數(shù)字電子電路課程設(shè)計(jì)說明書數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)與制作

1、 題目名稱： 數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)與制作 姓 名： 班 級： 測控082 學(xué) 號： 200833595218 日 期： 2011年2月26號 目錄1、 數(shù)字電子電路課程設(shè)計(jì)任務(wù)書.3 1. 設(shè)計(jì)分組.32. 時間安排.33. 課程設(shè)計(jì)任務(wù).34. 設(shè)計(jì)報(bào)告要求.45. 課程設(shè)計(jì)參考資料.42、 電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)正文.51. 課程設(shè)計(jì)題目.52. 課程設(shè)計(jì)任務(wù)和基本要求.53. 課程設(shè)計(jì)題目分析.54. 課程設(shè)計(jì)的電路設(shè)計(jì)部分.65. 課程設(shè)計(jì)原理圖.106. 設(shè)計(jì)體會.117. 元器件使用說明.148. 參考文獻(xiàn).14三、附錄一.15 數(shù)字電子電路課程設(shè)計(jì)任務(wù)書一設(shè)計(jì)分組：測控技術(shù)與儀器專業(yè)081、0

2、82班，制作每兩人一組。 二時間安排：1周，進(jìn)度要求如下序號設(shè)計(jì)內(nèi)容所用時間1布置任務(wù)及調(diào)研，電子系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)1天2設(shè)計(jì)方案的驗(yàn)證,電子系統(tǒng)電路圖繪制1天3制作1天4調(diào)試1天5撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告書，答辯1天合 計(jì)5天課程設(shè)計(jì)起止日期：2011年2月21 日2月25日三、課程設(shè)計(jì)任務(wù)（即要求）：課程設(shè)計(jì)題目：數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)與制作（一）設(shè)計(jì)指標(biāo)：1顯示時、分、秒。采用24小時制。2制作、調(diào)試出一個具有直流電源、簡易信號源及用來計(jì)“時”“分”“秒”的數(shù)字鐘系統(tǒng)。并按照 “秒”、“分”進(jìn)位和“時”循環(huán)進(jìn)位是否正常給予不同記分。3.具有校時功能，可以對小時和分單獨(dú)校時，對分校時的時候，停止分向小時進(jìn)位。校時時

3、鐘源可以手動輸入或借用電路中的時鐘。（二）具體要求：1設(shè)計(jì)方案的論證和選擇（1）、方案提出*查閱資料確定數(shù)字鐘的電路框圖。* 提出兩種以上數(shù)字鐘的電路設(shè)計(jì)方案。（2）、方案選擇和論證* 考慮方案的可行性、可靠性等實(shí)際問題，選擇出較為合理的方案。* 確定設(shè)計(jì)方案后，用protel（或multisim）軟件繪出電原理圖，并對各單元電路的工作原理進(jìn)行分析。2制作、調(diào)試數(shù)字鐘實(shí)物 ；要求焊接、調(diào)試出一個具有 “時”“分”“秒”計(jì)時功能的數(shù)字鐘系統(tǒng)。3按設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求的格式，撰寫或打印課程設(shè)計(jì)報(bào)告書。4設(shè)計(jì)總結(jié)和答辯。（三）實(shí)驗(yàn)儀器、工具：1 共陽（共陰）七段數(shù)碼管/計(jì)數(shù)器/譯碼驅(qū)動集成電路。2 導(dǎo)線

4、/電阻/電容/石英晶體/變壓器等。3示波器、萬用表。四設(shè)計(jì)報(bào)告要求：格式要求：（見附錄）內(nèi)容要求：1. 畫出設(shè)計(jì)的原理框圖，并要求說明該框圖的工作過程及每個模塊的功能。 2. 畫出各功能模塊的電路圖，加以原理說明（如10進(jìn)制到6進(jìn)制轉(zhuǎn)換的原理，個位到十位的進(jìn)位信號選擇和變換等）。3.描述設(shè)計(jì)制作的數(shù)字鐘及其運(yùn)行結(jié)果。說明測試中出現(xiàn)的故障及其排除方法。4.總結(jié)：設(shè)計(jì)過程中遇到的問題及解決辦法；課程設(shè)計(jì)中的心得體會；對課程設(shè)計(jì)內(nèi)容、方式、要求等各方面的建議。5.附錄1：畫出總布局接線圖（集成塊按實(shí)際布局位置畫，關(guān)鍵的連接單獨(dú)應(yīng)畫出，計(jì)數(shù)器到譯碼器的數(shù)據(jù)線、譯碼器到數(shù)碼管的數(shù)據(jù)線可以簡化畫法，但集成

