數(shù)字電子時鐘課程設計報告

1、<p>　　數(shù)字時鐘課程設計報告</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　一．設計的目的、任務和要求……………………………2</p><p>　　二．設計的方案的選擇與論證……………………………4</p><p>　　三．電路的設計……………………………………………5</p>

2、;<p>　?。╝）設計內容……………………………………………5</p><p>　　（b）數(shù)字時鐘結構的設計………………………………5</p><p>　?。╟）設計步驟……………………………………………6</p><p>　　1.時鐘脈沖發(fā)生器的設計………………………6</p><p>　　2.時分秒計數(shù)電路的設計……………

3、…………8</p><p>　　3.計數(shù)器的組間級聯(lián)設計………………………13</p><p>　　4.校準電路的設計………………………………15四. 電路的仿真與調試……………………………………17</p><p>　　五．總結及心得……………………………………………19</p><p>　　六．附錄……………………………………………………

4、21</p><p>　　七．參考文獻………………………………………………22</p><p>　　一、設計的目的、任務和要求</p><p><b>　　設計目的</b></p><p>　　電子技術（數(shù)字）課程設計是電子技術基礎課程的實踐性教學環(huán)節(jié)，通過該教學環(huán)節(jié)，要求達到以下目的：</p><p

5、>　　使學生進一步掌握數(shù)字電子技術的理論知識，培養(yǎng)學生工程設計能力和綜合分析問題、解決問題的能力；</p><p>　　使學生基本掌握常用電子電路的一般設計方法，提高電子電路的設計和實驗能力；</p><p>　　熟悉并學會選用電子元器件，為以后從事生產(chǎn)和科研工作打下一定的基礎。</p><p><b>　?。ǘ┰O計任務</b><

6、/p><p>　　1．顯示時、分、秒。</p><p>　　2，可以24小時制或12小時制。</p><p>　　3．具有校時功能，分別對小時和分鐘單獨校時，對分鐘校時的時候，最大分鐘不向小時進位。校時時鐘源可以手動輸入或借用電路中的時鐘。</p><p>　　4．為了保證計時準確、穩(wěn)定，由晶體振蕩器提供標準時間的基準信號。</p>

7、<p><b>　?。ㄈ┰O計要求</b></p><p>　　1.設計時綜合考慮實用、經(jīng)濟并滿足性能指標要求；</p><p>　　2.必須獨立完成設計課題；</p><p><b>　　3.合理選用原件；</b></p><p>　　4.按時完成設計任務并提交設計報告。</p&

8、gt;<p>　　二、設計的方案的選擇與論證</p><p>　　考慮到實用、經(jīng)濟和性能指標的滿足，運用CB555，74LS160, CC4011,電阻，電容等器件經(jīng)行電子時鐘電路的計數(shù)及校準功能的設計。運用CB555與電阻電容組合連接成一個周期為一秒的多諧振蕩器，用與非門的組合連接成校準電路對電子時鐘進行校對。在連接計算器電路時可以用整體置零法和整體置數(shù)法。本實驗電路采用整體置零法.總體電路是由各

9、功能電路或單元電路組成的。數(shù)字電子鐘是由振蕩電路、時間計數(shù)電路、數(shù)碼顯示電路和校時電路組成。</p><p><b>　　電路的設計</b></p><p><b>　?。╝）設計內容</b></p><p>　　運用CB555定時器，電阻，電容設計一個多謝振蕩器，用多片74LS160、多片顯示譯碼器、與非門的組合設計時、

10、分、秒計數(shù)器，用于非門的組合連接校準電路。用兩片74LS160級聯(lián)構成60進制計數(shù)器，用來計“秒”，其CP輸入信號為秒脈沖；另兩片74LS160級聯(lián)構成60進制計數(shù)器，用來計“分”，其CP輸入為“秒”變?yōu)?時產(chǎn)生的一個下降沿信號；還有兩片74LS90級聯(lián)構成24進制計數(shù)器，用來計“時”，其CP輸入為“分”變0時產(chǎn)生的一個下降沿信號。這樣六片74LS160實現(xiàn)了數(shù)字鐘的計時功能。它們的輸出用六片數(shù)碼顯示管顯示。</p>&l

