數(shù)字電子鐘設(shè)計方案

1、1、 設(shè)計方案1、總體設(shè)計方案說明及系統(tǒng)框圖： 數(shù)字鐘是計時周期為24小時，顯示滿刻度為23時59分59秒，另外應(yīng)有校時功能和報時功能。一個基本的數(shù)字鐘電路主要由譯碼顯示器、“時”，“分”，“秒”計數(shù)器、校時電路、報時電路和振蕩器組成。干電路系統(tǒng)由秒信號發(fā)生器、“時、分、秒”計數(shù)器、譯碼器及顯示器、校時電路、整點報時電路組成。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)。將標準秒信號送入“秒計數(shù)器”，“秒計數(shù)器”采用60進制計數(shù)器，每累計60秒發(fā)現(xiàn)胡一個“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

2、60分鐘，發(fā)出一個“時脈沖”信號，該信號將被送到“時計數(shù)器”?！皶r計數(shù)器”采用24進制計時器，可實現(xiàn)對一天24小時的累計。譯碼顯示電路將“時”、“分”、“秒”計數(shù)器的輸出狀態(tài)菁七段顯示譯碼器譯碼，通過LED顯示器顯示出來。整點報時電路時根據(jù)計時系統(tǒng)的輸出狀態(tài)產(chǎn)生一脈沖信號，控制信號燈亮滅周期。由于計數(shù)的起始時間不可能與標準時間（如北京時間）一致，故需要在電路上加一個校時電路，同時標準的1HZ時間信號必須做到準確穩(wěn)定。通常使用石英晶體振蕩器電路構(gòu)成數(shù)字鐘。校時電路時用來對“時”、“分”、“秒”顯示數(shù)字進行校對調(diào)整的。數(shù)字鐘實際上是一個對標準頻率（1HZ）進行計數(shù)的計數(shù)電路。數(shù)字電子鐘的總體框圖如

3、下圖所示。系統(tǒng)框圖：2、單元電路設(shè)計方案：1）振蕩器和分頻器振蕩器的作用是產(chǎn)生時間標準信號。數(shù)字鐘的精度就是主要取決于時間標準信的頻率和穩(wěn)定度。所以，在實驗中采用脈沖信號作為時間標準信號源。2）計數(shù)器根據(jù)計數(shù)周期分別組成兩個60進制（秒、分）和一個24進制（時）的計數(shù)器。把它們適當連接構(gòu)成秒、分、時的計數(shù)，(分計數(shù)器中分的個位和十位計數(shù)單元的狀態(tài)轉(zhuǎn)換和秒計數(shù)器中的是一樣的，只是它要把進位信號傳輸給時的個位計數(shù)單元。) 實現(xiàn)計時功能。1 六十進制計數(shù)由分頻器來的秒脈沖信號，首先送到“秒”計數(shù)器進行累加計數(shù)，秒計數(shù)器應(yīng)完成一分鐘之內(nèi)秒數(shù)目的累加，并達到60秒時產(chǎn)生一個進位信號，所以，選用兩片74L

4、S90組成六十進制計數(shù)器，采用反饋歸零的方法來實現(xiàn)六十進制計數(shù)。其中，“秒”十位是六進制，“秒”個位是十進制。秒的個位計數(shù)單元為10進制計數(shù)器，當QDQCQBQA變成1010時，通過與非門把它的清零端變成0，計數(shù)器的輸出被置零，跳過1011到1111的狀態(tài)，又從0000開始，如此重復(fù)。秒的十為計數(shù)單元為6進制，當QDQCQBQA變成0101時，通過與非門把它的清零端變成0，計數(shù)器的輸出被置零，跳過0110到1111的狀態(tài)，又從0000開始，如此就是60進制。同時秒十位上的0101時，要把進位信號傳輸給“分”個位的計數(shù)單元。 如圖所示 六十進制電路圖2 二十四進制計數(shù)當“時”十位的QDQCBA為

5、0000或0001時，“時”的個位計數(shù)單元是十進制計數(shù)器，當他的QDQCQBQA到1010時，通過與非門使得個位74LS90上的清零端為0，則計數(shù)器的輸出直接置零，從0000有開始。當十位的QDQCQBQA為0010時，通過與非門使得該74LS90的清零端為0，“時”的十位有重新從0000開始，此時的個位計數(shù)單元變成4進制，即當個位計數(shù)單元的QDQCQBQA為0100時，就要又從0000開始計數(shù)。這樣就實現(xiàn)了“時”24進制的計數(shù) 二十四進制電路圖3 計數(shù)器的組間級聯(lián)秒計數(shù)器與分計數(shù)器的級聯(lián)：“秒”十位的QC接“分”個位的輸入A，74LS90是下降沿觸發(fā)的，當“秒”十位的QC從1變成0時，“分”

