數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)電子鐘設(shè)計(jì)

1、 課 程 設(shè) 計(jì)資 料 袋 電氣與信息工程 學(xué)院（系、部） 2011-2012 學(xué)年第 1 學(xué)期 課程名稱 電子技術(shù)課程設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師 職稱 講師 學(xué)生姓名 專業(yè)班級(jí) 電自094 學(xué)號(hào) 09401300417 題 目 電子鐘設(shè)計(jì) 成 績(jī) 起止日期 2012 年 01 月 03 日 2012 年 01 月 07 日目 錄 清 單序號(hào)材 料 名 稱資料數(shù)量備 注1課程設(shè)計(jì)任務(wù)書1份2課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書1份3課程設(shè)計(jì)圖紙5張4總計(jì)資料756 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書2011年 2012 學(xué)年第 1 學(xué)期 電氣與信息工程 學(xué)院（系、部） 電氣工程及其自動(dòng)化 專業(yè) 電自094 班級(jí)課程名稱： 電子技術(shù)課程設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)題

2、目： 電子鐘設(shè)計(jì) 完成期限：自 2012 年 01 月 03 日至 2012 年 01 月 07 日共 1 周內(nèi)容及任務(wù)一、設(shè)計(jì)目的數(shù)字鐘是一種用數(shù)字電路技術(shù)實(shí)現(xiàn)時(shí)、分、秒計(jì)時(shí)的裝置，與機(jī)械式時(shí)鐘相比具有更高的準(zhǔn)確性和直觀性，且無(wú)機(jī)械裝置，具有更更長(zhǎng)的使用壽命，因此得到了廣泛的使用。數(shù)字鐘從原理上講是一種典型的數(shù)字電路，其中包括了組合邏輯電路和時(shí)序電路。因此，我們此次設(shè)計(jì)與制做數(shù)字鐘就是為了了解數(shù)字鐘的原理，從而學(xué)會(huì)制作數(shù)字鐘。而且通過(guò)數(shù)字鐘的制作進(jìn)一步的了解各種在制作中用到的中小規(guī)模集成電路的作用及實(shí)用方法，且由于數(shù)字鐘包括組合邏輯電路和時(shí)序電路，通過(guò)它可以進(jìn)一步學(xué)習(xí)與掌握各種組合邏輯電路與

3、時(shí)序電路的原理與使用方法。二、設(shè)計(jì)要求（1）設(shè)計(jì)指標(biāo)時(shí)間以24小時(shí)為一個(gè)周期；顯示時(shí)、分、秒；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；計(jì)時(shí)過(guò)程具有報(bào)時(shí)功能，當(dāng)時(shí)間到達(dá)的秒數(shù)為你的學(xué)號(hào)17時(shí)進(jìn)行燈光報(bào)時(shí)；脈沖信號(hào)由555震蕩電路提供，選擇合適的元件參數(shù)。（2）設(shè)計(jì)要求畫出電路原理圖（或仿真電路圖）；元器件及參數(shù)選擇；電路仿真與調(diào)試（用EWB軟件）；（3）編寫設(shè)計(jì)報(bào)告寫出設(shè)計(jì)的全過(guò)程，附上有關(guān)資料和圖紙，有心得體會(huì)。三、設(shè)計(jì)工作量電子鐘電路設(shè)計(jì)說(shuō)明書一份；電子鐘電路原理總圖一份。進(jìn)度安排起止日期工作內(nèi)容2012.01.03講授設(shè)計(jì)的一般步驟和方法、設(shè)計(jì)的要求、布置設(shè)計(jì)題目。

4、2012.01.0406學(xué)生進(jìn)行設(shè)計(jì)2012.01.07學(xué)生修改、打印設(shè)計(jì)報(bào)告主要參考資料（1）康華光 電子技術(shù)基礎(chǔ) 數(shù)字部分（第五版） 高等教育出版社 2007年（2）彭容修 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) 武漢：華中理工大學(xué)出版社 2000年 （3）瞿安連 應(yīng)用電子技術(shù) 北京：科學(xué)出版社 2003年（4）ewb中文教程 指導(dǎo)教師（簽字）： 年 月 日系（教研室）主任（簽字）： 年 月 日電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)說(shuō)明書電子鐘設(shè)計(jì)起止日期： 2012 年 01 月 03 日 至 2012 年 01 月 07 日學(xué)生姓名 班級(jí)電自094學(xué)號(hào)09401300417成績(jī)指導(dǎo)教師 電氣與信息工程學(xué)院（部）電子鐘設(shè)計(jì)1)

