數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)--多功能時(shí)鐘設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　課程設(shè)計(jì)</b></p><p>　　課程名稱： 數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì) </p><p>　　題 目： 多功能時(shí)鐘的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試 </p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)任務(wù)書</b></p><p><b&

2、gt;　　課程設(shè)計(jì)內(nèi)容</b></p><p>　　數(shù)字鐘是數(shù)字電路的典型應(yīng)用之一，本次設(shè)計(jì)要求完成時(shí)鐘的基本功能外，也要具有一定的擴(kuò)展功能。</p><p><b>　　基本功能如下</b></p><p>　?。?）準(zhǔn)確計(jì)時(shí)，以數(shù)字形式顯示時(shí)、分、秒的時(shí)間。</p><p>　?。?）小時(shí)的計(jì)時(shí)要求為12

3、翻1，分和秒的計(jì)時(shí)要求為60進(jìn)制進(jìn)位。</p><p><b>　?。?）時(shí)和分校正。</b></p><p><b>　　擴(kuò)展功能如下</b></p><p>　?。?）定時(shí)鬧鐘控制。</p><p><b>　　（2）報(bào)整點(diǎn)時(shí)數(shù)。</b></p><p&

4、gt;　　二 課程設(shè)計(jì)應(yīng)完成的工作</p><p>　?、鸥鶕?jù)提供的功能要求，獨(dú)立設(shè)計(jì)相應(yīng)的電路。</p><p>　?、?提供元器件清單和實(shí)驗(yàn)器材。</p><p>　?、前惭b實(shí)驗(yàn)電路并調(diào)試。</p><p>　?、泉?dú)立撰寫設(shè)計(jì)說明書一本。</p><p>　　三 課程設(shè)計(jì)進(jìn)程安排</p><

5、p>　　四 指定收集的資料及參考文獻(xiàn)</p><p>　　電子技術(shù)基礎(chǔ) 《康華光主編》：</p><p>　　電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)《王愉節(jié)主編》：</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　摘要.............................................

6、..............................5</p><p>　　前言.......................................................................6</p><p>　　（一）課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)目的意義.................................................6</p

7、><p>　　（二）達(dá)到的的技術(shù)要求.....................................................6</p><p>　　本論.......................................................................7</p><p>　?。ㄒ唬┗驹砼c電路設(shè)計(jì)......

8、..............................................7</p><p>　?。ǘ╇娐吩O(shè)計(jì).............................................................8</p><p>　　1、振蕩器.....................................................

9、.........8</p><p>　　2、分頻器...............................................................9</p><p>　　3、時(shí)間計(jì)數(shù)電路..........................................................9</p><p>　　4、譯碼器

10、與顯示單元....................................................11</p><p>　?。ㄈ?、附加功能................................................................12</p><p>　　1、校時(shí)電路...................................

11、...........................12</p><p>　　2、定時(shí)鬧鐘控制...........................................................14</p><p>　　3、整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路..........................................................14

12、</p><p>　　三、結(jié)論.......................................................................16</p><p>　　四、參考文獻(xiàn)...................................................................16</p><p>　

13、　五、致謝.......................................................................17</p><p>　　六、附錄.................................................................. ....18</p><p>　　設(shè)計(jì)電路...............

14、...................................................18</p><p>　　實(shí)物連接圖................................................................19</p><p>　　各元件功能表及引腳圖........................................

15、..............20</p><p><b>　　摘要: </b></p><p>　　數(shù)字鐘是一種用數(shù)字電路技術(shù)實(shí)現(xiàn)時(shí)、分、秒計(jì)時(shí)的裝置，與機(jī)械式時(shí)鐘相比具有更高的準(zhǔn)確性和直觀性，且無機(jī)械裝置，具有更長的使用壽命。因此得到了更加廣泛的使用。</p><p>　　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和時(shí)

16、序電路。在這次設(shè)計(jì)中，我們用1KHz的555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器產(chǎn)生振蕩脈沖，用十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS90分別實(shí)現(xiàn)分頻和時(shí)間計(jì)數(shù)單元的計(jì)數(shù)功能，用CD4511作為顯示譯碼電路，采用LED數(shù)碼管顯示時(shí)、分、秒，以24小時(shí)計(jì)時(shí)方式，根據(jù)數(shù)碼管動態(tài)顯示原理來進(jìn)行顯示，最終實(shí)現(xiàn)定時(shí)器計(jì)數(shù)，多功能數(shù)字時(shí)鐘還可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字電子時(shí)鐘功能，校時(shí)功能，定時(shí)鬧鐘功能，整點(diǎn)報(bào)時(shí)功能。</p><p>　　關(guān)鍵詞：時(shí)鐘，時(shí)序電路，邏輯電路&

