數(shù)字電子鐘課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告課案

1、中北大學(xué)信息與通信工程學(xué)院通信工程專業(yè)電子線路及系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)2016/2017學(xué)年第 一 學(xué)期學(xué)生 姓名： 張濤 學(xué) 號(hào)： 1405024119李子鵬 學(xué) 號(hào)： 1405024125課程設(shè)計(jì)題目： 數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)起迄日期：2017年1月4日2017年7月10日課程設(shè)計(jì)地點(diǎn)：科學(xué)樓指導(dǎo)教師：姚愛(ài)琴2017課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)1. 設(shè)計(jì)目的：1）綜合運(yùn)用所學(xué)的理論知識(shí)，掌握一般微機(jī)和電子線路分析和設(shè)計(jì)的基本方法和步驟；2）培養(yǎng)一定的獨(dú)立分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力；3）實(shí)踐利用EDA軟件繪制電子線路原理圖及仿真；4）學(xué)會(huì)說(shuō)明書(shū)的規(guī)范整理和書(shū)寫。2. 設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)參數(shù)、條件、設(shè)計(jì)

2、要求等）：1）時(shí)間以12小時(shí)為一個(gè)周期；2）顯示時(shí)、分、秒；3）具有校時(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；4）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 10秒進(jìn)行蜂鳴報(bào)時(shí)；5）為了保證計(jì)時(shí)的穩(wěn)定及準(zhǔn)確須由晶體振蕩器提供表針時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)。3. 設(shè)計(jì)工作任務(wù)及工作量的要求1）分析設(shè)計(jì)任務(wù)，查閱相關(guān)資料；2）確定系統(tǒng)方案，設(shè)計(jì)各模塊電路，計(jì)算參數(shù)，分析其特性，使其滿足題目要求;3）用相關(guān)軟件進(jìn)行仿真；4）按格式要求撰寫課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。4. 設(shè)計(jì)成果形式及要求：1）用計(jì)算機(jī)仿真軟件制圖或仿真；2）課程說(shuō)明書(shū)用計(jì)算機(jī)打印，并裝訂;3 ）電子文檔一份。5. 主要參考文獻(xiàn)：1畢滿清主編.

3、電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)第4版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20132陳曉文主編.電子線路課程設(shè)計(jì)第1版.北京：電子工業(yè)出版社，20043謝自美主編電子線路綜合設(shè)計(jì)第1版.武漢：華中科技大學(xué)出版社，20066.工作計(jì)劃及進(jìn)度：2017年1月3日分析設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)，查閱相關(guān)資料及設(shè)計(jì)手冊(cè)；2017年1月6日確定系統(tǒng)方案，組成模塊框圖，提交開(kāi)題報(bào)告；2017年6月12日設(shè)計(jì)各模塊電路，分析電路各參數(shù)及其特性并繪制電子線路原理圖及仿真分析并撰寫課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)；2017年6月19日按格式要求完成課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)；2017年6月23日成績(jī)考核系主任審查意見(jiàn)簽字：年 月日1中北大學(xué)信息與通信工程學(xué)院通信工程專業(yè)電子線路

4、及系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告2016/2017 學(xué)年第一 學(xué)期題 目：數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)學(xué)生姓名：張濤 學(xué) 號(hào)： 1405024119李子鵬 學(xué) 號(hào)： 1405024125指導(dǎo)教師：姚愛(ài)琴2017 年 1 月 6 日中北大學(xué)信息與通信工程學(xué)院通信工程專業(yè)電子線路及系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)2016/2017 學(xué)年第二 學(xué)期題目:數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)學(xué)生姓名：張濤學(xué)號(hào)：1405024119李子鵬學(xué) 號(hào)：1405024125指導(dǎo)教師：姚愛(ài)琴2017年月日目錄1 引言 62 數(shù)字電子鐘設(shè)計(jì)方案 62.1 數(shù)字計(jì)時(shí)器的設(shè)計(jì)思想 62.2 數(shù)字電路設(shè)計(jì)及元器件參數(shù)選擇 . 62.2.1 秒信號(hào)電路 62.2.2 時(shí)、分、秒

