數(shù)字鐘課程設(shè)計

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p>　　一設(shè)計題目··························&

2、#183;················2</p><p>　　二設(shè)計要求···············

3、····························2</p><p>　　三方案選擇····

4、;································2</p><p>　　四晶體

5、振蕩電路····································

6、··4</p><p>　　五分頻器電路·····························

7、3;········8</p><p>　　六計時電路·······················

8、83;············8</p><p>　　七整點報時電路···················

9、····················10</p><p>　　八校時電路···········

10、3;························12</p><p>　　九器件介紹·······&#

11、183;································13</p><p>　

12、　十安裝與調(diào)試···································17&

13、lt;/p><p>　　十一 總結(jié)與總體電路·······························&#

14、183;······18</p><p>　　參考文獻·························&

15、#183;·················20</p><p><b>　　一 設(shè)計題目</b></p><p><b>　?。ㄒ唬?shù)字鐘的設(shè)計</b></p>

16、<p><b>　　二設(shè)計任務(wù)及要求</b></p><p><b>　　顯示時、分、秒</b></p><p>　　采用24小時制或12小時制</p><p>　　具有校時功能，可以對小時和分單獨校時，對分校時的時候，停止小時向分進位。校時時鐘源可以手動輸入或借助電路中的時鐘。</p><p

17、>　　具有整點報時功能，整點前十秒開始，蜂鳴器一秒響一秒停的響五次。</p><p>　　為了保證計時準(zhǔn)確、穩(wěn)定，由晶體振蕩器提供標(biāo)準(zhǔn)時間的基準(zhǔn)信號。</p><p>　　三 結(jié)構(gòu)設(shè)計與方案選擇</p><p><b>　?。ㄒ唬┰O(shè)計分析</b></p><p>　　分析設(shè)計任務(wù)，數(shù)字電子鐘由信號發(fā)生器、“時、分、

18、秒”計數(shù)器、譯碼器及顯示器、校時電路等組成。。將標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖信號送入“秒計數(shù)器”，該計數(shù)器采用60進制計數(shù)器，每累計60秒發(fā)出一個“分脈沖”信號，該信號將作為“分計數(shù)器”的時鐘脈沖。“分計數(shù)器”也采用60進制計數(shù)器，每累計60分，發(fā)出一個“時脈沖”信號，該信號將被送到“時計數(shù)器”。“時計數(shù)器”采用24進制計數(shù)器，可以實現(xiàn)一天24h的累計。譯碼顯示電路將“時、分、秒”計數(shù)器的輸出狀態(tài)經(jīng)七段顯示譯碼器譯碼，通過顯示器顯示出來。校時電路是來對“

19、時、分、</p><p>　　秒”顯示數(shù)字進行校對調(diào)整。</p><p>　　(二) 設(shè)計方案的提出</p><p>　　本方案利用利用555定時器產(chǎn)生周期為一秒的脈沖信號，提供給74LS90計數(shù)器進行正確的秒計時，再通過74LS90連接譯碼器譯碼驅(qū)動七段數(shù)碼管顯示輸出，總體思路如下圖：</p><p>　　圖2-1 數(shù)字鐘的總體參考方案&l

20、t;/p><p><b>　　四 晶體振蕩器電路</b></p><p>　　晶體振蕩器是構(gòu)成數(shù)字式時鐘的核心，它保證了時鐘的走時準(zhǔn)確及穩(wěn)定。圖2所示電路通過ＣＭＯＳ非門構(gòu)成的輸出為方波的數(shù)字式晶體振蕩電路，這個電路中，ＣＭＯＳ非門Ｕ１與晶體、電容和電阻構(gòu)成晶體振蕩器電路，Ｕ２實現(xiàn)整形功能，將振蕩器輸出的近似于正弦波的波形轉(zhuǎn)換為較理想的方波。輸出反饋電 

