【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 打下良好基礎(chǔ)。機(jī)電學(xué)院 郭偉鑫2014年6月23日第四篇：數(shù)電電子時(shí)鐘課程設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)課程設(shè)計(jì)報(bào)告題目：數(shù)字電子鐘課程設(shè)計(jì)系別電氣工程系專(zhuān)業(yè)班級(jí)電氣班學(xué)生姓名指導(dǎo)教師提交日期2011年X月X日一、設(shè)計(jì)目的3二、設(shè)計(jì)要求和設(shè)計(jì)指標(biāo)三、設(shè)計(jì)內(nèi)容四、本設(shè)計(jì)改進(jìn)建議五、感想六、主要參考文獻(xiàn)附錄一、設(shè)計(jì)目的數(shù)字鐘是一種用數(shù)字電路技術(shù)實(shí)現(xiàn)時(shí)、分、秒計(jì)時(shí)的裝置，與機(jī)械式時(shí)鐘相比具有更高的準(zhǔn)確性和直觀性，且無(wú)機(jī)械裝置，具有更更長(zhǎng)的使用壽命，因此得到了廣泛的使用。數(shù)字鐘從原理上講是一種典型的數(shù)字電路，其中包括了組合邏輯電路和時(shí)序電路。因此，我們此次設(shè)計(jì)與制做數(shù)字鐘就是為了了解數(shù)字鐘的原理。二、設(shè)計(jì)要求和設(shè)計(jì)指標(biāo)設(shè)計(jì)一個(gè)能顯示時(shí)、分、秒的數(shù)字鐘，顯示時(shí)間從00：00：00到23：59：59設(shè)計(jì)的電路包括產(chǎn)生時(shí)基信號(hào)，時(shí)、分、秒的計(jì)時(shí)電路，顯示電路。擴(kuò)展功能：能實(shí)現(xiàn)校時(shí)、教分、教秒；整點(diǎn)報(bào)時(shí)。三、設(shè)計(jì)內(nèi)容數(shù)字電子技術(shù)的復(fù)雜性和靈活性決定了數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)方案有多種，如下是我總結(jié)的部分方案。方案一：脈沖信號(hào)源的選擇。用555定時(shí)器制作的多諧振蕩器，信號(hào)發(fā)生器，脈沖芯片等方式都可以作為脈沖信號(hào)源，在此我選擇的是多諧振蕩器，主要考慮的是它的易于制作和很好的穩(wěn)定性。方案二：時(shí)分秒計(jì)數(shù)器的選擇。時(shí)分秒計(jì)數(shù)器的選擇同樣有多種，74160N和74161N都是不錯(cuò)的選擇，74LS160和74LS161,74LS190和74LS191等等也都可以，考慮到其簡(jiǎn)單易用和作為課本上重點(diǎn)內(nèi)容在此我們選擇的是74160N。方案三：譯碼顯示器的選擇。DCD_HEX或7448加上SEVEN_SEG_COM_K等也是多種方案，這里我選擇的是DCD_HEX。要想構(gòu)成數(shù)字鐘，首先應(yīng)選擇一個(gè)脈沖源——能自動(dòng)地產(chǎn)生穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間脈沖信號(hào)。而脈沖源產(chǎn)生的脈沖信號(hào)地頻率較高，因此，需要進(jìn)行分頻，使得高頻脈沖信號(hào)變成適合于計(jì)時(shí)的低頻脈沖信號(hào)，即“秒脈沖信號(hào)”（頻率為1Hz）。經(jīng)過(guò)分頻器輸出的秒脈沖信號(hào)到計(jì)數(shù)器中進(jìn)行計(jì)數(shù)。由于計(jì)時(shí)的規(guī)律是：60秒=1分，60分=1小時(shí)，24小時(shí)=1天，就需要分別設(shè)計(jì)60進(jìn)制，24進(jìn)制計(jì)數(shù)器，并發(fā)出驅(qū)動(dòng)信號(hào)。各計(jì)數(shù)器輸出信號(hào)經(jīng)譯碼器、驅(qū)動(dòng)器到數(shù)字顯示器，是“時(shí)”、“分”、“秒”得以數(shù)字顯示出來(lái)。圖22圖231晶體振蕩器是電子鐘的核心，晶體振蕩器設(shè)計(jì)的質(zhì)量直接影響了整個(gè)電的好壞。這里我用555定時(shí)器制作了一個(gè)多諧振蕩器。其中R1=kΩ,R1=kΩ,C=100nF,Cf=10nF,f=1/(Rw+2R)C=1/[(+2*)*103*100*109]≈50Hz。其產(chǎn)生的頻率為50Hz,然后經(jīng)過(guò)整形、分頻獲得1Hz的秒脈沖。如圖：圖232分頻器是由兩個(gè)74160N組成的50進(jìn)制計(jì)數(shù)器。則輸出端的頻率則是將原來(lái)的50Hz分成1Hz的頻率輸出，實(shí)現(xiàn)分頻效果。