多功能數(shù)字鐘—數(shù)電課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、<p><b>　　課 程 設(shè) 計(jì)</b></p><p>　　課程名稱__數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)____</p><p>　　題目名稱____多功能電子鐘______</p><p>　　學(xué)生學(xué)院_____物理學(xué)院_________</p><p>　　專業(yè)班級____光信息11（1）____</p>

2、<p>　　2013 年 7 月 01 日</p><p>　　1.多功能數(shù)字鐘的電路設(shè)計(jì)</p><p><b>　　設(shè)計(jì)目的</b></p><p>　　1.掌握數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)、組裝與調(diào)試方法。</p><p>　　2.熟悉集成電路的使用方法。</p><p><b&g

3、t;　　設(shè)計(jì)任務(wù)與要求</b></p><p>　　1.時(shí)鐘顯示功能，能夠以十進(jìn)制顯示“時(shí)”、“分”、“秒”。</p><p>　　2.具有校準(zhǔn)時(shí)、分的功能。</p><p>　　3.整點(diǎn)自動報(bào)時(shí)，在整點(diǎn)時(shí)，便自動發(fā)出鳴叫聲，時(shí)長1s。</p><p>　　擴(kuò)展功能： 鬧鐘功能，可按設(shè)定的時(shí)間鬧時(shí)。</p><

4、p><b>　　2.系統(tǒng)原理框圖</b></p><p>　　由振蕩器輸出穩(wěn)定的高頻脈沖信號作為時(shí)間基準(zhǔn)，秒計(jì)數(shù)器滿60向分計(jì)數(shù)器進(jìn)位，分計(jì)數(shù)器滿60向小時(shí)計(jì)數(shù)器進(jìn)位，小時(shí)計(jì)數(shù)器按“24翻1”規(guī)律計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)器經(jīng)譯碼器送到顯示器；計(jì)數(shù)出現(xiàn)誤差可用校時(shí)電路進(jìn)行校時(shí)、校分、校秒，</p><p>　　可發(fā)揮部分：使數(shù)字鐘具有可整點(diǎn)報(bào)時(shí)與定時(shí)鬧鐘的功能。</p&g

5、t;<p>　　數(shù)字鐘的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示</p><p>　　圖1數(shù)字鐘的結(jié)構(gòu)框圖</p><p><b>　　3.設(shè)計(jì)方案與論證</b></p><p><b>　　時(shí)間脈沖產(chǎn)生電路</b></p><p>　　方案一：由集成電路定時(shí)器555與RC組成的多諧振蕩器作為時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)信號源

6、。</p><p>　　555與RC振蕩電路如圖2所示</p><p>　　圖 2 555與RC組成的多諧振蕩器圖</p><p>　　方案二:振蕩器是數(shù)字鐘的核心。振蕩器的穩(wěn)定度及頻率的精確度決定了數(shù)字鐘計(jì)時(shí)的準(zhǔn)確程度，通常選用石英晶體構(gòu)成振蕩器電路。石英晶體振蕩器的作用是產(chǎn)生時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)信號。因此，一般采用石英晶體振蕩器經(jīng)過分頻得到這一時(shí)間脈沖信號。石英晶體振蕩電

7、路如圖3所示</p><p>　　圖 3 石英晶體振蕩器圖</p><p>　　方案三：由集成邏輯門與RC組成的時(shí)鐘源振蕩器</p><p>　　門電路組成的振蕩電路如圖4所示</p><p>　　圖 4 門電路組成的多諧振蕩器圖</p><p>　　用555組成的脈沖產(chǎn)生電路: R1=47kΩ，R2=47kΩ，C=1

8、0μF ，則555所產(chǎn)生的脈沖的為:f=1/[(R1+2*R2)CLn2=1Hz,而設(shè)計(jì)要求為1Hz,在精度要求不是很高的時(shí)候可以使用。</p><p>　　石英晶體振蕩電路:采用的32768晶體振蕩電路,其頻率為32768Hz,然后再經(jīng)過15分頻電路可得到標(biāo)準(zhǔn)的1Hz的脈沖輸出.R的阻值,對于TTL門電路通常在0.7～2KΩ之間;對于CMOS門則常在10～100MΩ之間。</p><

9、;p>　　由門電路組成的多諧振蕩器的振蕩周期不僅與時(shí)間常數(shù)RC有關(guān)，而且還取決于門電路的閾值電壓VTH，由于VTH容易受到溫度、電源電壓及干擾的影響，因此頻率穩(wěn)定性較差，只能用于對頻率穩(wěn)定性要求不高的場合。</p><p>　　綜上分析，選擇方案一，555與RC組成的振蕩電路較簡單，易調(diào)節(jié)，成本較低</p><p>　　4.電路圖及設(shè)計(jì)文件</p><p>&

10、lt;b>　　4.1工作原理</b></p><p>　　4.1.1電路總原理如圖8所示</p><p>　　圖8多功能數(shù)字鐘的總原理圖</p><p><b>　　4.2電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　4.2.1基于NE555的秒方波發(fā)生器的設(shè)計(jì)</p><p>　　用N

11、E555芯片以及外圍電路搭建成一個(gè)多諧振蕩器，通過設(shè)計(jì)外圍電路的參數(shù)輸出方波頻率為1Hz，故稱為秒方波發(fā)生器。由于脈沖的占空比對系統(tǒng)的影響不大，故把占空比設(shè)計(jì)為1/3。輸出方波用作計(jì)數(shù)器及D觸發(fā)器的clk信號。NE555定時(shí)器引腳圖如圖9所示，脈沖頻率公式：</p><p>　　f=1／（R1+2R2）C㏑2</p><p>　　選擇R1=47K，R2=47K，RV1=2K，C=10μF，