21、0;阻Ｒ１為非門提供偏置，使電路工作于放大區(qū)域，即非門的功能近似于一個高增益的反相放大器。電容Ｃ１、Ｃ２與晶體構(gòu)成一個諧振型網(wǎng)絡(luò)，完成對振蕩頻率的控制功能，同時提供了一個１８０度相移，從而和非門構(gòu)成一個正反饋網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)了振蕩器的功能。由于晶體具有較高的頻率穩(wěn)定性及準(zhǔn)確性，從而保證了輸出頻率的穩(wěn)定和準(zhǔn)確。晶體XTAL的頻率選為32768HZ。該元件專為數(shù)字鐘電路而設(shè)計，其頻率較低，有利于減少分頻器級數(shù)。</p><p&

22、gt;　　從有關(guān)手冊中，可查得C1、C2 分別為20pF，和200PF當(dāng)要求頻率準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度更高時，還可接入校正電容并采取溫度補償措施。</p><p>　　由于CMOS電路的輸入阻抗極高，因此反饋電阻R1可選為20MΩ。較高的反饋電阻有利于提高振蕩頻率的穩(wěn)定性。 </p><p>　　圖2 晶體振蕩器電路圖</p><p><b>

23、　　五 分頻器電路 </b></p><p>　　分頻器電路將32768Hz的高頻方波信號經(jīng)32768()次每分得到1Hz的方波信號供秒計數(shù)器進行計數(shù).分頻器實際上也就是計數(shù)器. 通常，數(shù)字鐘的晶體振蕩器輸出頻率較高，為了得到１Ｈz的秒信號輸入，需要對振蕩器的輸出信號進行分頻。實現(xiàn)分頻器的電路是計數(shù)器電路，一般采用多級２進制計數(shù)器來實現(xiàn)。例如，將32767Ｈz的振蕩信號分頻為１ＨZ的分頻倍數(shù)為3276

24、7（２１５），即實現(xiàn)該分頻功能的計數(shù)器相當(dāng)于１５極２進制計數(shù)器。本實驗中采用CD4060來構(gòu)成分頻電路。CD4060在數(shù)字集成電路中可實現(xiàn)的分頻次數(shù)最高，而且CD4060還包含振蕩電路所需的非門，使用更為方便。ＣＤ4060計數(shù)為最高為１４級２進制計數(shù)器，可以將32767ＨZ的信號分頻為２ＨZ，而經(jīng)過74LS90可以將它分為1HZ的信號。如圖3所示，可以直接實現(xiàn)振蕩和分頻的功能。 </p><p>　　圖

25、3 CD4046和74LS90的分頻電路圖</p><p><b>　　六 計時電路</b></p><p>　　（一）六十進制計數(shù)器</p><p>　　“秒”、“分”電路都六十進制，它由一級十進制計數(shù)器和一級六進制計數(shù)器組成，如圖采用兩片74ls90串接起來構(gòu)成“秒”、“分”計數(shù)器。</p><p><b&g

26、t;　　電路如下圖：</b></p><p>　　由圖得知，U5是十進制計數(shù)器，U6的QD作為十進制的進位信號，74ls90計數(shù)器是十進制異步計數(shù)器，用反饋歸零的方法實現(xiàn)十進制計數(shù)，U4和與非門構(gòu)成六進制，其中與非門輸出進位信 </p><p>　?。ǘ?4進制計數(shù)器</p><p&

27、gt;　　時計數(shù)電路由U1和U2倆部分組成。當(dāng)時個位U1計數(shù)為2，U2計數(shù)為4時，兩片74ls90復(fù)零，從而構(gòu)成24進制計數(shù)。 電路如下圖：</p><p>　　圖11-1 24進制電路圖</p><p><b>　　七 整點報時電路</b></p><p>　　一般時鐘都應(yīng)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

28、鐘會自動報時，以示提醒。其作用方式是發(fā)出連續(xù)的或有節(jié)奏的音頻聲波，較復(fù)雜的也可以是實時語音提示。</p><p>　　根據(jù)要求，電路應(yīng)在整點前10秒鐘內(nèi)開始整點報時，即當(dāng)時間在59分51秒到59分59秒期間時，報時電路報時控制信號。報時電路選74HC30，作為選蜂鳴器為電聲器件，選用CC4016模擬開關(guān)作控制，使蜂鳴器可以一響一停。如圖8所示。</p><p><b>　　八 校

