電子課程設(shè)計(jì)報告數(shù)字鐘

1、電子課程設(shè)計(jì) 數(shù)字鐘 學(xué) 院：華科學(xué)院 專業(yè)班級：自動化H 姓 名：嵇貝貝 學(xué) 號：9 指導(dǎo)老師：任青蓮 2013年12月目錄一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求2二、原理框圖2三、器件選擇4四、功能模塊85、 總體設(shè)計(jì)電路圖146、 結(jié)論與心得15一、 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求。1.設(shè)計(jì)一數(shù)字鐘顯示時、分、秒。2.小時采用12小時計(jì)時法。3.具有報時功能，當(dāng)時間到達(dá)整點(diǎn)前10秒進(jìn)行蜂鳴報時。4.具有校時功能，可以分別對時及分進(jìn)行單獨(dú)校時，使其校正到標(biāo)準(zhǔn)時間。二、總體框圖1、 數(shù)字頻率計(jì)的基本原理： 數(shù)字鐘是一種用數(shù)字電路技術(shù)實(shí)現(xiàn)時、分、秒計(jì)時的鐘表。與機(jī)械鐘相比具有更高的準(zhǔn)確性和直觀性，具有更長的使用壽命，已得到廣泛的

2、使用。數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)方法有許多種，例如可用中小規(guī)模集成電路組成電子鐘，也可以利用專用的電子鐘芯片配以顯示電路及其所需要的外圍電路組成電子鐘，還可以利用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)電子鐘等等。 數(shù)字鐘的基本功能是顯示時間，可以通過計(jì)數(shù)器的聯(lián)級實(shí)現(xiàn)。以4位數(shù)碼管的數(shù)字鐘為例，數(shù)字鐘設(shè)定前兩位為小時，后兩位為分鐘，數(shù)碼管的小數(shù)點(diǎn)閃爍可以表示秒。首先產(chǎn)生一個1Hz的方波信號，在它的觸發(fā)下驅(qū)動小數(shù)點(diǎn)閃爍。在這個1Hz的基礎(chǔ)上，可以產(chǎn)生1/60Hz的信號（對1Hz信號計(jì)數(shù)，每計(jì)數(shù)30次就將輸出反相，得到1/60Hz信號），它就是分鐘信號需要的時鐘。在這個時鐘的觸發(fā)下分鐘位數(shù)碼管管依次加1，直到60時變?yōu)?，再重新開始計(jì)數(shù)。

3、清零的時候要產(chǎn)生一個進(jìn)位，加到小時上面。其他時間小時位保持不變。2、數(shù)字鐘的工作原理：數(shù)字電子鐘由信號發(fā)生器、“時、分、秒”計(jì)數(shù)器、譯碼器及顯示器、校時電路、整點(diǎn)報時電路等組成。秒信號產(chǎn)生器是整個系統(tǒng)的時基信號，它直接決定計(jì)時系統(tǒng)的精度，一般用555構(gòu)成的振蕩器加分頻器來實(shí)現(xiàn)。將標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖信號送入“秒計(jì)數(shù)器”，該計(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“分脈沖”信號，該信號將作為“分計(jì)數(shù)器”的時鐘脈沖?！胺钟?jì)數(shù)器”也采用60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，每累計(jì)60分，發(fā)出一個“時脈沖”信號，該信號將被送到“時計(jì)數(shù)器”?！皶r計(jì)數(shù)器”采用24進(jìn)制計(jì)數(shù)器，可以實(shí)現(xiàn)一天24h的累計(jì)。譯碼顯示電路將“時、分、秒”計(jì)

