電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告-數(shù)字時(shí)鐘.doc

1目錄目錄.1前言.2內(nèi)容摘要.2設(shè)計(jì)要求.2第一章方案設(shè)計(jì).3第二章硬件設(shè)計(jì)及仿真.42.1振蕩器的設(shè)計(jì).42.2分頻器的設(shè)計(jì).52.3時(shí)間計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì).62.3.1六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器.62.3.2二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器.82.4譯碼器與顯示器的設(shè)計(jì).92.5校時(shí)電路.9第三章電路的總體設(shè)計(jì).11第四章元器件清單及部分芯片介紹.124.1元器件清單.124.2部分芯片功能介紹.134.2.174LS90N.134.2.2555.14第五章總結(jié).16附錄參考文獻(xiàn).182前言內(nèi)容摘要數(shù)字鐘是一個(gè)將“時(shí)”，“分”，“秒”顯示于人的視覺(jué)器官的計(jì)時(shí)裝置。它的計(jì)時(shí)周期為24小時(shí)，顯示滿刻度為23時(shí)59分59秒。一個(gè)基本的數(shù)字鐘電路主要由秒信號(hào)發(fā)生器、“時(shí)、分、秒、”計(jì)數(shù)器、譯碼器及顯示器組成。由于采用純數(shù)字硬件設(shè)計(jì)制作，與傳統(tǒng)的機(jī)械表相比，它具有走時(shí)準(zhǔn)，顯示直觀，無(wú)機(jī)械傳動(dòng)裝置等特點(diǎn)。本設(shè)計(jì)中的數(shù)字時(shí)鐘采用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)對(duì)“時(shí)”、“分”、“秒”的顯示和調(diào)整。通過(guò)采用各種集成數(shù)字芯片搭建電路來(lái)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。具體用到了555震蕩器，74LS90及與非，異或等門(mén)集成芯片等。該電路具有計(jì)時(shí)和校時(shí)的功能。在對(duì)整個(gè)模塊進(jìn)行分析和畫(huà)出總體電路圖后，對(duì)各模塊進(jìn)行仿真并記錄仿真所觀察到的結(jié)果。實(shí)驗(yàn)證明該設(shè)計(jì)電路基本上能夠符合設(shè)計(jì)要求！設(shè)計(jì)要求（1）、時(shí)鐘的“時(shí)”要求用兩位顯示并用二十四小時(shí)制顯示；（2）、時(shí)鐘的“分”、“秒”要求各用兩位顯示；（3）、整個(gè)系統(tǒng)要有校時(shí)部分（可以手動(dòng)，也可以自動(dòng)），校時(shí)時(shí)不能產(chǎn)生進(jìn)位。3第一章方案設(shè)計(jì)時(shí)顯示器分顯示器秒顯示器時(shí)譯碼器分譯碼器秒譯碼器時(shí)計(jì)數(shù)器分計(jì)數(shù)器秒計(jì)數(shù)器校時(shí)電路振蕩器分頻器圖1-1數(shù)字鐘電路的系統(tǒng)框圖基本時(shí)鐘電路由上圖可以看出，振蕩器產(chǎn)生的信號(hào)經(jīng)過(guò)分頻器作為產(chǎn)生秒脈沖，秒脈沖送入計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)結(jié)果經(jīng)過(guò)“時(shí)”、“分”、“秒”，譯碼器，顯示器顯示時(shí)間。其中振蕩器和分頻器組成標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖信號(hào)發(fā)生器，由不同進(jìn)制的計(jì)數(shù)器，譯碼器和顯示電路組成計(jì)時(shí)系統(tǒng)。秒信號(hào)送入計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，把累計(jì)的結(jié)果以“時(shí)”，“分”、“秒”的數(shù)字顯示出來(lái)?！皶r(shí)”顯示由二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器，譯碼器，顯示器構(gòu)成；“分”、“秒”4顯示分別由六十進(jìn)制的計(jì)數(shù)器，譯碼器，顯示器構(gòu)成；校時(shí)電路實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)，分，秒的校準(zhǔn)。