數(shù)電課程設(shè)計(jì)--數(shù)字電子鐘

1、<p><b>　　電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)</b></p><p>　　題目： 數(shù)字電子鐘</p><p>　　學(xué)生姓名：學(xué) 號(hào)：</p><p><b>　　班 級(jí): </b></p><p>　　專 業(yè)：電子信息工程</p><p&g

2、t;<b>　　指導(dǎo)教師： </b></p><p>　　2010 年 12 月</p><p><b>　　數(shù)字電子鐘</b></p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　數(shù)字鐘被廣泛用于個(gè)人家庭,車站, 碼頭、辦公室等公共場(chǎng)所,成為人們?nèi)粘Ｉ钪械谋匦杵?/p>

3、。由于數(shù)字集成電路的發(fā)展和石英晶體振蕩器的廣泛應(yīng)用,使得數(shù)字鐘的精度,運(yùn)用超過老式鐘表, 鐘表的數(shù)字化給人們生產(chǎn)生活帶來了極大的方便，而且大大地?cái)U(kuò)展了鐘表原先的報(bào)時(shí)功能。諸如定時(shí)自動(dòng)報(bào)警、按時(shí)自動(dòng)打鈴、時(shí)間程序自動(dòng)控制、定時(shí)廣播、自動(dòng)起閉路燈、定時(shí)開關(guān)烘箱、通斷動(dòng)力設(shè)備、甚至各種定時(shí)電氣的自動(dòng)啟用等，所有這些，都是以鐘表數(shù)字化為基礎(chǔ)的。因此，研究數(shù)字鐘及擴(kuò)大其應(yīng)用，有著非?，F(xiàn)實(shí)的意義。</p><p>　　本文設(shè)

4、計(jì)中采用了組合邏輯電路和時(shí)序電路的設(shè)計(jì)，芯片采用了2-5-10異步計(jì)數(shù)器74LS390，74LS00與非門、555時(shí)鐘芯片等，實(shí)現(xiàn)時(shí)間的計(jì)時(shí)。</p><p>　　基本功能：能顯示時(shí)、分、秒的數(shù)字鐘。</p><p>　　擴(kuò)展功能：實(shí)現(xiàn)校時(shí)、校分、校秒；整點(diǎn)報(bào)時(shí)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：數(shù)字鐘、自動(dòng)校時(shí)、整點(diǎn)報(bào)時(shí)</p><p><

5、;b>　　目錄</b></p><p>　　1數(shù)字電子鐘的基本工作原理……………………………………………..2</p><p>　　2主體電路的設(shè)計(jì)…………………………………………………………..3</p><p>　　2.1、振蕩電路的設(shè)計(jì)…………………………………………………..3</p><p>　　2.2、分頻電路的

6、設(shè)計(jì)……………………………………………….….5</p><p>　　2.3、計(jì)數(shù)電路的設(shè)計(jì)…………………………………………………..7</p><p>　　2.4、校時(shí)電路的設(shè)計(jì)…………………………………………........…..9</p><p>　　2.5、整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路的設(shè)計(jì)………………………………………..……9</p><p>　

7、　3調(diào)試過程……………………………………………………………..…....11</p><p>　　3.1、振蕩電路………………………………………………………….11</p><p>　　3.2、分頻電路……………………………………………………....….11</p><p>　　3.3、計(jì)數(shù)電路……………………………………………………...…..11</p&g

8、t;<p>　　3.4校時(shí)電路………………………………………………………..…..12</p><p>　　3.5、整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路……………………………………………...……..13</p><p>　　4心得體會(huì)……………………………………………………….……...…..15</p><p>　　參考文獻(xiàn)…………………………………………………………..

9、.………..16</p><p>　　附錄A：整體仿真電路</p><p><b>　　附錄B：元器件清單</b></p><p>　　1 數(shù)字電子鐘的基本工作原理</p><p>　　數(shù)字電子鐘的原理方框圖如下圖所示：</p><p>　　圖1.1.1 數(shù)字電子鐘的原理</p>&

10、lt;p>　　電路系統(tǒng)由秒信號(hào)發(fā)生器、“時(shí)、分、秒”計(jì)數(shù)器、譯碼器及顯示器、校時(shí)電路、整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路組成。秒信號(hào)產(chǎn)生器是整個(gè)系統(tǒng)的時(shí)基信號(hào)，它直接決定計(jì)時(shí)系統(tǒng)的精度，一般用石英晶體振蕩器加分頻器來實(shí)現(xiàn)，本文采用555定時(shí)器產(chǎn)生相應(yīng)脈沖，將標(biāo)準(zhǔn)秒信號(hào)送入“秒計(jì)數(shù)器”，“秒計(jì)數(shù)器”采用60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，每累計(jì)60秒發(fā)出一個(gè)“分脈沖”信號(hào)，該信號(hào)將作為“分計(jì)數(shù)器”的時(shí)鐘脈沖?！胺钟?jì)數(shù)器”也采用60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，每累計(jì)60分鐘，發(fā)出一個(gè)“時(shí)脈沖