4、數(shù)器的輸出狀態(tài)經(jīng)四段顯示譯碼器譯碼，通過六位LED顯示器顯示出來。整點(diǎn)報時電路是根據(jù)計(jì)時系統(tǒng)的輸出狀態(tài)產(chǎn)生一個脈沖信號，然后去觸發(fā)音頻發(fā)生器實(shí)現(xiàn)報時。校時電路是來對“時、分、秒”顯示數(shù)字進(jìn)行校對調(diào)整。其數(shù)字電子鐘系統(tǒng)框圖如下:數(shù)字電子鐘系統(tǒng)框圖（圖1）方案：數(shù)字電子鐘由石英晶體振蕩器、分頻器、計(jì)數(shù)器、譯碼器顯示器和校時電路組成。振蕩器產(chǎn)生穩(wěn)定的高頻脈沖信號,作為數(shù)字鐘的時間基準(zhǔn),然后經(jīng)過分頻器輸出標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖。秒計(jì)數(shù)器滿60后向分計(jì)數(shù)器進(jìn)位,分計(jì)數(shù)器滿60后向小時計(jì)數(shù)器進(jìn)位,小時計(jì)數(shù)器按照“12翻1”規(guī)律計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)器的輸出分別經(jīng)譯碼器送顯示器顯示。計(jì)時出現(xiàn)誤差時,可以用校時電路校時、校分。3、

5、選擇器件實(shí)驗(yàn)器材及主要器件（1） 74LS60 6片（2） 74LS90 3片（3） 74LS00 4片（4） 74LS04 1片（5） 555集成芯片 1片（6）四段顯示器 6片（7）電阻、電容、導(dǎo)線，開關(guān)等 若干1、74LS16074LS160是十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，直接清零，異步清零端MR非為低電平時，不管時鐘端CP信號狀態(tài)如何，都可以完成清零功能。160的預(yù)置是同步的，當(dāng)置入控制器PE非為低電平時，在CP上升沿作用下，輸出端Q0-Q3數(shù)據(jù)端P0-P3一致下為管腳圖與真值表。圖2表12、74LS90 74LS90計(jì)數(shù)器是一種中規(guī)模二-五-十進(jìn)制異步計(jì)數(shù)器，R01、R02是計(jì)數(shù)器置0端，同時為1有

6、效；R91和R92為置9端，同時為1時有效；若用A輸入，QA輸出，為二進(jìn)制計(jì)數(shù)器；如B為輸入，QB-QD可輸出五進(jìn)制計(jì)數(shù)器；將QA與B相連，A做為輸入端，QA-QD輸出十進(jìn)制計(jì)數(shù)器；若QD與A輸入端相連，B為輸入端，電路為二-五混合進(jìn)制計(jì)數(shù)器。真值表與管腳圖如下。圖3表23、74LS0074LS00為四組 2 輸入1輸出的與非門，管腳真值表如下。圖4A1 B=1 Y=0A0 B=1 Y=1A1 B=0 Y=1A0 B=0 Y=14、74LS0474LS04就是六個非門集成在一塊芯片里面，管腳圖與真值表如下。圖5A1 Y=0A0 Y=15、555集成芯片（1） 555在電路結(jié)構(gòu)上是由模擬電路和數(shù)

7、字電路組合而成，它將模擬功能與邏輯功能兼容為一體，能夠產(chǎn)生精確的時間延遲和振蕩。它拓寬了模擬集成電路的應(yīng)用范同。（2）該電路采用單電源。雙極型555的電壓范圍為4.5V15V;而CMOS型的電源適應(yīng)范圍更寬，為2V18V。這樣，它就可以和模擬運(yùn)算放大器和TTL或CMOS數(shù)字電路共用一個電源。（3） 555可獨(dú)立構(gòu)成個定時電路，且定時精度高。（4） 555的最大輸出電流選200mA，帶負(fù)載能力強(qiáng)。可直接驅(qū)動小電機(jī)、喇叭、繼電器等負(fù)載。圖6四、功能模塊1、 振蕩器石英晶體振蕩器的特點(diǎn)是振蕩頻率準(zhǔn)確、電路結(jié)構(gòu)簡單、頻率易調(diào)整。它還具有壓電效應(yīng)，在晶體某一方向加一電場，則在與此垂直的方向產(chǎn)生機(jī)械振動，