5、 設(shè)計(jì)目的數(shù)字鐘是一種用數(shù)字電路技術(shù)實(shí)現(xiàn)時(shí)、分、秒計(jì)時(shí)的裝置，與機(jī)械式時(shí)鐘相比具有更高的準(zhǔn)確性和直觀性，且無(wú)機(jī)械裝置，具有更更長(zhǎng)的使用壽命，因此得到了廣泛的使用。數(shù)字鐘從原理上講是一種典型的數(shù)字電路，其中包括了組合邏輯電路和時(shí)序電路。因此，我們此次設(shè)計(jì)與制做數(shù)字鐘就是為了了解數(shù)字鐘的原理，從而學(xué)會(huì)制作數(shù)字鐘。而且通過(guò)數(shù)字鐘的制作進(jìn)一步的了解各種在制作中用到的中小規(guī)模集成電路的作用及實(shí)用方法，且由于數(shù)字鐘包括組合邏輯電路和時(shí)序電路，通過(guò)它可以進(jìn)一步學(xué)習(xí)與掌握各種組合邏輯電路與時(shí)序電路的原理與使用方法。2) 設(shè)計(jì)要求（1）設(shè)計(jì)指標(biāo)時(shí)間以24小時(shí)為一個(gè)周期；顯示時(shí)、分、秒；具有校時(shí)功能，可以分別對(duì)時(shí)

6、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)的秒數(shù)為你的學(xué)號(hào)時(shí)進(jìn)行燈光報(bào)時(shí)；脈沖信號(hào)由555震蕩電路提供，選擇合適的元件參數(shù)。（2）設(shè)計(jì)要求畫出電路原理圖（或仿真電路圖）；元器件及參數(shù)選擇；電路仿真與調(diào)試（用EWB軟件）；（3）編寫設(shè)計(jì)報(bào)告寫出設(shè)計(jì)的全過(guò)程，附上有關(guān)資料和圖紙，有心得體會(huì)。3) 設(shè)計(jì)任務(wù)1、 設(shè)計(jì)思路圖如下 2、選用芯片說(shuō)明74290芯片說(shuō)明a.外部管腳圖b.芯片簡(jiǎn)要說(shuō)明異步清零端MR1,MR2為高電平時(shí)，只要置9端MS1,MS2有一個(gè)為低電平，就可以完成清零功能。當(dāng)MS1,MS2均為高電平時(shí)，不管其他輸入端狀態(tài)如何，就可以完成置9功能。當(dāng)MR1,MR

7、2 中有一個(gè)以及MS1,MS2中有一個(gè)同時(shí)為低電平時(shí)，在時(shí)鐘端/CP0,/CP1脈沖下降沿作用下進(jìn)行計(jì)數(shù)操作：a) 十進(jìn)制計(jì)數(shù)。應(yīng)將/CP1與Q0連接，計(jì)數(shù)脈沖由/CP0輸入。b) 二、五混合進(jìn)制計(jì)數(shù)。應(yīng)將/CP0與Q1連接，計(jì)數(shù)脈沖由/CP1輸入。c) 二分頻、五分頻計(jì)數(shù)。Q0為二分頻輸出，Q1Q3為五分頻輸出。引出端符號(hào)：/CP0 二分頻時(shí)鐘輸入端（下降沿有效）/CP1 五分頻時(shí)鐘輸入端（下降沿有效）Q0Q3 輸出端MR1,MR2 異步復(fù)位端MS1.MS2 異步置9端c.74290的功能表復(fù)位輸入置位輸入時(shí)鐘輸出MR1MR2MS1MS2CPQA QB QC QDHHLXXL L L LHH

8、XLXL L L LXXHHXH L L HLXLX計(jì)數(shù)LXXL計(jì)數(shù)XLLX計(jì)數(shù)XLXL計(jì)數(shù)555定時(shí)器芯片介紹555定時(shí)器是一種中規(guī)模集成電路，外形為雙列直插8腳結(jié)構(gòu)，體積很小，使用起來(lái)方便。只要在外部配上幾個(gè)適當(dāng)?shù)淖枞菰?，就可以?gòu)成史密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及自激多諧振蕩器等脈沖信號(hào)產(chǎn)生與變換電路。它在波形的產(chǎn)生與變換、測(cè)量與控制、定時(shí)電路、家用電器、電子玩具、電子樂(lè)器等方面有廣泛的應(yīng)用。集成555定時(shí)器有雙極性型和CMOS型兩種產(chǎn)品。一般雙極性型產(chǎn)品型號(hào)的最后三位數(shù)都是555，CMOS型產(chǎn)品型號(hào)的最后四位數(shù)都是7555.它們的邏輯功能和外部引線排列完全相同。器件電源電壓推薦為4512V

