數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計數(shù)字鐘的設(shè)計

1、目錄1緒論-12設(shè)計方案概述-22.1系統(tǒng)設(shè)計思路與總體方案-22.2總體工作過程-22.3各功能塊的劃分和組成-33單元電路設(shè)計與分析-33.1秒信號的發(fā)生電路-33.2時、分、秒計數(shù)電路-4秒部分-5分部分-5時部分-63.3校正時、分電路-7 校分電路-7 校時電路-83.4整點報時電路-83.5鬧鐘功能電路-95電路的調(diào)試與仿真-94總體電路原理圖-116元器件清單-127設(shè)計體會及心得-12參考文獻(xiàn)-141緒論電子技術(shù)是21世紀(jì)發(fā)展最為迅速的領(lǐng)域之一，這主要得益于集成電路和計算機技術(shù)的迅速發(fā)展。這兩項技術(shù)既是電子技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，又是電子技術(shù)持續(xù)發(fā)展的推動力。集成電路和計算機技術(shù)的飛速

2、發(fā)展，將人類社會帶入信息時代，在這樣的時代背景下，掌握電子技術(shù)對我們來說是非常重要的。要掌握一門技術(shù)，不僅要具有理論的知識，還要經(jīng)過不斷實踐，而課程設(shè)計對我們來說就是一種很好的實踐方法。時間對人們來說總是那么寶貴，工作的忙碌性和繁雜性容易使人忘記當(dāng)前的時間。忘記了要做的事情，當(dāng)事情不是很重要的時候，這種遺忘無傷大雅。但是，一旦重要事情，一時的耽誤可能釀成大禍。例如，許多火災(zāi)都是由于人們一時忘記了關(guān)閉煤氣或是忘記充電時間。尤其在醫(yī)院，每次護士都會給病人作皮試，測試病人是否對藥物過敏。注射后，一般等待5分鐘，一旦超時，所作的皮試試驗就會無效。手表當(dāng)然是一個好的選擇，但是，隨著接受皮試的人數(shù)增加，到

3、底是哪個人的皮試到時間卻難以判斷。所以，要制作一個定時系統(tǒng)，隨時提醒這些容易忘記時間的人。鐘表的數(shù)字化給人們生產(chǎn)生活帶來了極大的方便，而且大大地擴展了鐘表原先的報時功能。諸如定時自動報警、按時自動打鈴、時間程序自動控制、定時廣播、定時啟閉電路、定時開關(guān)烘箱、通斷動力設(shè)備，甚至各種定時電氣的自動啟用等，所有這些，都是以鐘表數(shù)字化為基礎(chǔ)的。因此，研究數(shù)字鐘及擴大其應(yīng)用，有著非?，F(xiàn)實的意義。本報告就是對這次課程設(shè)計的總結(jié)。主要包含了以下內(nèi)容：簡單介紹了系統(tǒng)設(shè)計思路和方案，詳細(xì)介紹各單元電路的原理，介紹了在調(diào)試過程中碰到的問題和解決方法，總結(jié)了課程設(shè)計的收獲和體會。本次課程設(shè)計的題目是設(shè)計一個數(shù)字鐘，

4、要求具有以下功能：顯示時、分、秒（如11：52：45）；可實現(xiàn)手動或自動的對時、分進(jìn)行校正；計時過程具有報時功能，當(dāng)時間到達(dá)整點時進(jìn)行報時；有鬧鐘功能，在達(dá)到鬧鐘時間，鬧鐘開始起鬧并持續(xù)一分鐘。2設(shè)計方案概述2.1系統(tǒng)設(shè)計思路與總體方案一個最簡單的數(shù)字鐘由秒信號發(fā)生電路，時、分、秒計數(shù)電路，譯碼顯示電路組成，要求有校正時、分和整點報時，鬧鐘功能，故要加入校時電路和報時電路，鬧鐘功能電路。因此其原理可由如下的框圖表示出來： 圖2-1 原理框圖2.2總體工作過程一、時間的前進(jìn)和顯示的實現(xiàn)首先由秒信號產(chǎn)生電路生產(chǎn)秒信號，將此信號接到秒計數(shù)器的信號輸入端。接著，在這個秒信號的驅(qū)動下，秒計數(shù)器向分計數(shù)器

