電子技術課程設計--數(shù)字時鐘

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　目 錄1</b></p><p><b>　　前言2</b></p><p><b>　　內容摘要2</b></p><p><b>　　設計要求2</b&g

2、t;</p><p>　　第一章 方案設計3</p><p>　　第二章 硬件設計及仿真4</p><p>　　2.1振蕩器的設計4</p><p>　　2.2分頻器的設計5</p><p>　　2.3時間計數(shù)器的設計6</p><p>　　2.3.1六十進制計數(shù)器6</p&g

3、t;<p>　　2.3.2二十四進制計數(shù)器8</p><p>　　2.4譯碼器與顯示器的設計9</p><p><b>　　2.5校時電路9</b></p><p>　　第三章 電路的總體設計11</p><p>　　第四章 元器件清單及部分芯片介紹13</p><p>　

4、　4.1元器件清單13</p><p>　　4.2部分芯片功能介紹14</p><p>　　4.2.1 74LS90N14</p><p>　　4.2.2 55515</p><p><b>　　第五章 總結17</b></p><p>　　附錄 參考文獻19</p>

5、<p><b>　　前言</b></p><p><b>　　內容摘要</b></p><p>　　數(shù)字鐘是一個將“ 時”，“分”，“秒”顯示于人的視覺器官的計時裝置。它的計時周期為24小時，顯示滿刻度為23時59分59秒。一個基本的數(shù)字鐘電路主要由秒信號發(fā)生器、“時、分、秒、”計數(shù)器、譯碼器及顯示器組成。由于采用純數(shù)字硬件設

6、計制作，與傳統(tǒng)的機械表相比，它具有走時準，顯示直觀，無機械傳動裝置等特點。</p><p>　　本設計中的數(shù)字時鐘采用數(shù)字電路實現(xiàn)對“時” 、“分”、“秒”的顯示和調整。通過采用各種集成數(shù)字芯片搭建電路來實現(xiàn)相應的功能。具體用到了555震蕩器，74LS90及與非，異或等門集成芯片等。該電路具有計時和校時的功能。</p><p>　　在對整個模塊進行分析和畫出總體電路圖后，對各模塊進行仿真并

7、記錄仿真所觀察到的結果。</p><p>　　實驗證明該設計電路基本上能夠符合設計要求！</p><p><b>　　設計要求</b></p><p>　　要求電路能夠產(chǎn)生定時脈沖；</p><p>　　要求電路能夠根據(jù)對定時脈沖的計算得到時，分，秒；</p><p>　　要求電路能夠產(chǎn)生時，分，

8、秒。</p><p><b>　　第一章 方案設計</b></p><p>　　由上圖可以看出，振蕩器產(chǎn)生的信號經(jīng)過分頻器作為產(chǎn)生秒脈沖，秒脈沖送入計數(shù)器，計數(shù)結果經(jīng)過“時”、“分”、“秒”，譯碼器，顯示器顯示時間。其中振蕩器和分頻器組成標準秒脈沖信號發(fā)生器，由不同進制的計數(shù)器，譯碼器和顯示電路組成計時系統(tǒng)。秒信號送入計數(shù)器進行計數(shù)，把累計的結果以“時”，“分”、“秒

9、”的數(shù)字顯示出來?！皶r”顯示由二十四進制計數(shù)器，譯碼器，顯示器構成；“分”、“秒”顯示分別由六十進制的計數(shù)器，譯碼器，顯示器構成；校時電路實現(xiàn)對時，分，秒的校準。</p><p>　　第二章 硬件設計及仿真</p><p><b>　　2.1振蕩器的設計</b></p><p>　　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

10、計時的準確程度，通常選用石英晶體構成振蕩器電路。一般來說，振蕩器的頻率越高，計時器的精度越高。</p><p>　　在本設計中振蕩器采用的是由集成電路555與RC組成的多諧振蕩器。其電路圖如下圖2-1-1：</p><p>　　接通電源后，電容C1被充電， 上升，當上升到大于2/3時，觸發(fā)器被復位，放電管T導通，此時為低電平，電容C1通過和T放電，使下降。當下降到小于1/3時，觸發(fā)器被復位

11、，反轉為高電平。電容器C1放點結束，所需時間為：</p><p>　　當C1放點結束時，T截止，VCC將通過R1、R2向電容器C1充電，vC由1/3VCC上升到2/3VCC所需的時為：</p><p>　　當vC上升到2/3VCC時，觸發(fā)器又被復位發(fā)生翻轉，如此周而復始，在輸出端就得到一個周期性的方波，其頻率為</p><p>　　本設計中，由電路圖和f的公式可以算