6、的個位觸發(fā)，進行計數(shù)。分計數(shù)器與時計數(shù)器的級聯(lián)：“分”十位的QC接“時”個位的輸入A，74LS90是下降沿觸發(fā)的，當“分”十位的QC從1變成0時，“時”的個位觸發(fā)，進行計數(shù)。當加上校時電路時，因為有兩個輸入給同一個A，則這時需要用到或門。級聯(lián)電路圖如下。 計數(shù)器的組間級聯(lián)3）譯碼器和數(shù)碼顯示電路譯碼和數(shù)碼顯示電路是將數(shù)字鐘的計時狀態(tài)直觀清晰地反映出來?？杀蝗藗兊囊曈X器官所接受。顯示器件選用LED七段數(shù)碼管。在譯碼顯示電路輸出信號的驅(qū)動下，顯示出清晰直觀的數(shù)字符號。在實驗中，可以直接連接數(shù)字電路實驗箱的數(shù)碼管部分。4）校時電路數(shù)字鐘電路由于秒信號的精確性和穩(wěn)定性不可能做到完全準確無誤，又因為電路

7、中其他的原因數(shù)字鐘總會產(chǎn)生走時誤差的現(xiàn)象。所以，電路中就應(yīng)該有校準時間功能的電路。當數(shù)字鐘走時出現(xiàn)誤差時，需要校正時間。校時電路實現(xiàn)對“時”“分”“秒”的校準。在電路中設(shè)有正常計時和校對位置。本實驗實現(xiàn)“時”“分”的校對。對校時的要求是，在小時校正時不影響分和秒的正常計數(shù)；在分校正時不影響秒和小時的正常計數(shù)。需要注意的時，校時電路是由與非門構(gòu)成的組合邏輯電路，開關(guān)S1或S2為“0”或“1”時，可能會產(chǎn)生抖動，為防止這一情況的發(fā)生我在原本接校時脈沖的端口接到了實驗裝置的“單次脈沖”端口，這樣既時限內(nèi)了防抖動，又可以利用手動操作來完成校時。校時電路入校所示：5）報時電路當數(shù)字鐘顯示整點時，應(yīng)能報時

8、。要求當數(shù)字鐘的“分”和“秒”計數(shù)器計到59分50秒時，要求每隔兩秒報一次時，正好實現(xiàn)報整點。通過蜂鳴器，觸發(fā)器，邏輯門組成的正點報時電路來報時。整點報時電路時根據(jù)計時系統(tǒng)的輸出狀態(tài)產(chǎn)生一脈沖信號，然后去觸發(fā)一音頻發(fā)生器實現(xiàn)報時。當計數(shù)器達到59分50秒時，分、秒計數(shù)器的狀態(tài)為：QD4QC4QB4QA4=0101（分十位） QD3QC3QB3QA3=1001（分個位）QD2QC2QB2QA2=0101（秒十位） QD1QC1QB1QA1=0000（秒個位）前四聲計數(shù)器狀態(tài)發(fā)生在59分52秒，54秒，56秒，58秒之間。因此，只有秒個位的狀態(tài)發(fā)生變化，而其他計數(shù)器的狀態(tài)無需變化，所以可保持不變。

9、而52秒、54秒、56秒、58秒時的秒計數(shù)器個位狀態(tài)分別為QD1QC1QB1QA1=0010（52秒） QD1QC1QB1QA1=0100（54秒）QD1QC1QB1QA1=0110（56秒） QD1QC1QB1QA1=1000（58秒）最后一聲的各計數(shù)器狀態(tài)分別如下：QD4QC4QB4QA4=0000（分十位） QD3QC3QB3QA3=0000（分個位）QD2QC2QB2QA2=0000（秒十位） QD1QC1QB1QA1=0000（秒個位）所以，實驗中，通過與非門將分十位的QC,QA分個位的QD,QA，秒十位的QC,QA接入與非門，秒個位也按照上述計數(shù)狀態(tài)接入與非門，將與非門的全部輸出接

10、到與門的輸入，將與門的輸出接到數(shù)字電路實驗箱的邏輯電平顯示，實現(xiàn)整點的時候信號燈發(fā)亮。6）清零電路7） 完整的電路原理圖2、 組裝調(diào)試1） 使用的主要儀器1) 74LS90 6片2) 74LS20 1片3) 74LS00 3片4) 74LS08 2片5) 74LS04 1片2） 調(diào)試電路方法和技巧組裝電子鐘，注意，器件管腳的連接一定要準確，“懸空端”、“清0端”、“置1端”要正確處理，先測試芯片，導(dǎo)線是否正常，然后分塊連接調(diào)試，最后整機調(diào)試，調(diào)試具體步驟和方法如下：（1）可以先將系統(tǒng)劃分為振蕩器、計數(shù)器、分頻器、譯碼顯示等部分，對它們分別進行設(shè)計與調(diào)試，最后聯(lián)機統(tǒng)調(diào)。（2）各部件設(shè)計安裝完畢后

