數(shù)字鐘設(shè)計報告

1、數(shù)字鐘設(shè)計報告數(shù)字鐘設(shè)計報告數(shù)字鐘設(shè)計報告v1.0可編寫可更正目錄1設(shè)計目的.32設(shè)計任務(wù).33數(shù)字電子鐘的電路系統(tǒng)設(shè)計.3設(shè)計原理3方案確立4設(shè)計方案一.4設(shè)計方案二.5兩種方案的比較.5設(shè)計方案的確定.6數(shù)字電子鐘的電路設(shè)計.6電源電路的設(shè)計.6時間計數(shù)電路的設(shè)計.7正點報時電路的設(shè)計.8校時電路的設(shè)計.9秒信號發(fā)生器的設(shè)計.9譯碼驅(qū)動顯示電路.11數(shù)字電子鐘的整體電路.11設(shè)計電路的計算機(jī)模擬仿真與調(diào)試.144電路的裝置過程.15電路模擬仿真調(diào)試.15電路焊接15實物的實質(zhì)調(diào)試.155實驗數(shù)據(jù)和偏差分析.15實驗數(shù)據(jù).15偏差分析.166元件清單.1611v1.0可編寫可更正7課程設(shè)計的

2、收獲、領(lǐng)悟和建議17致謝.19參照文件2022v1.0可編寫可更正設(shè)計目的數(shù)字鐘從原理上講是一種典型的數(shù)字電路，此中包含了組合邏輯電路和時序電路。此次設(shè)計與制作數(shù)字電子鐘的目的是讓學(xué)生在認(rèn)識數(shù)字鐘的原理的前提下，運(yùn)用剛剛學(xué)過的數(shù)電知識設(shè)計并制作數(shù)字鐘，并且經(jīng)過數(shù)字鐘的制作進(jìn)一步認(rèn)識各種在制作頂用到的中小規(guī)模集成電路的作用及其使用方法。因為數(shù)字電子鐘包含組合邏輯電路和時序電路，經(jīng)過它可以進(jìn)一步學(xué)習(xí)與掌握各種組合邏輯電路與時序電路的原理與使用方法，從而實現(xiàn)理論與實踐相結(jié)合?？偟膩碚f，此次課程設(shè)計，有助于學(xué)生對電子線路知識的整合和電子線路設(shè)計能力的訓(xùn)練，并為后繼課程的學(xué)習(xí)和畢業(yè)設(shè)計打下必定的基礎(chǔ)。設(shè)

3、計任務(wù)設(shè)計制作一個數(shù)字電子鐘設(shè)計指標(biāo)：1時間計數(shù)電路采納24進(jìn)制，從00開始到23后再回到00；2各用2位數(shù)碼管顯示時、分、秒；3擁有自動校時、校分功能，可以分別對時及分進(jìn)行單獨校時，使其校訂到標(biāo)準(zhǔn)時間；4計時過程擁有報時功能，當(dāng)時間到達(dá)整點前10秒開始，蜂鳴器1秒響1秒停地響5次。5為了保證計時的穩(wěn)固及正確，須由晶體振蕩器供給時間基準(zhǔn)信號。數(shù)字電子鐘的電路系統(tǒng)設(shè)計下邊將詳細(xì)介紹整個數(shù)字電子鐘的電路系統(tǒng)設(shè)計過程。此中包含數(shù)字電子鐘的設(shè)計原理，設(shè)計方案的確定，數(shù)字電子鐘的電路設(shè)計計算機(jī)仿真，電路的設(shè)計與調(diào)試幾個設(shè)計部分。設(shè)計原理數(shù)字電子鐘是一個對標(biāo)準(zhǔn)頻率（1HZ）進(jìn)行計數(shù)的計數(shù)電路。它由振蕩器、

4、分配器、33v1.0可編寫可更正計數(shù)器、譯碼器和顯示器電路構(gòu)成。振蕩器產(chǎn)生的時鐘信號經(jīng)過分頻器形成秒脈沖信號，秒脈沖信號輸入計數(shù)器進(jìn)行計數(shù)，并把累計結(jié)果以“時”、“分”、“秒”的數(shù)字顯示出來。秒計數(shù)器電路計滿60后觸發(fā)分計數(shù)器電路，分計數(shù)器電路計滿60后觸發(fā)時計數(shù)器電路，當(dāng)計滿24小時后又開始下一輪的循環(huán)計數(shù)。經(jīng)過校時電路可以對分和時進(jìn)行校時，且計時過程擁有報時功能，當(dāng)時間到達(dá)整點前10秒開始，蜂鳴器1秒響1秒停地響5次。方案確立經(jīng)過查找資料并睜開談?wù)?，共談?wù)摮鰞蓚€不一樣的設(shè)計方案，表面上看，仿佛兩個方案都符合要求，但經(jīng)過屢次追究，并將兩個方案加以比較，最后確立一個既符合本設(shè)計要求又擁有比較強(qiáng)