11、t;p>　?。╞）數(shù)字時鐘主要由以下幾個部分組成：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，清零電路組成。</p><p>　　電路設計結構圖如圖一所示。</p><p>　　圖一 電路設計結構圖</p><p><b>　?。╟）設計步驟</b></p><p><b>　　設計時鐘脈沖

12、發(fā)生器</b></p><p>　　石英晶體振蕩器的特點是振蕩頻率準確、電路結構簡單、頻率易調整。它還具有壓電效應，在晶體某一方向加一電場，則在與此垂直的方向產(chǎn)生機械振動，有了機械振動，就會在相應的垂直面上產(chǎn)生電場，從而機械振動和電場互為因果，這種循環(huán)過程一直持續(xù)到晶體的機械強度限止時，才達到最后穩(wěn)定。這用壓電諧振的頻率即為晶體振蕩器的固有頻率。</p><p>　　一般來說，

13、振蕩器的頻率越高，計時精度越高，但耗電量將增大。如果精度要求不高也可以采用由集成電路定時器555與RC組成的多諧振蕩器。根據(jù)理論知識運用，運用CB555定時器與電阻電容組合設計多諧振蕩器的振蕩器的周期為1秒，即周期T=1，</p><p>　　根據(jù)理論知識得，多諧振蕩器周期的計算公式為：T=，多諧振蕩器頻率的計算公式為：，占空比的計算公式為：,通過以上公式計算多諧振蕩器的周期頻率的大小跟外接電阻的阻值。運用CB

14、555定時器設計多諧振蕩器，由CB555定時器的參數(shù)特性可知，當電源電壓為5V時，在100mA的輸出電流下輸出電壓的典型值為3.3V，所以取VCC=5V時可以滿足對輸出周期為一秒的脈沖信號的要求。</p><p>　　令占空比q=2／3，C=10uF時，得=，則</p><p><b>　　，</b></p><p><b>　　即3

15、C=1，則</b></p><p><b>　　。</b></p><p>　　通過計算得電阻R=48K，電容C=10uF，因兩個電阻的大小相等，所以取兩只阻值為47K的電阻和一個阻值為2K的電位器串聯(lián)，得到設計電路，如圖二所示。</p><p>　　圖二 時鐘脈沖發(fā)生器</p><p><b>

16、;　　設計時分秒計數(shù)電路</b></p><p><b>　　秒計數(shù)器的設計</b></p><p>　　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?、“分”計數(shù)器為60進制，小時為24進制。</p><p><b>　　60進制計數(shù)器</b></

17、p><p>　　數(shù)字鐘的“分”和“秒”計數(shù)器均為模60的計數(shù)器，它們的個位都是十進制計數(shù)器，而十位則是六進制計數(shù)器，其計數(shù)規(guī)律為：</p><p>　　要想實現(xiàn)計數(shù)功能，可以選用74LS90芯片級聯(lián)組成模數(shù)為60的計數(shù)器，也可以用4518雙重BCD加法計數(shù)器芯片，采用反饋歸零法實現(xiàn)秒60進制，還可以用74LS160十進制芯片來實現(xiàn)。若選用74LS90級聯(lián)的話，只要一級出現(xiàn)問題，則整個計數(shù)功能模

18、塊都會受到影響，從而使計數(shù)出現(xiàn)問題。所以，綜合考慮，選用74LS160十進制芯片，它不僅造價便宜，使用普遍，而且使用方便。其管腳圖如圖三所示。</p><p>　　圖三 74LS160的管腳圖</p><p>　　秒計數(shù)器的設計電路如圖四所示。</p><p>　　圖四 秒計數(shù)器的設計電路圖</p><p><b>　　分計數(shù)器的