17、lt;/p><p><b>　　前 言</b></p><p>　　一．課程設(shè)計(jì)的目的及意義：</p><p>　　數(shù)字電子技術(shù)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，加強(qiáng)工程訓(xùn)練，特別是技能的培養(yǎng)，對于培養(yǎng)工程人員的素質(zhì)和能力具有十分重要的作用?！‰娮蛹夹g(shù)課程設(shè)計(jì)是一個(gè)重要的實(shí)踐環(huán)節(jié)，它包括選擇課題、電子電路設(shè)計(jì)、組裝、調(diào)試和編寫總結(jié)報(bào)告等實(shí)踐內(nèi)容。<

18、/p><p>　　通過課程設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)以下兩個(gè)目標(biāo)：第一，讓學(xué)生初步掌握電子線路的試驗(yàn)、設(shè)計(jì)方法。即學(xué)生根據(jù)設(shè)計(jì)要求和性能參數(shù)，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)試等實(shí)踐活動，使電路達(dá)到性能指標(biāo)；第二，課程設(shè)計(jì)為后續(xù)的畢業(yè)設(shè)計(jì)打好基礎(chǔ)。畢業(yè)設(shè)計(jì)是系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)實(shí)踐，而課程設(shè)計(jì)的著眼點(diǎn)是讓學(xué)生開始從理論學(xué)習(xí)的軌道上逐漸引向?qū)嶋H運(yùn)用，從已學(xué)過的定性分析、定量計(jì)算的方法，逐步掌握工程設(shè)計(jì)的步驟和方法，了解科

19、學(xué)實(shí)驗(yàn)的程序和實(shí)施方法，同時(shí)，課程設(shè)計(jì)報(bào)告的書寫，為今后從事技術(shù)工作撰寫科技報(bào)告和技術(shù)資料打下基礎(chǔ)。并且，進(jìn)行課程設(shè)計(jì)，有利于基礎(chǔ)知識的理解、有利于邏輯思維的鍛煉，有利于與其他學(xué)科的整合以及有利于治學(xué)態(tài)度的培養(yǎng)！</p><p><b>　　二 達(dá)到的技術(shù)要求</b></p><p>　?。?）準(zhǔn)確計(jì)時(shí)，以數(shù)字形式顯示時(shí)、分、秒的時(shí)間</p><p

20、>　?。?）小時(shí)的計(jì)時(shí)要求為12進(jìn)1，分和秒的計(jì)時(shí)要求為60進(jìn)制進(jìn)位</p><p><b>　?。?）時(shí)和分校正</b></p><p>　?。?）定時(shí)鬧鐘控制；</p><p><b>　　（5）報(bào)整點(diǎn)時(shí)數(shù)</b></p><p>　?。?）根據(jù)提供的功能要求，獨(dú)立設(shè)計(jì)相應(yīng)的電路。<

21、/p><p>　?。?）供元器件清單和實(shí)驗(yàn)器材。</p><p>　?。?）安裝實(shí)驗(yàn)電路并調(diào)試</p><p><b>　　本　　論</b></p><p>　　（一）、基本原理與電路設(shè)計(jì)</p><p>　　一個(gè)具有計(jì)時(shí)及校時(shí)及顯示的數(shù)字鐘主要由振蕩器，分頻器，計(jì)數(shù)器，譯碼器，顯示器，校時(shí)電路等組成

22、。５５５振蕩器產(chǎn)生的信號經(jīng)過分頻器得到秒脈沖，秒脈沖送入到計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)器結(jié)果通過“時(shí)”“分”“秒”譯碼器譯碼，并通過顯示器顯示時(shí)間，數(shù)字鐘的整體邏輯框圖如下：</p><p><b>　　1．整體框圖</b></p><p><b>　?。?所需器件：</b></p><p>　　74LS90 7塊

23、 74LS00 1塊 </p><p>　　LED燈 4個(gè) 555 1塊 </p><p>　　0.1uF電容 1個(gè) 0.1uF電容 1個(gè) </p><p>　　

