數(shù)字時鐘電路設計書

1、吉林建筑工程學院數(shù)字電子技術課程設計報告課題名稱：數(shù)字時鐘課程設計 20112012學年第二學期 專 業(yè)電氣工程及自動化班 級101班姓 名陳貴君學 號10110130指導教師王銳 魏大慧2012年6月 目錄一前言3二設計要求3三設計目的3四電路設計方案4五.單元電路設計及參數(shù)計算55.1.譯碼顯示電路設計55.2.計數(shù)器電路設計75.3.脈沖發(fā)生電路設計8六電路原理圖及工作原理10數(shù)字時鐘電路總原理圖11數(shù)字時鐘電路總仿真圖11秒電路仿真12分電路仿真13脈沖發(fā)生器仿真13校對電路仿14七電路的安裝與測試14八心得體會14九參考文獻15附錄元件清單15一前言 鐘表作為一種定時工具被廣泛的使用

2、在生產(chǎn)生活的各方面。人類最初依靠太陽的角度來進行定時，所以受天氣的影響比較大，為了克服依靠自然現(xiàn)象定時的缺點人們發(fā)明的機器鐘表，電子鐘表一系列的定時工具。自改革開放以來我國科技得以高速發(fā)展，尤其是電子技術的飛速發(fā)展。各種各樣的電器器材憑空而出。 下面我們就以數(shù)字鐘為例簡單介紹一下。數(shù)字鐘我們聽到這幾個字，第一反應就是我們所說的數(shù)字，不錯數(shù)字鐘就是以數(shù)字顯示取代模擬表盤的鐘表，數(shù)字電子鐘是一種用數(shù)字電路技術實現(xiàn)時、分、秒計時的裝置，與機式時鐘相比具有更高的準確性和直觀性，且無機械裝置，具有更更長的使用壽命，電子鐘表具有價格便宜，質(zhì)量輕，定時誤差小等優(yōu)點，被廣泛的應用在生產(chǎn)，生活的各個方面。由于電

3、子鐘能提供精確又被廣泛的運用在各種測量之中。二設計要求1. 設計一個能直接顯示“分”、“秒”的數(shù)字電子鐘,要求60分鐘為一計時周期。2. 電路具有校時(分)功能。三設計目的 此次實驗設計目的在于培養(yǎng)學生們的操作實踐能力。通過對數(shù)字時鐘原理的學習，增強同學們的理論知識以及思維能力。此次實驗設計不單是理論的實現(xiàn)，相反的，更多的在于操作能力的鍛煉。通過對數(shù)字時鐘的實踐操作，讓同學們從中收獲甚多。學會元器件識別、測試和安裝的方法，掌握萬用表的使用方法，學會利用軟、硬件獨立進行電子設備的整機裝配、調(diào)試方法，并達到產(chǎn)品的質(zhì)量要求，從而鍛煉和提高學生的動手能力，鞏固和加深對電子學理論知識的理解和掌握，為以后

4、專業(yè)設計、課程設計及畢業(yè)設計準備必要的工藝知識和操作技能。培養(yǎng)學生綜合運用理論知識解決實際問題的能力。掌握電子線路的基本原理、基本方法，掌握焊接的基本技能，達到焊點大小適中、均勻、圓潤、光亮、無虛焊的要求，通過簡單電器的安裝制作，熟悉電子儀器的安裝制作過程和電路的調(diào)試及簡單故障排除的技能。四電路設計方案多功能數(shù)字鐘原理框架如圖所示，電路包括以下幾個部分：標準秒信號發(fā)生器、顯示電路、分秒計數(shù)器、校時電路。脈沖發(fā)生電路秒校對電路分校對電路秒計數(shù)器器分計數(shù)器秒譯碼器分譯碼器顯 示 電 路 此次數(shù)字數(shù)字設計利用所給的芯片設計完成。利用4個數(shù)碼管完成顯示電路的設計，所用數(shù)碼管為共陰性。 CD4511是一