11、”信號(hào)，該信號(hào)將被送到“時(shí)計(jì)數(shù)器”?！皶r(shí)計(jì)數(shù)器”采用24進(jìn)制計(jì)時(shí)器，可實(shí)現(xiàn)對(duì)一天24小時(shí)的累計(jì)。譯碼顯示電路將“時(shí)”、“分”、“秒”計(jì)數(shù)器的輸出送到七段顯示譯碼驅(qū)動(dòng)器譯碼驅(qū)動(dòng)，通過六個(gè)七段LED顯示器顯示出來。整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路根據(jù)計(jì)時(shí)系統(tǒng)的輸出狀態(tài)產(chǎn)生一脈沖信號(hào)，然后加上一個(gè)高頻或和低頻信號(hào)送到放大電路驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)聲實(shí)現(xiàn)報(bào)時(shí)。校時(shí)電路是直接加一個(gè)脈沖信號(hào)到時(shí)計(jì)數(shù)器或者分計(jì)數(shù)器來對(duì)“時(shí)”、“分”顯示數(shù)字進(jìn)行校對(duì)調(diào)整。</p>&

12、lt;p><b>　　2 主體電路的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　主體電路部分的電路主要由振蕩電路、計(jì)數(shù)電路、顯示電路以及校時(shí)電路四大部分組成。下面將對(duì)各部分電路進(jìn)行設(shè)計(jì)。</p><p>　　2.1 振蕩電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　在實(shí)驗(yàn)電路設(shè)計(jì)中，改由555構(gòu)成的多諧振蕩器來產(chǎn)生１ＫＨＺ的脈沖信號(hào)，再經(jīng)３級(jí)１０分頻電路輸出１Ｈ

13、Ｚ的基準(zhǔn)信號(hào)。</p><p>　　555構(gòu)成的振蕩電路如下圖：</p><p>　　圖2.1.1 555振蕩電路</p><p>　　555組成多諧振蕩器的工作原理如下：</p><p>　　接通電源Vcc后，Vcc經(jīng)電阻R1和R2對(duì)電容C充電，其電壓UC由0按指數(shù)規(guī)律上升。當(dāng)UC≥2/3VCC時(shí)，電壓比較器C1和C2的輸出分別為UC1=

14、0、UC2=1，基本RS觸發(fā)器被置0，Q=0、Q’=1,輸出u0躍到低點(diǎn)平Uol。與此同時(shí)，放電管V導(dǎo)通，電容C經(jīng)電阻R2和放電管V放電，電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)。隨著電容C放電，uc下降到uc≤1/3Vcc時(shí)，則電壓比較器C1和C2的輸出為uc1=1、uc2=0，基本RS 觸 發(fā)器被置1，Q=1，Q’=0，輸出u0 由低點(diǎn)平Uol躍到高電平Uoh。同時(shí)，因Q’=0，放電管V截止，電源Vcc又經(jīng)過電阻R1和R2對(duì)電容C充電。電路又返回前一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)

15、。因此，電容C上的電壓uc將在2/3Vcc和1/3Vcc之間來回充電和放電，從而使電路產(chǎn)生了振蕩，輸出矩形脈沖。由下圖可得多諧震蕩周T為： T=tw1+tw2。tw1為電容C上的電壓由1/3Vcc充到2/3Vcc所需的時(shí)間，充電回路的時(shí)間常數(shù)為R2C。tw2可用下式估算tw1=（R1+R2）Cln≈0.7（R1+R2）C</p><p>　　tw2為電容C上的電壓由2/3Vcc下降到1/3Vcc所需的時(shí)間，放電回

16、路的時(shí)間常數(shù)為R2C。tw2可用下式估算 </p><p>　　tw2=R2Cln≈0.7R2C</p><p>　　所以，多諧振蕩器的振蕩頻率周期T為</p><p>　　T =tw1+tw2≈0.7（R1+R2）C </p><p><b>　　振蕩頻率為</b></p><p>　　f =1

17、/T=1/0.7（R1+2R2）C </p><p>　　555集成定時(shí)器功能表</p><p><b>　　55原理圖如下：</b></p><p>　　圖2.1.2 555原理圖</p><p>　　2.2 分頻電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　分頻器的作用是將由555定時(shí)器體產(chǎn)生的高頻信號(hào)分