24、2K歐的電阻 1個(gè) 5.1K歐的電阻 1個(gè)</p><p>　　3.3K歐的電阻 1個(gè)</p><p><b>　　３.完成功能</b></p><p>　　基本功能：①、準(zhǔn)確計(jì)時(shí)，以數(shù)字形式顯示時(shí)、分、秒的時(shí)間。</p><p>　?、?、小時(shí)的計(jì)時(shí)要求為12進(jìn)1，分和

25、秒的計(jì)時(shí)要求為60進(jìn)制。</p><p><b>　　③、時(shí)和分校正。</b></p><p>　　擴(kuò)展功能：①、定時(shí)鬧鐘控制</p><p><b>　　②、整點(diǎn)報(bào)時(shí)</b></p><p><b>　?。ǘ㈦娐吩O(shè)計(jì)</b></p><p><

26、;b>　　1、振蕩器電路</b></p><p>　　一種自激振蕩電路，該電路在接通電源后無需外接觸發(fā)信號就能產(chǎn)生一定頻率和幅值的矩形脈沖波或方波。該電路給數(shù)字鐘提供一個(gè)頻率穩(wěn)定準(zhǔn)確的1000Ｈz的脈沖，可保證數(shù)字鐘的走時(shí)準(zhǔn)確及穩(wěn)定。</p><p><b>　　??</b></p><p><b>　　2、分頻器電

27、路</b></p><p>　　分頻器電路將1000Ｈz的高頻方波信號經(jīng)由計(jì)數(shù)器的分頻電路的分頻后得到1Hz的方波信號，可以供秒計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)。</p><p>　　常見的十進(jìn)制BCD碼計(jì)數(shù)器有74LS90、74LS160、74LS162等；</p><p>　　4位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器有74LS161、74LS163等；</p><p>

28、;　　14級二進(jìn)制計(jì)數(shù)器有CD4020、CD4060。</p><p>　　以由74LS90構(gòu)成分頻器為例。</p><p>　　74LS90是二-五-十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，555定時(shí)器產(chǎn)生1KHZ的信號，第一片Q3</p><p>　　輸出100HZ，第二片Q3輸出10HZ，第三片Q3輸出1HZ。經(jīng)過3次1/10分頻</p><p>　　后正好是1

29、HZ，為標(biāo)準(zhǔn)的秒輸入脈沖。</p><p><b>　　3、時(shí)間計(jì)數(shù)器電路</b></p><p>　　時(shí)間計(jì)數(shù)電路由秒個(gè)位和秒十位計(jì)數(shù)器、分個(gè)位和分十位</p><p>　　計(jì)數(shù)器及時(shí)個(gè)位和時(shí)十位計(jì)數(shù)器電路構(gòu)成，其中秒個(gè)位和秒十位</p><p>　　計(jì)數(shù)器、分個(gè)位和分十位計(jì)數(shù)器為60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，時(shí)個(gè)位和時(shí)十</

30、p><p>　　位計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)為12進(jìn)制計(jì)數(shù)器。</p><p>　　（1）60進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路（分、秒）</p><p>　　當(dāng)分（秒）計(jì)數(shù)部分的個(gè)位接受計(jì)數(shù)部分的信號（秒計(jì)數(shù)接受的信號振蕩器經(jīng)分頻后輸出1HZ的標(biāo)準(zhǔn)脈沖），個(gè)位計(jì)數(shù)滿10后向十位近一位，十位滿6以后向前一級進(jìn)一位，并該計(jì)數(shù)器清零。計(jì)數(shù)規(guī)律為00—56—00</p><p>　　如：

31、常見的十進(jìn)制BCD碼計(jì)數(shù)器有74LS90、74LS160、74LS162</p><p>　　等，4位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器有74LS161、74LS163等，14級二進(jìn)制計(jì)數(shù)</p><p>　　器有CD4020、CD4060。以由74LS90構(gòu)成分頻器為例。</p><p>　　由74LS90構(gòu)成的60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，將一片74LS90設(shè)計(jì)成10進(jìn)制的加法計(jì)數(shù)器，另外一片設(shè)

32、置6進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。兩片74LS90按反饋清零法串接而成。秒計(jì)數(shù)器的十位和各位，輸出脈沖除用作自身清零外，同時(shí)還作為分計(jì)數(shù)器的輸入脈沖CPI.</p><p>　?。?）24進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路（時(shí)）</p><p>　　用反饋清零法構(gòu)成：個(gè)位“4”對應(yīng)“0100”，十位“2”對應(yīng)</p><p>　　“0010”，所以將U1的Q3接U2的CKA進(jìn)行級聯(lián)，U1的Q2接U1