5、進(jìn)位，分計數(shù)器向時計數(shù)器進(jìn)位，最后通過譯碼器將計數(shù)器中的狀態(tài)以時間的形式顯示出來，這樣就實現(xiàn)了時間的前進(jìn)和顯示功能。二、整點報時的實現(xiàn)在時、分計數(shù)器的輸出端接收整點的信號，既驅(qū)動蜂鳴器的頻率信號，從而推動執(zhí)行部件（蜂鳴器）的工作。三、校正時、分的實現(xiàn)在秒向分進(jìn)位的路徑中加入一條用手動產(chǎn)生信號的路徑，并通過開關(guān)來選擇接通兩條中的手動信號，從而實現(xiàn)對分的校正。對時的校正的方法與此相同。四、鬧鐘功能的實現(xiàn) 由門電路將計數(shù)電路和鬧鐘電路連接起來，由蜂鳴器實現(xiàn)鬧鐘功能。2.3各功能塊的劃分和組成一、秒信號產(chǎn)生電路這部分電路由集成電路555定時器與RC組成的多諧振蕩器。二、時、分、秒計數(shù)電路及譯碼、顯示電

6、路這部分電路包括6個BCD碼計數(shù)器，其中兩組接成60進(jìn)制，剩下一組接成12進(jìn)制，及相應(yīng)的譯碼顯示器。之所以要用BCD碼計數(shù)器，是因為時、分、秒都是要用兩位十進(jìn)制數(shù)表示的，因而時、分、秒的個位和十位所對應(yīng)的計數(shù)器的狀態(tài)輸出都應(yīng)該是BCD碼。又因為時的顯示方式是12進(jìn)制的，故3個計數(shù)器分別要接成12、60、60進(jìn)制的。所用芯片都為74ls290。三、時、分的校正電路這部分電路由產(chǎn)生調(diào)節(jié)信號的裝置和數(shù)據(jù)選擇器組成，用單刀雙擲開關(guān)控制。四、整點報時電路這部分電路由控制音響的頻率信號采集電路、蜂鳴器組成。五、鬧鐘功能電路 這部分電路由門電路將時分秒計數(shù)電路和鬧鐘電路組合起來，產(chǎn)生的信號接到蜂鳴器而構(gòu)成鬧

7、鐘電路。3單元電路的設(shè)計和分析3.1秒信號的發(fā)生電路由前面介紹知道，秒信號發(fā)生電路由集成電路555定時器與RC組成的多諧振蕩器構(gòu)成。需要的芯片有集成電路555定時器，還有電阻和電容。下圖為其電路圖： 圖 3-1 秒信號發(fā)生電路振蕩電路是數(shù)字鐘的核心部分，它的頻率和穩(wěn)定性直接關(guān)系到表的精度。因此選擇555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器，其中電容C1為47微法，C2為0.01微法，兩個電阻R1=R2=10K歐姆。此時在電路的輸出端就得到了一個周期性的矩形波，其振蕩頻率為： f=1.43/( R1+2 R2)C (3-1) 由公式（3-1）代入R1 ，R2和C的值得，f=1Hz。即其輸出頻率為1Hz的矩形波