19、設計</b></p><p>　　同樣通過整體置數(shù)法運用兩片74LS160、與非門和兩片顯示譯碼器連接成60進制的計數(shù)器作為分的計數(shù)電路。兩個芯片的復位端CLR和分個位芯片的工作狀態(tài)控制端ENP、ENT接高電平，分十位芯片的工作狀態(tài)控制端ENP、ENT接分個位芯片的進位輸出端。</p><p>　　分個位計數(shù)單元為10進制計數(shù)器，無需進制轉換，當QDQCQBQA變成1001時，

20、通過與非門把它接回到置數(shù)端，計數(shù)器的輸入置為0000，使計數(shù)器又從0000開始，如此重復。</p><p>　　分十位計數(shù)單元為6進制，當QDQCQBQA變成0101時，通過與非門把它接回置數(shù)端，計數(shù)器的輸入置為0000，計數(shù)器又從0000開始，如此重復，十位和個位合起來就是60進制。同時兩個分計數(shù)芯片的脈沖輸入端接秒計數(shù)器的進位輸出端，當各個芯片開始工作時，秒計數(shù)器的進位輸出端給分計數(shù)器的兩片分計數(shù)芯片的輸入高

21、電平脈沖，使分計數(shù)器開始計數(shù)，當分計數(shù)器的輸出為59狀態(tài)時使兩個芯片的置數(shù)端工作，進行置數(shù)，同時分十位上的進位信號傳輸給“時”個位的計數(shù)單元。分計數(shù)器的設計電路如圖五所示。</p><p>　　圖五 分計數(shù)器的設計電路</p><p><b>　　時計數(shù)器的設計</b></p><p>　　時計數(shù)單元為24進制計數(shù)器，其輸出為8421BCD碼。

22、同樣采用十進制計數(shù)器74160N來實現(xiàn)時間計數(shù)單元的計數(shù)功能。</p><p>　　數(shù)字鐘的“時”計數(shù)器為模24的計數(shù)器，它的個位是四進制計數(shù)器，而十位則是二進制計數(shù)器，其計數(shù)規(guī)律為： </p><p>　　即當數(shù)字時鐘運行到“23時59分59秒”時計數(shù)器再加一個秒脈沖時數(shù)字鐘自動運行到“00時00分00秒”，實現(xiàn)日常生活的24小時計數(shù)制。計數(shù)功能的原理，由振蕩器給秒個位每秒送一個

23、脈沖，當個位由0循環(huán)到9時，個位向十位送一個脈沖，這樣依次的，就可以完成計數(shù)的功能。時計數(shù)器的設計電路如圖六所示。</p><p>　　圖六 時計數(shù)器的設計電路</p><p>　　3.計數(shù)器的組間級聯(lián)問題</p><p>　　“秒”的脈沖輸入端接校準電路的輸出，“秒”個位的進位輸出端接“秒”十位的工作狀態(tài)控制端，“秒”的進位輸出接“分”的兩個芯片的脈沖輸入端，“分

24、”的個位進位輸出端接“分”十位工作狀態(tài)控制端，“分”的進位輸出端接“時”的兩個芯片的脈沖輸入端，“時”個位進位輸出端就“時”十位的工作狀態(tài)控制端，“時”“分”“秒”的復位端都接高電平，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)器為六十進制，小時為二十四進制。電路如圖七所示。</p><p>　　圖七 計數(shù)器的組間級聯(lián)電路圖</p&g

25、t;<p><b>　　4.設計校準電路</b></p><p>　　在實際生活當中，由于各種各樣的原因，可能會使數(shù)字鐘計時不準。當數(shù)字鐘計時出現(xiàn)誤差時，必須對時間進行校正，通常稱為“校時”。校時是數(shù)字鐘應該具備的基本功能，要求能對時和分進行校對。</p><p>　　對校時電路的設計要求是，在進行小時校正時不影響分和秒計數(shù)器的正常計數(shù)；同理，進行分校正