11、，觀察輸出頻率是否正確。（3）將脈沖信號送入計數(shù)器，觀察是否達到設(shè)計要求。（4）將頻率為1Hz的標準秒脈沖信號分別送入“時“分”、“秒”計數(shù)器，檢查各級計數(shù)器的工作狀況。（5）連接顯示器的輸入端，檢查數(shù)碼顯示是否正確。各部件調(diào)試正常后，進行組裝聯(lián)調(diào)，檢查校準電路是否可以實現(xiàn)校時，最后對系統(tǒng)進行微調(diào)。（6）調(diào)試過程中若發(fā)現(xiàn)故障，仔細檢查并處理故障（7）調(diào)試正常后，觀察電子鐘是否正常地工作。3） 運行結(jié)果與設(shè)計要求的比較由于仿真圖中電路連接與實際中在實驗電路箱是存在差入，如將報時電路中的蜂鳴器改為了實驗箱上的信號燈，校時電路也未能做到設(shè)計中的防止開關(guān)閉合時電路產(chǎn)生的抖動，基本上運行結(jié)果與設(shè)計要求相

12、符合，完成了顯示23小時59分59秒，整點報時，手動校時的功能。4） 調(diào)試中出現(xiàn)的故障原因及排除方法線路雖然簡單，但連接得導(dǎo)線很多，導(dǎo)致接線接錯位置出現(xiàn)問題。出現(xiàn)故障時，先用邏輯筆檢查器件和導(dǎo)線是否正常工作，然后對照實驗電路圖，耐心的找出錯誤，及時調(diào)節(jié)。如在實驗過程中，連接小時計數(shù)器時，只連接了分時位的進位，忘記了本位的至零，此時自己已經(jīng)比較迷糊，用邏輯筆也未查到錯誤，在同組人xxx的幫助下，一起找到了問題，及時修改了過來。在做校時電路時，對分進行校時時，錯誤的接入兩個信號脈沖，發(fā)生了短路，（來自電路本身的，校時電路的）在老師的幫助下及時修改過來。3、 設(shè)計總結(jié) 課題核心價值：課程設(shè)計是學(xué)生即

13、將完成本課程的一個重要環(huán)節(jié)，它既是對本門所學(xué)知識的全面總結(jié)和綜合應(yīng)用，又為今后走向社會的實際操作應(yīng)用鑄就了一個良好的開端。我們學(xué)習(xí)了數(shù)字電子電路和模擬電子電路，對電子技術(shù)有了一些初步了解，但那都是一些理論的東西。通過這次數(shù)字電子鐘的課程設(shè)計，我們才把學(xué)到的東西與實踐相結(jié)合。從中對我們學(xué)的知識有了更進一步的理解。 心得體會：在此次的數(shù)字時鐘設(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。也鍛煉了自己獨立思考問題的能力和通過查看相關(guān)資料來解決問題的習(xí)慣。雖然這只是一次簡單的課程設(shè)計，但通過這次課程設(shè)計我們了解了課程設(shè)計的一般步驟，和設(shè)計中應(yīng)注意的問題。設(shè)計本身并不

14、是有很重要的意義，而是我們對待問題時的態(tài)度和處理事情的能力。各個芯片能夠完成什么樣的功能，使用芯片時應(yīng)該注意那些要點。同一個電路可以用那些芯片實現(xiàn)，各個芯片實現(xiàn)同一個功能的區(qū)別。另外，我們設(shè)計要從市場需求出發(fā)，既要有強大的功能，又要在價格方面比同等檔次的便宜。同時對普通計數(shù)器如何構(gòu)成n進制計數(shù)器有了更深的了解和掌握，對自我的實際操作能力也有了很高的提升。 此次的電子鐘的設(shè)計，雖然不算復(fù)雜，但也耗費本人很多的精力。開始接觸題目，查找相關(guān)資料，請教老師和同學(xué)，到親手設(shè)計制作，連接電路，都花費我許多的精力，也很感謝老師的耐心解答和指導(dǎo)，感謝同學(xué)的幫助。在整個設(shè)計過程中，自己對數(shù)電理論和實際的應(yīng)用相結(jié)合又有了更深刻的理解，對知識的應(yīng)用有了更深的認識，對自己獨立思考，解決問題的能力有一定的提升。整個過程耗費不少時間和精力，但這些都是值得的。在這次設(shè)計過程中，我也對word、畫圖、EWB等軟件有了更進一步的了解使我在以后的工作中更加得心應(yīng)手。 對本