8、信號。3.2時、分、秒計數(shù)電路顯然，這部分電路可分成三小塊組成，分別為秒部分、分部分和時部分，在將這三部分進(jìn)行一定的連接就可得到完整的時、分、秒計數(shù)電路。3.2.1、秒部分該部分的實質(zhì)是一個60進(jìn)制的計數(shù)器，它的CP脈沖是前面生成的秒信號，它的清零信號可以作為向分進(jìn)位的進(jìn)位信號。它需要的元件有74LS290。下面是電路連接圖： 圖3-2-1 秒計數(shù)電路3.2.2、分部分這部分電路與秒部分電路很相似，只是它的輸入的CP是秒部分電路產(chǎn)生的進(jìn)位信號，它的清零信號作為向時進(jìn)位時的進(jìn)位信號。需要元件和電路圖也一樣，如下： 圖3-2-2 分計數(shù)電路3.2.3、時部分這部分電路實際上是一個12進(jìn)制的計數(shù)器，

9、它的輸入CP為分部分的進(jìn)位信號，需要的元件與秒、分電路一致。電路圖如下： 圖3-2-3 小時計數(shù)電路3.3校正時、分電路3.3.1、校分電路實現(xiàn)分的校準(zhǔn)的基本思路是：斷開原來正常的分輸入信號即秒電路的進(jìn)位信號，把頻率可以認(rèn)為控制的手動脈沖接入，從而實現(xiàn)快速的人為的分計數(shù)，當(dāng)?shù)竭_(dá)準(zhǔn)確的數(shù)值后再接入正常的計數(shù)脈沖，進(jìn)行正常的前進(jìn)。很顯然，為了實現(xiàn)這一功能，可以選用必要的門電路，通過單刀雙擲開關(guān)來選擇接入分的輸入信號的是正常的秒進(jìn)位信號還是手動脈沖，從而實現(xiàn)對分的校正。用這種方法還有一個好處，就是當(dāng)對分校正時，因為正常的秒進(jìn)位信號已經(jīng)不能輸入進(jìn)來了，所以秒的前進(jìn)不會對分產(chǎn)生任何的影響。以下為接線圖：

10、圖3-3-1 校分電路可以用下表來表示它的工作情況： 表2 校時電路工作狀態(tài)電鍵狀態(tài)選擇的輸入信號電路的工作狀態(tài)打開S4（接1）手動脈沖校正狀態(tài)斷開S4（接0）秒進(jìn)位脈沖正常計數(shù)狀態(tài)3.3.2、校時電路該電路與校正分的思路完全一致，只是它的正常輸入信號是分的進(jìn)位信號而已，此時開關(guān)S3與S4功能一樣。以下為電路圖：圖3-3-2 校時電路3.4整點報時電路這部分電路的要求是：在距離整點還有1秒（即分和秒都達(dá)到59的時刻）的時候鳴叫，持續(xù)時間為一秒。其電路包括控制門電路部分和音響電路部分。其中控制門電路的功能是從時、分、秒計數(shù)電路中取出頻率信號，輸給音響電路。音響電路是與JK觸發(fā)器相連的蜂鳴器電路。

11、以下為電路圖：圖3-4 整點報時電路 此時當(dāng)分和秒都達(dá)到59時，圖3-4中蜂鳴器鳴叫，并且指示燈亮，表示整點報時。3.5鬧鐘功能電路 實現(xiàn)鬧鐘功能的基本思路是：用4片74ls290構(gòu)成的計數(shù)電路通過單刀雙擲開關(guān)控制進(jìn)行鬧鐘時間的設(shè)置，然后用必要的門電路將時、分計數(shù)電路與鬧鐘設(shè)置電路連起來構(gòu)成輸入，接入蜂鳴器，使其鳴叫而實現(xiàn)鬧鐘功能。以下為其電路圖：圖3-5 鬧鐘功能電路 此時，圖3-5中，開關(guān)S1，S2分別控制鬧鐘的時、分的調(diào)節(jié)，開關(guān)S1合上，前兩片計數(shù)器74290開始計數(shù)，從而調(diào)節(jié)小時部分；開關(guān)S2合上，后兩片計數(shù)器74290工作，從而調(diào)節(jié)分鐘部分；通過必要的門電路將時、分計數(shù)器和鬧鐘設(shè)置電

