整點報時器課程設計

1、PAGE PAGE PAGE 17 目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc390186982 1 引 言 PAGEREF _Toc390186982 h 1 HYPERLINK l _Toc390186983 2 方案論證與選擇 PAGEREF _Toc390186983 h 2 HYPERLINK l _Toc390186984 2.1 設計目的 PAGEREF _Toc390186984 h 2 HYPERLINK l _Toc390186985 2.2 設計要求 PAGEREF _Toc390186985 h 2 HYPERLINK l _Toc39018

2、6986 2.3 系統(tǒng)框圖 PAGEREF _Toc390186986 h 2 HYPERLINK l _Toc390186987 2.4 設計過程 PAGEREF _Toc390186987 h 3 HYPERLINK l _Toc390186988 2.4.1 秒脈沖信號發(fā)生器 PAGEREF _Toc390186988 h 3 HYPERLINK l _Toc390186989 2.4.2 時間顯示模塊電路 PAGEREF _Toc390186989 h 3 HYPERLINK l _Toc390186990 2.4.3 整點報時模塊電路 PAGEREF _Toc390186990 h

3、4 HYPERLINK l _Toc390186991 2.4.4 校時模塊電路 PAGEREF _Toc390186991 h 4 HYPERLINK l _Toc390186992 3 電路仿真與設計 PAGEREF _Toc390186992 h 4 HYPERLINK l _Toc390186993 3.1所需芯片及芯片管腳圖 PAGEREF _Toc390186993 h 4 HYPERLINK l _Toc390186994 3.2 標準秒信號發(fā)生器模塊設計 PAGEREF _Toc390186994 h 5 HYPERLINK l _Toc390186995 3.3時、分、秒顯示

4、電路模塊設計 PAGEREF _Toc390186995 h 7 HYPERLINK l _Toc390186996 3.4校時電路模塊設計 PAGEREF _Toc390186996 h 10 HYPERLINK l _Toc390186997 3.5報時電路模塊設計 PAGEREF _Toc390186997 h 11 HYPERLINK l _Toc390186998 3.6綜合電路 PAGEREF _Toc390186998 h 13 HYPERLINK l _Toc390186999 4 電路調試及實物照片 PAGEREF _Toc390186999 h 14 HYPERLINK l

5、 _Toc390187000 4.1電路調試 PAGEREF _Toc390187000 h 14 HYPERLINK l _Toc390187001 4.2實物照片 PAGEREF _Toc390187001 h 14 HYPERLINK l _Toc390187002 5 存在問題 PAGEREF _Toc390187002 h 16 HYPERLINK l _Toc390187003 6 心得體會 PAGEREF _Toc390187003 h 16 HYPERLINK l _Toc390187004 參 考 文 獻 PAGEREF _Toc390187004 h 171 引 言目前市場

6、上提供的無論是機械鐘還是石英鐘在晚上無照明的情況下都是不可見的。要知道當前的時間，必須先開燈，故較為不便?，F(xiàn)在市場上出現(xiàn)了這樣一類的電子鐘，它以六只LED數(shù)碼管來顯示時分秒，與傳統(tǒng)的以指針顯示秒的方式不同，違背了人們傳統(tǒng)的習慣與理念，而且這類電子鐘一般是采用大型顯示器件，適用于銀行、車站等公共場所。這種新型的電子鐘因其方便、直觀的特點也得到了社會的歡迎，在社會上占有相當一部分市場。數(shù)字電子鐘是日常生活中常見的一種工具，大到機場等公共場所的時間屏幕，小到我們的手表、鬧鐘等，而且其報時功能也給人們提供了方便，因此，了解報時電子鐘的工作原理是很有必要的，也很有趣，因此我選擇了這個題目整點報時數(shù)字鐘。

7、數(shù)字電子技術課程的核心內容是時序邏輯電路、組合邏輯電路和觸發(fā)器，這些也是我們學電子的學生最基本要掌握的知識，通過實踐可以加深對課本知識的理解，能夠處理一些實際中的情況，因此這次數(shù)電課程設計，我選擇了數(shù)字電子鐘這個題目，雖然這在日常生活中很常見，看起來也比較簡單，但是其中包含的學問很多。在這個項目中，校時是一個很重要的模塊，既要可以正常校時，又不能干擾到時間計數(shù)顯示模塊，而時間顯示比較簡單，用熟悉的芯片就可以做出來了，老師說過，對芯片等元器件的了解程度等于將軍手中可以調動的兵力，掌握了芯片功能，也就掌握了主動權。 這次課程設計的選題整點報時數(shù)字鐘，不僅可以加深我對數(shù)字電子技術課程的理解，也可以提

