數(shù)字鐘課程設(shè)計(jì)25722.doc

課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第9頁(yè)摘 要本次課程設(shè)計(jì)的主題是數(shù)字電子鐘。干電路系統(tǒng)由秒信號(hào)發(fā)生器、“時(shí)、分、秒”計(jì)數(shù)器、顯示器、整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路組成。秒信號(hào)產(chǎn)生器是整個(gè)系統(tǒng)的時(shí)基信號(hào)，它直接決定計(jì)時(shí)系統(tǒng)的精度，這里用多諧振蕩器加分頻器來(lái)實(shí)現(xiàn)。將標(biāo)準(zhǔn)秒信號(hào)送入“秒計(jì)數(shù)器”，“秒計(jì)數(shù)器”采用60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，每累計(jì)60秒發(fā)出一個(gè)“分脈沖”信號(hào)，該信號(hào)將作為“分計(jì)數(shù)器”的時(shí)鐘脈沖。“分計(jì)數(shù)器”也采用60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，每累計(jì)60分鐘，發(fā)出一個(gè)“時(shí)脈沖”信號(hào)，該信號(hào)將被送到“時(shí)計(jì)數(shù)器”。“時(shí)計(jì)數(shù)器”采用24進(jìn)制計(jì)時(shí)器，可實(shí)現(xiàn)對(duì)一天24小時(shí)的累計(jì)。譯碼顯示電路將“時(shí)”、“分”、“秒”計(jì)數(shù)器的輸出狀態(tài)送到七段顯示譯碼器譯碼，通過(guò)七位LED七段顯示器顯示出來(lái)。整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路時(shí)根據(jù)計(jì)時(shí)系統(tǒng)的輸出狀態(tài)產(chǎn)生一脈沖信號(hào)，然后去觸發(fā)蜂鳴器實(shí)現(xiàn)報(bào)時(shí)。數(shù)字電子時(shí)鐘優(yōu)先編碼電路、譯碼電路將輸入的信號(hào)在顯示器上輸出；用控制電路和調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)對(duì)LED顯示的時(shí)間進(jìn)行調(diào)節(jié)，以上兩部分組成主體電路。通過(guò)譯碼電路將秒脈沖產(chǎn)生的信號(hào)在報(bào)警電路上實(shí)現(xiàn)整點(diǎn)報(bào)時(shí)功能等，構(gòu)成擴(kuò)展電路。本次設(shè)計(jì)由震蕩器、秒計(jì)數(shù)器、分計(jì)數(shù)器、時(shí)計(jì)數(shù)器、BCD-七段顯示譯碼/驅(qū)動(dòng)器、LED七段顯示數(shù)碼管設(shè)計(jì)了數(shù)字時(shí)鐘電路，可以實(shí)現(xiàn)：計(jì)時(shí)、顯示，時(shí)、分校時(shí)，整點(diǎn)報(bào)時(shí)等功能。關(guān)鍵字：數(shù)字時(shí)鐘，振蕩器，計(jì)數(shù)器，報(bào)時(shí)電路目 錄1 緒論11.1課題描述11.2設(shè)計(jì)任務(wù)與要求11.3基本工作原理及框圖12 相關(guān)元器件及各部分電路設(shè)計(jì)32.1相關(guān)主要元器件清單32.2 六十進(jìn)制“秒”計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)32.3 六十進(jìn)制“分”計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)42.4 二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)52.5 秒脈沖電路設(shè)計(jì)52.6整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路設(shè)計(jì)63 總體電路圖7總結(jié)8致謝9參考文獻(xiàn)101 緒論1.1課題描述數(shù)字鐘已成為人們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚谋匦杵?，廣泛用于個(gè)人家庭以及辦公室等公共場(chǎng)所，給人們的生活、學(xué)習(xí)、工作、娛樂(lè)帶來(lái)極大的方便。數(shù)字電子鐘是一種用數(shù)字顯示秒分時(shí)的記時(shí)裝置，與傳統(tǒng)的機(jī)械時(shí)鐘相比，它一般具有走時(shí)準(zhǔn)確顯示直觀無(wú)機(jī)械傳動(dòng)裝置等優(yōu)點(diǎn)，因而得到了廣泛的應(yīng)用：小到人們的日常生活中的電子手表、電子鬧鐘，大到車(chē)站碼頭機(jī)場(chǎng)等公共場(chǎng)所的大型數(shù)字顯電子鐘。