數(shù)電課程設(shè)計(jì)--數(shù)字電子鐘

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

2、 </p><p>　　學(xué) 號： </p><p>　　姓 名： </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　完成日期： </p><p>

3、;<b>　　目 錄</b></p><p>　　1 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求…………….…………………………………………............….（1）</p><p>　　2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案………………………………………….………….........….（2）</p><p>　　2.1 總體設(shè)計(jì)方案…………................

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

5、設(shè)計(jì)及參數(shù)計(jì)算……………………...………………….................（4）</p><p>　　3.1 振蕩器……………………………………..………..…………….................................（4）</p><p>　　3.2 分秒計(jì)數(shù)器電路…………………….……………………………….......................（5）&l

6、t;/p><p>　　3.3 24小時(shí)計(jì)數(shù)電路.………………………………...........................................................（5）</p><p>　　3.4 校時(shí)電路……………….………………….................................................................（6

7、）</p><p>　　3.5 整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路……………….………………………………......................................（6）</p><p>　　4 系統(tǒng)總體電路設(shè)計(jì)…………………………………………...………….............（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(shí)驗(yàn)結(jié)果分析……………………...……………......（9）</p><p>　　5.2整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路仿真結(jié)果……………………...…………………..............（9）</p><p>　　5.3 24小時(shí)電路仿真……………………...……………….....

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

10、....（13）</p><p><b>　　1設(shè)計(jì)任務(wù)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(shí)電路，計(jì)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(biāo)準(zhǔn)秒信號發(fā)生器，不同進(jìn)制的計(jì)數(shù)器產(chǎn)生計(jì)數(shù)，譯碼器和顯示器進(jìn)行顯示，通過校時(shí)電路實(shí)現(xiàn)對時(shí)，分的校準(zhǔn)。</p><p><b&g

11、t;　　設(shè)計(jì)任務(wù)及要求：</b></p><p>　　（1）畫出數(shù)字電子鐘的結(jié)構(gòu)框圖。</p><p>　?。?）設(shè)計(jì)一個(gè)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(gè)秒脈沖發(fā)生器。</p><p>　?。?）用74160設(shè)計(jì)時(shí)分秒計(jì)數(shù)器，通過開關(guān)可實(shí)現(xiàn)二十四與十二進(jìn)制計(jì)數(shù)值的轉(zhuǎn)換。</

12、p><p>　?。?）有譯碼實(shí)現(xiàn)電路，具有校時(shí)、校分的功能，可以對時(shí)和分單獨(dú)校時(shí)。</p><p><b>　　2系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案</b></p><p><b>　　2.1總體設(shè)計(jì)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(shí)的計(jì)時(shí)裝置，與傳統(tǒng)的機(jī)械鐘相比，它具有走時(shí)準(zhǔn)確，顯示直觀、無機(jī)械傳動裝置、具有更長的使用壽命，等優(yōu)點(diǎn)，因而得到了廣泛的應(yīng)用、小到人們?nèi)粘Ｉ钪械碾娮邮直?，大到車站、碼頭、機(jī)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(shí)電路；六十進(jìn)制秒、分計(jì)數(shù)器，二十四進(jìn)制（或十二進(jìn)制）計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器；秒、分、時(shí)的譯碼顯示部分。</p><p>　　從課程設(shè)計(jì)要求來看，數(shù)字

14、電子鐘主要分為數(shù)碼顯示器、60進(jìn)制和24進(jìn)制計(jì)數(shù)器、頻率振蕩器、校時(shí)電路和整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路這幾個(gè)部分。數(shù)字鐘要完成顯示需要6個(gè)數(shù)碼管，八段的數(shù)碼管需要譯碼器才能顯示，然后要實(shí)現(xiàn)時(shí)、分、秒的計(jì)時(shí)需要60進(jìn)制計(jì)數(shù)器和24進(jìn)制計(jì)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(shí)來產(chǎn)生脈沖并分頻為1HZ。我采用74LS160同步十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，兩個(gè)60進(jìn)制和一個(gè)24進(jìn)制的秒、

15、分、時(shí)計(jì)數(shù)。</p><p><b>　　2.2方案特點(diǎn)</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(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)結(jié)果經(jīng)過“時(shí)”、“分”、“秒”，譯碼器，顯示器顯示時(shí)間。其中振蕩器和分頻器組成標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖信號發(fā)生器，由不同進(jìn)制的計(jì)數(shù)器，譯碼器和顯示電路組成計(jì)時(shí)系統(tǒng)。秒信號送入計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，把累計(jì)的結(jié)果以“時(shí)”，“分”、“秒”的數(shù)字顯