12、形成電路圖如圖10所示：</p><p>　　圖9 NE555的引腳圖</p><p><b>　　圖10秒脈沖發(fā)生器</b></p><p>　　4.2.2基于74ls160的24\60進(jìn)制計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)</p><p>　　圖11 74ls160的引腳圖</p><p>　　表1 74ls160

13、的功能表</p><p>　　圖12 采用同步置數(shù)法設(shè)計(jì)60進(jìn)制計(jì)數(shù)器</p><p>　　圖13 采用同步置數(shù)法設(shè)計(jì)24進(jìn)制計(jì)數(shù)器</p><p>　　4.2.3譯碼驅(qū)動及顯示單元電路</p><p>　　譯碼電路的功能是將“秒”、“分”、“時(shí)”計(jì)數(shù)器的輸出代碼進(jìn)行翻譯，變成相應(yīng)的數(shù)字。用于驅(qū)動LED七段數(shù)碼管的譯碼器常用的有74LS48。

14、74LS48是BCD-7段譯碼器/驅(qū)動器，其輸出是OC門輸出且低電平有效，專用于驅(qū)動LED七段共陰極顯示數(shù)碼管。如圖9所示。若將“秒”、“分”、“時(shí)”計(jì)數(shù)器的每位輸出分別接到相應(yīng)七段譯碼器的輸入端，便可進(jìn)行不同數(shù)字的顯示。</p><p>　　圖 14譯碼及驅(qū)動顯示電路圖</p><p>　　4.2.4整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路</p><p>　　用8輸入與非門，8個(gè)端口分別分

15、和秒都為59時(shí)的高電平狀態(tài)，這時(shí)，蜂鳴器就會發(fā)出持續(xù)1S的響聲。</p><p><b>　　4.2.5校時(shí)電路</b></p><p>　　數(shù)字種啟動后,每當(dāng)數(shù)字鐘顯示與實(shí)際時(shí)間不符進(jìn),需要根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間進(jìn)行校時(shí)。由于采用了74HC160芯片，只需要讓HC160的置數(shù)端有效，然后在各個(gè)HC160的輸入端口上輸入標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，在再啟動電路時(shí)，第一個(gè)上升沿到來時(shí)，也就置數(shù)成功

16、，也就校準(zhǔn)時(shí)間成功了。 </p><p>　　上圖左端連的是74HC160的置數(shù)端LOAD，低電平有效。所以只要把開關(guān)打到下面的接地端，并且在74HC160的各個(gè)輸入端，輸入標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，在啟動電路，等第一個(gè)上升沿到來就置數(shù)成功。</p><p><b>　　5.測試方法與數(shù)據(jù)</b></p><p>　　5.1測試步驟如下：</p>

17、<p>　　5.1.1 用示波器檢測脈沖信號發(fā)生器部分，看其輸出的秒脈沖信號的波形、頻率和周期等是否符合要求，必須確保秒脈沖信號的頻率準(zhǔn)確（F＝1Hz），這關(guān)系整個(gè)數(shù)字鐘的準(zhǔn)確性。</p><p>　　5.1.2分別將時(shí)、分、秒計(jì)數(shù)器的脈沖信號輸入端調(diào)至較時(shí)脈沖，檢查各計(jì)數(shù)器是否按所要求的進(jìn)制形式進(jìn)行，顯示是否正常。同時(shí)看較時(shí)電路是否達(dá)到較時(shí)的目的。</p><p>　　5.1

18、.3時(shí)、分、秒計(jì)數(shù)器接回計(jì)時(shí)脈沖，看總體工作是否正常。</p><p><b>　　仿真結(jié)果正常。</b></p><p><b>　　6.元件清單</b></p><p>　　以及若干接地和，電源。</p><p><b>　　表2 元件清單表</b></p>

19、<p><b>　　7總結(jié)</b></p><p>　　結(jié)果基本符合要求，實(shí)現(xiàn)了相關(guān)功能，能正常顯示時(shí)間。通過這次課程設(shè)計(jì)，讓我感覺整體規(guī)劃很重要，同時(shí)必須要有足夠的耐心，腳踏實(shí)地一點(diǎn)一點(diǎn)的完成。</p><p>　　在拿到課程設(shè)計(jì)題目的時(shí)候，第一步要根據(jù)設(shè)計(jì)要求，思考原理以及實(shí)現(xiàn)方案。第二步要根據(jù)自己所選定的方案確定選用那些元器件，然后查閱相應(yīng)芯片的資料，

20、掌握其引腳分布以及用法。第三部將整體的設(shè)計(jì)分成各個(gè)子模塊，然后一個(gè)模塊一個(gè)模塊的進(jìn)行設(shè)計(jì)，最后將各個(gè)子模塊整合在一起進(jìn)行整體仿真。整個(gè)仿真過程中必須仔細(xì)認(rèn)真，而且要有足夠的耐心，不厭其煩的進(jìn)行測量校正修改。直到得到預(yù)想的結(jié)果。</p><p>　　通過本次課程設(shè)計(jì)，通過借助網(wǎng)絡(luò)搜集,查閱相關(guān)資料鞏固了所學(xué)知識。從中提高了自己的實(shí)踐能力。</p><p><b>　　8 參考文獻(xiàn)&

21、lt;/b></p><p>　　[1] 閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五版） [M]. 北京：高等教育出版社,2006.5(2010年重印)</p><p>　　[2] 彭介華.電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)[M].北京：高等教育出版社，1997（2010年重?。?lt;/p><p>　　[3] 王港元.電子電工實(shí)踐指導(dǎo)[M].南昌：江西科學(xué)技術(shù)出版社，2003.1 <