9、，最大輸出電流200mA以內(nèi)，并能與TTL、CMOS邏輯電平相兼容。其主要參數(shù)見(jiàn)表8.1。555定時(shí)器的內(nèi)部電路框圖及邏輯符號(hào)和管腳排列分別如圖2.1和圖2.2所示。圖2.2 555定時(shí)器邏輯符號(hào)和引腳圖2.1 555定時(shí)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)引腳功能Vi1（TH）：高電平觸發(fā)端，簡(jiǎn)稱高觸發(fā)端，又稱閾值端，標(biāo)志為TH。Vi2（）：低電平觸發(fā)端，簡(jiǎn)稱低觸發(fā)端，標(biāo)志為。VCO：控制電壓端。VO：輸出端。Dis：放電端。：復(fù)位端。Vcc：外接電源VCC，雙極型時(shí)基電路VCC的范圍是4.5 16V，CMOS型時(shí)基電路VCC的范圍為3 18V。一般用5V。GND: 外接電源負(fù)端VSS或接地，一般情況下接地。555定

10、時(shí)器內(nèi)含一個(gè)由三個(gè)阻值相同的電阻R組成的分壓網(wǎng)絡(luò)，產(chǎn)生VCC和VCC兩個(gè)基準(zhǔn)電壓；兩個(gè)電壓比較器C1、C2；一個(gè)由與非門G1、G2組成的基本RS觸發(fā)器（低電平觸發(fā)）；放電三極管T和輸出反相緩沖器G3。是復(fù)位端，低電平有效。復(fù)位后, 基本RS觸發(fā)器的端為1（高電平），經(jīng)反相緩沖器后，輸出為0（低電平）。分析圖8.1的電路：在555定時(shí)器的VCC端和地之間加上電壓，并讓VCO懸空，則比較器C1的同相輸入端接參考電壓VCC，比較器C2反相輸入端接參考電壓VCC ，為了學(xué)習(xí)方便，我們規(guī)定：當(dāng)TH端的電壓VCC時(shí)，寫為VTH=1，當(dāng)TH端的電壓VCC時(shí)，寫為VTR=1，當(dāng)端的電壓VCC時(shí)，寫為VTR=0

11、。低觸發(fā)：當(dāng)輸入電壓Vi2VCC 且Vi1VCC 且Vi1VCC，則VTH=1，比較器C1輸出為低電平，無(wú)論C2輸出何種電平，基本RS觸發(fā)器因=0，使1，經(jīng)輸出反相緩沖器后，VO0；T導(dǎo)通。這時(shí)稱555定時(shí)器“高觸發(fā)”。 555定時(shí)器功能表輸 入輸 出THVODisVCCVCCVCCVCCLHHHLH不變L導(dǎo)通截止不變導(dǎo)通3.各個(gè)分電路說(shuō)明用555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器用555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器，輸出穩(wěn)定的秒脈沖，作為時(shí)間基準(zhǔn)。如下圖555定時(shí)器組成的振蕩器電路給數(shù)字鐘提供一個(gè)頻率為1Hz的方波信號(hào)。其中OUT為輸出。電路采用電阻、電容組成RC定時(shí)電路，用于設(shè)定脈沖的周期和寬度。調(diào)節(jié)RW或電容

12、C，可得到不同的時(shí)間常數(shù)；還可產(chǎn)生周期和脈寬可變的方波輸出。T1=0.7R2C,T2=0.7(R1+R2)C所以振蕩周期計(jì)算公式：T=T1+T20.7(R1+2R2)C圖3.1 自激多諧振蕩器電路和波形圖時(shí)間計(jì)數(shù)器電路時(shí)間計(jì)數(shù)電路由秒個(gè)位和秒十位計(jì)數(shù)器,分個(gè)位和分十位計(jì)數(shù)器及時(shí)個(gè)位和時(shí)十位計(jì)數(shù)器電路構(gòu)成,其中秒個(gè)位和秒十位計(jì)數(shù)器、分個(gè)位和分十位計(jì)數(shù)器為60進(jìn)制計(jì)數(shù)器,而根據(jù)設(shè)計(jì)要求,時(shí)個(gè)位和時(shí)十位計(jì)數(shù)器為24進(jìn)制計(jì)數(shù)器.a. 用兩片74290組成24進(jìn)制遞增計(jì)數(shù)器在設(shè)計(jì)中，我們使用的是74290異步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，來(lái)實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)的功能，實(shí)驗(yàn)中主要用到了74290的反饋清零功能。個(gè)位接成十進(jìn)制形式，十

