數(shù)字鐘課程設(shè)計報告原理圖

1、-PAGE . z . I . . r . . 課 程 設(shè) 計 報告題目 數(shù)字鐘-數(shù)電課程設(shè)計 2011-2012 第一學(xué)期班 級姓 名學(xué) 號指導(dǎo)教師單 位年 月 日前言20世紀(jì)末，電子技術(shù)獲得了飛速的開展，在其推動下，現(xiàn)代電子產(chǎn)品幾乎滲透了社會的各個領(lǐng)域，有力地推動了社會生產(chǎn)力的開展和社會信息化程度的提高，同時也使現(xiàn)代電子產(chǎn)品性能進一步提高，產(chǎn)品更新?lián)Q代的節(jié)奏也越來越快。 時間對人們來說總是則珍貴，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

2、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，隨著承受皮試的人數(shù)增加，到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、定時播送、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)字化為根底的。因此，研究數(shù)字鐘及擴大其應(yīng)用，有著非常現(xiàn)實的意義。 目錄 TOC o 1-

3、3 h z u HYPERLINK l _Toc312678946一、設(shè)計目的 PAGEREF _Toc312678946 h - 3 -HYPERLINK l _Toc312678947二、設(shè)計要求 PAGEREF _Toc312678947 h - 3 -HYPERLINK l _Toc3126789482.1設(shè)計指標(biāo) PAGEREF _Toc312678948 h- 3 -HYPERLINK l _Toc3126789492.2設(shè)計要求 PAGEREF _Toc312678949 h - 3 -HYPERLINK l _Toc3126789502.3制作要求 PAGEREF _Toc31

4、2678950 h - 3 -HYPERLINK l _Toc3126789512.4編寫設(shè)計報告 PAGEREF _Toc312678951 h - 3 -HYPERLINK l _Toc312678952三、各單元電路設(shè)計 PAGEREF _Toc312678952 h - 4 -HYPERLINK l _Toc3126789533.1工作原理 PAGEREF _Toc312678953 h - 4 -HYPERLINK l _Toc3126789543.2原理框圖 PAGEREF _Toc312678954 h - 4 -HYPERLINK l _Toc3126789553.3振蕩器 P

5、AGEREF _Toc312678955 h - 5 -HYPERLINK l _Toc312678956由石英晶體振蕩器構(gòu)成的1HZ秒脈沖信號 PAGEREF _Toc312678956 h - 5 -HYPERLINK l _Toc3126789573.4 時間計數(shù)器電路 PAGEREF _Toc312678957 h - 6 -HYPERLINK l _Toc312678958秒計數(shù)器的設(shè)計 PAGEREF _Toc312678958 h - 6 -HYPERLINK l _Toc312678959分計數(shù)器的設(shè)計 PAGEREF _Toc312678959 h - 7 -HYPERLIN

6、K l _Toc312678960時計數(shù)器電路 PAGEREF _Toc312678960 h - 8 -HYPERLINK l _Toc3126789613.5譯碼驅(qū)動及顯示單元的設(shè)計 PAGEREF _Toc312678961 h - 9 -HYPERLINK l _Toc3126789623.6校時電路 PAGEREF _Toc312678962 h - 9 -HYPERLINK l _Toc3126789633.7 整點報時電路 PAGEREF _Toc312678963 h - 10 -HYPERLINK l _Toc3126789643.7.1 論證 PAGEREF _Toc312

7、678964 h - 10 -HYPERLINK l _Toc3126789653.7.2 實現(xiàn) PAGEREF _Toc312678965 h - 10 -HYPERLINK l _Toc312678966四、總電路設(shè)計 PAGEREF _Toc312678966 h - 12 -HYPERLINK l _Toc312678967五、元件清單 PAGEREF _Toc312678967 h - 12 -HYPERLINK l _Toc312678968六、課程設(shè)計體會 PAGEREF _Toc312678968 h - 13 -HYPERLINK l _Toc312678969七、參考文獻

