數(shù)電課程設(shè)計---電子時鐘

1、<p>　　電子技術(shù)(下)課程設(shè)計</p><p><b>　　題目名稱：電子時鐘</b></p><p>　　院系名稱：電子信息學(xué)院</p><p><b>　　班 級： </b></p><p><b>　　學(xué) 號： </b></p>&

2、lt;p><b>　　學(xué)生姓名： </b></p><p><b>　　指導(dǎo)教師： </b></p><p><b>　　2011年12月</b></p><p><b>　　緒論</b></p><p>　　這一次我們做的是電子技術(shù)數(shù)字部分的設(shè)計。

3、數(shù)字電子技術(shù)是一門實踐性很強(qiáng)的課程，它能夠很好的幫助學(xué)生訓(xùn)練動手操作能力，它包括選擇課題、電子電路設(shè)計、組裝、調(diào)試和編寫總結(jié)報告等實踐內(nèi)容。</p><p>　　通過課程設(shè)計要實現(xiàn)以下兩個目標(biāo)：</p><p>　　一、初步掌握數(shù)字電路的設(shè)計、組裝及調(diào)試方法。即學(xué)生根據(jù)設(shè)計要求，查閱文獻(xiàn)資料，收集、分析類似電路的性能，并通過組裝調(diào)試，使電路達(dá)到性能要求。</p><p&

4、gt;　　二、課程設(shè)計為以后的畢業(yè)設(shè)計做好準(zhǔn)備。畢業(yè)設(shè)計是系統(tǒng)的工程設(shè)計實踐，而課程設(shè)計是讓學(xué)生從理論學(xué)習(xí)的軌道上逐漸引向?qū)嶋H方面，運(yùn)用已學(xué)過的分析和設(shè)計電路的理論知識，逐步掌握工程設(shè)計的步驟和方法，同時，課程設(shè)計報告的書寫，為今后從事技術(shù)工作撰寫科技報告和技術(shù)資料打下基礎(chǔ)。</p><p>　　在做我們這一實驗時應(yīng)該注意，它是邏輯性很強(qiáng)的一門學(xué)科，思想上比較易懂，但是還有許多的瑣事，不要煩躁，一步一步的的來，不

5、能貪多，不然會思想混亂的。</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　中文摘要……………………………………………………….4</p><p>　　Abstract………………………………………………………..4</p><p>　　第一章 實驗基礎(chǔ)</p><p>　　1

6、.1數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計概要 …………………………………5 </p><p>　　1.2 設(shè)計的任務(wù)與要求 </p><p>　　1.2.1 數(shù)字鐘的設(shè)計目的................................................7 1.2.2 數(shù)字中的設(shè)計要求………………………………8.<

7、/p><p>　　第二章：實驗設(shè)計簡介及設(shè)計方案 2.1 基本設(shè)計思路………………………………………………...8</p><p>　　2.2 設(shè)計方案論述………………………………………………...8</p><p><b>　　第三章： 詳細(xì)設(shè)計</b></p><p>

8、;　　3.1 秒脈沖的產(chǎn)生………………………………………………...9</p><p>　　3.2 時鐘顯示電路的設(shè)計</p><p>　　3.2.1 秒計數(shù)、譯碼及顯示部分的設(shè)計…………………..9</p><p>　　3.2.2 分計數(shù)、譯碼及顯示部分的設(shè)計……………………9</p><p>　　3.2.3 時計數(shù)、譯碼及

9、顯示部分的設(shè)計 …………………11 </p><p>　　3.3 校準(zhǔn)電路的設(shè)計……………………………………………...12</p><p>　　第四章 設(shè)計結(jié)果及分析總結(jié)</p><p>　　4.1 設(shè)計結(jié)果…………………………………………………..12</p><p>　　4.2 結(jié)果分析……………………………………

10、………………...13</p><p><b>　　第五章 總結(jié)</b></p><p>　　5.1 心得體會……………………………………………………..13</p><p>　　附錄一：工具清單……………………………………………..14</p><p>　　附錄二：元器件清單…………………………………………15