5、塊的引腳須按實(shí)際位置畫，并注明名稱。）（或附上實(shí)物照片）6. 附錄2：元器件清單。五、課程設(shè)計(jì)參考資料1.彭介華主編：電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)，高等教育出版社，2002年出版。2鄭步生. multisim2001電路設(shè)計(jì)及仿真入門與應(yīng)用.電子工業(yè)出版社.20023高吉祥主編電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)北京：電子工業(yè)出版社，20024揚(yáng)志亮. protel99se電路原理圖設(shè)計(jì)技術(shù) .西北工業(yè)大學(xué)出版社. 200256 2011年2月21日 電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)正文一、課程設(shè)計(jì)題目: 數(shù)字鐘二、課程設(shè)計(jì)任務(wù)和基本要求: 設(shè)計(jì)任務(wù) 采用中規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)一臺可以顯示時、分、秒的數(shù)字鐘。 基本要求能直接顯示時

6、、分、秒的數(shù)字鐘，要求二十四為一計(jì)數(shù)周期。當(dāng)電路發(fā)生走時誤差時，要求電路具有校時功能。要求電路主要采用中規(guī)模集成電路。要求電源電壓+5伏三、課程設(shè)計(jì)題目分析: 設(shè)計(jì)要點(diǎn)設(shè)計(jì)一個精確的秒脈沖信號產(chǎn)生電路設(shè)計(jì)60進(jìn)制、24進(jìn)制計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)譯碼顯示電路設(shè)計(jì)操作方面的校時電路 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”

7、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”。“時計(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)數(shù)器的輸出狀態(tài)經(jīng)七段顯示譯碼器譯碼，通過六位led顯示器顯示出來。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 圖四、課程設(shè)計(jì)的電路設(shè)計(jì)部分: 秒脈沖信號發(fā)生器秒脈沖信號發(fā)生器是數(shù)字電子鐘的核心部分，它的精度和穩(wěn)定度決定了數(shù)字鐘的質(zhì)量。由振蕩器與分頻器組合產(chǎn)生秒脈沖信號。 振蕩器: 通常用555定時器與rc構(gòu)成的多諧振蕩器，經(jīng)過調(diào)整輸出1000hz脈沖。 分頻

8、器: 分頻器功能主要有兩個，一是產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖信號，一是提供功能擴(kuò)展電路所需要的信號，選用三片74ls90進(jìn)行級聯(lián)，因?yàn)槊科瑸?/10分頻器，三片級聯(lián)好獲得1hz標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖。其電路圖如下：秒 脈 沖 信 號 發(fā) 生 器 秒、分、時計(jì)時器電路設(shè)計(jì)秒、分計(jì)數(shù)器為60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，小時計(jì)數(shù)器為24進(jìn)制計(jì)數(shù)器。實(shí)現(xiàn)這兩種模數(shù)的計(jì)數(shù)器采用中規(guī)模集成計(jì)數(shù)器74ls90構(gòu)成。 60進(jìn)制計(jì)數(shù)器由74ls90構(gòu)成的60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，將一片74ls90設(shè)計(jì)成10進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，另一片設(shè)置6進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。兩片74ls90按反饋清零法串接而成。秒計(jì)數(shù)器的十位和個位，輸出脈沖除用作自身清零外，同時還作為分計(jì)數(shù)器的輸入脈沖

9、cp1。下圖電路即可作為秒計(jì)數(shù)器，也可作為分計(jì)數(shù)器。 60 進(jìn) 制 計(jì) 數(shù) 器 24進(jìn)制計(jì)數(shù)器由74ls90構(gòu)成的二十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，將一片74ls90設(shè)計(jì)成4進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，另一片設(shè)置2進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。即個位計(jì)數(shù)狀態(tài)為qd qc qb qa = 0100十位計(jì)數(shù)狀態(tài)為qd qc qb qa = 0010時，要求計(jì)數(shù)器歸零。通過把個位qc、十位qb相與后的信號送到個位、十位計(jì)數(shù)器的清零端，使計(jì)數(shù)器清零，從而構(gòu)成24進(jìn)制計(jì)數(shù)器。電路圖如下:24 進(jìn) 制 計(jì) 數(shù) 器 譯碼顯示電路譯碼電路的功能是將秒、分、時計(jì)數(shù)器的輸出代碼進(jìn)行翻譯，變成相應(yīng)的數(shù)字。用與驅(qū)動led七段數(shù)碼管的譯碼器常用的有74ls48。