8、PAGEREF _Toc312678969 h - 14 -一、 設(shè)計目的熟悉集成電路的引腳安排；掌握各芯片的邏輯功能及使用方法；了解數(shù)字鐘的組成及工作原理；熟悉數(shù)字鐘的設(shè)計與制作；熟悉Protel99 SE軟件的操作；設(shè)計要求2.1設(shè)計指標(biāo)時間以24小時為一個周期；能顯示時，分，秒；有校時功能，可以分別對時及分進展單獨校時，使其校正到標(biāo)準(zhǔn)時間；計時過程具有報時功能，當(dāng)時間到達整點前10秒進展蜂鳴報時；為了保證計時的穩(wěn)定及準(zhǔn)確須由晶體振蕩器提供表針時間基準(zhǔn)信號。2.2設(shè)計要求畫出電路原理圖(或仿真電路圖)；元器件及參數(shù)選擇；2.3制作要求自行裝配和調(diào)試，并能發(fā)現(xiàn)問題和解決問題；2.4編寫設(shè)計報

9、告寫出設(shè)計與制作的全過程，附上有關(guān)資料和圖紙，有心得體會。各單元電路設(shè)計3.1工作原理數(shù)字鐘是一個將 時，分，秒顯示于人的視覺器官的計時裝置。它的計時周期為24小時，顯示滿刻度為23時59分59秒，另外應(yīng)有校時功能和報時功能。因此，一個根本的數(shù)字鐘電路主要由譯碼顯示器、時，分，秒計數(shù)器、校時電路、報時電路和振蕩器組成。干電路系統(tǒng)由秒信號發(fā)生器、時、分、秒計數(shù)器、譯碼器及顯示器、校時電路、整點報時電路組成。秒信號產(chǎn)生器是整個系統(tǒng)的時基信號，它直接決定計時系統(tǒng)的精度，一般用石英晶體振蕩器加分頻器來實現(xiàn)。將標(biāo)準(zhǔn)秒信號送入秒計數(shù)器，秒計數(shù)器采用60進制計數(shù)器，每累計60秒發(fā)送一個分脈沖信號，該信號將作

10、為分計數(shù)器的時鐘脈沖。分計數(shù)器也采用60進制計數(shù)器，每累計60分鐘，發(fā)出一個時脈沖信號，該信號將被送到時計數(shù)器。時計數(shù)器采用24進制計時器，可實現(xiàn)對一天24小時的累計。譯碼顯示電路將時、分、秒計數(shù)器的輸出狀態(tài)由七段顯示譯碼器譯碼，通過六位LED七段顯示器顯示出來。整點報時電路時根據(jù)計時系統(tǒng)的輸出狀態(tài)產(chǎn)生一個脈沖信號，然后觸發(fā)音頻發(fā)生器實現(xiàn)報時。校時電路時用來對時、分顯示數(shù)字進展校對調(diào)整的。數(shù)字電子鐘由振蕩器、分頻器 計數(shù)器、譯碼顯示、報時等電路組成。其中振蕩器和分頻器組成標(biāo)準(zhǔn)秒信號發(fā)生器，由不同進制的計數(shù)器、譯碼器和顯示器組 成計時系統(tǒng)。秒信號送入計數(shù)器進展計數(shù)，把累加的結(jié)果 以時，、分，、秒

11、的數(shù)字顯示出來。時顯示由24進制 計數(shù)器、譯碼器、顯示器構(gòu)成，分、秒顯示分別由60進 制計數(shù)器、譯碼器、顯示器構(gòu)成。可進展整點報時，計時出 現(xiàn)誤差時，可以用校時電路校時、校分。3.2原理框圖時顯示器分顯示器秒顯示器秒譯碼器分譯碼器時譯碼器時計時器分計時器秒計時器校時電路校分電路分頻器振蕩器報時器1-1原理框圖3.3振蕩器振蕩器產(chǎn)生的時基信號通常頻率都很高，要使它成為能用過來計時的秒信號，需由分頻器來完成。分頻器的級數(shù)和每級的分頻次數(shù)要根據(jù)時基頻率來決定。例如，目前石英電子鐘多采用32768HZ的時標(biāo)信號，將此信號經(jīng)過15級即可得到周期為1S的秒信號。也可選用其他頻率的時基信號，確定好分頻次數(shù)后