5、計(jì)數(shù)器 72.2.3 計(jì)數(shù)顯示電路 82.2.4 校時(shí)電路 92.2.5 整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路 102.2.6 總體電路 102.3 安裝與調(diào)試 112.3.1 數(shù)字電子鐘 PCB圖 113 設(shè)計(jì)單元原理說(shuō)明 113.1 555 定時(shí)器原理 123.2 計(jì)數(shù)器原理 123.3 譯碼和數(shù)碼顯示電路原理 123.4 校時(shí)電路原理 124 心得與體會(huì) 12數(shù)字鐘是一種用數(shù)字電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)時(shí)，分，秒計(jì)時(shí)的裝置，具有較高的準(zhǔn)確性和直 觀性等各方面的優(yōu)勢(shì)，而得到廣泛的應(yīng)用。此次設(shè)計(jì)數(shù)字電子鐘是為了了解數(shù)字鐘的原 理，在設(shè)計(jì)數(shù)字電子鐘的過(guò)程中，用數(shù)字電子技術(shù)的理論和制作實(shí)踐相結(jié)合，進(jìn)一步加深數(shù)字電子技術(shù)課程知識(shí)的理解

6、和應(yīng)用，同時(shí)學(xué)會(huì)使用Multisim 電子設(shè)計(jì)軟件。2 數(shù)字電子鐘設(shè)計(jì)方案2.1數(shù)字計(jì)時(shí)器的設(shè)計(jì)思想要想構(gòu)成數(shù)字鐘，首先應(yīng)選擇一個(gè)脈沖源一一能自動(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)。值得注意的是：任何記時(shí)裝置都有

7、誤差，因此應(yīng)考慮校準(zhǔn)時(shí)間電路。校時(shí)電路一般 采用自動(dòng)快速調(diào)整和手動(dòng)調(diào)整，“自動(dòng)快速調(diào)整”可利用分頻器輸出的不同頻率的脈沖 使顯示時(shí)間自動(dòng)迅速調(diào)整時(shí)間?！笆謩?dòng)調(diào)整”可利用手動(dòng)的節(jié)拍調(diào)準(zhǔn)顯示時(shí)間。2.2數(shù)字電路設(shè)計(jì)及元器件參數(shù)選擇2.2.1秒信號(hào)電路它是數(shù)字電子鐘的核心部分，它的精度和穩(wěn)定度決定于數(shù)字中的質(zhì)量通常晶體振蕩器發(fā)出的脈沖經(jīng)過(guò)整形、分頻獲得 1Hz的秒脈沖。多諧振蕩器電路與分頻電路如圖1.1所示。多諧振蕩器與分頻電路為計(jì)數(shù)器提供計(jì)數(shù)脈 沖和為計(jì)數(shù)器提供校時(shí)脈沖。圖1.1多諧振蕩器電路與分頻電路f=1/0.7(Rw+2R)C多諧振蕩器的頻率設(shè)計(jì)為2Hz, R為50k Q ,C為4.7卩F。

8、f=1/0.7(Rw+2R)C=1/0.7(50+2*51)*103*4.7*10-62Hz調(diào)節(jié)電位器Rw使多諧振蕩器產(chǎn)生頻率為2Hz的方波信號(hào)。多諧振蕩器產(chǎn)生的2Hz 脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)CD4013組成的分頻器，進(jìn)行2分頻，輸出1Hz的秒脈沖為計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù) 脈沖。222時(shí)、分、秒計(jì)數(shù)器秒信號(hào)經(jīng)秒計(jì)數(shù)器、分計(jì)數(shù)器、時(shí)計(jì)數(shù)器之后。分別得到顯示電路，以便實(shí)現(xiàn)用數(shù) 字顯示時(shí)、分、秒的要求?！懊搿焙汀胺帧庇?jì)數(shù)器應(yīng)為六十進(jìn)制，而“時(shí)”計(jì)數(shù)器應(yīng)為 二十四進(jìn)制。要實(shí)現(xiàn)這一要求，可選用的中規(guī)模集成計(jì)數(shù)器較多，這里推薦74LS160(1) 采用兩片十進(jìn)制計(jì)數(shù)器 74LS160NT展連接，設(shè)計(jì)60進(jìn)制的計(jì)數(shù)器，顯示0