12、路連接起來的信號當(dāng)作輸入，使蜂鳴器工作一分鐘，從而實現(xiàn)鬧鐘功能，開關(guān)S5控制蜂鳴器，控制鬧鐘是否發(fā)出聲音。5電路的調(diào)試及仿真首先是對秒信號發(fā)生電路進(jìn)行調(diào)試仿真，要使其輸出頻率為1Hz的矩形方波。仿真結(jié)果為：圖5-1 秒信號產(chǎn)生電路波形仿真接著對時、分、秒電路仿真：接秒、分電路部分的60進(jìn)制、接時電路部分的12進(jìn)制，同時接上相應(yīng)的譯碼和顯示電路，并進(jìn)行測試，測試方法為給各部分電路一個手動的CP，通過觀察顯示管的讀數(shù)來確定電路是否正確，若不正確，就對電路進(jìn)行檢查，直到正確為止。再接著就是接校時電路，并對其功能進(jìn)行仿真，方法為調(diào)節(jié)電鍵為不同的狀態(tài)，觀察能否完成手動校時和正常的計數(shù)功能，反復(fù)的檢驗和修

13、改，直到正確完成指定功能為止。再接報時電路，測試的方法為將時間調(diào)到59分，觀察當(dāng)秒鐘走到59秒時是否開始報時，在59秒時蜂鳴器是否鳴叫，指示燈是否變亮。當(dāng)所有的接線都完成后，驗證所有的功能，看是否符合要求。4總體電路原理圖圖4 總體電路原理圖6元器件清單表3 元器件清單序號名稱型號參數(shù)數(shù)量1單刀雙擲開關(guān)S1，S2，S3，S4，S552555定時器13數(shù)碼顯示管104二五十進(jìn)制計數(shù)器74LS290105同或門（2輸入）136與門（2輸入）74LS0857與門（3輸入）74LS1128與門（5輸入）19與門（8輸入）110反向器74LS04211JK觸發(fā)器112電容47uF113電容0.01uF1

14、14電阻10K歐姆215蜂鳴器27設(shè)計體會及心得在實際的操作過程中，能把理論中所學(xué)的知識靈活地運用起來，并在調(diào)試中會遇到各種各樣的問題，電路的調(diào)試提高了我們解決問題的能力，學(xué)會了在設(shè)計中獨立解決問題，也包括怎樣去查找問題。似乎所有的事都得自己新手去操作才會在腦海中留下深刻的印象，這個小小的課程設(shè)計讓我可以熟練的操作EWB軟件，也了解了不少器件的功能的應(yīng)用，也加深了對數(shù)字電路認(rèn)識和理解。通過這次課程設(shè)計，得到了很多收獲和體會。第一，鞏固和加深了對電子線路基本知識和理解，提高了綜合運用所學(xué)知識的能力。第二，增強了根據(jù)課程需要選學(xué)參考資料，查閱手冊，圖表和文獻(xiàn)資料的自學(xué)能力。通過獨立思考，深入研究有關(guān)問題，學(xué)會自己分析解決問題的方法。第三，通過實際電路方案的分析比較，設(shè)計計算，元件選取，安裝調(diào)試等環(huán)節(jié)，初步掌握了簡單實用電路的分析方法和工程設(shè)計方法。第四，掌握了比較常用的儀器的使用方法，提高了動手能力。第五，培養(yǎng)了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)和科學(xué)態(tài)度。為了很好的完成本次課程設(shè)計，對題目進(jìn)行了詳細(xì)的分析，同時參考了很多有關(guān)的書籍，并且和同學(xué)進(jìn)行了討論。之后根據(jù)方案用EWB軟件進(jìn)行仿真，調(diào)整元件的參數(shù)，改進(jìn)電路的性能，使之達(dá)到設(shè)計的指標(biāo)和要求，較好的完