10、74ls48是bcd-7段譯碼器/驅(qū)動器，輸出高電平有效，專用于驅(qū)動led七段共陰極顯示數(shù)碼管。若將秒、分、時計(jì)數(shù)器的每位輸出分別送到相應(yīng)七段譯嗎管的輸入端，便可以進(jìn)行不同數(shù)字的顯示。在譯碼管輸出與數(shù)碼管之間串聯(lián)電阻r作為限流電阻。譯碼顯示電路 校時電路校時電路是數(shù)字鐘不可缺少的部分，每當(dāng)數(shù)字鐘與實(shí)際時間不符時，需要根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)時間進(jìn)行校時。k1、k2分別是時校正、分校正開關(guān)。不校正時，k1、k2開關(guān)是閉和的。當(dāng)校正時位時，需要把k1開關(guān)打開，然后用手撥動k3開關(guān)，來回?fù)軇右淮?，就能使時位增加1，根據(jù)需要去撥動開關(guān)的次數(shù)，校正完畢后把k1開關(guān)閉上。校正分位時和校正時位的方法一樣。其電路圖如下:校

11、正 電 路5、 課程設(shè)計(jì)原理圖:六、設(shè)計(jì)體會 通過這次數(shù)字鐘的課程設(shè)計(jì)與制作，讓我知道設(shè)計(jì)電路的一些程序，也讓我初步了解了關(guān)于數(shù)字鐘的一般原理與設(shè)計(jì)理念，加深了對各種芯片邏輯功能的了解，更重要的是掌握了許多實(shí)際操作技能。由于數(shù)字鐘包括組合邏輯電路和時序電路，通過它也讓我進(jìn)一步學(xué)習(xí)與掌握了各種組合邏輯電路與時序電路的原理與使用方法。這次課程設(shè)計(jì)時間只有五天，而安排在前期原理圖設(shè)計(jì)上的時間就用了兩天，占總時間的40%，可見前期準(zhǔn)備的重要性，前期的準(zhǔn)備充分與否，直接關(guān)系到設(shè)計(jì)的成敗。當(dāng)我得知這次課程設(shè)計(jì)的任務(wù)是數(shù)字鐘之后，馬上就去圖書館查找相關(guān)資料，先對數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)有個總體的把握，順利畫出了它的總體

12、設(shè)計(jì)框圖。接下來就是對組成數(shù)字鐘的各個功能模塊的設(shè)計(jì)了，這一步是本次設(shè)計(jì)的重中之重，它需要考慮很多東西，像選擇什么樣的芯片，多大的電阻、電容等等。經(jīng)過上網(wǎng)查找和與同學(xué)討論確定了各個模塊的電路，一個完整的數(shù)字鐘的電路圖已經(jīng)形成。設(shè)計(jì)方案經(jīng)過老師肯定之后就是數(shù)字鐘的制作與調(diào)試了，它占了總時間的一半，這是一個難點(diǎn)也是重點(diǎn)。在這個環(huán)節(jié)中，我學(xué)到了許多在課本上學(xué)不到的東西，我想這個過程用“山窮水復(fù)疑無路，柳暗花明又一村”來形容最貼切不過了。把芯片插座焊到試驗(yàn)板上還是簡單的，但接線路就不那么簡單了，它要考慮到管腳的作用以及管腳與管腳之間的連線并且還要與原理圖相對應(yīng)，不能接錯一個腳。特別是接秒個位時由于對元