8、高自己的動手能力以及實際問題中解決問題的能力，培養(yǎng)對數(shù)字電子技術的興趣。2 方案論證與選擇2.1 設計目的1 顯示時、分、秒 采用24小時進制。 2具有校時功能，可以對小時和分單獨校時。3. 計時過程具有報時功能，當時間到達整點前10秒進行蜂鳴報時。4為了保證計時準確、穩(wěn)定，由555構成振蕩器提供標準時間的基準信號。2.2 設計要求1. 用秒脈沖作信號源，構成數(shù)字鐘，顯示秒、分、時2. 具有“對時”功能，即時間可以快速預置3. 具有整點提示功能。一種實現(xiàn)的方法是每到整點時觸發(fā)，每到整點前幾 秒鐘，發(fā)出如 “的、的、的、答”聲音信號。2.3 系統(tǒng)框圖2.4 設計過程2.4.1 秒脈沖信號發(fā)生器秒

9、脈沖信號發(fā)生器是數(shù)字電子鐘的核心部分，它的精度和穩(wěn)定度決定了數(shù)字鐘的質量。由555構成振蕩器產(chǎn)生秒脈沖信號2.4.2 時間顯示模塊電路可以用3個CD4518作為核心芯片，進行級聯(lián)，再輔以若干邏輯門，完成進位、置零等功能，CD4518是雙十進制計數(shù)器，有兩個時鐘輸入端，正好可以滿足進位和校時的功能，而不會產(chǎn)生干擾，且有一個置零功能，可以組成六十進制和二十四進制的計數(shù)器。2.4.3 整點報時模塊電路用的是555芯片和一塊CD4068芯片組成的電路，555芯片可以接成多諧振蕩器，提供交變信號使蜂鳴器發(fā)出聲音，而整點報時的控制可以用CD4068實現(xiàn)，CD4068是8輸入與/與非門，可以在整點之前輸出脈

10、沖信號，經(jīng)過由555芯片組成的多諧振蕩器，為其提供一個信號，這樣由多諧振蕩器輸出端可以使蜂鳴器發(fā)出“嘀、嘀、嘀”的響聲。2.4.4 校時模塊電路考慮到開關抖動現(xiàn)象，校時模塊電路實驗實驗箱上的按鍵開關，每輸出一個脈沖信號可以改變分個位和十個位，同時考慮到干擾問題，進位接線和校時接線接在不同的時鐘輸入端。3 電路仿真與設計3.1所需芯片及芯片管腳圖 CD4518 CD4068 CD4002 CD4011 CD4069 5553.2 標準秒信號發(fā)生器模塊設計 用NE555芯片以及外圍電路搭建成一個多諧振蕩器，通過設計外圍電路的參數(shù)輸出方波頻率為1Hz，故稱為秒方波發(fā)生器。由于脈沖的占空比對系統(tǒng)的影響

11、不大，故把占空比設計為1/3。輸出方波用作計數(shù)器及D觸發(fā)器的clk信號3.3時、分、秒顯示電路模塊設計 整個電路的的核心芯片是CD4518，它是一個雙10進制加法計數(shù)器， 因此只需要三個芯片，進行級聯(lián)即可實現(xiàn)兩個六十進制和一個二十四進制計數(shù)器，再加上一些合適的邏輯門，實現(xiàn)置零和進位。上圖是秒顯示電路設計圖，右邊為秒個位，左邊為秒十位，秒個位的電路中置零引腳和時鐘輸入端CP1必須接地，這是因為CMOS的引腳不能懸空，否則會影響實驗結果，CP0接秒脈沖信號，考慮到秒個位計數(shù)到9的時候必須進位，所以在顯示0的同時輸出一個進位信號，輸出是0000，因此可以用一個或非門，當輸出是0000的時候提供一個進

12、位信號至秒十位的時鐘輸入端，秒十位另一個時鐘輸入端接地，當秒十位計數(shù)器計到5時，在輸出為0110時提供一個信號到秒十位計數(shù)器的置零端，使其實現(xiàn)01100000，即六十進制。上圖是分計數(shù)顯示電路設計圖，原理與秒計數(shù)顯示電路接近，分個位的時鐘輸入端接來自秒十位的進位信號，另外一個時鐘輸入端接校時電路模塊，由于設計的過程是分塊設計的，因此先將該時鐘輸入端接地，分十位的原理也是一樣的。 下圖是時計數(shù)顯示電路設計圖，與分、秒不同的是，這一塊是24進制，當時十位為0、1的時候，時個位正常從09顯示；當時十位為2時，要求時個位的顯示是0、1、2、3，然后就回到0，因此在置零這一部分接法不同于分、秒計數(shù)顯示電

13、路，考慮到當時計數(shù)器為23時必須變?yōu)?0，即當時十位輸出為0010、時個位輸出為0100時，分別變?yōu)?000、0000，因此可用一個與門實現(xiàn)，按如圖的接法，并且注意到時十位和時個位都必須置零。3.4校時電路模塊設計校時模塊的設計思路如圖所示，使用實驗箱上的消除抖動的按鍵開關，每按一次就輸出一個信號，調節(jié)分個位和時個位，考慮到實際接線時可能會出現(xiàn)干擾現(xiàn)象，即校時模塊中的校時信號會影響到原來的秒十位進位信號和分十位進位信號，所以進位信號輸入和校時信號輸入接在不同的時鐘端，這剛好利用了CD4518有兩個時鐘輸入端的優(yōu)點。3.5報時電路模塊設計 報時電路模塊中的報時信號輸出電路如下圖所示，用的芯片是C