11、</p><p>　　附錄三：主要元器件的引腳圖和功能表………………………..16</p><p>　　任務(wù)書…………………………………………………….19</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　數(shù)字電子時鐘是一個對標(biāo)準(zhǔn)頻率（1HZ）進(jìn)行計數(shù)的計數(shù)電路。通常使用石英 晶體振蕩器電路構(gòu)成數(shù)字鐘，以

12、保證其頻率的穩(wěn)定。以 10 進(jìn)制計數(shù)器 74HC390 來 實現(xiàn)時間計數(shù)單元的計數(shù)功能。用4518作為計數(shù)電路，采用 CD4511 作為顯示譯碼電路。選擇ＬＥＤ數(shù)碼管作為顯示電路。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。用 COMS 與或非門實現(xiàn)的時或分校時電路。該電路還有在整點(diǎn)前 10 秒鐘內(nèi)開始整點(diǎn)報時的功能。報時電路可選 74HC30 來構(gòu)成。時間以 24 為一個 周期。 數(shù)字鐘采用

13、數(shù)字電路實現(xiàn)對“時”“分”“秒”數(shù)字顯示的計時裝置。具有時間顯示、鬧鐘設(shè)置、報時功能、校時的功能。走時準(zhǔn)確、顯示直觀、精度高、穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：數(shù)字鐘、晶體振蕩器、計數(shù)器、分頻器、顯示器和校時電路</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Digital electronic clock

14、is a standard frequency (1 HZ) to count the count of a circuit. Using quartz crystal oscillator circuit usually constitute a digital clock, to assure the frequency stability. With 10 into the system to achieve 74 HC390 c

15、ounter the count of time counting unit function. With 4518 as counts circuit, the CD4511 as display decoder circuit. Choose LED digital tube as display circuit. CD4511 by the lose of binary signals in translated into a d

16、ecimal number, again by the digital</p><p>　　Key words: a digital clock, crystal oscillator, counter, prescaler, display and reset circuit </p><p><b>　　第一章 課題背景</b></p><p&

17、gt;　　1.1電子技術(shù)課程設(shè)計概要</p><p>　　在設(shè)計一個電子電路系統(tǒng)時，首先必須明確系統(tǒng)的設(shè)計任務(wù)，根據(jù)任務(wù)進(jìn)行方案選擇，然后對方案中的各部分進(jìn)行單元電路的設(shè)計、參數(shù)計算和器件選擇，最后將各部分連接在一起，畫出一個符合設(shè)計要求的系統(tǒng)電路圖。</p><p>　　一、明確系統(tǒng)的設(shè)計任務(wù)要求對系統(tǒng)的設(shè)計任務(wù)進(jìn)行具體分析，充分了解系統(tǒng)的性能、指標(biāo)、內(nèi)容及要求，以便明確系統(tǒng)應(yīng)完成的任

18、務(wù)。</p><p><b>　　二、方案選擇</b></p><p>　　把系統(tǒng)要完成的任務(wù)分解為若干個單元電路，并畫出一個能表示各單元功能的整機(jī)原理框圖。方案選擇的重要任務(wù)是根據(jù)掌握的知識和資料，針對系統(tǒng)提出的任務(wù)、要求和條件，完成系統(tǒng)的功能設(shè)計。在此過程中要敢于探索，勇于創(chuàng)新，爭取方案的設(shè)計合理、可靠、經(jīng)濟(jì)、功能齊全、技術(shù)先進(jìn)。并且對方案要不斷進(jìn)行可行性和優(yōu)缺點(diǎn)

19、的分析，最后設(shè)計出一個完整框圖。</p><p>　　三、單元電路的設(shè)計、參數(shù)計算和器件選擇</p><p>　　根據(jù)系統(tǒng)的指標(biāo)和功能框圖，明確各部分任務(wù)，進(jìn)行各單元電路設(shè)計、參數(shù)計算和器件選擇。</p><p><b>　?。保畣卧娐返脑O(shè)計</b></p><p>　　單元電路是整機(jī)的一部分，只有把單元電路設(shè)計好才能

20、提高整機(jī)設(shè)計水平。</p><p>　　每個單元電路設(shè)計前都需明確本單元電路的任務(wù)，詳細(xì)擬訂出單元電路的性能指標(biāo)，與前后級之間的聯(lián)系，分析電路的組成形式。具體設(shè)計時，可以模仿成熟的先進(jìn)的電路，也可以創(chuàng)新或改進(jìn)，但都必須保證性能要求。而且，不僅單元電路本身要求設(shè)計合理，各單元電路間也要互相配合，注意各部分的輸入、輸出信號和控制信號的關(guān)系。</p><p><b>　?。玻畢?shù)計算&