由于數(shù)字集成電路技術(shù)的發(fā)展和采用了先進(jìn)的石英技術(shù)，使數(shù)字鐘具有走時(shí)準(zhǔn)確、性能穩(wěn)定、攜帶方便等優(yōu)點(diǎn)，它還用于計(jì)時(shí)、自動(dòng)報(bào)時(shí)及自動(dòng)控制等各個(gè)領(lǐng)域。鐘表的數(shù)字化給人們生產(chǎn)生活帶來(lái)了極大的方便，而且大大地?cái)U(kuò)展了鐘表原先的報(bào)時(shí)功能。諸如定時(shí)自動(dòng)報(bào)警、按時(shí)自動(dòng)打鈴、時(shí)間程序自動(dòng)控制、定時(shí)廣播、定時(shí)啟閉電路、定時(shí)開(kāi)關(guān)烘箱、通斷動(dòng)力設(shè)備，甚至各種定時(shí)電氣的自動(dòng)啟用等，所有這些，都是以鐘表數(shù)字化為基礎(chǔ)的。因此，研究數(shù)字鐘及擴(kuò)大其應(yīng)用，有著非?，F(xiàn)實(shí)的意義。1.2設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 設(shè)計(jì)指標(biāo)時(shí)間以24小時(shí)為一個(gè)周期的時(shí)鐘；顯示時(shí)、分、秒；有校時(shí)功能，可以分別對(duì)時(shí)及分進(jìn)行單獨(dú)校時(shí)，使其校正到標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間；計(jì)時(shí)過(guò)程具有報(bào)時(shí)功能，當(dāng)時(shí)間到達(dá)整點(diǎn)前5秒進(jìn)行蜂鳴報(bào)時(shí)；要提供表針時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)。 設(shè)計(jì)要求畫(huà)出電路原理圖（或仿真電路圖）；元器件及參數(shù)選擇；電路仿真與調(diào)試。1.3基本工作原理及框圖1、基本工作原理首先，由555定時(shí)器組成一個(gè)多諧振蕩器分頻后得到1HZ的秒脈沖，秒脈沖發(fā)生器的輸出端接到秒計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘輸入端1。數(shù)字鐘的分、秒計(jì)數(shù)部分均為六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器（顯示0059），采用兩片74LS290D來(lái)實(shí)現(xiàn)。個(gè)位為十進(jìn)制，十位為六進(jìn)制，當(dāng)個(gè)位計(jì)數(shù)到9時(shí)，再來(lái)一個(gè)脈沖變成0，同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)進(jìn)位信號(hào)，給十位提供一個(gè)脈沖，使十位計(jì)數(shù)加1。而數(shù)字鐘的時(shí)計(jì)數(shù)部分為二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器（顯示0023），也是采用兩片74LS160D實(shí)現(xiàn)。當(dāng)開(kāi)始計(jì)數(shù)時(shí)，個(gè)位按十進(jìn)制計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)到23時(shí)，這時(shí)再來(lái)一個(gè)脈沖，回到“零”。所以，這里必須使個(gè)位既能完成十進(jìn)制計(jì)數(shù)，又能在高低位滿足“23”這一數(shù)字后，十計(jì)數(shù)器清0，電路采用了十位的2和個(gè)位的3相“與非”后再清0。當(dāng)秒計(jì)數(shù)器計(jì)到59時(shí)，再來(lái)一個(gè)脈沖變成00，同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)進(jìn)位信號(hào)給分計(jì)數(shù)器的CP輸入端；當(dāng)分計(jì)數(shù)器計(jì)到59時(shí)，再來(lái)一個(gè)脈沖變成00，同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)進(jìn)位信號(hào)給時(shí)計(jì)數(shù)器的CP輸入端；當(dāng)時(shí)計(jì)數(shù)器計(jì)到23時(shí)，再來(lái)一個(gè)脈沖變成00 2。當(dāng)計(jì)數(shù)器在每次計(jì)到整點(diǎn)時(shí)，需要提前五秒報(bào)時(shí)，這可采用譯碼電路來(lái)解決，即當(dāng)時(shí)為23，分為59時(shí)，且秒計(jì)數(shù)到55時(shí)，輸出一高電平，經(jīng)過(guò)一系列門(mén)電路驅(qū)動(dòng)蜂鳴器，完成整點(diǎn)報(bào)時(shí) 3。