29、時電源電路</b></p><p>　　當(dāng)重新接通電源或走時出現(xiàn)誤差時都需要對時間進行校正。通常，校正時間的方法是：首先截斷正常的計數(shù)通路，然后再進行人工出觸發(fā)計數(shù)或?qū)㈩l率較高的方波信號加到需要校正的計數(shù)單元的輸入端，校正好后，再轉(zhuǎn)入正常計時狀態(tài)即可。</p><p>　　根據(jù)要求，數(shù)字鐘應(yīng)具有分校正和時校正功能，因此，應(yīng)截斷分個位和時個位的直接計數(shù)通路，并采用正常計時信號與校

30、正信號可以隨時切換的電路接入其中。圖7所示為所設(shè)計的校時電路。</p><p><b>　　圖7 校正電路</b></p><p><b>　　九 器件介紹</b></p><p><b>　?。ㄒ唬?55定時器</b></p><p>　　555集成時基電路稱為集成定時器，是

31、一種數(shù)字、模擬混合型的中規(guī)模集成電路，其應(yīng)用十分廣泛。555電路的類型有雙極型和CMOS型兩大類，兩者的工作原理和結(jié)構(gòu)相似。幾乎所有的雙極型產(chǎn)品型號最后的三位數(shù)碼都是555或556；所有的CMOS產(chǎn)品型號最后四位數(shù)碼都是7555或7556，兩者的邏輯功能和引腳排列完全相同，易于互換。雙極型的電壓是+5V~ +15V，輸出的最大電流可達200mA，CMOS型的電源電壓是+3V~ +18V。</p><p>　　55

32、5定時器可構(gòu)成多諧振蕩器電路及施密特觸發(fā)器電路。</p><p>　　圖10-1 555管腳圖</p><p>　?。ǘ?74LS90計數(shù)器</p><p>　　二—五—十進制加法計數(shù)器74LS90構(gòu)成數(shù)字鐘的計數(shù)單元。異步計數(shù)器如果設(shè)定初態(tài)，在每個脈沖的作用下是按順序變化的（態(tài)序）。二進制計數(shù)器的每一狀態(tài)相當(dāng)一最小項，當(dāng)最后一個脈沖到來后，電路返回原狀態(tài)。7

33、4LS90是異步二—五—十進制加法計數(shù)器，它既可以作二進制加法計數(shù)器，又可以作五進制和十進制加法計數(shù)器。</p><p>　　圖5－1為74LS90引腳排列，表6－1為功能表。通過不同的連接方式，74LS90可以實現(xiàn)四種不同的邏輯功能；而且還可借助R0(1)、R0(2)對計數(shù)器清零，借助S9(1)、S9(2)將計數(shù)器置9。其具體功能詳述如下：</p><p>　　1、計數(shù)脈沖從CP1輸入，

34、QA作為輸出端，為二進制計數(shù)器。</p><p>　　2、計數(shù)脈沖從CP2輸入，QDQCQB作為輸出端，為異步五進制加法計數(shù)器。</p><p>　　3、若將CP2和QA相連，計數(shù)脈沖由CP1輸入，QD、QC、QB、QA作為輸出端，則構(gòu)成異步8421碼十進制加法計數(shù)器。</p><p>　　4、若將CP1與QD相連，計數(shù)脈沖由CP2輸入，QA、QD、QC、QB作為輸

35、出端，則構(gòu)成異步5421碼十進制加法計數(shù)器。</p><p>　　5、清零、置9功能。</p><p><b>　　異步清零</b></p><p>　　當(dāng)R0(1)、R0(2)均為“1”；S9(1)、S9(2)中有“0”時，實現(xiàn)異步清零功能，即QDQCQBQA＝0000。</p><p><b>　　置9功能

36、</b></p><p>　　當(dāng)S9(1)、S9(2)均為“1”；R0(1)、R0(2)中有“0”時，實現(xiàn)置9功能，即QDQCQBQA＝1001。</p><p>　　圖5-1 7490管腳圖</p><p><b>　　74LS90功能表</b></p><p><b>　　圖6-1</b

