數字時鐘課程設計

**學院電子技術課程設計題目數字時鐘系(部)班級姓名學號指導教師信息工程系2010年1月4日至1月8日共一周2010年1月8日《電子技術》課程設計任務書一、設計題目、內容及要求設計題目：數字時鐘設計內容：整個數字鐘由時間計數電路、晶體振蕩電路、校正電路、整點報時電路組成。其中以校正電路代替時間計數電路中的時、分、秒之間的進位，當校時電路處于正常輸入信號時，時間計數電路正常計時，但當分校正時，其不會產生向時進位，而分與時的校位是分開的，而校正電路也是一個獨立的電路。電路的信號輸入由晶振電路產生，并輸。入各電路設計要求：（1）時間以24小時為一個周期并且顯示時、分、秒。（2）有校時功能，可以分別對時及分進行單獨校時，使其校正到標準時間。（3）為了保證計時的穩(wěn)定及準確須由晶體振蕩器提供表針時間基準信號。（4）畫出電路圖，元器件及參數選擇。二、設計原始資料三、要求1、撰寫課程設計2、利用AutoCAD繪制系統(tǒng)電路圖。四、進程安排說明書。五、主要參考資料1、高吉祥電子技術基礎實驗與課程設計北京電子工業(yè)出版社2、趙淑范電子技術試驗與課程設計北京清華大學出版社指導教師（簽名）：教研室主任（簽名）：課程設計成績評定表出勤天數缺勤天數出勤情況成出勤情況及設計過程表現（20分）課設答辯（20分）設計成果（60分）總成績（100分）績評定提問（答辯）問題情況綜合評定指導教師簽名：年月日唐山學院課程設計說明書目錄1引言..........................................12數字電子鐘基本原理...................................22.1石英晶體振蕩器..................................22.2分頻器......................................32.3計數器......................................32.4譯碼與顯示電路..................................52.5校時電2.6調試要點.....................................2.7元器路.....................................67件的選擇...................................73設計總結........................................94心得體會........................................10唐山學院課程設計說明書1引言隨著科學技術的不斷發(fā)展,人們對時間計量的精度要求越來越高。高精度的,由于電子鐘、石晶表、石英鐘都采用,穩(wěn)定性好,使用方便,不需要經常調校.數,譯碼代替機械式傳動,用LED顯示器代替指針,減小了計時、分、秒、顯示時間的功能,片選的靈活性好[6]。計時工具大多數都使用了石英晶體振蕩器了石英技術,因此走時精確度高字式電子鐘用集成電路計時時顯示進而顯示時間誤差.這種表具有時還可以進行時、分、秒的校對。數字鐘是一種用數字電路技術實現時、分、秒計時的裝置，與機械式時鐘相準確性和直觀性，且無機械裝置，具有更更長的使用壽命，因此得到了廣泛的使用。比具有更高的因此，我們此次設計與制作數字鐘就是為了了解數字鐘的原理，從而學會制作數字鐘.而且通過數字鐘的制作進一步的了解各種在制作中用到的中小規(guī)模集作用及實用方法.且由于數包括組合邏輯電路和時敘電路.通過它可以進一步學習與掌握各種組合邏輯電路與時序電路的原理與使用方法。成電路的字鐘1唐山學院課程設計說明書2數字電子鐘基本原理數字電子鐘的邏輯圖如下，它由石英晶體振蕩器、分頻器、計數器、譯碼器、顯示器和校時電路組成，石英晶體振蕩器產生的信號經過分頻器作為秒脈沖，秒脈沖送入計數器計數，計數結果通過時、分、秒譯碼器顯示時間。時分秒譯碼器譯碼器譯碼器時計數器分計數器秒計數器校時電路晶體振蕩器分頻器圖2數字電子時鐘邏輯框圖2.1石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器的特點是振蕩頻率準確、電路結構簡單、頻率易調整。它還具有壓電效應，在晶體某一方向加一電場，則在此垂直方向產生機械震動，有了機械振動，就會在相應的垂直面上產生電場，從而使機械振動和電場互為因果，這種循環(huán)過程一直持續(xù)到晶體的機械強度限制時，才達到最后穩(wěn)定，這種壓電諧振的頻率即為晶體振蕩器的用反相器與石英晶體我反饋，使它們工作在線性狀態(tài)，然后利用石英晶體JU來控制振蕩固有頻率。構成的振蕩電路如下圖所示。利用兩個非門G1、G2自頻率，同時用電容C1來作為兩個非門之間的耦合，兩個非門輸入和輸出之間并接的電阻R1、R2作為負反饋元件，由于反饋電阻很小，可以近似認為非們的輸出輸入壓降相等。電容C2是為了防止寄生振蕩。2唐山學院課程設計說明書0.0111ΩΩ圖2-1石英晶體振蕩器2.2分頻器由于石英晶體振蕩器產生的頻率很高，要得到秒脈沖，需要用分頻器。例如，振蕩器輸出4MH2信號，通過D觸發(fā)器進行4分頻變成1MH2，然后送到10分頻計數器，進過6次10分頻而獲得1Hz的方波信號作為秒脈沖信號。2.3計數器秒脈沖信號經過6級計數器，分別得到秒個位、十位、分個位、十位以及時個位、十位的計時。秒、分計數器為60進制，小時為24進制。2.3.160進制計數：“秒”計數器電路與“分”計數器電路都是60進制，它由一級10進制計數器和一級6進制計數器連接構成，如圖所示，采用兩片中規(guī)模集成電路74LS90串接起來構成的“秒”、“分”計數器。