圖233時(shí)間計(jì)數(shù)電路由秒個(gè)位和秒十位計(jì)數(shù)器、分個(gè)位和分十位計(jì)數(shù)器、時(shí)個(gè)位和時(shí)十位計(jì)數(shù)器電路構(gòu)成，其中秒個(gè)位和秒十位計(jì)數(shù)器、分個(gè)位和分十位計(jì)數(shù)器為60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，時(shí)個(gè)位和時(shí)十位計(jì)數(shù)器為24進(jìn)制計(jì)數(shù)器，其原理圖如下：圖234數(shù)碼管通常有發(fā)光二極管（LED）數(shù)碼管和液晶（LCD）數(shù)碼管，本設(shè)計(jì)提供的為L(zhǎng)ED數(shù)碼管DCD_HEX，其已內(nèi)含譯碼器功能，所以不用再另加譯碼器。圖235該揚(yáng)聲器的額定頻率為200Hz，額定電壓為3V。圖236元件名稱(chēng)數(shù)量(個(gè))DCD_HEX74160N555_VIRTUAL4049BT_5V74LS00D5V直流電源BUZZER100nF電容10nF電容導(dǎo)線若干表24下圖為仿真結(jié)果，仿真開(kāi)始時(shí)，多諧振蕩器產(chǎn)生50Hz的正弦脈沖信號(hào)，然后經(jīng)過(guò)分頻器后其輸出的頻率變?yōu)?Hz。計(jì)數(shù)器接收到脈沖信號(hào)后開(kāi)始計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)結(jié)果顯示在數(shù)碼管上。當(dāng)分秒計(jì)數(shù)器達(dá)到59分59秒，然后再來(lái)一個(gè)脈沖信號(hào)時(shí)揚(yáng)聲器開(kāi)始發(fā)聲，也就是整點(diǎn)報(bào)時(shí)。下面為其中的一張仿真圖。圖31四、本設(shè)計(jì)改進(jìn)建議應(yīng)選用石英晶體振蕩器，為了簡(jiǎn)化電路分頻選用CD4040。本設(shè)計(jì)校時(shí)電路是將各個(gè)位上的使能端引出接一個(gè)單刀雙擲開(kāi)關(guān)，一端（1端）接低位的進(jìn)位信號(hào)，另一端（2端）接校時(shí)電路。校正某位上的時(shí)間時(shí)，可以將相應(yīng)位的開(kāi)關(guān)接到2端，通過(guò)撥動(dòng)校時(shí)電路就能實(shí)現(xiàn)校時(shí)功能。沒(méi)有校時(shí)電路。五、感想（1）布局設(shè)計(jì)：要先根據(jù)主體電路圖和擴(kuò)展電路圖想象各個(gè)元件的分布位置，哪塊電路板該放哪些元件，如何最大限度利用電路板的空間，怎么樣才能使走線明朗、簡(jiǎn)潔。（2）布線工藝：一開(kāi)始看到電線像蜘蛛網(wǎng)一樣，密密麻麻的，非常難看懂和檢查，后來(lái)看了預(yù)先設(shè)計(jì)的線路，而且用各種顏色的導(dǎo)線區(qū)分，顯得明朗清晰。（3）課題核心及使用價(jià)值：該課題用一個(gè)生活中的實(shí)力展示了振蕩電路、計(jì)數(shù)電路、譯碼電路的作用與銜接過(guò)程，揭示了電子鐘內(nèi)部電路圖及其各部分的作用。我們通過(guò)此課題，結(jié)合上學(xué)期學(xué)習(xí)的模擬電子、數(shù)字電子技術(shù)的理論課知識(shí)，可以系統(tǒng)地學(xué)習(xí)電子設(shè)計(jì)與測(cè)試的流程、方法、原理，為我們以后設(shè)計(jì)更加專(zhuān)業(yè)、復(fù)雜的集成電路打下雄厚的基礎(chǔ)。六、主要參考文獻(xiàn)[1]清華大學(xué)電子學(xué)教研組編，童詩(shī)白、華成英主編：《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》[M].（第四版）.北京：高等教育出版社,（2009重?。2]華中工學(xué)院電子學(xué)教研室編，康華光主編：《電子基礎(chǔ)——數(shù)字部分》[M].（第四版）.北京:高等教育出版社，1988年[3]清華大學(xué)電子學(xué)教研組編，閻石主編：《數(shù)學(xué)電子技術(shù)基礎(chǔ)》[M].（第五版).北京：高等教育出版社，（2008年重?。4]遼寧工程技術(shù)大學(xué)電工與電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)中心組編，馬玉芳、樸忠學(xué)、張國(guó)軍主編：《電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)》，[5]朱清慧、張鳳蕊、翟天蒿、王志奎編著：《Proteus教程——電子線路設(shè)計(jì)、制版與仿真》[M].北京：清華大學(xué)教育出版社，[6]熊幸明主編：《電子電工技能訓(xùn)練》[M].北京:電子工業(yè)出版社，2005年華nan理工大學(xué)guang州學(xué)院附錄第五篇：數(shù)字電子時(shí)鐘課程設(shè)計(jì)2數(shù)字電子時(shí)鐘課程設(shè)計(jì)題目：數(shù)字電子時(shí)鐘課程設(shè)計(jì)目錄一、設(shè)計(jì)任務(wù)及設(shè)計(jì)要求…………………………………………（3）二、設(shè)計(jì)方案論證…………………………..………….（3） 三、單元電路設(shè)計(jì)…………………………………………………（4） ………………………………………………………（4）、分、時(shí)計(jì)數(shù)器…………………………………………（5）……………….