37、></p><p><b>　?。ㄈ┳g碼器</b></p><p>　　CD4511是一個用于驅(qū)動共陰極 LED （數(shù)碼管）顯示器的 BCD 碼—七段碼譯碼器，具有BCD轉(zhuǎn)換、消隱和鎖存控制、七段譯碼及驅(qū)動功能的CMOS電路能提供較大的拉電流。可直接驅(qū)動LED顯示器。CD4511 是一片 CMOS BCD—鎖存/7 段譯碼/驅(qū)動器，引腳排列如圖 2 所示。其中

38、a b c d 為 BCD 碼輸入，a為最低位。LT為燈測試端，加高電平時，顯示器正常顯示，加低電平時，顯示器一直顯示數(shù)碼“8”，各筆段都被點亮，以檢查顯示器是否有故障。BI為消隱功能端，低電平時使所有筆段均消隱，正常顯示時， B1端應(yīng)加高電平。另外 CD4511有拒絕偽碼的特點，當(dāng)輸入數(shù)據(jù)越過十進制數(shù)9(1001)時，顯示字形也自行消隱。LE是鎖存控制端，高電平時鎖存，低電平時傳輸數(shù)據(jù)。a～g是 7 段輸出，可驅(qū)動共陰LED數(shù)碼管。另

39、外，CD4511顯示數(shù)“6”時，a段消隱；顯示數(shù)“9”時，d段消隱，所以顯示6、9這兩個數(shù)時，字形不太美觀 圖3是 CD4511和CD4518配合而成一位計數(shù)顯示電路，若要多位計數(shù)，只需將計數(shù)器級聯(lián)，每級輸出接一只 CD4511 和 LED 數(shù)碼管即可。所謂共陰 LED</p><p>　　圖7-1 CD4511管腳圖 </p><p>　　BI：4腳是消隱

40、輸入控制端，當(dāng)BI=0 時，不管其它輸入端狀態(tài)如何，七段數(shù)碼管均處于熄滅狀態(tài)，不顯示數(shù)字 LT： 3腳是測試輸入端，當(dāng)BI=1，LT=0 時，譯碼輸出全為1，不管輸入 DCBA 狀態(tài)如何，七段均發(fā)亮，顯示“8”。它主要用來檢測數(shù)碼管是否損壞。 LE： 鎖定控制端，當(dāng)LE=0時，允許譯碼輸出。 LE=1時譯碼器是鎖定保持狀態(tài)，譯碼器輸出被保持在LE=0時的數(shù)值。A1、A2、A3、A4、為8421BCD碼輸入端。 a、b、c、

41、d、e、f、g：為譯碼輸出端，輸出為高電平1有效。 </p><p>　　CD4511的內(nèi)部有上拉電阻，在輸入端與數(shù)碼管筆段端接上限流電阻就可工作。</p><p>　　CD 4511的真值表</p><p><b>　　圖8-1 </b></p><p>　?。ㄋ模┕碴帢O七段LED數(shù)碼管</p><

42、p>　　數(shù)碼顯示器可顯示系統(tǒng)的運行狀態(tài)及工作數(shù)據(jù)，我們所選用的是發(fā)光二極管（LED）顯示器，它分為兩種，共陰極（BS201/202）與共陽極（BS211/212），我們所選的是共陰極，它是將發(fā)光二極管的陰極短接后作為公共極，當(dāng)驅(qū)動信號為高電平時，陰極必須接低電平，才能夠發(fā)光顯示。共陰極數(shù)碼管的外引腳及內(nèi)部電路如下圖：</p><p>　　圖9-1

43、 圖9-2</p><p><b>　　十 安裝與調(diào)試</b></p><p><b>　　（一）電路的安裝</b></p><p>　　電路安裝遵循的原則：</p><p>　　1、先裝小后裝大、先裝矮后裝高等；</p><p>　　2、布線盡量使電源線和地線

44、靠近實驗電路板的周邊，用來起一定的屏蔽作用；</p><p>　　3、最好分模塊安裝等等。</p><p>　?。ǘ? 電路的調(diào)試</p><p>　　1、對脈沖產(chǎn)生電路的調(diào)試</p><p>　　將脈沖電路連接一個發(fā)光二極管的正極，另一端接地，再接通電源，觀察二極管的亮滅間隔時間，如果正常則進行下一步，如果不正常則檢查芯片以及接線是否正確