12、再選選擇適宜的集成電路。由石英晶體振蕩器構(gòu)成的1HZ秒脈沖信號石英晶體振蕩器產(chǎn)生的32768Hz時標(biāo)信號進展15分頻。選用14為二進制計數(shù)器分頻器CMOS集成電路cc4060，由它可以得到14分頻的信號。再將TTL集成電路74LS74雙D觸發(fā)器鐘的一個觸發(fā)器結(jié)成計數(shù)器型，完成第15級分頻，即可得到周期為1s的沖信號。振蕩器與分頻器連接電路和cc4060引腳排列下列圖：圖3-1cc4060引腳排列 圖3-2 cc4060組成的振蕩器與分頻器連接電路3.4 時間計數(shù)器電路時間計數(shù)器電路由秒個位和秒十位計數(shù)器，分個位和分十位計數(shù)器及時個位和時十位計數(shù)器電路構(gòu)成，其中秒個位和秒十位計數(shù)器，分個位和分十

13、位計數(shù)器均為60進制計數(shù)器，而根據(jù)設(shè)計要求，時個位和時十位計數(shù)器為24進制計數(shù)器。這些計數(shù)器電路都可以由中規(guī)模集成計數(shù)器74LS90來實現(xiàn)。秒計數(shù)器的設(shè)計秒信號發(fā)生器是數(shù)字電子鐘的核心局部，它的精度和穩(wěn)定度決定了時信號發(fā)生器和分信號發(fā)生器的精度。秒計數(shù)器為60進制計數(shù)器。實現(xiàn)此100模數(shù)的計數(shù)器是由兩片中規(guī)模集成計數(shù)器74LS90構(gòu)成的。首先分別將兩片74LS90設(shè)置成10進制加法計數(shù)器。即將兩片的74LS90的置數(shù)端R0和R9都接地，將INA端接到QA端，以QD為進位輸出端，則構(gòu)成了10進制加法計數(shù)器。再將其中一片74LS90計數(shù)器的進位輸出端QD接到另一片74LS90的進位輸入端INA端。

14、如此，兩片計數(shù)器最大的即可實現(xiàn)100進制的計數(shù)器。接下來，利用74LS90的反應(yīng)置數(shù)的方法實現(xiàn)60進制。74LS90屬于異步置數(shù)，所以計數(shù)器輸出2QD2QC2QB2QA、1QD1QC1QB1QA=0110、0000”時，通過置數(shù)脈沖使計數(shù)器清零，也就是此時QB，QC發(fā)出置數(shù)脈沖送至清零端R0，則R0使計數(shù)器清零。秒計數(shù)器電路圖如下圖。圖3-3 秒計數(shù)器電路分計數(shù)器的設(shè)計分計數(shù)器也是60進制計數(shù)器。同秒計數(shù)器一樣是由兩片中規(guī)模集成計數(shù)器74LS90構(gòu)成。將兩片74LS90按同秒計數(shù)器的方法先接成10進制加法計數(shù)器，再按秒計數(shù)器電路的方法連接就可實現(xiàn)100進制的計數(shù)器。再用同秒計數(shù)器的方法實現(xiàn)60