14、D4068，CD4068是一個8輸入與/與非門，與非門的引腳分別接CD4518芯片的對應的輸出引腳，使其在59分51秒開始輸出報時信號，根據(jù)要求將報時信號設計為第51、53、55、57、59秒時輸出報時信號，向由555組成的多諧振蕩器發(fā)送信號。下圖是由555芯片和電阻、電容構成的多諧振蕩器，電阻的一端輸入經(jīng)過CD4068的報時信號，使電路導通，從而在555輸出端產(chǎn)生一個交變信號使得蜂鳴器發(fā)出聲音。3.6綜合電路555構成多諧振蕩器產(chǎn)生標準秒脈沖,使整個電路的基礎與關鍵部分,產(chǎn)生后的標準秒脈沖作為秒信號送進有4518的雙十進制計數(shù)器,然后由4511譯碼器接入數(shù)碼管顯示時刻整點報時模塊則由分鐘的5

15、9和秒5還有1接入8輸入與非門,再接4069非門,之后把信號送進由555構成的振蕩器電路.每到整點的51 53 55 57 59蜂鳴器會響的功能得以實現(xiàn).4 電路調試及實物照片4.1電路調試課程設計的起點在于仿真，使用仿真軟件做出來后，還要進行接線，這時候整個電路的成功與否，就在最后的調試了。在這次電路的調試過程中，遇到兩個問題：1、電路模塊之間或者接線之間的干擾，導致在計數(shù)時數(shù)碼管上顯示的數(shù)并不如預期的變化，比如有時候是每計數(shù)到11秒時，本該到12秒的時候，秒十位也跟著變化了，變成22秒，在調整小部分接線之后，這個問題也解決了，計數(shù)器正常工作。2、第二個問題也是最關鍵的問題，關系到校時電路這

16、一部分能否做出來的問題，也就是上面提到的進位信號與校時信號相互干擾問題，由于CD4518的仿真庫出錯，所以在仿真軟件上試驗的話可能不準確，而且實際與理論是有差距的，因此只能在實驗箱上進行調試。最后才想到CD4518有兩個時鐘輸入端，之前的仿真不行是因為CD4518的仿真出錯，于是將進位信號和校時信號接在不同的時鐘輸入端上，解決了互相干擾的問題，同時也可以正常校時。經(jīng)過調試，整個電路的功能實現(xiàn)了。4.2實物照片5 存在問題 完成了課程設計的基本要求，但是這個電子鐘是沒有實用價值的，現(xiàn)實中不可能用這么多芯片去生產(chǎn)一個普通的電子鐘，但這是學習的一種途徑。我設計的這個電路在校時時沒有一個開關可以使秒的

17、計數(shù)暫時停止，而且有的時候秒也是需要調節(jié)的，由于材料不足等原因，報時的“音樂”也顯得有些單調。6 心得體會經(jīng)過這段時間的課程設計，我學到了許多東西，對課本上的內容的理解加深了印象，同時也學會了一種學習的態(tài)度。理論要聯(lián)系實踐，當然實踐也離不開理論，由于對課本的內容還不是很熟悉，所以在做這個課程設計前，我先把課本的重點知識復習了一遍，時序邏輯電路、組合邏輯電路等，然后就是到圖書館查找相應的資料，抱著好幾本書就在那里認真地查，查的過程中也看到了很多關于CMOS芯片的應用實例。理論上的知識搞定了，接下來就是開始設計了。EWB仿真，給我的印象是簡潔實用，很多電路都能在上面先進行仿真，不過我這個題目的核心

18、芯片在仿真上面，出現(xiàn)了一些問題，一些管腳的位置和實際的不一樣，仿真調試不成功，于是我就想到，按照理論來講這是沒有錯的，為了驗證清除，我先將電路進行分模塊調試，把每一部分都仔細檢查了一遍，最終發(fā)現(xiàn)了與仿真的不同，接線是一樣的，不過在真實的接線中可行，在仿真中卻不行，最大一個不同之處就在于校時模塊，雖然仿真是那種接法可行，不過在實際接線中我采用了另外一種接法。這次課程設計也再次讓我看到理論與實踐的差別和聯(lián)系，理論固然重要，然而我們要在實踐中發(fā)現(xiàn)錯誤，并解決錯誤，也提高了自己的動手能力和實際解決問題的能力。一種學習態(tài)度：認真、嚴謹?shù)膶W習態(tài)度。這就是我的另一個收獲，不僅僅是做課程設計，無論是做什么研究，都必須要有一種認真嚴謹?shù)膶W習態(tài)度，比如說，獨立思考獨立完成，認真接線，仔細檢查等，這些都是對我們自身能力的一種培養(yǎng)，在以后的學習甚至工作中，很多東西都只能靠自己去獨