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

17、器的準(zhǔn)確度。一般來說，振蕩器的頻率越高，計(jì)時(shí)精度就越高，但耗電量將越大。所以，在設(shè)計(jì)電路時(shí)要根據(jù)需要而設(shè)計(jì)出最佳電路。</p><p>　　在本設(shè)計(jì)中，我設(shè)計(jì)如下。</p><p>　　另外，我用555與RC電路又做了一個(gè)多諧振蕩器。</p><p>　　接通電源后，電容C1被充電，vC上升，當(dāng)vC上升到大于2/3VCC時(shí)，觸發(fā)器被復(fù)位，放電管T導(dǎo)通，此時(shí)v0為低電

18、平，電容C1通過R2和T放電，使vC下降。當(dāng)vC下降到小于1/3VCC時(shí)，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(shí)間為 ：     </p><p>　　當(dāng)C1放電結(jié)束時(shí)，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(shí)為：</p><p>　　當(dāng)vC上升到2

19、/3VCC時(shí)，觸發(fā)器又被復(fù)位發(fā)生翻轉(zhuǎn)，如此周而復(fù)始，在輸出端就得到一個(gè)周期性的方波，其頻率為 ：    </p><p>　　本設(shè)計(jì)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(jì)數(shù)器電路</p><p>　　分和秒的進(jìn)制一樣，都采用60進(jìn)制計(jì)數(shù)。本設(shè)計(jì)

20、選用74LS160作為計(jì)數(shù)器，將一片74LS160設(shè)置成10進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，另一片設(shè)置成6進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。兩片74LS160按反饋清零法串接而成，當(dāng)十位和個(gè)位總共計(jì)滿60個(gè)數(shù)后計(jì)數(shù)器清零。因?yàn)槊胗?jì)數(shù)器的十位的輸出端QB、QC表示6，秒計(jì)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(jì)數(shù)器的十位的輸出端QB、QC通過與非門然后接一個(gè)非門輸出高電平脈沖作分計(jì)數(shù)器的輸入脈沖。秒計(jì)數(shù)器接受的信號為振蕩器經(jīng)分頻后輸出的1HZ

21、的標(biāo)準(zhǔn)脈沖，秒計(jì)數(shù)器接受來自分頻器的60個(gè)1HZ脈沖后，QB、QC都為邏輯‘1’通過與門輸出一個(gè)進(jìn)位脈沖給分計(jì)數(shù)器，通過與非門和非門輸出一個(gè)低電平0給清零端，秒計(jì)數(shù)器清零。當(dāng)分計(jì)數(shù)器接受60個(gè)來自秒計(jì)數(shù)器的進(jìn)位信號后向時(shí)計(jì)數(shù)器的個(gè)位給出一個(gè)進(jìn)位信號。秒、分計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)規(guī)律是從00——59——00。秒、分計(jì)時(shí)器電路：</p><p>　　3.3 24小時(shí)計(jì)數(shù)電路</p><p>　　時(shí)鐘計(jì)數(shù)

22、器設(shè)計(jì)為24進(jìn)制計(jì)數(shù)，本設(shè)計(jì)選用74LS160作為計(jì)數(shù)器，開始將兩片74LS160都設(shè)置成十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，將時(shí)個(gè)位的QC和時(shí)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(shí)現(xiàn)24進(jìn)制。既個(gè)位計(jì)數(shù)器的狀態(tài)為QD QC QB QA = 0100 、十位計(jì)數(shù)器的狀態(tài)為QD QC QB QA = 0010時(shí)，要求計(jì)數(shù)器歸零。把個(gè)位QC、十位QB通過與非門的輸出信號送到個(gè)位和十位計(jì)數(shù)器的清零端，使計(jì)數(shù)器清零。計(jì)數(shù)規(guī)律是從00——23—

