數(shù)字電子鐘課程設(shè)計

1、數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計 專 業(yè)： 班 級： 學(xué) 號： 姓 名： 指導(dǎo)教師： 二零一二年十二月二十五日程設(shè)計（論文）題目：電子鐘設(shè)計一、課程設(shè)計（論文）要求及原始數(shù)據(jù)（資料）：1） 設(shè)計并制作符合要求的電子鐘2）電子鐘由6 位七段LED顯示器顯示，其中兩位顯示“時”,二位顯示“分”， 兩位顯示“秒”; 3）計時最大值為23時59分59秒; 4）計時誤差不得超過1s; 5）具有清零、校驗時、分等控制功能；二、課程設(shè)計進(jìn)度：時間設(shè)計內(nèi)容備注第一、二天查找相關(guān)資料，考慮設(shè)計方案第三、四天確定設(shè)計方案，進(jìn)行器件、參數(shù)選擇第五、六天連接相關(guān)線路，進(jìn)行實驗分析第七、八天書寫實驗設(shè)計報告及心得第九、十天進(jìn)一

2、步檢驗，確定方案可行性三、主要參考文獻(xiàn)（資料）：1 董儒胥，電工電子實訓(xùn)，北京：高等教育出版社， 2002年2 謝克明，電子電路EDA，北京：兵器工業(yè)出版社， 2001年3 閻石，數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)，北京：高等教育出版社， 2006年4 陳明義，電子技術(shù)課程設(shè)計指導(dǎo)，中南大學(xué)出版社，2002年5 謝自美，電子線路設(shè)計、實驗、測試，北京：高等教育出版社， 2001年6 朱定華，電子電路測試與實驗，北京：清華大學(xué)出版社，2004年7 梁宗善，電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計，武漢：華中科技大學(xué)出版社，2009年8 呂思忠，數(shù)字電路實驗與課程設(shè)計，哈爾濱:哈爾濱工程大學(xué)出版社，2001年9 康華光, 電子技術(shù)基礎(chǔ)

3、(第五版) ，北京：高等教育出版社，2005年10 毛期儉，數(shù)字電路與邏輯設(shè)計實驗及應(yīng)用，北京：北京人民郵電出版社，2005年專業(yè)班級 學(xué)生 課程設(shè)計（論文）工作起止日期 指導(dǎo)教師簽字 日期 教研室主任審查簽字 日期 系主任批準(zhǔn)簽字 日期 課程設(shè)計評語課程設(shè)計成績：目 錄 1.課程設(shè)計目的52.設(shè)計指標(biāo)53.總體框圖設(shè)計54.功能模塊設(shè)計64.1計數(shù)器64.2顯示器84.3校時電路84.4分頻器94.5振蕩器105.總電路圖設(shè)計116.使用元器件127.總結(jié)138.參考文獻(xiàn)14電子鐘設(shè)計一、課程設(shè)計目的1）掌握組合邏輯電路，時序邏輯電路及數(shù)字邏輯電路系統(tǒng)的設(shè)計，安裝，測試方法；2）進(jìn)一步鞏固所

4、學(xué)的理論知識，提高運用所學(xué)知識分析和解決實際問題的能力；3）提高電路布局，布線及檢查和排除故障的能力；4）培養(yǎng)書寫綜合實驗報告的能力。 二、設(shè)計指標(biāo) 1）設(shè)計并制作符合要求的電子鐘 2）電子鐘由6 位七段LED顯示器顯示，其中兩位顯示“時”,二位顯示“分”， 兩位顯示“秒”; 3）計時最大值為23時59分59秒; 4）計時誤差不得超過1s; 5）具有清零、校驗時、分等控制功能； 6）安裝自己設(shè)計的電路或仿真電路； 7）寫出設(shè)計報告。三、總體框圖設(shè)計數(shù)字電子鐘基本原理數(shù)字鐘實際上是一個對標(biāo)準(zhǔn)頻率（1HZ）進(jìn)行計數(shù)的計數(shù)電路。由于計數(shù)的起始時間不可能與標(biāo)準(zhǔn)時間（如北京時間）一致，故需要在電路上加一