5、的可行性的方案作為此次設(shè)計的對象。設(shè)計方案一方案一的設(shè)計主若是由555振蕩電路，時間計數(shù)電路，校時電路和譯碼驅(qū)動電路組成。而分頻器采納3片集成電路計數(shù)器74LS90，每片為1/10分頻，3片級聯(lián)則可獲取所需的頻率信號。而時間計數(shù)電路由74LS90構(gòu)成，分為一個24進(jìn)制電路和兩個60進(jìn)制電路。校時電路則由開關(guān)構(gòu)成。設(shè)計方案一的設(shè)計原理圖如圖1CKCKCKCKCKCKU1U2U3U4U5U6ABCDEFGABCDEFGABCDEFGABCDEFGABCDEFGABCDEFG44v1.0可編寫可更正74LS4874LS4874LS4874LS4874LS4874LS48譯碼譯碼譯碼譯碼譯碼譯碼時十時

6、個分十分個秒十秒個位計位計位計位計位計位計無消抖動校時，校分控制電路555振蕩器三級分頻電圖1設(shè)計方案一的設(shè)計原理圖設(shè)計方案二方案二的設(shè)計主要由晶體振蕩電路，時間計數(shù)電路，校時電路，譯碼驅(qū)動電路。其中，時間計數(shù)電路用六個74LS90構(gòu)成。校時電路主要由HD74KS00P構(gòu)成RS觸發(fā)器，而且加入消抖電路，達(dá)到了自動校時的成效。設(shè)計方案二的設(shè)計原理圖以下CKCKCKCKCKCKU1U2U3U4U5U6ABCDEFGABCDEFGABCDEFGABCDEFGABCDEFGABCDEFG55v1.0可編寫可更正451145114511451145114511譯碼譯碼譯碼譯碼譯碼譯碼時十時個分十分個秒十

7、秒個位計位計位計位計位計位計擁有消抖動的校分，校時控制電路32768晶體振二分頻電路蕩電路（74LS74）1HzCD4060分頻器圖2設(shè)計方案二的設(shè)計原理圖兩種方案的比較1、在數(shù)字電路設(shè)計中，兩種方案采納了不一樣的元器件，但都達(dá)到了數(shù)字時鐘功能。2、第一個方案采納了簡單的開關(guān)形式進(jìn)行校時，而第二個方案則采納了由RS觸發(fā)器構(gòu)成的擁有消抖動的消抖校時電路，除掉了輸入脈沖的不穩(wěn)固性，使得在校時過程中不影響計數(shù)。3、第一個方案采納了74LS48的譯碼芯片，而第二個方案則采納了MCI4511D譯碼芯片，明顯，前者價格昂貴，后者經(jīng)濟(jì)優(yōu)惠。4、第一個方案采納了555振蕩器，輸出脈沖既不精確也不夠穩(wěn)固，而第二

8、個方案則采納了晶體振蕩電路，其輸出脈沖較精確，穩(wěn)固。5、第一個方案采納了3片74LS90作為分頻器，而第二個方案則采納了1片74LS74作為二級分頻器，電路較前者簡單。66v1.0可編寫可更正設(shè)計方案的確定鑒于第一種方案有比許多的限制性，而方案二則比較方便適用，再依據(jù)本次設(shè)計的詳細(xì)要求與所學(xué)的知識，確立方案二為本次設(shè)計采納的方案。數(shù)字電子鐘的電路設(shè)計下邊將介紹第二個設(shè)計方案的設(shè)計電路。此中包含電源電路的設(shè)計、時間計數(shù)電路的設(shè)計、正點報時電路的設(shè)計、校時電路的設(shè)計、秒信號發(fā)生器的設(shè)計、譯碼驅(qū)動顯示電路的設(shè)計幾個部分。電源電路的設(shè)計因為本設(shè)計所用芯片的數(shù)目許多，并且數(shù)字鐘需要比較穩(wěn)固的電壓才能使得