21、lt;/b></p><p>　　為保證單元電路達(dá)到功能指標(biāo)要求，就需要用電子技術(shù)知識對參數(shù)進(jìn)行計算，例如放大電路中各電阻值、放大倍數(shù)；振蕩器中電阻、電容、振蕩頻率等參數(shù)。只有很好地理解電路的工作原理，正確利用計算公式，計算的參數(shù)才能滿足設(shè)計要求。計算參數(shù)時，同一個電路可能有幾組數(shù)據(jù)，注意選擇一組能完成電路設(shè)計功能、在實踐中真正可行的參數(shù)。</p><p><b>　?。常?/p>

22、器件選擇</b></p><p>　　（1） 阻容元件的選擇注意功耗、容量、頻率和耐壓范圍是否滿足要求。</p><p>　?。?） 分立元件的選擇包括二極管、雙極型三極管、場效應(yīng)管、光電二（三）極管等。根據(jù)他們的用途分別進(jìn)行選擇。</p><p>　?。?） 集成電路的選擇根據(jù)電路功能、性能指標(biāo)選擇集成電路。注意集成電路的功耗、電源電壓、工作速度是否滿

23、足設(shè)計要求。通過查閱有關(guān)設(shè)計手冊，進(jìn)行元器件的選擇。</p><p><b>　　四、電路圖的繪制</b></p><p>　　電路圖通常是在系統(tǒng)框圖、單元電路設(shè)計、參數(shù)計算和器件選擇的基礎(chǔ)上繪制的，它是電路組裝、調(diào)試和維修的依據(jù)。繪制電路圖時，注意以下幾點(diǎn)：</p><p>　?。?） 元器件布局合理、排列均勻、圖面清晰、便于閱讀。</

24、p><p>　?。?） 注意信號流向。一般從輸入端或信號源開始，由左至右或上至下按信號的流向依次畫出各單元電路，而反饋通路的信號流向則與此相反。</p><p>　?。?） 圖形符號標(biāo)準(zhǔn)，適當(dāng)標(biāo)注。</p><p>　　（4） 連線應(yīng)為直線，盡量少交叉和折彎。</p><p>　　1.2設(shè)計任務(wù)與要求</p><p>　

25、　1.2.1數(shù)字鐘的設(shè)計目的</p><p>　　1. 掌握數(shù)字電子鐘的設(shè)計方法；</p><p>　　2. 掌握常用數(shù)字集成電路的功能和使用。</p><p>　　1.2.2數(shù)字鐘的設(shè)計要求</p><p>　　1. 能夠十進(jìn)制顯示“時”、“分”、“秒”</p><p>　　2. 小時為24進(jìn)制，分和秒均為60

26、進(jìn)制。</p><p>　　3. 小時高位具有零熄滅功能;</p><p>　　4. 具有整點(diǎn)報時功能;</p><p>　　5. 具有快速校準(zhǔn)時間的功能。</p><p>　　第二章設(shè)計簡介及設(shè)計方案論述</p><p>　　2.1基本設(shè)計思路</p><p>　　圖2-1 數(shù)字電子鐘原理

27、框圖</p><p>　　數(shù)字電子鐘原理如 圖2-1 所示。一個具有計時、校時、報時、顯示等基本功能的數(shù)字鐘主要由振蕩器、分頻器、計數(shù)器、譯碼器、顯示器、校時電路、報時電路等七部分組成。石英晶體振蕩器產(chǎn)生的信號經(jīng)過分頻器得到秒脈沖，秒脈沖送入計數(shù)器計數(shù)，計數(shù)結(jié)果通過“時”、“分”、“秒”譯碼器譯碼，并通過顯示器顯示時間。</p><p>　　2.2設(shè)計方案論述</p>&l