15、進制。其電路圖同秒計數(shù)器電路圖。如下列圖所示。圖3-4 分計數(shù)器電路時計數(shù)器電路時計數(shù)器是24進制計數(shù)器。實現(xiàn)此模數(shù)的計數(shù)器也是由兩片中規(guī)模集成計數(shù)器74LS90構(gòu)成。同分、秒計數(shù)器一樣，先將兩片計數(shù)器74LS90連接成24進制的加法計數(shù)器，再把兩片計數(shù)器74LS90用秒計數(shù)器的方法接成可實現(xiàn)100進制的計數(shù)器。當(dāng)計數(shù)器狀態(tài)為2QD2QC2QB2QA、1QD1QC1QB1QA=0010、0100時，要求計數(shù)器歸零。通過2QB、1QC送出的置數(shù)脈沖使兩片計數(shù)器74LS90同時清零，這樣就構(gòu)成了24進制計數(shù)器。時計數(shù)器電路圖如下圖。圖3-5 時計數(shù)器電路3.5譯碼驅(qū)動及顯示單元的設(shè)計計數(shù)器實現(xiàn)了對

16、時間的累計以8421BCD碼形式輸出，為了將計數(shù)器輸出的8421BCD碼顯示出來，需用顯示譯碼電路將計數(shù)器的輸出數(shù)碼轉(zhuǎn)換為數(shù)碼顯示器件所需要的輸出邏輯和一定的電流，一般這種譯碼器通常稱為7段譯碼顯示驅(qū)動器，4511驅(qū)動顯示電路連接圖如下列圖所示。圖3-6 譯碼顯示電路3.6校時電路校時電路是數(shù)字電路不可缺少的局部，每當(dāng)數(shù)字鐘與時間不符時我們都要進展校時。S1、S2分別是時校時和分校時開關(guān)，不校時時S1、S2是閉合的。當(dāng)校正時位時需要把S1開關(guān)翻開，然后用手撥動S3開關(guān)，來回撥動一次就能使時位增加1，可以根據(jù)需要來撥動開關(guān)次數(shù)，校正完畢后把S1開關(guān)閉上。校正分時和校正時的方法一樣。其電路圖如下：

17、圖3-7校時電路3.7 整點報時電路 論證 整點報時是最根本的功能之一。此電路要求每當(dāng)分和秒計數(shù)器計到59分50秒時，使自動驅(qū)動音響電路，在10s自動發(fā)出5次響聲。要求每隔1s響一次，每次持續(xù)時間為1s，共響5次，并且前4次為低音，最后一響為高音，此時計數(shù)器正好為整點0”分0”秒。 實現(xiàn)整點報時電路見下列圖，包括控制電路和音響電路兩局部。圖3-8報時電路第一局部為控制門電路局部。當(dāng)分和秒計數(shù)器到59分50秒時，從59分50秒到59分59秒之間，只有秒個位在計數(shù)，而秒的十位，分的個位，分的十位中C=Qc4=Qa4=Qd3=Qa3=Qc2=Qa2=1不變。將它們相與，即C=Qc4Qa4Qd3Qa3

18、Qc2Qa2作為控制信號，去控制門U3A和門U4A。在每小時的最后10sC=1。門U3A輸入端加有頻率2084Hz的信號B可取自分頻器CC4060的Q4端，同時又受Qd1和Qa1的控制，即C 在59s時，Qd1Qa1=1，門U4A被關(guān)閉，門U3A翻開，B信號通過們U3A；門U4A輸入端加有頻率1024Hz的信號A可取自分頻率CC4060的Q5端，同時又受非Qd1和Qa1的控制，即C在51s、53s、57s時，非Qd1Qa1C=1，門U3A被關(guān)閉，門U4A翻開，4信號通過門U4A.則Z=Qd1Qa1CB+非Qd1Qa1CA，即可實現(xiàn)前四響為1024Hz的低聲，后一響為2048Hz的高音，最后一響完畢正好整點。第二局部為音響電路局部。該電路選用射及跟隨器，推動揚聲器發(fā)生。三極管選用高頻小功率3DG4，三極管基極串聯(lián)2k限流電阻是為了防止電流過大燒壞揚聲器。報時所需的2048Hz和1024Hz音頻信號，分別取自音頻電路。總電路設(shè)計圖4-1總電路圖設(shè)計元件清單多功能數(shù)字鐘主體電路元器件清單序號元器件名稱規(guī)格型號數(shù)量