9、到59,在59時(shí)采用置數(shù)的方法，將兩片 74LS160N同時(shí)置數(shù)至0,以循環(huán)顯示0到59。(2) 24進(jìn)制亦采用兩片十進(jìn)制計(jì)數(shù)器 74LS160NT展連接，設(shè)計(jì)24進(jìn)制的計(jì)數(shù)器， 顯示0到23,在23時(shí)采用置數(shù)的方法，將兩片 74LS160N同時(shí)置數(shù)至0,以循環(huán)顯示0 到23。圖1.3 兩塊74LS160構(gòu)成的二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器（3） 禾U用秒鐘的置數(shù)信號(hào)（為低電平），取反后作為分鐘各位的使能端（EP和ET 的控制信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)分秒之間的進(jìn)位功能。同理可以實(shí)現(xiàn)分時(shí)之間的進(jìn)位功能。（4） 顯示功能 采用Multisim 里面的DCD_HE濕示管進(jìn)行時(shí)分秒的顯示。將 DCD_HE顯示管的四個(gè)針腳對(duì)應(yīng)接

10、到 74LS160N的四個(gè)輸出端。2.2.3計(jì)數(shù)顯示電路選用器件時(shí)應(yīng)當(dāng)注意譯碼器和顯示器件相互配合。一是驅(qū)動(dòng)功率要足夠大，二是邏 輯電平要匹配秒計(jì)數(shù)器、分計(jì)數(shù)器、和時(shí)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)分別輸送給各自的顯示譯碼器CD4511在數(shù)送給各自的數(shù)碼管，顯示出時(shí)、分、秒的計(jì)時(shí)。電路如圖 1.4所示為計(jì)數(shù)、譯碼顯 示電路。MLSIBdHYfuirnLFILIEO1! UT4LS1gM Ui7JL&HEJII u-Efl號(hào)匕圖1.4 計(jì)數(shù)顯示電路IM224校時(shí)電路在剛接通電源或者時(shí)鐘走時(shí)出現(xiàn)誤差時(shí)， 則需要進(jìn)行時(shí)間的校準(zhǔn)。置開(kāi)關(guān)在手動(dòng)位 置，分別對(duì)時(shí)、分、秒進(jìn)行單獨(dú)計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)脈沖由單次脈沖或連續(xù)脈沖輸入。校時(shí)電路

11、 如圖1.5所示為校時(shí)電路。由與非門和二個(gè)開(kāi)關(guān)組成，實(shí)現(xiàn)對(duì)“時(shí)”、“分”的校準(zhǔn)。IJUASftR 1 secOS MiG 1 験jc1.R3 . -AMr J7kO圖1.5校時(shí).分電路當(dāng)校時(shí)開(kāi)關(guān)J1、J2扳到下端時(shí)，校時(shí)的2Hz脈沖輸送到時(shí)計(jì)數(shù)器和分計(jì)數(shù)器個(gè)位 的CP端，進(jìn)行時(shí)計(jì)數(shù)器和分計(jì)數(shù)器“時(shí)”、“分”的校準(zhǔn)。當(dāng)校時(shí)開(kāi)關(guān)J1、J2扳到上端 時(shí)，時(shí)計(jì)數(shù)器和分計(jì)數(shù)器的進(jìn)位脈沖輸送到時(shí)計(jì)數(shù)器和分計(jì)數(shù)器個(gè)位的CP端，時(shí)鐘正常計(jì)時(shí)。2.2.5整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路甘口口VDD12VVsrLf50kQROUTR.STDISTHRc二Cf555 VIRTUAL. = Timer|l111.L11111ITRICO

12、NGND-226總體電路圖1.7數(shù)字鐘總體電路2.3安裝與調(diào)試1首先調(diào)試多諧振蕩器。用示波器觀察多諧振蕩器輸出波形，確定多諧振蕩器是否 正常工作，振蕩頻率是否是2Hz。調(diào)節(jié)電位器Rw使多諧振蕩器產(chǎn)生頻率為2Hz的方波 信號(hào)。2調(diào)試分頻器。用示波器觀察分頻器輸出波形，確定信號(hào)頻率是否是1Hz。3調(diào)試計(jì)數(shù)、譯碼顯示電路。將秒信號(hào)輸送給秒計(jì)數(shù)器、分計(jì)數(shù)器、和時(shí)計(jì)數(shù)器，觀 察各計(jì)數(shù)器是否工作正常。4調(diào)試校時(shí)電路。觀察校時(shí)電路是否起到校時(shí)作用。5整體調(diào)試。各部分電路連接起來(lái)，觀察電子鐘是否正常工作。2.3.1 數(shù)字電子鐘PCB圖用EDA技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，生成的PCB如下圖所示：圖1.8數(shù)字電子鐘PCB圖3 設(shè)