13、器件不熟悉，再則由于焊接技術(shù)不高，造成虛焊等原因使的得秒個位久久不能成功，看著不少同學(xué)都成功了，自己心里真的難受，有點(diǎn)想放棄。但還是堅(jiān)持下來了，經(jīng)過近一天時間的查找和調(diào)試秒個位終于成功了。正是由于這一天不斷的查找和調(diào)試，讓我學(xué)回了許多電路的測試和故障排除的技能。在這個過程中吸取了許多教訓(xùn)，我在接下了的制作過程中就顯得異常輕松，比較快的完成了這次任務(wù)。這就是好事多磨吧！通過這次課程設(shè)計(jì)，讓我對各種電路都有了大概的了解，所以說，坐而言不如立而行，對于這些電路還是應(yīng)該自己動手設(shè)計(jì)操作才會有深刻理解和達(dá)到學(xué)習(xí)的目的。同時根據(jù)自己設(shè)計(jì)中遇到的難點(diǎn)和一些棘手問題的解決所得的感悟我建議老師在我們動手制作之前

14、應(yīng)先告訴我們一些關(guān)于所做電路的資料、原理，以及如何檢測電路的方法，還有關(guān)于檢測芯片的方法。這樣會有助于我們更好地進(jìn)入狀況，完成設(shè)計(jì)的效果會更好！七、元器件使用說明: 集成異步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74ls90集成異步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74ls90它是二-五-十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，若將qa與ckb相連從cka輸入計(jì)數(shù)脈沖其輸出qd、qc、qb、qa便成為8421碼十進(jìn)制計(jì)數(shù)器；若將qd與cka相連，從ckb輸入計(jì)數(shù)脈沖其輸出qd、qc、qb、qa便成為5421碼十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。74ls90具有異步清零和異步置九功能。當(dāng)r0全是高電平，r9至少有一個為低電平時，實(shí)現(xiàn)異步清零。當(dāng)r0至少有一個低電平，r9全是高電平時，實(shí)現(xiàn)異

15、步置九。當(dāng)r0、r9為低電平時，實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)功能。 8421 bcd碼十進(jìn)制 5421 bcd碼十進(jìn)制74ls90功能表如下:輸入輸出r01 r02 r91 r92qd qc qb qah h l h h ll h h l h hl l l ll l l lh l l hh l l h l l l l l ll l 計(jì)數(shù)計(jì)數(shù)計(jì)數(shù)計(jì)數(shù) 555定時器振蕩器由555定時器構(gòu)成。在555定時器的外部接適當(dāng)?shù)碾娮韬碗娙菰?gòu)成多諧振蕩器，再選擇元件參數(shù)使其發(fā)出標(biāo)準(zhǔn)秒信號。555定時器的功能主要由上、下兩個比較器1、2的工作狀況決定。比較器的參考電壓由分壓器提供,在電源與地端之間加上電壓,且控制端懸空,則上比

16、較器1的反相端“-”加上的參考電壓為2/3,下比較器2的同相端“+”加上的參考電壓為1/3。若觸發(fā)端 的輸入電壓21/3,下比較器2輸出為“1”電平,觸發(fā)器的輸入端接受“1”信號,可使觸發(fā)器輸出端為“1”,從而使整個555電路輸出為“1”;若閾值端的輸入電壓62/3,上比較器1輸出為“1”電平,觸發(fā)器的輸入端接受“1”信號,可使觸發(fā)器輸出端為“0”,從而使整個555電路輸出為“0”?？刂齐妷憾送饧与妷嚎筛淖儍蓚€比較器的參考電壓,不用時,通常將它通過電容(0.01左右)接地。放電管1的輸出端為集電極開路輸出,其集電極最大電流可達(dá)50,因此,具有較大的帶灌電流負(fù)載能力。若復(fù)位端 加低電平或接地,可

17、使電路強(qiáng)制復(fù)位,不管555電路原處于什么狀態(tài),均可使它的輸出為“0”電平。只要在555定時器電路外部配上兩個電阻及兩個電容元件,并將某些引腳相連,就可方便地構(gòu)成多諧振蕩器。八、參考文獻(xiàn):1 彭介華.數(shù)字電子電路課程設(shè)計(jì)指導(dǎo).北京：高等教育出版社，2002.2 康華光.數(shù)字電子電路基礎(chǔ)數(shù)字部分.北京：高等教育出版社，2002.3 4 5數(shù)字電子技術(shù)黃河水利出版社6模擬電子技術(shù)人民郵電出版社7電子線路設(shè)計(jì)指導(dǎo)北京航空航天出版社8數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)哈爾濱工程大學(xué)出版社9電子技術(shù)指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)書河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校附錄一元器件清單：型號功能備注74ls00四個2輸入與非門一片74ls04六反向器一片74ls08四個2輸入與門一片74ls21雙4輸入與門一片74ls48譯碼