8、有了機(jī)械振動，就會在相應(yīng)的垂直面上產(chǎn)生電場，從而機(jī)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(jī)械強(qiáng)度限止時，才達(dá)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。一般來說，般來說，振蕩器的頻率越高，計(jì)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。如圖1所示。設(shè)振蕩頻率f=1KHz，R為可調(diào)電阻，微調(diào)R1可以調(diào)出1KHz輸出。 圖72、分頻器由于振蕩器產(chǎn)生的頻率很高，要得到秒脈沖，需要分屏電路。本實(shí)驗(yàn)由集成電路定時器555與RC組成的多諧振蕩器，產(chǎn)生1KHz的脈沖信號。故采用3片中規(guī)模集成電路計(jì)數(shù)器74LS90來實(shí)現(xiàn)，得到需要的

9、秒脈沖信號。圖83、計(jì)數(shù)器秒脈沖信號經(jīng)過6級計(jì)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(jì)時?！懊搿薄胺帧庇?jì)數(shù)器為六十進(jìn)制，小時為十二進(jìn)制。（1）六十進(jìn)制計(jì)數(shù)由分頻器來的秒脈沖信號，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秒時產(chǎn)生一個進(jìn)位信號，所以，選用兩片74LS60組成六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，采用反饋歸零的方法來實(shí)現(xiàn)六十進(jìn)制計(jì)數(shù)。其中，“秒”十位是六進(jìn)制，“秒”個位是十進(jìn)制。圖9（2）十二進(jìn)制計(jì)數(shù)“12翻1”小時計(jì)數(shù)器是按照“01020311120102”規(guī)律計(jì)數(shù)的，這與日常生活中的計(jì)時規(guī)律相同。在此實(shí)驗(yàn)中，小時的個位計(jì)數(shù)器由兩

10、片74LS60構(gòu)成，將它們級連組成“12翻1”小時計(jì)數(shù)器。 計(jì)數(shù)器的狀態(tài)要發(fā)生兩次跳躍：一是計(jì)數(shù)器計(jì)到9，即個位計(jì)數(shù)器的狀態(tài)為Q03Q02Q01Q00=1001，在下一脈沖作用下計(jì)數(shù)器進(jìn)入暫態(tài)1010，利用暫態(tài)的兩個1即Q03Q01使個位異步置0，同時向十位計(jì)數(shù)器進(jìn)位使Q01=1；二是計(jì)數(shù)器計(jì)到12后，在第13個脈沖作用下個位計(jì)數(shù)器的狀態(tài)應(yīng)為Q03Q02Q01Q00=0001，十位計(jì)數(shù)器的Q01=0。圖10表3 CP十位個位CP十位個位Q10Q03Q02Q01Q00Q10Q03Q02Q01Q0000000080100010000190100120001001010300011400100101

11、000050010111100016001101210010700111 13000014、顯示器本次用四段發(fā)光二極管來顯示譯碼器輸出的數(shù)字。5、校時電路當(dāng)數(shù)字鐘走時出現(xiàn)誤差時，需要校正時間。校時電路實(shí)現(xiàn)對“時”“分”“秒”的校準(zhǔn)。在電路中設(shè)有正常計(jì)時和校對位置。本實(shí)驗(yàn)實(shí)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(jì)數(shù)；在分校正時不影響秒和小時的正常計(jì)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)生我們接入一個由RS觸發(fā)器組成的防抖動電路來控制。表4S1S2功能11計(jì)數(shù)01校分10校時圖116

12、、整點(diǎn)報時電路整點(diǎn)報時電路的功能要求是，每當(dāng)數(shù)字鐘計(jì)時快要到整點(diǎn)時發(fā)出聲響，通常按照4低音1高音的順序發(fā)出間斷聲響，以最后一聲高音結(jié)束的時刻為整點(diǎn)時刻。設(shè)4聲低音（約500Hz）分別發(fā)生在59分51秒、53秒、55秒及57秒，最后一聲高音（約1KHz）發(fā)生在59分59秒，它們的持續(xù)時間均為1秒。根據(jù)以上設(shè)定可得到電臺正點(diǎn)報時時的分十位狀態(tài)Q2M2Q0M2=11（0101），分個位的狀態(tài)為Q3M1Q0M1=11（1001），秒十位狀態(tài)為Q2S2Q0S2=11（0101），秒個位的狀態(tài)為Q0S1=1（1、3、5、7、9）。而發(fā)低音還是高音只與秒個位有關(guān)，根據(jù)設(shè)定可列表如表1所示：由表中的狀態(tài)可總結(jié)