33、</p><p>　　、U2的R0（2）、R0（1），U2的Q1接U1、U2的R0（1）、R0(2).</p><p>　?。?）12進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路（時(shí)）</p><p>　　“12翻1”小時(shí)計(jì)數(shù)器是按照“01—02—03—04—05—06—07—08—09—10—11—12—01”</p><p><b>　　規(guī)律計(jì)數(shù)的。<

34、/b></p><p>　　計(jì)數(shù)器的狀態(tài)要發(fā)生兩次跳躍：</p><p>　　??計(jì)數(shù)器計(jì)到9，即個(gè)位計(jì)數(shù)器的狀態(tài)為1001后，在下一計(jì)數(shù)脈沖的作用下計(jì)數(shù)器進(jìn)入暫態(tài)1010，利用暫態(tài)的兩個(gè)1即使個(gè)位異步置0，同時(shí)向十位計(jì)數(shù)器進(jìn)位使十位計(jì)數(shù)器為1；</p><p>　　??計(jì)數(shù)到12后，在第13個(gè)計(jì)數(shù)脈沖作用下個(gè)位計(jì)數(shù)器的狀態(tài)應(yīng)為0001，十位計(jì)數(shù)器的0。<

35、;/p><p>　　4、譯碼器與顯示單元</p><p>　　74LS47、74LS48為BCD—7段譯碼/驅(qū)動器。</p><p>　　?74LS47可用來驅(qū)動共陽極的發(fā)光二極管顯示器示器；</p><p>　　?74LS48則用來驅(qū)動共陰極的發(fā)光二極管顯示器</p><p>　　計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)了對時(shí)間的累計(jì)以8421BC

36、D碼形式輸出。</p><p>　　選用顯示譯碼電路將計(jì)數(shù)器的輸出數(shù)碼轉(zhuǎn)換為數(shù)碼顯示器件所需要的輸</p><p>　　出邏輯和一定的電流，此時(shí)，選用74HC4511作為顯示譯碼電路，選用74HC4511七段共陰極LED數(shù)碼管作為顯電示單元路。</p><p><b>　　（三）、附加功能：</b></p><p>&l

37、t;b>　　1、校時(shí)控制電路</b></p><p><b>　　時(shí)電路的要求是：</b></p><p>　　在小時(shí)校正時(shí)不影響分和秒的正常計(jì)數(shù)；</p><p>　　在分校正時(shí)不影響秒和小時(shí)的正常計(jì)數(shù)。</p><p>　　校時(shí)方式有“快校時(shí)”和“慢校時(shí)”兩種</p><p>

38、;　　“快校時(shí)”是，通過開關(guān)控制，使計(jì)數(shù)器對1Hz的校時(shí)脈沖計(jì)數(shù)。</p><p>　　“慢校時(shí)”是用手動產(chǎn)生單脈沖作校時(shí)脈</p><p><b>　　2、定時(shí)鬧鐘控制</b></p><p>　　定時(shí)控制電路的設(shè)計(jì)要求：</p><p>　　①、數(shù)字鐘在指定的時(shí)刻發(fā)出信號，或驅(qū)動音響電路報(bào)時(shí)。</p>

39、<p>　?、?、鬧時(shí)要求時(shí)間準(zhǔn)確，即信號的開始時(shí)刻與持續(xù)時(shí)間必須滿足規(guī)定的要求。</p><p><b>　　3、整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路</b></p><p>　　整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路的功能是：每當(dāng)數(shù)字時(shí)鐘計(jì)時(shí)到整點(diǎn)時(shí)發(fā)出音響，且?guī)c(diǎn)響幾聲。</p><p>　　整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路的組成部分</p><p>　　①、減法計(jì)數(shù)器：完成

40、幾點(diǎn)響幾聲的功能，即從小時(shí)計(jì)數(shù)器的整點(diǎn)開始進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，直到零為止。</p><p>　?、凇⒕幋a器（普通的門電路）：將小時(shí)計(jì)數(shù)器的5個(gè)輸出端Q4、Q3、Q2、Q1、Q0按照 “12翻1”的編碼要求轉(zhuǎn)換為減法計(jì)數(shù)器的4個(gè)輸入端D3、D2、D1、D0所需的BCD碼。</p><p>　?、邸⑦壿嬁刂齐娐罚嚎刂茰p法計(jì)數(shù)器的清 “0”與置數(shù)。控制音響電路的輸入信號。</p><