5、個校時電路，同時標(biāo)準(zhǔn)的1HZ時間信號必須做到準(zhǔn)確穩(wěn)定。一般來說，振蕩器的頻率越高，計時精度就越高，但耗電量將越大。所以，在設(shè)計電路時要根據(jù)需要而設(shè)計出最佳電路。在本設(shè)計中，采用的是精度不高的，由集成電路555與RC組成的多諧振蕩器。數(shù)字時鐘基本原理的邏輯框圖如下所示：譯碼器譯碼器譯碼器時計數(shù)器分計數(shù)器秒計數(shù)器校時電路振蕩器分頻器系統(tǒng)方框 圖1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(jié)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(biāo)準(zhǔn)秒脈沖信號發(fā)生器，由不同進(jìn)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(jìn)行計數(shù)，

6、把累計的結(jié)果以“時”，“分”、“秒”的數(shù)字顯示出來?！皶r”顯示由二十四進(jìn)制計數(shù)器，譯碼器，顯示器構(gòu)成；“分”、“秒”顯示分別由六十進(jìn)制的計數(shù)器，譯碼器，顯示器構(gòu)成；校時電路實現(xiàn)對時，分的校準(zhǔn)。 四、功能模塊設(shè)計數(shù)字電子鐘單元電路設(shè)計、參數(shù)計算和器件選擇4.1計數(shù)器秒脈沖信號經(jīng)過6級計數(shù)器，分別得到“秒”個位、十位、“分”個位、十位以及“時”個位、十位的計時?！懊搿薄胺帧庇嫈?shù)器為六十進(jìn)制，小時為二十四進(jìn)。（1）六十進(jìn)制計數(shù)器秒計數(shù)器的電路一般都是由一級十進(jìn)制計數(shù)器和一級六進(jìn)制計數(shù)器組成。下圖所示是用兩塊中規(guī)模集成電路74LS161按反饋置零法串接而成。秒計數(shù)器的十位和個位，輸出脈沖除用作自身清零

7、外，同時還作為“分”計數(shù)器的輸入信號。分計數(shù)器電路與秒計數(shù)器相同。&74LS161Q4 Q3 Q2 Q174LS161Q4 Q3 Q2 Q1CP至分計數(shù)器CP端 圖2&74LS161&74LS161Q4 Q3 Q2 Q1Q4 Q3 Q2 Q1CP分計數(shù)器進(jìn)位信號至周計數(shù)器CP端（2）二十四進(jìn)制計數(shù)。下圖所示為二十四進(jìn)制小時計數(shù)器，是用兩片74LS161組成的。圖34.2顯示器本系統(tǒng)用七段發(fā)光二極管來顯示譯碼器輸出的數(shù)字，顯示器采用共陰極顯示器。74LS48譯碼器對應(yīng)的顯示器是共陰計數(shù)器實現(xiàn)了對時間的累計以8421BCD碼形式輸出，選用顯示譯碼電路將計數(shù)器的輸出數(shù)碼轉(zhuǎn)換為數(shù)碼顯示器件所需要的輸出

8、邏輯和一定的電流，選用74LS48作為顯示譯碼電路，選用LED七段數(shù)碼管作為顯示單元電路。BI/RBO4RBI5LT3A7B1C2D6a13b12c11d10e9f15g1474LS48abfcgdeDPYLEDgn1234567abcdefgDPY_7-SEG圖44.3校時電路當(dāng)重新接通電源或走時出現(xiàn)誤差時都需要對時間進(jìn)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(jìn)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。本次課程設(shè)計的校準(zhǔn)電路實質(zhì)上是一個由R-S觸發(fā)器組成的單脈沖發(fā)生器，如圖所示。從圖中可知，未按按鈕SB時，與