13、出如下結(jié)論：秒個位的第三位Q3S1可用來作為鳴低音或高音的控制信號，即Q3s1=0時，輸入500Hz的低頻信號至音響電路Q3S1=1時，輸入1kHz的高頻信號至音響電路。表5CP（秒）Q3S1 Q2S1 Q1S1 Q0S1功能Cp(秒)Q3S1 Q2S1 Q1S1 Q0S1功能5051525354550 0 0 00 0 0 10 0 1 00 0 1 10 1 0 00 1 0 1低音停鳴低音停低音56575859000 1 1 00 1 1 11 0 0 01 0 0 10 0 0 0停低音停高音停圖12五、總體設(shè)計(jì)電路圖圖12總體電路仿真圖1.仿真由圖12可以看出和清楚的整個數(shù)字時鐘的總

14、體工作原理和整個工作過程：由555和RC構(gòu)成的振蕩器產(chǎn)生的1000Hz的高頻信號經(jīng)過由3片74LS90構(gòu)成的1/1000分頻的分頻器后得到標(biāo)準(zhǔn)的秒脈沖信號，進(jìn)入60進(jìn)制的“秒”計(jì)時，“秒”的分位進(jìn)入60進(jìn)制的“分”計(jì)時，最后，由分的“時”進(jìn)位進(jìn)入12進(jìn)制的“時”計(jì)時。在電路中，還有由門電路和開關(guān)構(gòu)成的校時電路對電路的“時”，“分”進(jìn)行校時，得到正確的時間。圖7-圖11各個部分功能的電路和圖12的總體數(shù)字時鐘的電路均在電子電路計(jì)算機(jī)仿真軟件1中進(jìn)行調(diào)試和仿真過。2.硬件在數(shù)電實(shí)驗(yàn)箱上連線完成圖7-圖11各個部分功能的電路和圖12的總體數(shù)字時鐘的電路，過程繁長。3、遇到的問題（1） 連接數(shù)碼顯示器

15、時高低為接反，致使顯示亂碼。（2） 顯示管無法顯示，（換了一種芯片）。六、結(jié)論與心得通過本次設(shè)計(jì)，使我對已學(xué)過的電路、數(shù)電、模電等電子技術(shù)的知識有了更深一步的了解，鍛煉和培養(yǎng)了自己利用已學(xué)知識來分析和解決實(shí)際問題的能力。對自己以后的學(xué)習(xí)和工作有很大的幫助。剛開始做這個設(shè)計(jì)的時候感覺自己什么都不知道怎么下手，腦子里比較浮躁和零亂。但通過一段時間的努力，通過重溫數(shù)電，模電等電子技術(shù)的書籍，還有通過查看相關(guān)的設(shè)計(jì)技術(shù)以及一些參考文獻(xiàn)，再加之在老師的指導(dǎo)和周圍同學(xué)的幫助下，使我對自己的本設(shè)計(jì)有了熟練的掌握。在整個的設(shè)計(jì)過程中我充滿了激情和用心。記得在電子電工實(shí)習(xí)的時候，也是用滿腔的熱情來完成各項(xiàng)實(shí)習(xí)任務(wù)，并在每項(xiàng)實(shí)習(xí)項(xiàng)目中都達(dá)到了優(yōu)秀的成績。 所以，我相信自己的實(shí)際動手能力，并一向的加強(qiáng)自己在這方面的努力。在這次的電子技術(shù)設(shè)計(jì)中亦是如此，用自己的雙手和滿腔的熱情來完成各個環(huán)節(jié)，不斷的在圖書管查看相關(guān)資料和期刊文獻(xiàn)，特別在Internt上也收收獲了很多新鮮的東西。這次設(shè)計(jì)更讓我熟悉了一些常用集成邏輯電路和其相應(yīng)芯片