41、;p>　　發(fā)聲5次的整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路 </p><p>　?、?、用時(shí)序電路做控制</p><p>　　1、控制信號1來自分計(jì)數(shù)器的拾位、個(gè)位和秒計(jì)數(shù)器的拾位的輸出狀態(tài)組合，當(dāng)時(shí)鐘計(jì)數(shù)值為59分50秒至59分59秒期間，控制信號1 應(yīng)輸出高電平，使D觸發(fā)器U2A的清零端無效；</p><p>　　2、控制信號2來自秒計(jì)數(shù)器的個(gè)位的輸出狀態(tài)組合，當(dāng)時(shí)鐘計(jì)數(shù)為59分55

42、秒時(shí)，控制信號2應(yīng)出現(xiàn)由低向高的跳變，D觸發(fā)器U2A的輸出端由低變高，秒脈沖經(jīng)U1B輸出；</p><p>　　3、三極管Q1按1Hz頻率導(dǎo)通5次后，控制信號1 變?yōu)榈碗娖剑珼觸發(fā)器被清零，輸出Q回到低電平。</p><p>　　Ⅱ、用組合電路做控制</p><p>　　圖中D觸發(fā)器的功能也可以由一個(gè)組合電路完成，當(dāng)時(shí)鐘計(jì)數(shù)值為59分55秒至59分59秒期間，組合電

43、路輸出高電平，秒脈沖經(jīng)U1B輸出；其余時(shí)間，秒脈沖禁止輸出。</p><p><b>　　結(jié)論</b></p><p>　　最終設(shè)計(jì)出的數(shù)字鐘電路經(jīng)過測試，具備了正常走時(shí)、進(jìn)位，暫停、校時(shí)功能。各項(xiàng)功能都可以由導(dǎo)線作為簡易開關(guān)進(jìn)行調(diào)整，并實(shí)現(xiàn)硬件共用。各個(gè)功能之間也沒有沖突和影響，特別是對于鬧鐘的走時(shí)不會造成任何干擾，最大限度保證了其走時(shí)的精確度。因此，可以說這個(gè)簡易

44、多功能數(shù)字鐘電路的最終成果是成功的。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)　　</b></p><p>　　康華光主編《電子技術(shù)基礎(chǔ)》數(shù)字部分 第五版</p><p>　　王愉節(jié)主編《電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)》</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　課程設(shè)

45、計(jì)是一個(gè)學(xué)習(xí)新知識、鞏固加深所學(xué)課本理論知識的過程，它培養(yǎng)了我們綜合運(yùn)用知識的能力，獨(dú)立思考和解決問題的能力。它不僅加深了我對電子技術(shù)課程的理解，還讓我感受到了設(shè)計(jì)電路的樂趣。</p><p>　　因此對我來說，這次課程設(shè)計(jì)是非常有意義的。這次課程設(shè)計(jì)是對這學(xué)期數(shù)字邏輯課程所學(xué)內(nèi)容的一次綜合練習(xí)，從中不僅強(qiáng)化了我對教材中知識的理解和掌握。而且也拓展了我在數(shù)字電子技術(shù)方面的知識，和對自己所學(xué)專業(yè)的認(rèn)識。課程設(shè)計(jì)更是

46、一個(gè)把所學(xué)知識應(yīng)用于實(shí)踐的過程，它對我動手能力的提高不言而喻。同時(shí)我從這次課設(shè)中知道：知識不僅僅是寫在書本上的文字和死板的理論，它更是指導(dǎo)我們實(shí)踐的工具。一些比較簡單的邏輯器件，經(jīng)過一定的理論知識分析，將它們組合在一起就構(gòu)成了我們生活中普遍應(yīng)用，幾乎必不可少的電子時(shí)鐘。完成課程設(shè)計(jì)的任務(wù)以后，看到自己的成果感到很有成就感，從而加強(qiáng)了自己對本課程的興趣，更加有利于對本課程方面知識的進(jìn)一步拓展性學(xué)習(xí)。</p><p>

47、;<b>　　附錄：</b></p><p><b>　　實(shí)物連接圖</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)電路</b></p><p><b>　　元件功能表及引腳圖</b></p><p>　　1、74LS90功能表</p><p