13、位通過(guò)QA與個(gè)位QD連接，組成24進(jìn)制時(shí)鐘遞增計(jì)數(shù)器。如下圖b用兩片74290組成60進(jìn)制遞增計(jì)數(shù)器利用兩片74290組成的60進(jìn)制計(jì)數(shù)器如下圖所示，輸入計(jì)數(shù)脈沖CP加在CLKA端，把QA與與CPLB從外部連接起來(lái)，電路將對(duì)CP按照8421BCD碼進(jìn)行異步加法計(jì)數(shù)。通過(guò)反饋端，控制清零端清零，其中個(gè)位接成十進(jìn)制形式，十位接成六進(jìn)制形式。秒和分計(jì)數(shù)均由60進(jìn)制遞增計(jì)數(shù)器來(lái)完成。以上由計(jì)數(shù)器和七段顯示數(shù)碼管組成數(shù)字鐘的基本計(jì)數(shù)和顯示電路。校時(shí)功能的實(shí)現(xiàn)如電路圖，將時(shí)、分電路的計(jì)數(shù)器直接接到振蕩器，再分別由開(kāi)關(guān)“H”及“M”控制電路的接通與斷開(kāi)，實(shí)現(xiàn)調(diào)時(shí)、調(diào)分。在實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)過(guò)程中使用的是通過(guò)開(kāi)關(guān)（普通

14、開(kāi)關(guān)）來(lái)實(shí)現(xiàn)高低電平的切換，手動(dòng)賦予需要的高低電平來(lái)實(shí)現(xiàn)脈沖的供給，將脈沖提供到所需要的輸入端口，實(shí)現(xiàn)校時(shí)，仿真過(guò)程中能夠正常校時(shí)并且在校時(shí)的時(shí)候達(dá)到了預(yù)定的效果。報(bào)時(shí)的實(shí)現(xiàn)報(bào)時(shí)功能的實(shí)現(xiàn)原理較為簡(jiǎn)單，即對(duì)所需要報(bào)時(shí)的輸出量進(jìn)行控制，并對(duì)控制產(chǎn)生的信號(hào)作為顯示的信號(hào)源。例如：當(dāng)時(shí)間到達(dá)的秒數(shù)為我的學(xué)號(hào)17時(shí)進(jìn)行燈光報(bào)時(shí)，即輸出的結(jié)果為：0001 0111時(shí)，將“1”的部分接一個(gè)非門，再與或非門相連，“0”的部分直接接或非門，然后再接一個(gè)顯示燈。如下圖：4、總電路說(shuō)明5.總電路圖及仿真結(jié)果圖4) 元器件清單元器件數(shù)量元器件數(shù)量元器件數(shù)量742906或非門1電阻（1K）2555定時(shí)器1非門4電容(

15、480uf)1數(shù)碼管6與門3電容（0.01uf）1燈1單刀雙擲開(kāi)關(guān)2Vcc（電源）GND（地）5) 設(shè)計(jì)總結(jié)為期一周的數(shù)字電子課程設(shè)計(jì)結(jié)束了，此次設(shè)計(jì)的課題是電子鐘的設(shè)計(jì)，通過(guò)此次課程設(shè)計(jì)，收獲頗多。不但鞏固了自己的知識(shí)，而且培養(yǎng)了自己的實(shí)踐動(dòng)手能力。在此次的電子鐘設(shè)計(jì)過(guò)程中，使我更進(jìn)一步的熟悉了芯片的結(jié)構(gòu)，以及掌握了各芯片的工作原理及其相互聯(lián)系的作用。將以前學(xué)過(guò)的零散的數(shù)電知識(shí)有機(jī)的、系統(tǒng)的聯(lián)系起來(lái)，培養(yǎng)了自己分析和設(shè)計(jì)數(shù)字電路的能力。在時(shí)間計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)中，連接六進(jìn)制，十進(jìn)制，六十進(jìn)制的進(jìn)位及二十四進(jìn)制的接法中，要求熟悉邏輯電路及其各芯片的引腳功能，那么在電路出錯(cuò)時(shí)能準(zhǔn)確地找出錯(cuò)誤并及時(shí)糾正。在分析和設(shè)計(jì)的思路過(guò)程中，培養(yǎng)了我的設(shè)計(jì)思維，使我在邏輯電路的分析和設(shè)計(jì)上有了很大的進(jìn)步，加深了我對(duì)計(jì)數(shù)器，555定時(shí)器及振蕩器的認(rèn)識(shí)，進(jìn)一步增加了我對(duì)一些常見(jiàn)器件的了解，還使自己深刻的認(rèn)識(shí)到數(shù)字電子技術(shù)這門課程的重要性。同時(shí)，通過(guò)查閱相關(guān)方面的書籍也培養(yǎng)了自己獨(dú)立思考的能力。此次電子鐘的課程設(shè)計(jì)立足于數(shù)字電子技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用，通過(guò)不斷的實(shí)踐，開(kāi)拓了自己的思維，通過(guò)課程搜集資料、確定設(shè)計(jì)思路、擬定方案、進(jìn)行系統(tǒng)的規(guī)劃、仿真調(diào)試的流程，使我深刻的體會(huì)了在學(xué)習(xí)我們專業(yè)的過(guò)程中理論與實(shí)踐相結(jié)合的重要性，同時(shí)也解決了以前學(xué)習(xí)