9、計數(shù)正常、穩(wěn)固、精確。所以采納L7805CV穩(wěn)壓集成塊做穩(wěn)壓電路，并為了更好的除掉電壓諧波，所以采納了2000f的濾波電容，以此獲取穩(wěn)固的電壓。電源電路:用7805集成塊做穩(wěn)壓電路。如圖3圖3電源電路3.3.2時間計數(shù)電路的設(shè)計時間計數(shù)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，此中秒個位和秒十位計數(shù)器、分個位和分十位計數(shù)器為60進(jìn)制計數(shù)器，而依據(jù)設(shè)計要求，小時計數(shù)器為24進(jìn)制計數(shù)器。用6個74LS90構(gòu)成兩個60進(jìn)制和一個24進(jìn)制計數(shù)器。分別如圖4和5。77v1.0可編寫可更正圖460進(jìn)制電路對于上圖，74LS90芯片的引腳8、9、11、12分別對應(yīng)QC、

10、QB、QD、QA四個輸出端，而第5端和第10端分別接高電平易地，上圖已默認(rèn)，就不畫出，下邊的電路圖凡涉及到芯片自己就需要接高電平易地的引腳亦不畫出。當(dāng)分的74LS90芯片的進(jìn)位輸入端11端的脈沖進(jìn)位信號傳到時的脈沖輸入端時，時便計數(shù)一次，并且其十位和個位的進(jìn)位關(guān)系與分（秒）的十位和個位的進(jìn)位關(guān)系相同，此處不再重述。24進(jìn)制電路圖如圖5。88v1.0可編寫可更正298111ABCDQQ)Q)QU4)1212(74LS90DAB9900RRRR4167231298111ABCDQQ)Q)QU3)1212(74LS90DAB9900RRRR41672313V11Hz5VUA74LS00D12圖524

11、進(jìn)制電路正點報時電路的設(shè)計為了達(dá)到正點報時的功能，當(dāng)時間的分十位為5，分個位為9，秒的十位為5時，利用與門的相與功能，使得時間在59分50秒到59分59秒時期，蜂鳴器1秒響1秒停地響5次。如圖6。99v1.0可編寫可更正圖6正點報時電路3.3.4校時電路的設(shè)計一般狀況下，數(shù)字電子鐘開機(jī)時其實不馬上顯示當(dāng)前時間，所以需要一個校時電路來調(diào)整以此來獲取所需要的時間。依據(jù)設(shè)計要求，采納自動實現(xiàn)對時和分的校時，為了使校時不攪亂計時，在校時電路中還加入了消抖電路，用于除掉輸入脈沖的不穩(wěn)固性，確保校時和計時的穩(wěn)固與正確。其主要原理是：先截斷正常的計數(shù)通路，而后再將頻率為2Hz的方波信號加到需要校訂的計數(shù)單元

12、的輸入端，校訂好后，再轉(zhuǎn)入正常計時狀態(tài)即可。依據(jù)要求，數(shù)字鐘應(yīng)擁有自動分校訂和時校訂功能，所以，應(yīng)截斷分個位和時個位的直接計數(shù)通路，并采納正常計時信號與校訂信號可以隨時切換的電路接入此中。圖7所示即為帶有基本RS觸發(fā)器的校時電路。圖7校時電路對于上圖，與非門74LS00的U1C片中的第9端為晶體振蕩器所產(chǎn)生的2Hz的信號脈沖，而第U1D片的第13端則接進(jìn)位信號（若為小時校訂電路，則為分的進(jìn)位信號，同理，分的校時電路則為秒的進(jìn)位信號，當(dāng)不校時的時候，計時電路將正常計數(shù)）。第U2B片的第6端則為分也許小時的個位脈沖輸入端。1010v1.0可編寫可更正秒信號發(fā)生器的設(shè)計振蕩器是數(shù)字鐘的核心，振蕩器的

13、穩(wěn)固度及頻率的精確度決定了數(shù)字鐘計時的正確程度。由集成電路準(zhǔn)時器555與RC可構(gòu)成多諧振蕩器，其振蕩頻率只有1KHz。所認(rèn)為了達(dá)到設(shè)計要求，獲取更高的計時精度，采納晶體振蕩器構(gòu)成振蕩器電路。一般來說，振蕩器的頻率越高，計時精度越高。此次設(shè)計采納R14532的晶體振蕩器，其頻率為32768Hz，再經(jīng)過分頻芯片4060BD，其內(nèi)部有15級2分頻集成電路，所以可以此中一個輸出端獲取2Hz的信號脈沖。再經(jīng)過二次分頻，方可獲取1Hz的標(biāo)準(zhǔn)信號脈沖，即秒脈沖。至于分頻電路，實質(zhì)上就是由計數(shù)器構(gòu)成的，所以，還可采納3片集成電路計數(shù)器74LS90，每片為1/10分頻，3片級聯(lián)則可獲取所需的頻率信號。但為了節(jié)約