13、計(jì)單元原理說(shuō)明數(shù)字鐘以成為人們常生活中數(shù)字電子鐘一般由振蕩器，分頻器，譯碼器，顯示器等 部分組成。數(shù)字鐘的應(yīng)用非常廣泛，應(yīng)用于人家庭以及車站。碼頭。劇場(chǎng)，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，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，攜帶方便等特點(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。盡管目前市場(chǎng)上以有現(xiàn)成數(shù)字鐘集成電路芯片，價(jià)格便宜這些都是數(shù)字電路中最基本的，應(yīng)用最廣的電路。數(shù)字電子鐘的 基本邏輯功能框圖如下：它是一個(gè)將“時(shí)”，“分”，“秒”顯示于人的視覺(jué)器官的計(jì)時(shí)裝 置。他的計(jì)時(shí)裝置的周期為24小時(shí)，顯示滿刻度

14、為23時(shí)59分59秒，另外應(yīng)有校時(shí)功 能。因此，一個(gè)基本數(shù)字鐘主要由五部分組成。3.1 555定時(shí)器原理晶體震蕩器的作用是產(chǎn)生時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。數(shù)字鐘的精度，主要取決于時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)信號(hào) 的頻率及其穩(wěn)定度。因此，一般用石英震蕩器經(jīng)過(guò)分得到。雙極型555定時(shí)器由電阻分壓器、比較器、基本RS觸發(fā)器、雙極型三極管T和輸出緩沖器組成。3.2計(jì)數(shù)器原理有了時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)：“秒”信號(hào)后，就可以根據(jù)60秒為1分，60分為1小時(shí)，24小時(shí)為 一天的計(jì)數(shù)周期，分別組成兩個(gè) 60進(jìn)制，一個(gè)24進(jìn)制的計(jì)數(shù)器。將這些計(jì)數(shù)器適當(dāng)連 接，就可以夠成秒，分時(shí)的計(jì)數(shù)器，實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)功能。3.3 譯碼和數(shù)碼顯示電路原理譯碼和數(shù)碼顯示電路是將數(shù)字鐘

15、的計(jì)時(shí)狀態(tài)直觀清晰地反映出來(lái)，被人們的視覺(jué)器 官所接受。顯示器件選用LED數(shù)碼管。在譯碼及數(shù)碼顯示電路輸出信號(hào)的驅(qū)動(dòng)下，顯示 出清晰直觀的數(shù)字符號(hào)。3.4 校時(shí)電路原理實(shí)際的數(shù)字鐘電路由于秒信號(hào)的精確性和不可能做到完全準(zhǔn)確無(wú)誤，加之電路中其 他原因，數(shù)字鐘總會(huì)產(chǎn)生其他原因，數(shù)字鐘總會(huì)產(chǎn)生走時(shí)誤差的現(xiàn)象，因此，電路中就 應(yīng)該有校準(zhǔn)時(shí)間的功能的電路。4 心得與體會(huì)我們學(xué)習(xí)了數(shù)字電子電路和模擬電子電路，對(duì)電子技術(shù)有了一些初步了解，但那都 是一些理論的東西。通過(guò)這次數(shù)字電子鐘的課程設(shè)計(jì)，我們才把學(xué)到的東西與實(shí)踐相結(jié) 合。從中對(duì)我們學(xué)的知識(shí)有了更進(jìn)一步的理解。在此次的數(shù)字鐘設(shè)計(jì)過(guò)程中，更進(jìn)一步地熟悉了芯

16、片的結(jié)構(gòu)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(dú)立思考問(wèn)題的能力和通過(guò)查看相關(guān)資料來(lái)解 決問(wèn)題的習(xí)慣。雖然這只是一次簡(jiǎn)單的課程設(shè)計(jì)，但通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)我們了解了課程 設(shè)計(jì)的一般步驟，和設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問(wèn)題。設(shè)計(jì)本身并不是有很重要的意義，而是我們 對(duì)待問(wèn)題時(shí)的態(tài)度和處理事情的能力。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，我們?cè)O(shè)計(jì)要從市場(chǎng)需求出發(fā)，既要有強(qiáng)大的功能，又要在價(jià)格方面比同等檔次的 便宜。同時(shí)對(duì)普通計(jì)數(shù)器如何構(gòu)成 n 進(jìn)制計(jì)數(shù)器有了更深的了解和掌握，對(duì)自我的實(shí)際 操作能力也有了很高的提升。