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

24、　3.5 整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路</p><p>　　數(shù)字鐘一般都應(yīng)具備整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路功能,即在時(shí)間出現(xiàn)整點(diǎn)前數(shù)秒內(nèi),數(shù)字鐘會自動報(bào)時(shí)。本設(shè)計(jì)是在整點(diǎn)前的十秒內(nèi)，報(bào)時(shí)燈連續(xù)發(fā)光十秒，以示提醒。以下是設(shè)計(jì)電路</p><p>　　4 系統(tǒng)總體電路設(shè)計(jì)</p><p>　　由第三節(jié)介紹的電路各個(gè)部分的子電路構(gòu)成的各個(gè)部分的功能，再由第一節(jié)的數(shù)字時(shí)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(shí)鐘的總體電路：</p><p>　　由圖可以看出和清楚的整個(gè)數(shù)字時(shí)鐘的總體工作原理和整個(gè)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(biāo)準(zhǔn)的秒脈沖信號，進(jìn)入60進(jìn)制的“秒”計(jì)時(shí)，“秒”的分位進(jìn)入60進(jìn)制的“分”計(jì)時(shí)，最后，由分的“時(shí)”進(jìn)位進(jìn)入24進(jìn)制的“時(shí)”計(jì)時(shí)。</p>

26、;<p>　　在電路中，還有由門電路和開關(guān)構(gòu)成的校時(shí)電路對電路的“時(shí)”，“分”進(jìn)行校時(shí)，得到正確的時(shí)間。</p><p>　　各個(gè)部分功能的電路和下圖的總體數(shù)字時(shí)鐘的電路均在電子電路計(jì)算機(jī)仿真軟件Multisim中進(jìn)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(shí)驗(yàn)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(diǎn)報(bào)時(shí)電路仿真結(jié)果</p><p>　　報(bào)時(shí)電路仿真的同時(shí)，我們可以檢測數(shù)字鐘主體是否運(yùn)行正常、校時(shí)電路是否能正常校時(shí)。首先，分鐘校時(shí)到59分，然后讓數(shù)字鐘自主運(yùn)行，檢驗(yàn)了

28、校時(shí)電路、分秒的進(jìn)位關(guān)系、整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路；然后校時(shí)到23：59分，檢驗(yàn)了時(shí)分的進(jìn)位關(guān)系、數(shù)字鐘的總體運(yùn)行性能。整點(diǎn)前的報(bào)時(shí)狀態(tài)：</p><p>　　5.3 24小時(shí)電路仿真</p><p>　　6 改進(jìn)意見及收獲體會</p><p>　　因?yàn)楸救怂郊皶r(shí)間原因，沒有完成24h進(jìn)制對12h進(jìn)制的轉(zhuǎn)換，這是一大遺憾。但通過此次課程設(shè)計(jì)，使我更加扎實(shí)的掌握了有關(guān)數(shù)字電子

29、技術(shù)線路方面的知識。由于這次課設(shè)是由我一人單獨(dú)完成的，所以在設(shè)計(jì)過程中遇到了很多問題，也使我攪碎了很多腦細(xì)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(shí)鐘做了出來，滿滿的成就感溢于言表。</p><p>　　剛?cè)胧诌@個(gè)設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)、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(gè)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(lǐng)域我們不應(yīng)畏懼，只要我們腳踏實(shí)地地苦心專研，一定能夠完全的解決它。</p><p><b>　　7 器件明細(xì)清單</b></p><p><b>　　參 考 文 獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 閻石主編．

31、數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（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(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì).哈爾濱:哈爾濱工程大學(xué)出版社；2001.</p><p>　　[3] 毛期儉等；數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)及應(yīng)用.北京；人民郵電出版社；2005 .</p><p><b>　　第 三 部 分</b></p>

32、<p><b>　　設(shè)</b></p><p><b>　　計(jì)</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(shè)計(jì)深度規(guī)定：</b></p><p>　　系統(tǒng)總體方框圖：標(biāo)注各單元模塊，圖中給出各單元模塊的正確連接、標(biāo)出各信號的流向。</p><p>　　系統(tǒng)總電路圖：標(biāo)明各器件的型號、標(biāo)注器件參數(shù)、標(biāo)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(biāo)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(yù)置的十進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器，其管腳圖如圖所示：</p><p>　　RCO 進(jìn)位輸出端 </p><p>　　ENP 計(jì)數(shù)控制端</p><p>　　QA-QD 輸出端</p><p>　

35、　ENT 計(jì)數(shù)控制端</p><p>　　CLK 時(shí)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(yù)置的十進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器，其管腳圖如圖所示：</p><p>　　RCO 進(jìn)位輸出端