26、時不影響秒計數(shù)器的正常計數(shù)。這時就要進行手動或者自動的校準。若采用自動校準，由于脈沖一直存在，所以校準的時候會帶來不便。因此，本次設計采用手動校準。校時脈沖即為秒進位脈沖或分進位脈沖。圖7所示電路為?！皶r”、?！胺帧彪娐?。其中J1為?！胺帧庇玫目刂崎_關，J2為?！皶r”用的控制開關，J3為總的校時開關。其中，當總校時開關打到校準檔時就進行手動校時。校準時開關接5V的直流電源，輸入為高電平。經(jīng)過一個反相器輸出低電平。輸入的信號經(jīng)過三個與非門

27、低電平0，送到分計數(shù)器的個位計數(shù)器，就可以進行校分。同理也可以進行校時。設計的校準電路如圖八所示。</p><p>　　圖八 校準電路的設計電路圖</p><p>　　四、電路的仿真與調試</p><p>　　（1）可以先將系統(tǒng)劃分為多諧振蕩器、計數(shù)器、校準電路、譯碼顯示等部分，對它們分別進行設計與調試，最后聯(lián)機統(tǒng)調。</p><p>　?。?/p>

28、2）各部件調試完畢后，用示波器或頻率計觀察石英晶體振蕩器的輸出頻率</p><p>　?。?）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。</p><p>　?。?）各部件調試正常后，進行組裝聯(lián)調，檢查校準電路是否可以實現(xiàn)快速校時，最后對系統(tǒng)進行微調。</p><p>　?。?）仿真調試完畢后得電子時鐘總電路，如圖九所示

29、。</p><p>　　圖九 電子時鐘電路圖</p><p><b>　　總結及心得</b></p><p>　　大三我們已經(jīng)學習了數(shù)字電子電路和模擬電子電路，對電子技術有了一些初步了解，但那都是一些理論的東西。通過這次對數(shù)字鐘的設計與制作，讓我們了解了電路的設計程序，也對數(shù)字鐘的原理與設計理念有了一定的了解。我們知道了如何設計出1HZ的信號，

30、也對時分秒的設計有了一定的了解，并且知道在實際電路一般步驟為由數(shù)字鐘系統(tǒng)組成框圖按照信號的流向分級安裝，逐級級聯(lián)，這里的每一級是指組成數(shù)字鐘的各功能電路。</p><p>　　同時，在此次的數(shù)字鐘設計過程中，我們更進一步地熟悉了芯片的結構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資料來解決問題的習慣。雖然這只是一次簡單的課程設計，但通過這次課程設計我們了解了課程設計的

31、一般步驟，和設計中應注意的問題。此外，我們也深刻地體會到設計一個電路前先進行仿真的重要性，更深有體會，通過仿真可以對自己設計得電路進行逐級排查和調試，找出電路中問題的所在，及時糾正自己的錯誤。</p><p>　　回顧這次的課程設計，讓我感慨頗多，從選題到定稿，從理論到實踐，在這過程中我學到很多很多的東西，而且鞏固了以前所學過的知識，學到了很多在書本上所沒有學到過的知識。通過這次課程設計使我懂得了理論與實際相結合

32、是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結合起來，從理論中得出結論，才能真正為社會服務，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在設計的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，在設計和調試中出現(xiàn)了許多問題，同時也發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對以前所學過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。在以后的學習過程中，我會做到對所學的知識深入理解，加強鞏固，做到理論和實際緊密結合。</p><p>　　

33、總的來說，我們在這次課程設計中加強了理論知識的學習和提高了動手能力和思考能力以及分析問題，解決問題的能力。同時也提高了自己的團隊協(xié)作能力，為以后的學習工作打下一定的基礎。</p><p><b>　　附錄</b></p><p>　　74LS160 555定時器</p><p>　　顯示譯碼器 </p&g

34、t;<p>　　與非門 非門 </p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]彭介華.電子技術課程設計指導.北京：高等教育出版社</p><p>　　[2]孫梅生，李美鶯，徐振英. 電子技術基礎課程設計. 北京：高等教育出版社</p><