28、t;p>　　晶體振蕩器和分頻器產(chǎn)生穩(wěn)定的校時信號（2Hz）和“秒”計時信號(1Hz)。對“秒”計時信號進(jìn)行60 進(jìn)制計數(shù)，形成“分”計時信號和秒計數(shù)值；再對“分”計時信號進(jìn)行60 進(jìn)制計數(shù)，形成“時”計時信號和分計數(shù)值；進(jìn)一步對“時”計時信號進(jìn)行24 進(jìn)制計數(shù)得到時計數(shù)值分計數(shù)值和時計數(shù)值譯碼顯示時間。</p><p><b>　　第三章詳細(xì)設(shè)計</b></p><

29、;p>　　3.1秒脈沖的產(chǎn)生</p><p>　　圖3-1 秒脈沖發(fā)生器</p><p>　　脈沖發(fā)生器是數(shù)字鐘的核心部分，它的精度和穩(wěn)定度決定了數(shù)字鐘的質(zhì)量，通常用晶體振蕩器產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)頻率信號經(jīng)過整形、分頻獲得1Hz的秒脈沖。石英晶體振蕩器的特點(diǎn)是振蕩頻率準(zhǔn)確、電路結(jié)構(gòu)簡單、頻率易調(diào)整。如晶振為32768 Hz，通過15次二分頻后可獲得1Hz的脈沖輸出，電路圖如圖3-1所示。&l

30、t;/p><p>　　3.2時鐘顯示電路設(shè)計</p><p>　　3.2.1秒計數(shù)、譯碼及顯示部分的設(shè)計</p><p>　　秒計數(shù)器為M=60的計數(shù)器，即顯示00～59，采用中規(guī)模集成電路雙十進(jìn)制計數(shù)器至少需要一片，因為10 < M < 100。它的個位為十進(jìn)制，十位為六進(jìn)制。本電路采用一片74LS4518實現(xiàn)。當(dāng)十位位計數(shù)至0110，個位計數(shù)至000

31、0時，通過 74LS08 二輸入與門連至清零端達(dá)到清零，當(dāng)達(dá)到0000時，產(chǎn)生上升脈沖送給十位。十位計數(shù)至0110時清零。</p><p>　　分計數(shù)、譯碼及顯示部分的設(shè)計 </p><p>　　分計數(shù)器同秒計數(shù)器一樣為M=60的計數(shù)器，即顯示00～59，采用中規(guī)模集成電路雙十進(jìn)制計數(shù)器至少需要一片，因為10 < M < 100。它的個位為十進(jìn)制，十位為六進(jìn)制。本電路采用兩片

32、74LS4518實現(xiàn)。當(dāng)秒計數(shù)器十位計數(shù)至0110時清零，達(dá)到0000時產(chǎn)生上升沿脈沖送入分計數(shù)器的個位開始計數(shù)。當(dāng)個位計數(shù)至1010時清零產(chǎn)生上升脈沖送給十位。十位計數(shù)至0110時繼續(xù)清零。分計數(shù)和秒計數(shù)單元為60進(jìn)制計數(shù)器，其輸出也為8421BCD碼 </p><p>　　圖 3-2 秒計數(shù)譯碼電路</p><p>　　圖3-3 分計數(shù)譯碼電路</p><p>

33、　　分計數(shù)器同秒計數(shù)器一樣為M=60的計數(shù)器，即顯示00～59，采用中規(guī)模集成電路雙十進(jìn)制計數(shù)器至少需要一片，因為10 < M < 100。它的個位為十進(jìn)制，十位為六進(jìn)制。本電路采用兩片74LS4518實現(xiàn)。當(dāng)秒計數(shù)器十位計數(shù)至0110時清零，達(dá)到0000時產(chǎn)生上升沿脈沖送入分計數(shù)器的個位開始計數(shù)。當(dāng)個位計數(shù)至1010時清零產(chǎn)生上升脈沖送給十位。十位計數(shù)至0110時繼續(xù)清零。分計數(shù)和秒計數(shù)單元為６０進(jìn)制計數(shù)器，其輸出也為８４

34、２１ＢＣＤ碼。</p><p>　　時計數(shù)、譯碼及顯示部分的設(shè)計</p><p>　　時為二十四進(jìn)制計數(shù)器，顯示為00～23，個位仍為十進(jìn)制，而十位為三進(jìn)制，但當(dāng)十進(jìn)位計到2，而個位計到4時清零，就為二十四進(jìn)制了。時計數(shù)進(jìn)位類似于分和秒。譯碼器都使用74LS4511</p><p>　　圖3-4 時計數(shù)譯碼電路 </p><p><b&