18、頻成基時(shí)鐘脈沖信號(hào)和擴(kuò)展部分所需的頻率。在此電路中，分頻器的功能主要有兩個(gè)：一是產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)脈沖信號(hào)；二是功能擴(kuò)展電路所需的信號(hào)。在此電路中作為分頻器的元件是:74LS390。</p><p>　　電路經(jīng)過十分頻后將555定時(shí)器差生的1KHZ的振蕩脈沖變?yōu)?Hz的脈沖信號(hào)，該信號(hào)作為計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)脈沖使用。</p><p>　　74LS390各個(gè)引腳及工作原理：</p><p

19、>　　圖2.2.1 74LS390引腳圖</p><p>　　圖2.2.2 74LS390原理圖</p><p>　　分頻電路原理圖如下：</p><p>　　圖2.2.3 分頻電路原理圖</p><p>　　2.3 計(jì)數(shù)電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　計(jì)數(shù)器是一種計(jì)算輸入脈沖的時(shí)序邏輯網(wǎng)絡(luò)，被計(jì)數(shù)的輸入信號(hào)就是

20、時(shí)序網(wǎng)絡(luò)的時(shí)鐘脈沖，它不僅可以計(jì)數(shù)而且還可以用來完成其他特定的邏輯功能，如測(cè)量、定時(shí)控制、數(shù)字運(yùn)算等等。</p><p>　　數(shù)字鐘的計(jì)數(shù)電路是用兩個(gè)六十進(jìn)制計(jì)數(shù)電路和二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)電路實(shí)現(xiàn)的。數(shù)字鐘的計(jì)數(shù)電路的設(shè)計(jì)可以用反饋清零法。當(dāng)計(jì)數(shù)器正常計(jì)數(shù)時(shí)，反饋門不起作用，只有當(dāng)進(jìn)位脈沖到來時(shí)，反饋信號(hào)將計(jì)數(shù)電路清零，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)模的循環(huán)計(jì)數(shù)。以六十進(jìn)制為例，當(dāng)計(jì)數(shù)器從00，01，02，……，59計(jì)數(shù)時(shí)，反饋門不起作用，

21、只有當(dāng)?shù)?0個(gè)秒脈沖到來時(shí)，反饋信號(hào)隨即將計(jì)數(shù)電路清零，實(shí)現(xiàn)模為60的循環(huán)計(jì)數(shù)。</p><p>　　時(shí)計(jì)數(shù)器采用74LS90構(gòu)成２４進(jìn)制計(jì)數(shù)器，其信號(hào)來自分計(jì)數(shù)器的進(jìn)位輸出，因?yàn)榈剑?的下一個(gè)狀態(tài)要自動(dòng)清零，將時(shí)的個(gè)位和十位的清零端相連，再與24的BCD碼相連轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的二進(jìn)制，從而實(shí)現(xiàn)00－23的循環(huán)。兩片74LS90的輸出端QA－QD分別驅(qū)動(dòng)７段LED顯示器顯示計(jì)數(shù)狀態(tài)。</p><p&

22、gt;　　分計(jì)數(shù)器和秒計(jì)數(shù)器也都采用74LS90構(gòu)成60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，可以將十位的QB和QC輸出狀態(tài)送清零端，同事送到一與門，與門的信號(hào)作為十位進(jìn)位信號(hào)送往下一個(gè)計(jì)數(shù)，這樣當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到59的時(shí)候，下一個(gè)狀態(tài)的到來將使其清零，從而實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器的復(fù)位。</p><p>　　74LS90引腳及原理如下：</p><p>　　圖2.3.1 74LS90引腳及原理圖</p><p

23、><b>　　時(shí)的電路原理圖：</b></p><p>　　圖2.3.2 時(shí)的電路圖</p><p>　　分、秒的電路原理圖如下:</p><p>　　圖2.3.3 分、秒電路圖</p><p>　　2.4 校時(shí)電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　當(dāng)數(shù)字鐘接通電源或者出現(xiàn)誤差時(shí)，校正時(shí)間。校時(shí)是

24、數(shù)字鐘應(yīng)具有的基本功能。一般電子表都具有時(shí)、分、秒等校時(shí)功能。為了使電路簡(jiǎn)單，在此設(shè)計(jì)中只進(jìn)行分和小時(shí)的校時(shí)。校時(shí)是通過開關(guān)控制使計(jì)數(shù)器對(duì)1Hz校時(shí)脈沖計(jì)數(shù)。</p><p><b>　　原理圖如下：</b></p><p>　　圖2.4.1 校時(shí)電路圖</p><p>　　2.5 整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路的設(shè)計(jì)</p><p>　