3唐山學院課程設計說明書&12221210(1)0(2)211秒圖2-3-160進制計數器IC1是十進制計數器，QD1作為十進制的進位信號，74LS90計數器是十進制異步計數器，用反饋歸零方法實現十進制計數，IC2和與非門組成六進制計數。74LS90是在CP信號的下降沿翻轉計數，輸入信號。QB2和QC20110高電平1分別送到計數器的R0(1),R0(2),74LS90內部的R0(2)與非后清零而使計數器歸零，完成六進制計數。由此可見IC1和IC2串聯實現QA2和QC2相與0101的下降沿，作為“分”（“時”）計數器的清零R0(1)和了六十進制計數。2.3.224進制計數：小時計數電路是由IC5和IC6組成的24進制計數器如圖4唐山學院課程設計說明書圖2-3-224進制計數器當“時”個位IC5計數輸入端CP5來到第十個觸發(fā)信號時，IC5計數器復零，進位端QD5向IC6“時”十位計數器輸出端信號，當第24個“時”脈沖到達時，IC5計數器的狀態(tài)為“器的QB6輸出為“1”。把它們分別送到IC5和IC6計數器的清零端通過7490內部的0010”，此時“時”個位計數器的QC5和“時”十位計數R0(1)和R0(2)，R0(1)和R0(2)與非后清零，計數器復零，完成24進制計數。2.4譯碼與顯示電路譯碼是把給定的代碼進行翻譯,將時、分、秒計數器輸出的四位二進制代碼翻譯為相應的十進制數,并通過LED顯示器顯示配套使用的。我們選用的七段譯碼驅動器(74LS47)和數碼管(LED)是共陽接法。LED顯示器的3、8管腳接一起,限流電阻為200Ω和+5V聯接。a、b、c、d、e、f、g各段,在圖中略畫出來。譯碼顯示,通常LED顯示器與譯碼器是實際使用時都應該接一個限流電阻電路如圖所示。5唐山學院課程設計說明書圖2-4譯碼與顯示電路2.5校時電路當電子鐘接通電源或者計時發(fā)現誤差時,均需要校正時間。校時電路分別實由于每個機械開關具有抖動現象,因此用RS觸發(fā)器作為去抖電路。采用RS基本觸發(fā)器及單刀雙擲開關,閘刀常閉于2點,每搬動一次產生一個計數脈沖,實現校時功能。電路如圖所示現對時、分的校準。6唐山學院課程設計說明書14211Ω1Ω+52.6調試要點在實驗箱上組裝電子鐘，注意，器件管腳的連接一定要準確，“懸空端”、“清零端”、“置1端”要正確處理，調試步驟和方法如下：（1）用示波器檢測石英晶體振蕩器的輸出信號波形和頻率，晶振輸出頻率應為4MHz。（2）將頻率為4MHz的信號送入分頻器，并用示波器檢查各級分頻器的輸出頻率是否符合設計要求。（3）將一秒信號分別送入“時”、“分”、“秒”計數器，檢查各級計數器的工作情況。（4）觀察校時電路的功能是否滿足校時要求。（5）當分頻器和計數器調試正常后，觀察電子鐘是否準確正常地工作。2.7元器件的選擇圖2-5校時電路（1）七段顯示器（共陰極）6片（2）74LS486片12片1片（3）74LS90（4）4MHz石英晶體7唐山學院課程設計說明書（5）74LS10,74LS0010片1片1片（6）74LS04（7）74LS74（8）電阻、電容、導線等8唐山學院課程設計說明書3設計總結通過整個電路設計與制作的整個過程，掌握了對電子鐘的設計,組裝與調試方法。熟悉了CMOS系列中、小規(guī)模集成電路的使用。通過理論與實踐的結合，進一步深入的體會到一種學習的方法，特別是對與電子設計方面。首先要明確總體的設計方案與方法；其次是對各個部分進行設計與改進；最后將各個部分整合在一起進行比較、觀察。在數字鐘實驗設計當中遇到的首要問題有三個：一是電路的總體設計問題；二是電路的焊接問題；三是電路的調試問題?；谒鶎W數字電路知識的局限性，在選擇元器件方面有所困難，開始無從下手應該確定使用何種元件。通過查找資料等過程首先確定了元件，從而確定了總電路圖。由于初次進行焊接工作，所以在電路焊接的時候造成了許多虛焊，導致電路無法正常運行。加重了電路調試的作業(yè)量?？偟膩碚f，電子鐘的課程設計有利于培養(yǎng)我們對電子設計的興趣，是一次很好的理論與實際的結合，希望能有更多機會進行這些課程設計。9唐山學院課程設計說明書4心得體會通過這次課程設計，加強了我們動手、思考和解決問題的能力。在設計過程中，經常會遇到這樣那樣的情況，就是心里想老是這樣的接法可以行得通，但實際接上電路，總是實現不了，因此耗費在這上面的時間用去很多。做課程設計同時也是對課本知識的鞏固和加強，由于課本上的知識太多，平時課間的學習并不能很好的理解和運用各個元件的功能，而且考試內容有限，所以在這次課程設計過程中，我們了解了很多元件的功能，并且對于其在電路中的使用有了更多的認識。平時看課本時，有時問題老是弄不懂，做完課程設計，那些問題就迎刃而解了。而且還可以通過這次課程設計有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結合起來，從理論中得出結論，才能真正為社會服務，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能是困難重重，這畢竟第一次做的，難免中發(fā)現了自己的不足之處，對以前不夠深刻，掌握得不夠牢固。,雖然短暫但是讓我得到多方面的提高：1、提高了我們的邏輯在邏輯電路的分析與設計很大的進步。加深了我們對組合邏輯電路與時序邏輯電路的認識，進一步增進了對一些常見邏輯器件的了解。另外，我們還更加充分的認識到，數字電路這門課程在科學發(fā)展中的至關重要性2，查閱參考書的獨立思考的能力以及培養(yǎng)非常重要，我們電路時，