14、芯片及開銷，所以采納前者。其原理圖和電路圖分別入圖8和圖9。圖8秒信號原理圖1111v1.0可編寫可更正X1R145-32.768kHzU1121110RSRTC9CTCU2A1274O3MR1PRR1510MohmO42541D1QO5C1C230pF30pF6O636141QO7131O8151CLRO9174LS74DO112O123O134060BD圖9晶體振蕩電路譯碼驅(qū)動顯示電路譯碼驅(qū)動電路將計數(shù)器輸出的8421BCD碼變換為數(shù)碼管需要的邏輯狀態(tài)，并且為保證數(shù)碼管正常工作供給足夠的工作電流。本設(shè)計采納MCI4511譯碼器和LED數(shù)碼管。譯碼驅(qū)動顯示電路如圖10。1212v1.0可編寫

15、可更正圖10譯碼驅(qū)動顯示電路數(shù)字電子鐘的整體電路圖11為數(shù)字電子鐘的整體電路主模塊部分，圖12，圖13，圖14為數(shù)字電子鐘的整體電路副模塊部分。1313v1.0可編寫可更正圖11電路主模塊部分1414X1R145-32.768kHzU1121110RSRTC9CTC127MRO3R1510MohmO44O5C1C2630pF30pFO614O713O815O91O112O123O134060BD圖12晶體振蕩電路圖13校時電路圖14正點報時電路v1.0可編寫可更正U2A41PR251D1Q361Q11CLR74LS74D1515v1.0可編寫可更正設(shè)計電路的計算機(jī)模擬仿真與調(diào)試本次設(shè)計后的方案

16、分電源電路、時間計數(shù)電路、正點報時電路、校時電路、秒信號發(fā)生器電路和譯碼驅(qū)動顯示電路等幾個模塊，設(shè)計后分別送到計算機(jī)模擬軟件和Multisim2001中進(jìn)行模擬調(diào)試。此次模擬仿真調(diào)試是在實物調(diào)試前睜開的，可以及時發(fā)現(xiàn)設(shè)計方案中存在的問題并進(jìn)行分析與修正，方便購買器件，也為下一步的實物調(diào)試和線路板制作供給正確可行的電路模塊。比方時間計數(shù)電路的仿真模擬調(diào)試如圖15。圖15時間計數(shù)電路的仿真模擬調(diào)試圖又如晶振電路的仿真波形圖如圖16。1616v1.0可編寫可更正圖16晶振電路的仿真波形圖電路的裝置過程經(jīng)過電路的模擬仿真調(diào)試后，進(jìn)入實質(zhì)組裝置置過程。此中包含電路模擬仿真調(diào)試、電路焊接和實物的實質(zhì)調(diào)試三

17、個階段。電路模擬仿真調(diào)試經(jīng)過電路的電腦模擬仿真調(diào)試后，將芯片插入實驗室的實驗箱再一次進(jìn)行調(diào)試，第一調(diào)試秒計時電路，再接著調(diào)試分計時電路，這樣一步一步伐試下去，一發(fā)現(xiàn)問題可以及時分析并更正，并且邊調(diào)試邊焊接，節(jié)約了大批時間。電路焊接在實質(zhì)組裝置置即焊接電路板的過程中，對于裸露在空氣中的電線也許芯片引腳，因為受氧化，表層附有一次很薄的氧化物，會以致其導(dǎo)電能力大大降落，所以須用砂紙擦去氧化層。每焊接完一部分電路，就馬上進(jìn)行調(diào)試，測試無誤后方可進(jìn)心下一階段的焊接。焊接時要主要布線和焊點的合理分布，盡量做到雅觀。實質(zhì)焊接過程中，要保證焊筆不要遇到已經(jīng)焊好的線，不然焊好的線很簡單零落。實物的實質(zhì)調(diào)試達(dá)成焊