9、非門G2的一個輸入端接地，基本R-S觸發(fā)器處于1狀態(tài)，即Q=1,=0。這時數(shù)字鐘正常工作，分脈沖能進(jìn)入分計數(shù)器，時脈沖也能進(jìn)入時計數(shù)器。按下SB時，與非門G1的一個輸入端接地，于是基本R-S觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)為0狀態(tài)，Q=0, =1。若所按的是校分的按鈕SB1，則秒脈沖可以直接進(jìn)入分計數(shù)器而分脈沖被阻止進(jìn)入，因而能較快地校準(zhǔn)分計數(shù)器的計數(shù)值。若所按的是校時的按鈕SB2，則秒脈沖可以直接進(jìn)入時計數(shù)器而時脈沖被封鎖，于是就能較快地對時計數(shù)器值進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)后，將校正按鈕釋放，使其恢復(fù)原位，數(shù)字鐘繼續(xù)進(jìn)行正常的計時工作。圖54.4分頻器分頻器的功能主要有兩個：一個是產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖信號；二是提供功能擴展電路所

10、需要的信號，如仿電臺報時用的1000Hz的高音頻信號和500Hz的低音頻信號等。本設(shè)計中，由于振蕩器產(chǎn)生的信號頻率太高，要得到標(biāo)準(zhǔn)的秒信號，就需要對所得的信號進(jìn)行分頻。這里所采用的分頻電路是由3個總規(guī)模計數(shù)器74LS90來構(gòu)成的3級1/10分頻。其電路圖如下圖6所示:從圖6可以看出，由振蕩器的1000Hz高頻信號從U1的14端輸入，經(jīng)過3片74LS90的三級1/10分頻，就能從U3的11端輸出得到標(biāo)準(zhǔn)的秒脈沖信號。4.5振蕩器秒發(fā)生電路振蕩器是計時器的核心，振蕩器的穩(wěn)定度和頻率的精確度決定了計時器的準(zhǔn)確度。一般來說，振蕩器的頻率越高，計時精度就越高，但耗電量將越大。所以，在設(shè)計電路時要根據(jù)需要

11、而設(shè)計出最佳電路。在本設(shè)計中，采用的是精度不高的，由集成電路555與RC組成的多諧振蕩器。其具體電路如下圖7所示；vc圖7接通電源后，電容C1被充電，vC上升，當(dāng)vC上升到大于2/3VCC時，觸發(fā)器被復(fù)位，放電管T導(dǎo)通，此時v0為低電平，電容C1通過R2和T放電，使vC下降。當(dāng)vC下降到小于1/3VCC時，觸發(fā)器被置位，v0翻轉(zhuǎn)為高電平。電容器C1放電結(jié)束,所需的時間為： 當(dāng)C1放電結(jié)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：當(dāng)vC上升到2/3VCC時，觸發(fā)器又被復(fù)位發(fā)生翻轉(zhuǎn)，如此周而復(fù)始，在輸出端就得到一個周期性的方波，其頻率為 。

12、 本設(shè)計中，由電路圖和f的公式可以算出，微調(diào)R3=60k左右，其輸出的頻率為f=1000Hz.五、總電路圖設(shè)計一個基本的數(shù)字鐘電路系統(tǒng)主要有秒信號發(fā)生器、“周、時、分、秒、”計數(shù)器、譯碼器及顯示器、電路組成。秒信號產(chǎn)生器是整個系統(tǒng)的時基信號，它直接決定計時系統(tǒng)的精度，一般用石英晶體振蕩器加分頻器來實現(xiàn)組成一個輸出1秒的標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖,將標(biāo)準(zhǔn)秒信號送入“秒計數(shù)器” ?！懊胗嫈?shù)器”采用60進(jìn)制計數(shù)器，是由2片74LS161和1片74LS00采用異步置0法連接而成,第一片的74LS161的十進(jìn)制輸出經(jīng)74LS00反向后接第二片的CP,當(dāng)?shù)?片的計數(shù)到9時,C輸出高電平,此時第2片計數(shù)器CP=0,當(dāng)下一個

