相比，它具有走時準確，顯示直觀、無機械傳動裝置、具有更長的使用壽命，等優(yōu)點，因而得到了廣泛的應用、小到人們?nèi)粘Ｉ钪械碾娮邮直?，大到車站、碼頭、機場等公共場所的大型數(shù)顯電子鐘。數(shù)字電子鐘由以下幾部分組成：秒脈沖發(fā)生器；校時電路；六十進制秒、分計數(shù)器，二十四進制（或十二進制）計時計數(shù)器；秒、分、時的譯碼顯示部分。</p><p>　　從課程設計要求來看，數(shù)字

14、電子鐘主要分為數(shù)碼顯示器、60進制和24進制計數(shù)器、頻率振蕩器、校時電路和整點報時電路這幾個部分。數(shù)字鐘要完成顯示需要6個數(shù)碼管，八段的數(shù)碼管需要譯碼器才能顯示，然后要實現(xiàn)時、分、秒的計時需要60進制計數(shù)器和24進制計數(shù)器，在仿真軟件中發(fā)生信號可以用函數(shù)發(fā)生器仿真，頻率可以隨意調(diào)整。頻率振蕩器可以由晶體振蕩器分頻來提供，也可以由555定時來產(chǎn)生脈沖并分頻為1HZ。我采用74LS160同步十進制加法計數(shù)器，兩個60進制和一個24進制的秒、

15、分、時計數(shù)。</p><p><b>　　2.2方案特點</b></p><p>　　振蕩器產(chǎn)生的信號經(jīng)過分頻器作為產(chǎn)生秒脈沖，秒脈沖送入計數(shù)器，計數(shù)結(jié)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(jié)果以“時”，“分”、“秒”的數(shù)字顯

16、示出來?！皶r”顯示由二十四進制計數(shù)器，譯碼器，顯示器構(gòu)成；“分”、“秒”顯示分別由六十進制的計數(shù)器，譯碼器，顯示器構(gòu)成；校時電路實現(xiàn)對時，分的校準。</p><p>　　3各單元電路設計及參數(shù)計算</p><p><b>　　3.1 振蕩器</b></p><p>　　秒發(fā)生電路---振蕩器是計時器的核心，振蕩器的穩(wěn)定度和頻率的精確度決定了計時

17、器的準確度。一般來說，振蕩器的頻率越高，計時精度就越高，但耗電量將越大。所以，在設計電路時要根據(jù)需要而設計出最佳電路。</p><p>　　在本設計中，我設計如下。</p><p>　　另外，我用555與RC電路又做了一個多諧振蕩器。</p><p>　　接通電源后，電容C1被充電，vC上升，當vC上升到大于2/3VCC時，觸發(fā)器被復位，放電管T導通，此時v0為低電

18、平，電容C1通過R2和T放電，使vC下降。當vC下降到小于1/3VCC時，觸發(fā)器被置位，v0翻轉(zhuǎn)為高電平。電容器C1放電結(jié)束,所需的時間為 ：     </p><p>　　當C1放電結(jié)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

19、/3VCC時，觸發(fā)器又被復位發(fā)生翻轉(zhuǎn)，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.</p><p>　　3.2 分秒計數(shù)器電路</p><p>　　分和秒的進制一樣，都采用60進制計數(shù)。本設計

20、選用74LS160作為計數(shù)器，將一片74LS160設置成10進制加法計數(shù)器，另一片設置成6進制加法計數(shù)器。兩片74LS160按反饋清零法串接而成，當十位和個位總共計滿60個數(shù)后計數(shù)器清零。因為秒計數(shù)器的十位的輸出端QB、QC表示6，秒計數(shù)器的十位的輸出端QB、QC通過與非門輸出低電平脈沖用作自身清零，秒計數(shù)器的十位的輸出端QB、QC通過與非門然后接一個非門輸出高電平脈沖作分計數(shù)器的輸入脈沖。秒計數(shù)器接受的信號為振蕩器經(jīng)分頻后輸出的1HZ

21、的標準脈沖，秒計數(shù)器接受來自分頻器的60個1HZ脈沖后，QB、QC都為邏輯‘1’通過與門輸出一個進位脈沖給分計數(shù)器，通過與非門和非門輸出一個低電平0給清零端，秒計數(shù)器清零。當分計數(shù)器接受60個來自秒計數(shù)器的進位信號后向時計數(shù)器的個位給出一個進位信號。秒、分計數(shù)器的計數(shù)規(guī)律是從00——59——00。秒、分計時器電路：</p><p>　　3.3 24小時計數(shù)電路</p><p>　　時鐘計數(shù)

22、器設計為24進制計數(shù)，本設計選用74LS160作為計數(shù)器，開始將兩片74LS160都設置成十進制加法計數(shù)器，將時個位的QC和時十位的QB接到與非門，然后分別接到兩塊芯片的清零端，從而實現(xiàn)24進制。既個位計數(shù)器的狀態(tài)為QD QC QB QA = 0100 、十位計數(shù)器的狀態(tài)為QD QC QB QA = 0010時，要求計數(shù)器歸零。把個位QC、十位QB通過與非門的輸出信號送到個位和十位計數(shù)器的清零端，使計數(shù)器清零。計數(shù)規(guī)律是從00——23—