18、接后，即進(jìn)入實物的調(diào)試階段。實質(zhì)調(diào)試中出現(xiàn)了許多問題，如顯示不正常，秒計時中滿六十后不進(jìn)位等等。仔細(xì)檢測后發(fā)現(xiàn)主若是電路的某些線零落和自制電源的電壓諧波太大所致。今后還發(fā)現(xiàn)校時電路中的一個消抖電路設(shè)計出現(xiàn)錯誤，須重新設(shè)計。經(jīng)過仔細(xì)的分析與糾錯后，最后調(diào)試成功。1717v1.0可編寫可更正實驗數(shù)據(jù)和偏差分析實驗數(shù)據(jù)在組裝器件達(dá)成后，用實驗室的秒表進(jìn)行測試數(shù)字鐘的精確度，測試結(jié)果如表1表1數(shù)字鐘時間與秒表時間的比較表秒表時間(單位：秒)數(shù)字鐘時間偏差（單位：秒）0000：00：0003000：00：30000：01：009000：01：30012000：02：00000：02：3000：03：00

19、偏差分析從表1可看出，偏差湊近于0，并且理論上，偏差原來是積累的，但實質(zhì)上不然，該表的數(shù)據(jù)已顯示數(shù)字鐘走了90秒和120秒時的偏差與走了60秒的偏差其實不相關(guān)系，亦即偏差不積累。所以易得出此偏差值為人的反應(yīng)時間（包含視覺反應(yīng)時間和手的反應(yīng)時間），其實不是數(shù)字鐘自己的偏差。所以，此數(shù)字鐘的精確度相當(dāng)高，滿足設(shè)計要求。元件清單本次設(shè)計所用的元器件如表2所示。表2元器件清單一覽表元器件數(shù)目SN74LS90N6HD74KS00P31818v1.0可編寫可更正MCI45116CD40601CD4081BE374LS741LM7805110M電阻51000F電容433F電容2R14532晶體振蕩器3276

20、8HZ1數(shù)字IC插座（雙列直插式）20單刀雙擲開關(guān)29V-12W變壓器1蜂鳴器（雙引腳）1電路板2雙引腳導(dǎo)線若干電源插頭1數(shù)碼管6穩(wěn)壓管L7805CV1整流橋RS2071課程設(shè)計的收獲、領(lǐng)悟和建議收獲與領(lǐng)悟：1、增強(qiáng)了團(tuán)隊合作精神。很難想象，假如我們各人之間沒有好好的配合，設(shè)計過程將成為一團(tuán)亂麻。正是因為各人做好了應(yīng)該做的工作，整個過程才能一氣呵成。更為可貴的是，我們相互鼓舞，齊心戮力地辦理每個問題。這類團(tuán)隊精神將是我們美好的回憶。2、提升了對芯片的認(rèn)識。為了在實驗室里做好測試工作，我們一定對所用到的芯片1919v1.0可編寫可更正認(rèn)識得清清楚楚。經(jīng)過查閱手冊，也許咨詢老師，我們終于對芯片的引

21、腳功能熟透，這樣不僅測試起來靠譜，對今后的學(xué)習(xí)也是有極大的幫助。3、增強(qiáng)了對元件市場的認(rèn)識。為了獲取我們需要的元件，我們要親身去電子城購買元件，看到電子應(yīng)用繁榮的一面，我們對電子方面的知識更有興趣了。4、磨練了我們的意志力。我們花了好多心血來做這個課程設(shè)計，凡是事不是一帆風(fēng)順的，我們遇到了好多困難。有些困難甚至看進(jìn)來難于解決，的確也是打擊了我們的信心。但我們絕不灰心，仔細(xì)地檢查電路，檢查焊接的利害。比方在做電源這一部分時，我們不停地修正方案，示波器也顯示出了很完滿的波形，但還是沒法讓電路正常運(yùn)轉(zhuǎn)。在我們非常絕望之際，我們沒有放棄，最后找出問題的根本，換了兩個大電容，達(dá)到了除掉電壓諧波，終于解決這大問題。5、提升了我們使用電腦對電路進(jìn)行仿真的能力。在這從前，我們用電腦軟件達(dá)成了自動控制的課程設(shè)計。相同地，我們又要學(xué)會新的軟件Multisim和來畫電路圖，并用它進(jìn)行仿真。這又讓我們的知識增加了。6、增強(qiáng)我們對電子器件的認(rèn)識。向來以來，我們都對電路板感覺奇異，對電子應(yīng)用感覺好奇。此次我們親身制作一個電子器件，固然原理其實不太復(fù)雜，但我們在這一個過程，認(rèn)識電子應(yīng)用的巧妙之處。7、加深了“項目”這一詞匯的理解。理解這近似這樣的一個設(shè)計，我們其實可以把它看作一