12、出，微調R3=60k左右，其輸出的頻率為f=1000Hz.</p><p><b>　　2.2分頻器的設計</b></p><p>　　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。</p><p>　　分頻器的功能主要有兩個：一個是產(chǎn)生標準脈沖信號；二是提供功能擴展電路所需要的信號。<

13、/p><p>　　本設計中，由于振蕩器產(chǎn)生的信號頻率太高，要得到標準的秒信號，就需要對所得的信號進行分頻。這里所采用的分頻電路也是3個中規(guī)模計數(shù)器74LS90N來構成的3級1/10分頻。</p><p>　　其電路如下圖2-2-1所示：</p><p>　　由上圖可以看出，由振蕩器的1000Hz高頻信號從U0的14端輸入，經(jīng)過三片74LS90N的三級1/10分頻，就能從

14、U2的11端輸出得到標準的秒脈沖信號。</p><p>　　2.3時間計數(shù)器的設計</p><p>　　由圖1-1的方框圖可以清楚的看到，顯示“時”、“分”、“秒”需要六片中規(guī)模計數(shù)器；其中“秒”、“分”各為60進制計數(shù)，“時”為24進制計數(shù)。在本設計中均用74LS90N來實現(xiàn)：</p><p>　　2.3.1六十進制計數(shù)器</p><p>

15、　　“秒”計數(shù)器電路與“分”計數(shù)器電路都是六十進制，它由一級十進制計數(shù)器和一級六進制計數(shù)器連接構成，如圖2-3-1所示，是采用兩片中規(guī)模集成電路74LS90N串聯(lián)起來構成的“秒”、“分”計數(shù)器。</p><p>　　由上圖可知，U2是十進制計數(shù)器，U2的QD作為十進制的進位信號，74LS90N計數(shù)器是十進制異步計數(shù)器，是反饋清零法來實現(xiàn)十進制計數(shù)，U1和與非門組成六進制計數(shù)。74LS90N是在CP信號的下降沿觸

16、發(fā)下進行計數(shù)，U1的QA和QC相與0101的作為“分（時）”計數(shù)器的輸入信號。U1的輸出0110高電平1分別送到計數(shù)器的R01、R02端清零，74LS90N內部的R01、R02與非后清零而使計數(shù)器歸零，完成六進制計數(shù)。由此可見U1和U2串接實現(xiàn)了六十進制計數(shù)。</p><p>　　2.3.2二十四進制計數(shù)器</p><p>　　“時”計數(shù)為二十四進制。在本設計中二十四進制的計數(shù)電路也是由兩

17、個74LS90N組成的二十四進制計數(shù)電路，如圖2-3-2所示。</p><p>　　由上圖可以看出，當“時”個位U2計數(shù)器輸入端A（14腳）來到第10觸發(fā)信號時，U2計數(shù)器清零，進位端QD向U3“時”十位計數(shù)器輸入進位信號，當?shù)?4個“時”（來自“分”計數(shù)器的狀態(tài)為“0010”，此時“時”個位計數(shù)器的QC和“時”計數(shù)器的清零端R01和R02，通過74LS90N內部的與非后清零，計數(shù)器復零從而完成二十四進制計數(shù)。&

18、lt;/p><p>　　2.4譯碼器與顯示器的設計</p><p>　　用七段發(fā)光二極管來顯示譯碼器輸出的數(shù)字，顯示器有兩種：共陰極和共陽極顯示器。74LS48譯碼器譯碼的是高電平，所以對應的顯示器應為共陰極顯示器。在本設計中用的是解碼七段排列顯示器，即包含譯碼器的七段顯示器。其圖形管腳如下圖2-4-1所示</p><p>　　圖2-4-1 DCD HEX內部封裝圖&l

19、t;/p><p><b>　　2.5校時電路</b></p><p>　　當剛接通電源或計時出現(xiàn)錯誤時，都需要對時間進行校正。校正電路如下圖2-5-1所示：</p><p>　　第三章 電路的總體設計</p><p>　　由上面介紹的電路各個部分的子電路構成的各個部分的功能，再由第一章的數(shù)字時鐘的系統(tǒng)原理框圖，可以清楚的知道

20、了總體的電路情況。下面圖2-6-1就時本設計的總體電路：</p><p>　　圖2-6-1 總體電路的設計</p><p>　　由圖2-6-1可以看出和清楚的整個數(shù)字時鐘的總體工作原理和整個工作過程：</p><p>　　由555和RC構成的振蕩器產(chǎn)生的1000Hz的高頻信號經(jīng)過由3片74LS90構成的1/1000分頻的分頻器后得到標準的秒脈沖信號，進入60進制的“