數(shù)字鐘的校正部分主要是通過(guò)單刀雙擲開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)的。2、電路框圖基本電路框圖如圖1所示。時(shí)顯示器分顯示器秒顯示器24進(jìn)制計(jì)數(shù)電路60進(jìn)制計(jì)數(shù)電路60進(jìn)制計(jì)數(shù)電路 校時(shí)電路報(bào)時(shí)電路秒脈沖電路圖1 基本電路框圖2 相關(guān)元器件及各部分電路設(shè)計(jì)2.1相關(guān)主要元器件清單實(shí)驗(yàn)用主要元器件如表1所示。元器件類型型號(hào)名稱個(gè)數(shù) 計(jì) 數(shù) 器同步計(jì)數(shù)器74LS160D4位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器2異步計(jì)數(shù)器74LS290D二-五-十進(jìn)制計(jì)數(shù)器4譯碼器二進(jìn)制譯碼器4511BD二-十進(jìn)制譯碼器6顯示譯碼器器共陰極形式SM421050N6邏輯門(mén)器件與非門(mén)74LS102輸入與非門(mén)1非門(mén)74LS08邏輯門(mén)器件9分頻器74LS902蜂鳴器BUZZER1電阻、電容3, 2單刀雙擲開(kāi)關(guān)2表1 實(shí)驗(yàn)用主要元器件2.2 六十進(jìn)制“秒”計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì) 由分頻器來(lái)的秒脈沖信號(hào)，首先送到“秒”計(jì)數(shù)器進(jìn)行累加計(jì)數(shù)，秒計(jì)數(shù)器應(yīng)完成一分鐘之內(nèi)秒數(shù)目的累加，并達(dá)到60秒時(shí)產(chǎn)生一個(gè)進(jìn)位信號(hào)。選用兩片74LS290D和一片74LS08D組成六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，來(lái)實(shí)現(xiàn)六十進(jìn)制計(jì)數(shù)。其中，“秒”十位是六進(jìn)制，“秒”個(gè)位是十進(jìn)制。 對(duì)設(shè)計(jì)電路進(jìn)行仿真4，“秒”計(jì)數(shù)器部分仿真電路如圖2所示。圖2 秒計(jì)數(shù)電路圖2.3 六十進(jìn)制“分”計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)“秒“計(jì)數(shù)器累加計(jì)數(shù)達(dá)到60秒時(shí)產(chǎn)生一個(gè)進(jìn)位信號(hào)輸入到“分”計(jì)數(shù)器，分計(jì)數(shù)器累加計(jì)數(shù)達(dá)到60分時(shí)產(chǎn)生另一個(gè)進(jìn)位信號(hào)?！胺帧庇?jì)數(shù)器同樣選用兩片74LS290D和一片74LS08D組成六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，來(lái)實(shí)現(xiàn)六十進(jìn)制計(jì)數(shù)。其中，“分”十位是六進(jìn)制，“分”個(gè)位是十進(jìn)制。 “分”計(jì)數(shù)器部分仿真電路如圖3所示。圖3 “分”計(jì)數(shù)器電路2.4 二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì) “12翻1”小時(shí)計(jì)數(shù)器是按照“0102032223000102”規(guī)律計(jì)數(shù)的，這與日常生活中的計(jì)時(shí)規(guī)律相同。在此實(shí)驗(yàn)中，它是由兩片74LS160D和一片74LS10N構(gòu)造成的同步二十四計(jì)數(shù)器，利用異步清零端實(shí)現(xiàn)起從2300的翻轉(zhuǎn)，其中“24”為過(guò)渡狀態(tài)不顯示。其中，“時(shí)”十位是3進(jìn)制，“時(shí)”個(gè)位是十進(jìn)制。時(shí)計(jì)數(shù)器部分仿真電路如圖4所示5。圖4 時(shí)計(jì)數(shù)器電路2.5 秒脈沖電路設(shè)計(jì)這里我用555定時(shí)器制作了一個(gè)多諧振蕩器，產(chǎn)生100Hz脈沖后經(jīng)過(guò)兩次分頻得到1Hz的秒脈沖 6。如圖5示，由555定時(shí)器和外接元件R、C構(gòu)成多諧振蕩器，腳2與腳6直接相連。電路沒(méi)有穩(wěn)態(tài)，僅存在兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)，電路亦不需要外接觸發(fā)信號(hào)，利用電源通過(guò)R向C充電，以及C通過(guò)R向放電端放電，使電路產(chǎn)生振蕩。電容C在和之間充電和放電，從而在輸出端得到一系列的矩形波。分頻器是由兩個(gè)74190D組成，輸出端的頻率則是將原來(lái)的100Hz分成1Hz的頻率輸出，實(shí)現(xiàn)分頻效果。