5、個用于驅動共陰極 LED （數(shù)碼管）顯示器的 BCD 碼七段碼譯碼器，所以CD4511用做此次數(shù)字時鐘的譯碼器。本實驗用到的計數(shù)器是74LS90,74LS90是二五十進制計數(shù)器，它有兩個時鐘輸入端CKA和CKB。其中，CKA和組成一位二進制計數(shù)器；CKB和組成五進制計數(shù)器。設計中用了兩個開關，分別用做分、秒校對。最后數(shù)碼管跳動一秒所用的脈沖由555提供。五.單元電路設計及參數(shù)計算 5.1.譯碼顯示電路設計由于計數(shù)器輸出的是一個8421BCD碼，所以可以用CD4511譯碼器和共陰數(shù)碼管來組成譯碼顯示電路。CD4511是一個用于驅動共陰極 LED （數(shù)碼管）顯示器的 BCD 碼七段碼譯碼器，特點如

6、下：具有BCD轉換、消隱和鎖存控制、七段譯碼及驅動功能的CMOS電路能提供較大的拉電流?？芍苯域寗覮ED顯示器。用CD4511實現(xiàn)LED與接口方法如表5-1所示： 表5-1CD4511的工作真值表如表5-2所示： 輸        入輸        出LEBILIDCBAabcdefg顯示XX0XXXX11111118X01XXXX0000000消隱01100001111110001100010110000101100101101101201100111

7、111001301101000110011401101011011011501101100011111601101111110000701110001111111801110011110011901110100000000消隱01110110000000消隱01111000000000消隱01111010000000消隱01111100000000消隱0111111000000消隱111XXXX鎖       存鎖存表3-2 CD 4511的真值表 5.2.計數(shù)器電路設計本次電路設計所采用的計數(shù)器為74LS90。74LS90是二五十進

8、制計數(shù)器，它有兩個時鐘輸入端CKA和CKB。其中，CKA和組成一位二進制計數(shù)器；CKB和組成五進制計數(shù)器；若將與CKB相連接，時鐘脈沖從輸入，則構成了8421BCD碼十進制計數(shù)器。74LS90有兩個清零端R0（1）、R0（2），兩個置9端R9（1）和R9（2），其BCD碼十進制計數(shù)時序如表5-4。74LS90的管腳圖如圖5-3。R0(1)2R0(2)3R9(1)6R9(2)7CKA14QA12CKB1QB9QC8QD1174LS90圖5-3表5-4 BCD碼十進制計數(shù)時序 CK00000100012001030011401005010160110701118100091001 74LS90的功

9、能： (1)異步清零功能。當R0=R0(2),R0(1)=0時，若R9=R9(1),R9(2)=0時，則計數(shù)器清零，并與CK無關。(2)異步置9功能。當R0=R0(2),R0(1)=1時，計數(shù)器置9，即被置成1001的狀態(tài)，置9功能也于CK無關。(3)計數(shù)功能，當R0=0,R9=0時計數(shù)器計數(shù)。根據(jù)不同接法，還可實現(xiàn)二進制、五進制。5.3.脈沖發(fā)生電路設計555定時器的集成電路引腳如5-5圖所示1腳為接地端（GND）、2腳為低觸發(fā)端（ ）、3腳為輸出端 （OUT）、4腳為復位端（）、5腳為控制電壓端（CO）、6腳為高觸發(fā)端（TH）、7腳為放電端（D）、8腳為電源端（VCC）。圖2-1 555定

10、時器電路引腳圖表5-6 555定時器的功能表輸入中間狀態(tài)輸出放電管狀態(tài)高觸發(fā)端低觸發(fā)端直接復位Q××0××0導通>>1010導通<>111保持保持不變<<1101截止表5-7555定時器的輸入、輸出關系復位端控制電壓端CO高出發(fā)端VTH低觸發(fā)端VTR輸出端OUTT的狀態(tài)00*UOL導通10UOL導通不變不變*UOH截止1>VCOUOL導通<VCOUOL不變*不變截止 555定時器1HZ脈沖輸出的計算：由NE555的特性參數(shù)可知，當電源電壓去5V時，在100mA的輸出電流下輸出電壓的典型值為3.3V，所以取V