35、gt;　　3.3報時電路設(shè)計</b></p><p>　　當(dāng)計數(shù)至59分59秒時電路報時，所以將秒計數(shù)電路4518 輸出 0101 1001 連到四輸入與非門芯片 74ＬＳ00上，輸出端連至蜂鳴器的一端。分計數(shù)器也如此，輸出端連至蜂鳴器的另一端即可，這樣即可實現(xiàn)報時功能。</p><p><b>　　3.4校時電路</b></p><p

36、>　　第四章 設(shè)計結(jié)果及分析</p><p><b>　　4.1 設(shè)計結(jié)果</b></p><p>　　圖 4-1 實驗結(jié)果顯示</p><p><b>　　4.2 結(jié)果分析 </b></p><p>　　本次試驗基本上實現(xiàn)了任務(wù)要求，只是有一點(diǎn)失敗，即報時電路沒有設(shè)計出來，那個校時電路還有正

37、常的電路都設(shè)計出來了，校時電路要用到兩個3.3k的電阻，通過與非門邏輯電路實現(xiàn)。</p><p><b>　　第五章 總結(jié) </b></p><p><b>　　5.1 心得體會</b></p><p>　　這一周的課程設(shè)計結(jié)束了，我們奮斗了三天，老師說這是模擬電子大賽來的，感覺這一下子把理論用到實踐上來了，很充實。三

38、個課題，我們組選做的是電子時鐘，剛開始感覺就是挺有吸引力的，結(jié)果證明也就是這樣的，把我所學(xué)的真正用到實際上來。</p><p>　　剛開始就看到三個課題，感覺都挺好的，都很貼近生活，接近實踐，很實用。后來想了一下，感覺電子時鐘用到的知識挺貼近我們的所學(xué)知識的，因為所用的器件都是我們所熟悉的，比如4518啦，74LS04,4011。我們的第一個上午是發(fā)了基本應(yīng)用工具，研究怎么接線，在理解共陰極數(shù)碼管的接線方法，兩個

39、com端一塊與一個500歐的電阻串聯(lián)接地，然后是幾個信號輸入a、b、c、d、e、f、g。下午接的是脈沖信號的輸入，把計數(shù)器放在最后來連接，因為這一步很關(guān)鍵，4060 與分頻器相連，得到1HZ 的脈沖信號，輸入到計數(shù)器。絞線其實挺累手的，不經(jīng)意的就會把線給剪斷，抑或是線長了短了，都要接著修的。絞線挺費(fèi)事的，手指頭有點(diǎn)疼，我們做的還是挺快的，一天就基本接好了，到周三上午就開始調(diào)試電路，剛開始要進(jìn)行通電前的測量，這個很重要，因為萬一有

40、什么錯誤，通電后把器件給燒毀了就麻煩了，接通電源后，發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管不會走動，后來又檢查線路發(fā)現(xiàn)是晶體振蕩器接觸不良，經(jīng)過再一次的接線，數(shù)字中能夠正常的計數(shù)和走動了，下一步就是讓秒、分、時、能夠單獨(dú)計數(shù)，這個還是比較簡單的，我想這個是為校時電路做準(zhǔn)備的吧。這一步做完之后，就讓老師來</p><p>　　我感覺這一次的課程設(shè)計要比上一學(xué)期的模擬電路的好玩的多，比較直觀，我就喜歡這樣邏輯性的東西，小有成就感，好像是我們學(xué)的

41、東西終于能用上了，以前感覺學(xué)的太空洞了，也謝謝老師對我們的指導(dǎo)，挺不錯的。</p><p><b>　　附錄一 工具清單</b></p><p><b>　　鑷子</b></p><p><b>　　鉗子</b></p><p><b>　　面包板</b>

42、;</p><p><b>　　萬用表</b></p><p><b>　　穩(wěn)壓電源</b></p><p><b>　　附錄二 原器件清單</b></p><p>　　附錄三 主要元器件的引腳圖和功能表</p><p>　　電子技術(shù)(下)課程設(shè)計任務(wù)書