圖5 秒脈沖產(chǎn)生電路2.6整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路設(shè)計(jì)電路應(yīng)在整點(diǎn)前5秒鐘內(nèi)開(kāi)始整點(diǎn)報(bào)時(shí)，即當(dāng)時(shí)間在59分55秒到59分59秒期間時(shí)，報(bào)時(shí)電路報(bào)時(shí)控制信號(hào)。當(dāng)時(shí)間在59分59秒到00分00秒期間時(shí)，分十位、分個(gè)位和秒十位均保持不變，分別為5、9和5，因此可將分計(jì)數(shù)器十位的Qc和Qa、個(gè)位的Qd和Qa及秒計(jì)數(shù)器十位的Qc和Qa相與，從而產(chǎn)生報(bào)時(shí)控制信號(hào)。報(bào)時(shí)電路部分電路圖如圖6所示。圖6 報(bào)時(shí)電路電路圖3 總體電路圖根據(jù)設(shè)計(jì)原理方框圖將各部分電路連接起來(lái)則構(gòu)成了總體電路圖7。整體電路圖如圖7所示。圖7 整體電路圖總結(jié)課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí),發(fā)現(xiàn)實(shí)際問(wèn)題、提出實(shí)際問(wèn)題、分析和解決實(shí)際問(wèn)題,鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié),是對(duì)學(xué)生實(shí)際學(xué)習(xí)能力、動(dòng)手能力的具體訓(xùn)練和考察過(guò)程。通過(guò)這次做數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)，我知道了要完成一個(gè)課題的設(shè)計(jì)要涉及到許多方面的知識(shí)。上網(wǎng)查詢和查閱相關(guān)書(shū)籍資料，讓我知道了大量關(guān)于數(shù)字鐘設(shè)計(jì)的知識(shí)，同時(shí)又重新將從前學(xué)過(guò)的知識(shí)復(fù)習(xí)了一遍，做到對(duì)各個(gè)集成塊的引腳功能和工作原理都很清晰，從而讓我更深一步掌握了時(shí)序邏輯電路的功能，學(xué)會(huì)了解了做課程設(shè)計(jì)的一般步驟和設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問(wèn)題。各個(gè)芯片能夠完成什么樣的功能，使用芯片時(shí)應(yīng)該注意那些要點(diǎn)，同一個(gè)電路可以用那些芯片實(shí)現(xiàn)，各個(gè)芯片實(shí)現(xiàn)同一個(gè)功能的區(qū)別。另外，我還漸漸熟悉了Multisim這個(gè)仿真軟件的各個(gè)功能，還在電腦制作文檔的過(guò)程中，對(duì)辦公軟件有了更進(jìn)一步的了解和掌握。通過(guò)這次對(duì)設(shè)計(jì)報(bào)告的編輯和整理，我也學(xué)會(huì)了很多以后編寫(xiě)論文所必須要懂得知識(shí)，為我以后做課題研究編寫(xiě)論文打下了一定基礎(chǔ)。此次實(shí)驗(yàn)讓我明白不論是在做實(shí)驗(yàn)還是在今后的學(xué)習(xí)中，都應(yīng)該有一種堅(jiān)定不移不達(dá)目的不罷休的信念，只有這樣才能達(dá)到自己的最終目標(biāo)！成功就是在不斷摸索中前進(jìn)實(shí)現(xiàn)的，遇到問(wèn)題我們不能灰心、煩躁，甚至放棄，而要靜下心來(lái)仔細(xì)思考，分部檢查，找出最終的原因進(jìn)行改正，這樣才會(huì)有進(jìn)步，才會(huì)一步步向自己的目標(biāo)靠近，才會(huì)取得自己所要追求的成功。致謝首先，感謝這次課程設(shè)計(jì)的指導(dǎo)老師給予的指導(dǎo)幫助；在剛拿到設(shè)計(jì)任務(wù)的時(shí)候我無(wú)從下手，經(jīng)過(guò)樂(lè)老師的講解指導(dǎo)我找到了設(shè)計(jì)思路，知道了該去查找些哪些資料；在遇到想不明白的問(wèn)題的時(shí)候，樂(lè)老師的指點(diǎn)讓我找到了解決方法；設(shè)計(jì)報(bào)告初稿出來(lái)后樂(lè)老師給予了很多在論文格式上的指正，指出了很多在編寫(xiě)論文方面應(yīng)該注意的問(wèn)題，教會(huì)我該如何去修改。其次，感謝同組內(nèi)同學(xué)提供的資料協(xié)助，讓我省了很多查找資料的時(shí)間，也感謝同學(xué)們給的提醒和建議，讓我少走了一些彎路。最后，感謝我這次做課程設(shè)計(jì)所借鑒的資料的作者們，在這些資料里我學(xué)到了很多專業(yè)的知識(shí)，對(duì)之前所學(xué)習(xí)的知識(shí)也有了更多的理解，同時(shí)學(xué)會(huì)了如何學(xué)以致用。參考文獻(xiàn)1 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