13、秒脈沖到達(dá)時第1片變?yōu)?,第2片變?yōu)镃P脈沖成為上升沿,第2片計數(shù)器計數(shù)為1。這樣一直計數(shù)下去當(dāng)計數(shù)到50以后,第2片計數(shù)器的LD接第2片的計數(shù)器輸出接了74LS00的Q0和Q2對應(yīng)的反向輸出此時為LD=0,下一個脈沖到達(dá)第1片時，第1片計數(shù)從0開始計數(shù)，當(dāng)?shù)?片計為9時，第2片計數(shù)變?yōu)?；因為下一秒第1片將給第2片了一個CP脈沖，第2片的計數(shù)器輸出接了74LS00的Q0和Q2對應(yīng)的輸出,并且第1片給第2片一因此在變?yōu)?的瞬間置零,也變?yōu)?,達(dá)到了計60的目的,這時從第2片中引出一個分脈沖作為分計數(shù)器的輸入CP脈沖?！胺钟嫈?shù)器”也采用60進(jìn)制計數(shù)器，每累計60分鐘，發(fā)出一個“時脈沖”信號，此計

14、數(shù)原理與秒計數(shù)器完全相同。從分計數(shù)器輸出的該信號將被送到“時計數(shù)器”?！皶r計數(shù)器”采用24進(jìn)制計時器，也是有2片74LS161和1片74LS00采用清零法連接而成。24進(jìn)制計數(shù)器開始計數(shù)時第一片的74LS161的十進(jìn)制輸出接第二片的CP,當(dāng)?shù)?片的計數(shù)到9時,十進(jìn)制輸出高電平,此時第2片計數(shù)器開始計數(shù),當(dāng)下一個秒脈沖到達(dá)時第1片變?yōu)?,第2片變?yōu)?,這樣一直計數(shù)下去但當(dāng)計到23時,下一脈沖到達(dá)時由于時計數(shù)器的第1片的Q2和第2片的Q1接74LS00,對應(yīng)的輸出同時接了兩片的R置零端,在要變成24的瞬間兩片都變?yōu)?,實現(xiàn)對一天24小時的累計，這時從第二片中引出一個周脈沖作為周計數(shù)器的輸入CP脈沖

15、。六、使用元器件1）cc40192（6片）2）74LS00（6片）3）74LS161（2片）4）共陰七段顯示器（6片）5）電阻、電容、導(dǎo)線等（若干）6）74LS48（6片）7）555集成芯片（1片）8）74LS90（3片）七、總結(jié)通過本次設(shè)計，使我對已學(xué)過的電路、數(shù)電、模電等電子技術(shù)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(xué)知識來分析和解決實際問題的能力。對自己以后的學(xué)習(xí)和工作有很大的幫助。剛開始做這個設(shè)計的時候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(shù)的書籍，還有通過查看相關(guān)的設(shè)計技術(shù)以及一些參考文獻(xiàn)，再加之在老師的指導(dǎo)和周圍同

16、學(xué)的幫助下，使我對自己的本設(shè)計有了熟練的掌握。在整個的設(shè)計過程中我充滿了激情和用心。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(guān)資料和期刊文獻(xiàn)，在網(wǎng)上也收收獲了很多新鮮的東西。這次設(shè)計更讓我熟悉了一些常用集成邏輯電路和其相應(yīng)芯片的使用。雖然，在本設(shè)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)的誤差會較大些，但是是最經(jīng)濟的和實用的，我想在下一段時間里，我會將實物在一個PLC板實現(xiàn)出來，當(dāng)然也有可能做成一個成型的數(shù)字時鐘。最后，我要衷心的感謝耿老師給了我一次實踐的機會，讓我更加深刻地了解和認(rèn)識到了自己的優(yōu)點和不足，通過這個課程設(shè)計我發(fā)現(xiàn)了我好多知識都不熟悉甚至有的東西我根本就不知道，所以要學(xué)習(xí)的東西還有很多很多。因此使我更堅定了在以后的學(xué)習(xí)中要夯實基礎(chǔ)，闊廣知識面。八參考文獻(xiàn)1 董儒胥，電工電子實訓(xùn)，北京：高等教育出版社， 2002年2 謝克明，電子電路EDA，北京：兵器工業(yè)出版社， 2001年3 閻石，數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)，北京：高等教