45、。</p><p>　　2、 對計時電路的調(diào)試</p><p>　　先將脈沖電路連接到60進制電路，觀察數(shù)碼管顯示數(shù)字的走動，如果正常跳動則進行下一步，如果不正常則檢查芯片以及接線。再將脈沖電路連接到24進制電路，觀察數(shù)碼管顯示數(shù)字的走動，如果正常跳動則進行下一步，如果不正常則檢查芯片以及接線。</p><p>　　最后將24進制電路和60進制電路相連，并將脈沖電路

46、連接到60進制電路，觀察數(shù)碼管顯示數(shù)字的走動，如果正常則調(diào)試過程完畢，作品完成，如果不正常則60進制電路的走動，如果正常跳動則進行下一步，如果不正常則檢查芯片以及接線。</p><p>　　電路調(diào)試時要小心謹(jǐn)慎，要首先檢查電路各部分的接線 ，電源、地線、信號線、元器件的引腳之間有無短路，器件有無接錯。再接入電路所要求的電源電壓，觀察電路中各部分器件有無異?，F(xiàn)象。如果有異常現(xiàn)象，應(yīng)立即切斷電源，排除故障后重新通電檢

47、查，直至無錯。</p><p>　?。ㄈ?調(diào)試中的問題</p><p>　　問題一：數(shù)碼管數(shù)字不走動但芯片計數(shù)正常</p><p>　　原因一可能是電源電壓不穩(wěn)定或者不夠。</p><p>　　原因二可能是數(shù)碼管和芯片連接錯誤。</p><p>　　問題二：分、秒、時電路單獨能正常工作，組合起來時電路不能正常工作&l

48、t;/p><p>　　原因可能是時電路沒有正確接入脈沖</p><p><b>　　整體電路圖如下：</b></p><p><b>　　十一 總結(jié)</b></p><p>　　數(shù)字電子課程設(shè)計是理論教學(xué)之后的一個綜合性實踐很強的環(huán)節(jié)，在設(shè)計電路中，往往是先仿真后連接實物圖，但有時候仿真和電路連接并不

49、是完全一致的，例如仿真的連接示意圖中，往往沒有接高電平的16腳或14腳以及接低電平的7腳或8腳，因此在實際的電路連接中往往容易遺漏。在此次的數(shù)字鐘設(shè)計過程中，更進一步地熟悉了芯片的結(jié)構(gòu)及掌握了各芯片的工作原理和其具體的使用方法。</p><p>　　在連接六進制、十進制、六十進制的進位及十二進制的接法中，要求熟悉邏輯電路及其芯片各引腳的功能，那么在電路出錯時便能準(zhǔn)確地找出錯誤所在并及時糾正了。 通過不斷的修改中學(xué)

50、會并利用一種電路分析軟件，對電路進行分析、計算和仿真，通過查找資料，選擇方案，設(shè)計電路，撰寫報告，完成一個較完整的設(shè)計過程，培養(yǎng)了我的抽象思維，在掌握電路基本設(shè)計方法的同時，加深了我對課程知識的理解和綜合應(yīng)用，培養(yǎng)了我的綜合運用基礎(chǔ)理論知識和專業(yè)知識解決實際工程設(shè)計問題的能力，以及工程意識和創(chuàng)新能力。不僅鞏固了以前所學(xué)過的知識，而且學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過的內(nèi)容。理論與實際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理

51、論知識與實踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才是真正的知識，才能提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在設(shè)計的過程遇到各種各樣的問題，同時在設(shè)計的過程中發(fā)現(xiàn)自己的不足之處，對以前所學(xué)過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固，通過這次課程設(shè)計，把以前所學(xué)過的知識重新溫故，鞏固所學(xué)的知識。</p><p>　　參考文獻和輔助軟件工具</p><p>　　《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》  

52、;    陳明義主編                  中南大學(xué)出版</p><p>　　《電工電子實驗教程》      陳明義主編&#

53、160;                 中南大學(xué)出版</p><p>　　Multism 軟件