11、cc=5V可以滿足對輸出脈沖幅度的要求。若采用如下圖所示的電路，則： 故得R1=R2.又由公式可知： T=（R1+2R2）Cln2=1若去C=10uf，則代入上式得到： 3R1Cln2=1 =48k因R1=R2，所以取兩只47k的電阻與一個2k的電位器串聯(lián)，即得到1HZ的輸出脈沖。六電路原理圖及工作原理數(shù)字時鐘電路總原理圖數(shù)字時鐘電路總仿真圖秒電路仿真分電路仿真脈沖發(fā)生器仿真校對電路仿七電路的安裝與測試 測試：電路設計好之后需要經(jīng)過測試確認電路可行性后，方可安裝焊接電路。測試順序為：分頻電路模塊、計數(shù)器模塊、譯碼顯示電路模塊、校對模塊。每個模塊進行測試都確認無誤后，即可把每個模塊連接好，組成一

12、個完整的數(shù)字時鐘。根據(jù)軟件對電路仿真后得出的結論是沒有問題的，在一般情況下接線后不會有問題，但是測試時接線不能出錯。安裝焊接：首先應把芯片整體的排布有一個概念，盡量做到整齊、容易檢查、走線、飛線簡單。注意各個芯片的接地端和電源端要焊接好，不要出現(xiàn)虛焊等情況。由于電路比較復雜，焊接完成后若出現(xiàn)問題，需要反復檢查，盡量解決問題。八心得體會 通過此次的數(shù)字時鐘課程設計，無疑的一點：我學到了很多。早在大一的時候我就在問自己我學電路分析究竟拿來干什么，學數(shù)字電子技術基礎拿來干什么，媒體啊摹都埋頭苦干在書本上，一點興趣都沒有，一點趣味都沒有，以至于花了時間在課本上，卻沒讓自己得到更多的收獲。可這次不一樣了

13、，我對專業(yè)的興趣來了，我對專業(yè)的熱情燃燒了，此次的數(shù)字時鐘課程設計就是我對專業(yè)熱情燃燒的導火線。通過此次的數(shù)字時鐘課程設計，不僅讓我對專業(yè)重新了解，也讓我在其中學到了很多，從理論學習到實踐學習，其理論、實踐的完美結合更讓我知道了電子信息工程的本質(zhì)。九參考文獻【1】閻石 數(shù)字電子技術基礎（第五版） 北京：高等教育出版社 2006【2】張克農(nóng) 數(shù)字電子技術基礎 北京：高等教育出版社 2003【3】趙淑范等 電子技術實驗與課程設計 北京：清華大學出版社 2006【4】陳光明等 電子技術課程設計與綜合實訓北京：北京航空航天大學出版社 2007【5】李銀華等 電子線路設計指導北京：北京航空航天大學出版社

14、 2006【6】黃智偉 全國大學生電子設計競賽制作實訓北京：北京航空航天大學出版社 2007.8【7】楊志忠 數(shù)字電子技術基礎北京：高等教育出版社 2004【8】彭介華 電子技術課程設計指導北京：高等教育出版社 2004【9】路勇 電子電路實驗及仿真北京：清華大學出版社 2004附錄元件清單CommentDescriptionDesignatorFootprintLibRefQuantity電容 10ufCapacitorC1CAPR5-4X5Cap21電容 10ufCapacitorC3RAD-0.1Cap1電容 0.01ufCapacitorC4RAD-0.3Cap1數(shù)碼管Dpy Blue

15、-CC12.5*19*7.8 mm General Purpose Blue 7-Segment Display: CC, RH DP, Gray SurfaceDS3, DS4, DS5, DS6LEDDIP-10/C15.24RHDDpy Blue-CC4電源插座PWR2.5Low Voltage Power Supply ConnectorJ1KLD-0202PWR2.51電阻 68KResistorR1AXIAL-0.3Res11Tapped ResistorR2TO-220-ABRes Tap1電阻 20KResistorR3AXIAL-0.3Res11電阻 1KResistorR5, R6AXIAL-0.3Res12開關SW-DPST6*6mm Single-Throw SwitchS2, S3KEYSW-DPST2譯碼器CD4511BCNBCD-to-7 Segment Latch/Decoder/DriverU4, U5, U7N16ECD4511BCN