（6）……………………………………………………（7）…………………………………………………（9）四、總體電路設(shè)計(jì)及原理………………………………………（13）五、元器件明細(xì)表………………………………………………（10）六、心得體會(huì)……………………………………………………（11）七、參考文獻(xiàn)……………………………………………………（11）一、設(shè)計(jì)任務(wù)及設(shè)計(jì)要求 數(shù)字電子鐘的邏輯電路 （1）由晶振電路產(chǎn)生1HZ的校準(zhǔn)秒信號(hào)。（2）設(shè)計(jì)一個(gè)有“時(shí)”、“分”、“秒”（23小時(shí)59分59秒）顯示切且具有校時(shí)、校分、校秒的功。（3）整點(diǎn)報(bào)時(shí)功能。要求整點(diǎn)差10秒開(kāi)始每隔1秒鳴叫一次，共五次，每次持續(xù)時(shí)間為一秒，前五次為500赫茲的聲音，最后依次為1000赫茲的聲音。（4）用中小規(guī)模集成電路組成電子鐘，并在實(shí)驗(yàn)箱上進(jìn)行組裝和調(diào)試。（5）劃出框圖和邏輯電路圖，寫(xiě)出設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)總結(jié)報(bào)告。二、設(shè)計(jì)方案論證數(shù)字鐘原理框圖如圖1所示，電路一般包括以下幾個(gè)部分：振蕩器、分頻器、譯碼顯示電路、時(shí)分秒計(jì)數(shù)器、校時(shí)電路、報(bào)時(shí)電路。圖一對(duì)于各個(gè)部分而言數(shù)字鐘計(jì)時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)應(yīng)該是頻率相當(dāng)穩(wěn)定的1HZ秒脈沖，所以要設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間源。l數(shù)字鐘計(jì)時(shí)周期是24小時(shí)，因此必須設(shè)置24小時(shí)計(jì)數(shù)器，他應(yīng)由模為60的秒計(jì)數(shù)器和分計(jì)數(shù)器及模為24的時(shí)計(jì)數(shù)器組成，秒、分、時(shí)由七段數(shù)碼管顯示。l為使數(shù)字鐘走時(shí)與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間一致，校時(shí)電路是必不可少的。設(shè)計(jì)中采用開(kāi)關(guān)控制校時(shí)直接用秒脈沖先后對(duì)“時(shí)”“分”“秒”計(jì)數(shù)器進(jìn)行校時(shí)操作。l能進(jìn)行整點(diǎn)報(bào)時(shí)。在從59分50秒開(kāi)始，每隔2秒鐘發(fā)出一次低音“嘟”的信號(hào)，連續(xù)五次，最后一次要求最高音“嘀”的信號(hào)，此信號(hào)結(jié)束即達(dá)到正點(diǎn)。l三、單元電路設(shè)計(jì) （1）、振蕩器 振蕩器是計(jì)時(shí)器的核心，其作用是產(chǎn)生一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)頻率的脈沖信號(hào)振蕩頻率的精度和 穩(wěn)定度決定了數(shù)字鐘的質(zhì)量。第一種方 案采用石英晶體振蕩器，如圖二。使用 振蕩頻率為32768HZ的石英晶體和反 向器構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定性極好、精度較高 的時(shí)間信號(hào)源。改變電容C可以圖 二石英晶體振蕩器振蕩器的頻率進(jìn)行微調(diào)，再通過(guò)一個(gè)反相器，輸出32768HZ的方波將此方波的頻率進(jìn)行15次二分頻后，在輸出端剛好可得到頻率為1HZ的脈沖信號(hào)。第二種方案如圖三采用集成電路555定時(shí)器與RC組成的多諧振蕩器。輸出的脈沖頻率為fS=1/[(R1+2R2)C1ln2]=1KHZ，周期T=1/fS=1ms。若參數(shù)選擇：R1=R2=10K歐姆，C1=47uF時(shí)，可以得到秒脈沖信號(hào)。圖三 方波信號(hào)發(fā)生器附555定時(shí)器的功能表 輸出 輸出閥值輸入（v11）觸發(fā)輸入（v12）復(fù)位（RD）輸出（VO）發(fā)電管T 0 0 導(dǎo)通2/3VCC 1/3VCC 1 0 導(dǎo)通 1/3VCC 1 不變 不變（2）秒、分、時(shí)計(jì)數(shù)器U1到U6 六個(gè)74LS161構(gòu)成數(shù)字鐘的秒、分、時(shí)計(jì)數(shù)器。UU2共同構(gòu)成秒計(jì)數(shù)器，它由兩個(gè)74LS161構(gòu)成六十進(jìn)制的計(jì)數(shù)器，如圖四。U1作為秒個(gè)位十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，它的復(fù)位輸入RD、和置位