25、　整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路要在每個(gè)整點(diǎn)發(fā)出音響。因此，需要對(duì)每個(gè)整點(diǎn)進(jìn)行時(shí)間譯碼，以其輸出控制音響電路，本設(shè)計(jì)是每一整點(diǎn)發(fā)出5低音1高音報(bào)時(shí)，一次是對(duì)59分50秒——59分59秒進(jìn)行時(shí)間譯碼。59分50秒時(shí)，秒個(gè)位為0，2,4,6,8時(shí)U37A下邊的輸入為1，蜂鳴器發(fā)出5次低音，當(dāng)為59秒時(shí)，通過D觸發(fā)器的D端，其CP端加秒脈沖，則數(shù)字鐘再計(jì)一秒達(dá)到整點(diǎn)時(shí)，蜂鳴器發(fā)出高音。其邏輯電路圖如下：</p><p>　　圖2.5.1

26、 整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路</p><p><b>　　3 調(diào)試過程</b></p><p><b>　　3.1 振蕩電路</b></p><p>　　按電路圖連接好后，用示波器檢測(cè)輸出的波形，通過調(diào)動(dòng)滑動(dòng)變阻器，是輸出產(chǎn)生要求的波形</p><p><b>　　3.2 分頻電路</b>&

27、lt;/p><p>　　用示波器分別測(cè)試每次分頻后的的波形，觀察是否為預(yù)想的波形，再通過四綜示波器觀察波形</p><p>　　各個(gè)分頻產(chǎn)生的波形如下：</p><p>　　圖3.2.1 分頻后產(chǎn)生的波形圖</p><p><b>　　3.3 計(jì)數(shù)電路</b></p><p>　　由于仿真的局限性，如

28、果采用1HZ的秒脈沖，出來的效果將需要大量的時(shí)間，所以最后改用信號(hào)發(fā)生器給定400HZ的信號(hào)作為秒脈沖。秒、分計(jì)數(shù)器的個(gè)位能準(zhǔn)確以十進(jìn)制形式計(jì)數(shù)；十位也能準(zhǔn)確以六進(jìn)制的形式計(jì)數(shù)。當(dāng)個(gè)位計(jì)數(shù)到9后自動(dòng)向十位計(jì)數(shù)。</p><p><b>　　3.4 校時(shí)電路</b></p><p>　　當(dāng)開關(guān)斷開時(shí)，分計(jì)數(shù)電路，小時(shí)計(jì)數(shù)電路正常計(jì)數(shù)，當(dāng)開關(guān)閉合時(shí)，校時(shí)電路進(jìn)行校時(shí)。只是

29、有時(shí)松開按鍵時(shí)，較時(shí)數(shù)會(huì)有點(diǎn)誤變化，經(jīng)過仔細(xì)分析，是由于在松按鍵時(shí)產(chǎn)生了抖動(dòng)。當(dāng)按下調(diào)時(shí)開關(guān)JB2時(shí)，時(shí)會(huì)自動(dòng)增加，如下圖：</p><p><b>　　圖3.4.1</b></p><p><b>　　圖3.4.2</b></p><p>　　3.5 整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路</p><p>　　該電路用50

30、0HZ的作為低音，1KHZ的作為高音，每一整點(diǎn)發(fā)出5低音1高音報(bào)時(shí)。整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路要求在每個(gè)整點(diǎn)發(fā)出音響。因此，需要對(duì)每個(gè)整點(diǎn)進(jìn)行時(shí)間譯碼，以其輸出控制音響電路。每一整點(diǎn)發(fā)出5低音1高音報(bào)時(shí)，分別對(duì)59分50秒——59分59秒進(jìn)行是時(shí)間譯碼，同時(shí)輸入不同頻率的方波，如下圖：</p><p>　　圖3.5.1 整點(diǎn)報(bào)時(shí)仿真</p><p><b>　　四、心得體會(huì)</b>

31、</p><p>　　這次課程設(shè)計(jì)是使用仿真軟件進(jìn)行的，剛開始老師給了課題，感覺一頭霧水不知所措，老師把以前同學(xué)們遇到的困難跟我們大體講述了一下，通過自己不斷查資料，終于形成了一個(gè)框架，再經(jīng)過多次的試驗(yàn)，終于設(shè)計(jì)出了一個(gè)比較完善的電路。</p><p>　　在這次課程設(shè)計(jì)中，我學(xué)到了許多東西。第一次感覺到平時(shí)所學(xué)的東西真正起到作用了，從理論到實(shí)踐是一次飛躍，從而擁有更豐富的經(jīng)驗(yàn)，為以后的實(shí)

32、踐操作打下了基礎(chǔ)。</p><p>　　最后感謝老師對(duì)我們的精心輔導(dǎo)。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)：</b></p><p>　　[1]閻石.數(shù)字電子技術(shù).高級(jí)教育出版社.1993</p><p>　　[2]金維香，謝玉梅.電子測(cè)試技術(shù).湖南大學(xué)出版社.2008</p><p>　　[3