21、秒”計時，“秒”的分位進入60進制的“分”計時，最后，由分的“時”進位進入24進制的“時”計時。</p><p>　　在電路中，還有由門電路和開關構成的校時電路對電路的“時”，“分”進行校時，得到正確的時間。</p><p>　　第四章 元器件清單及部分芯片介紹</p><p><b>　　4.1元器件清單</b></p><

22、;p>　　表4-1 元器件清單</p><p>　　4.2部分芯片功能介紹</p><p>　　4.2.1 74LS90N</p><p>　　74LS90的引腳圖如下圖4-2-1所示</p><p>　　圖4-2-1 74LS90N引腳圖</p><p>　　74LS90N的功能表</p><

23、;p>　　圖4-2-2 74LS90N功能表</p><p>　　4.2.2 555</p><p>　　555定時器（又稱時基電路）是一個模擬與數(shù)字混合型的集成電路。555定時器是一種應用極為廣泛的中規(guī)模集成電路。該電路使用靈活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以構成單穩(wěn)、多諧和施密特觸發(fā)器。因而廣泛用于信號的產(chǎn)生、變換、控制與檢測。</p><p>　　

24、目前生產(chǎn)的定時器有雙極型和CMOS兩種類型，其型號分別有NE555(或5G555)和C7555等多種。它們的結構及工作原理基本相同。通常，雙極型定時器具有較大的驅動能力，而CMOS定時器具有低功耗、輸入阻抗高等優(yōu)點。555定時器工作的電源電壓很寬，并可承受較大的負載電流。雙極型定時器電源電壓范圍為5～16V，最大負載電流可達200mA；CMOS定時器電源電壓范圍為3～18V，最大負載電流在4mA以下。</p><p&

25、gt;　　555的引腳圖如下圖4-2-2：</p><p>　　圖4-2-3 555的引腳圖</p><p>　　555的內部電路和功能：</p><p>　　圖4-2-4 555內部電路圖</p><p><b>　　第五章 總結</b></p><p>　　通過本次設計，使我對已學過的電路、數(shù)

26、電、模電等電子技術的知識有了更深一步的了解，鍛煉和培養(yǎng)了自己利用已學知識來分析和解決實際問題的能力。對自己以后的學習和工作有很大的幫助。</p><p>　　剛開始做這個設計的時候感覺自己什么都不知道怎么下手，腦子里比較浮躁和零亂。但通過一段時間的努力，通過重溫數(shù)電，模電等電子技術的書籍，還有通過查看相關的設計技術以及一些參考文獻，再加之在老師的指導和周圍同學的幫助下，使我對自己的本設計有了熟練的掌握。</

27、p><p>　　在整個的設計過程中我充滿了激情和用心。記得在做實驗的時候，也是用滿腔的熱情來完成各項實驗任務，并在每項實驗項目中都達到了優(yōu)秀的成績。 所以，我相信自己的實際動手能力，并一向的加強自己在這方面的努力。在這次的電子技術設計中亦是如此，用自己的雙手和滿腔的熱情來完成各個環(huán)節(jié)，不斷的在圖書管查看相關資料和期刊文獻，特別在Internt上也收收獲了很多新鮮的東西。這次設計更讓我熟悉了一些常用集成邏輯電路和其相應

28、芯片的使用。</p><p>　　雖然，在本設計中所用的方案不是最好的，但我想其中的原理是最基本的；雖然其中可能出現(xiàn)的誤差會計較大些，但是是最經(jīng)濟的和實用的，我想在下去的一段時間里，我會將其的實物做出來，當然也有可能做成一個成型的數(shù)字時鐘哦.</p><p>　　最后，我要衷心的感謝老師給了我們這一次實踐的機會，讓我更加深刻地了解和認識到了自己的優(yōu)點和不足，通過這個課程設計我發(fā)現(xiàn)了我好多知

29、識都不熟悉甚至有的東西我根本就不知道，這讓我感到了要學習的東西還有很多很多。因此使我更堅定了在以后的學習中要扎實好基礎，闊廣知識面。</p><p><b>　　附錄 參考文獻</b></p><p>　　何小艇，電子系統(tǒng)設計，浙江大學出版社，2001年6月 </p><p>　　姚福安，電子電路設計與實踐，山東科學技術出版社，2001年10