23、—00。時計數(shù)器電路：</p><p><b>　　3.4 校時電路</b></p><p>　　當剛接通電源或計時出現(xiàn)誤時，都需要對時間進行校正。校正電路如下圖7所示：</p><p>　　通過校時鍵A和B可以方便地對時和分進行校正。每按一次A鍵或者B鍵，時或分顯示的數(shù)都會加一，可以方便快捷地調(diào)時。</p><p>　

24、　3.5 整點報時電路</p><p>　　數(shù)字鐘一般都應具備整點報時電路功能,即在時間出現(xiàn)整點前數(shù)秒內(nèi),數(shù)字鐘會自動報時。本設計是在整點前的十秒內(nèi)，報時燈連續(xù)發(fā)光十秒，以示提醒。以下是設計電路</p><p>　　4 系統(tǒng)總體電路設計</p><p>　　由第三節(jié)介紹的電路各個部分的子電路構(gòu)成的各個部分的功能，再由第一節(jié)的數(shù)字時鐘的系統(tǒng)原理框圖，可以清楚的知道了總

25、體的電路情況。下面為數(shù)字電子時鐘的總體電路：</p><p>　　由圖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5振蕩器產(chǎn)生的1000Hz的高頻信號經(jīng)過由74LS160構(gòu)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”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>

26、;<p>　　在電路中，還有由門電路和開關構(gòu)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>　　各個部分功能的電路和下圖的總體數(shù)字時鐘的電路均在電子電路計算機仿真軟件Multisim中進行調(diào)試和仿真得到的。</p><p><b>　　5 電路調(diào)試</b></p><p>　　5.1 秒脈沖振蕩電路調(diào)

27、試及實驗結(jié)果分析</p><p>　　為便于觀察，我用555做的振蕩器來觀測圖像：</p><p>　　結(jié)果顯示，產(chǎn)生1.433v的方波信號。</p><p>　　5.2整點報時電路仿真結(jié)果</p><p>　　報時電路仿真的同時，我們可以檢測數(shù)字鐘主體是否運行正常、校時電路是否能正常校時。首先，分鐘校時到59分，然后讓數(shù)字鐘自主運行，檢驗了

28、校時電路、分秒的進位關系、整點報時電路；然后校時到23：59分，檢驗了時分的進位關系、數(shù)字鐘的總體運行性能。整點前的報時狀態(tài)：</p><p>　　5.3 24小時電路仿真</p><p>　　6 改進意見及收獲體會</p><p>　　因為本人水平及時間原因，沒有完成24h進制對12h進制的轉(zhuǎn)換，這是一大遺憾。但通過此次課程設計，使我更加扎實的掌握了有關數(shù)字電子

29、技術(shù)線路方面的知識。由于這次課設是由我一人單獨完成的，所以在設計過程中遇到了很多問題，也使我攪碎了很多腦細胞去解決這些問題。經(jīng)過很多次失敗，終于還是成功地將數(shù)字電子時鐘做了出來，滿滿的成就感溢于言表。</p><p>　　剛?cè)胧诌@個設計完全是一頭霧水的，完全不知道從哪里開始做，所以我去圖書館查閱了很多資料，也在百度上找了一些別人做好的作品來參考，慢慢地，我對數(shù)字電子鐘有了全面而深刻的了解，便一步步地設計、測試、修

30、改，經(jīng)過3天的努力，終于將它完整地調(diào)試出來。我們對任何一個新事物都有從陌生到熟悉直至了解的過程，所以，對陌生的領域我們不應畏懼，只要我們腳踏實地地苦心專研，一定能夠完全的解決它。</p><p><b>　　7 器件明細清單</b></p><p><b>　　參 考 文 獻</b></p><p>　　[1] 閻石主編．

31、數(shù)字電子技術(shù)基礎（第四版）．北京：高教出版社， 2000</p><p>　　[2] 呂思忠 施齊云.數(shù)字電路實驗與課程設計.哈爾濱:哈爾濱工程大學出版社；2001.</p><p>　　[3] 毛期儉等；數(shù)字電路與邏輯設計實驗及應用.北京；人民郵電出版社；2005 .</p><p><b>　　第 三 部 分</b></p>

32、<p><b>　　設</b></p><p><b>　　計</b></p><p><b>　　圖</b></p><p><b>　　紙</b></p><p><b>　　圖 紙 目 錄</b></p>

33、<p><b>　　附 設計深度規(guī)定：</b></p><p>　　系統(tǒng)總體方框圖：標注各單元模塊，圖中給出各單元模塊的正確連接、標出各信號的流向。</p><p>　　系統(tǒng)總電路圖：標明各器件的型號、標注器件參數(shù)、標注集成塊各引腳的邏輯符號</p><p>　　系統(tǒng)安裝接線圖：以集成塊為單位畫出各引腳之間的接線，標注各集成塊的型號

34、、注明引腳編號。</p><p>　　系統(tǒng)總電路圖 電02</p><p>　　74LS160 為可預置的十進制同步計數(shù)器，其管腳圖如圖所示：</p><p>　　RCO 進位輸出端 </p><p>　　ENP 計數(shù)控制端</p><p>　　QA-QD 輸出端</p><p>　

35、　ENT 計數(shù)控制端</p><p>　　CLK 時鐘輸入端</p><p>　　CLR 異步清零端（低電平有效）</p><p>　　LOAD 同步并行置入端（低電平有效）</p><p>　　4LS160 為可預置的十進制同步計數(shù)器，其管腳圖如圖所示：</p><p>　　RCO 進位輸出端