第二章硬件設(shè)計(jì)及仿真2.1振蕩器的設(shè)計(jì)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)字鐘計(jì)時(shí)的準(zhǔn)確程度，通常選用石英晶體構(gòu)成振蕩器電路。一般來(lái)說(shuō)，振蕩器的頻率越高，計(jì)時(shí)器的精度越高。在本設(shè)計(jì)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：接通電源后，電容C1被充電，cv上升，當(dāng)cv上升到大于2/3ccV時(shí)，觸發(fā)器被復(fù)位，放電管T導(dǎo)通，此時(shí)0v為低電平，電容C1通過(guò)2R和5T放電，使cv下降。當(dāng)cv下降到小于1/3ccV時(shí)，觸發(fā)器被復(fù)位，0v反轉(zhuǎn)為高電平。電容器C1放點(diǎn)結(jié)束，所需時(shí)間為：22202/3lnln20.701/3ccPLccVtRCRCRCV當(dāng)C1放點(diǎn)結(jié)束時(shí)，T截止，VCC將通過(guò)R1、R2向電容器C1充電，vC由1/3VCC上升到2/3VCC所需的時(shí)為：1212121/3()ln()ln20.7()2/3ccccPHccccVVtRRCRRCRRC當(dāng)vC上升到2/3VCC時(shí)，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(gè)周期性的方波，其頻率為1211.43(2)PHPLfttRRC本設(shè)計(jì)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.2.2分頻器的設(shè)計(jì)通常，數(shù)字鐘的晶體振蕩器輸出頻率較高，為了得到1z的秒信號(hào)輸入，需要對(duì)振蕩器的輸出信號(hào)進(jìn)行分頻。分頻器的功能主要有兩個(gè)：一個(gè)是產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)脈沖信號(hào)；二是提供功能擴(kuò)展電路所需要的信號(hào)。本設(shè)計(jì)中，由于振蕩器產(chǎn)生的信號(hào)頻率太高，要得到標(biāo)準(zhǔn)的秒信號(hào)，就需要對(duì)所得的信號(hào)進(jìn)行分頻。這里所采用的分頻電路也是3個(gè)中規(guī)模計(jì)數(shù)器74LS90N來(lái)構(gòu)成的3級(jí)1/10分頻。其電路如下圖2-2-1所示：6由上圖可以看出，由振蕩器的1000Hz高頻信號(hào)從U0的14端輸入，經(jīng)過(guò)三片74LS90N的三級(jí)1/10分頻，就能從U2的11端輸出得到標(biāo)準(zhǔn)的秒脈沖信號(hào)。2.3時(shí)間計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)由圖1-1的方框圖可以清楚的看到，顯示“時(shí)”、“分”、“秒”需要六片中規(guī)模計(jì)數(shù)器；其中“秒”、“分”各為60進(jìn)制計(jì)數(shù)，“時(shí)”為24進(jìn)制計(jì)數(shù)。在本設(shè)計(jì)中均用74LS90N來(lái)實(shí)現(xiàn)：2.3.1六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器“秒”計(jì)數(shù)器電路與“分”計(jì)數(shù)器電路都是六十進(jìn)制，它由一級(jí)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器和一級(jí)六進(jìn)制計(jì)數(shù)器連接構(gòu)成，如圖2-3-1所示，是采7用兩片中規(guī)模集成電路74LS90N串聯(lián)起來(lái)構(gòu)成的“秒”、“分”計(jì)數(shù)器。由上圖可知，U2是十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，U2的QD作為十進(jìn)制的進(jìn)位信號(hào)，74LS90N計(jì)數(shù)器是十進(jìn)制異步計(jì)數(shù)器，是反饋清零法來(lái)實(shí)現(xiàn)十進(jìn)制計(jì)數(shù)，U1和與非門(mén)組成六進(jìn)制計(jì)數(shù)。74LS90N是在CP信號(hào)的下降沿觸發(fā)下進(jìn)行計(jì)數(shù)，U1的QA和QC相與0101