電子技術(shù)課程設(shè)計-數(shù)字顯示電子時鐘

電子技術(shù)課程設(shè)計總結(jié)報告

課題名稱：數(shù)字顯示電子時鐘專業(yè)：電氣工程及其自動化班級：學號：姓名：指導(dǎo)教師：

摘要................................................................................................................................3第一章設(shè)計指標..........................................................................................................41.1設(shè)計題目..........................................................................................................41.2設(shè)計任務(wù)和要求..............................................................................................41.3設(shè)計原理..........................................................................................................4第二章系統(tǒng)方案..........................................................................................................52.1系統(tǒng)模塊及框圖.............................................................................................52.2單元電路設(shè)計.................................................................................................62.2.1秒基準信號發(fā)生器..............................................................................62.2.2計數(shù)器..................................................................................................72.2.3數(shù)碼顯示..............................................................................................82.2.3校時切換電路......................................................................................82.2.3校時切換電路......................................................................................92.2.4整體電路圖..........................................................................................92.2.5部分芯片實際引腳圖及功能............................................................112.3multisim仿真.............................................................................................12第三章方案總結(jié)........................................................................................................123.1元件清單.......................................................................................................123.2電路及方案的特點........................................................................................123.3心得體會.......................................................................................................13參考文獻：...........................................................................................................13

摘要

時鐘是生活中必不可少的工具，實際生活中，時鐘小巧精致甚至很多是作為另一個工具的附加物（如手機、收音機等）。但實際上時鐘的原型——脈沖源是時序邏輯電路完成其邏輯功能的基礎(chǔ)。如果電源是數(shù)字電路的發(fā)動機的話，那么時鐘源就是它的輪胎使它能向前運行，所以幾乎所有電子產(chǎn)品都離不開時鐘源。本設(shè)計目的不在制作生活用的電子時鐘，而是希望通過對電子鐘的分模塊設(shè)計，加深對震蕩電路、波形轉(zhuǎn)換、分頻器、計數(shù)器、數(shù)據(jù)選擇器、譯碼器、數(shù)碼管等的理解，加強對實際集成器件的應(yīng)用，鍛煉電路焊接技術(shù)和檢查排錯能力。本設(shè)計通過32768Hz晶體和14位二進制分頻器4060產(chǎn)生2Hz的脈沖信號，再通過JK觸發(fā)器4027組成的二分頻器產(chǎn)生1Hz秒脈沖，比基于555定時器的時鐘源精確和穩(wěn)定。顯示部分采用CD4511驅(qū)動共陰極7段數(shù)碼管。校時部分采用四二選一數(shù)據(jù)選擇器74157芯片選擇正常走時或手動校時。設(shè)計過程中先使用multisim11.0進行仿真設(shè)計，后又進行實際焊接。

第一章設(shè)計指標

1.1設(shè)計題目

數(shù)字電子時鐘

1.2設(shè)計任務(wù)和要求

1、時鐘的“時”要求用兩位顯示，采用24進制。2、時鐘的“分”、“秒”要求各用兩位顯示。3、整個系統(tǒng)要有校時部分，校時時不能產(chǎn)生進位。

1.3設(shè)計原理

1、由石英晶體多諧振蕩器和分頻器產(chǎn)生1HZ標準秒脈沖。2、“秒電路”、“分電路”均為00—59的六十進制計數(shù)、譯碼、顯示電路。3、“時電路”為00—23的二十四進制計數(shù)、譯碼、顯示電路。

顯示顯示時碼器60進制計數(shù)器數(shù)據(jù)選擇器/模擬開關(guān)清零1HZ校時脈沖顯示譯碼器60進制計數(shù)器1HZ秒基準信號發(fā)生器顯示譯分顯示顯示時碼器60進制計數(shù)器數(shù)據(jù)選擇器/模擬開關(guān)清零1HZ校時脈沖顯示譯碼器60進制計數(shù)器1HZ秒基準信號發(fā)生器顯示譯分碼器譯碼器譯秒碼器譯

2.1系統(tǒng)模塊及框圖

數(shù)字顯示電子鐘系統(tǒng)包括秒脈沖發(fā)生器、秒60進制計數(shù)器、分60進制計數(shù)器、時24進制計數(shù)器、6個數(shù)碼管及數(shù)字顯示譯碼器、校時與正常走時選擇電路、手動校時脈沖發(fā)生電路。系統(tǒng)總體框圖如下。

顯示顯示

譯碼器

24進制計數(shù)器

控

制

開

關(guān)

其中通過控制開關(guān)控制數(shù)據(jù)選擇器可以選擇將1HZ秒脈沖信號送給秒計數(shù)器并且斷開校時脈沖對分、時計數(shù)器的控制，或斷開1HZ對秒計數(shù)器的控制給之清零信號并接通校時電路與分、時計數(shù)器的通道。

20p

2.2單元電路設(shè)計20p

2.2.1秒基準信號發(fā)生器

秒基準信號發(fā)生器實質(zhì)上是1Hz的時鐘信號源，數(shù)字電路中的時鐘是由振蕩器產(chǎn)生的，

振蕩器是數(shù)字鐘的核心。振蕩器的穩(wěn)定度及頻率的精度決定了數(shù)字鐘計時的準確程度，一般

來說，振蕩器的頻率越高，計時精度越高。它利用某種反饋方式產(chǎn)生時鐘信號。對數(shù)字電路

來說，振蕩器的輸出的幅度范圍為0v—5v的方波信號而不是鋸齒波、三角波或其他形式。

利用555定時器和電容電阻可以產(chǎn)生時鐘脈沖但是其精確度和穩(wěn)定性不高。而通過32768Hz

石英晶體和非門構(gòu)成的振蕩器穩(wěn)定性和精度都很高，但其頻率太高需要多15級二分頻器才

能產(chǎn)生1Hz的秒基準信號。

所以考慮使用含有非門和14級二進制串行分頻器的集成塊CD4060，既可以提供非門又

可以進行14級二分頻產(chǎn)生2Hz的信號，其中反相器并聯(lián)電阻可使反相器工作在，電壓跳變

的轉(zhuǎn)折區(qū)，利于起振，阻值不能太小否則無法起振。如圖1。

CD406014級分頻器

2Hz

32768Hz

10m圖1

20p

再將2Hz的信號經(jīng)由雙JK觸發(fā)器4027芯片組成的二分頻器進行二分頻得到1Hz的秒基

準信號。如下圖2：

+5v16VDDCD40601CP112INAR0171HzVDD5HEF40278INBR02R91Q14QA6R921HzUout712QB7A9QCR91148QDR92CB111DINA23INBR01QAR0212QB9QCBA8QD11DC

16+5v16VDDCD40601CP112INAR0171HzVDD5HEF40278INBR02R91Q14QA6R921HzUout712QB7A9QCR91148QDR92CB111DINA23INBR01QAR0212QB9QCBA8QD11DC10610m

11

Q1433

820p

圖2（秒基準脈沖發(fā)生器）

2.2.2計數(shù)器

秒、分計數(shù)器都是60進制計數(shù)器，時計數(shù)器為24進制?？紤]到成本，采用2-5-10計數(shù)器74ls90，共需六個。每個7490的引腳1和12相接構(gòu)成十進制計數(shù)器再由兩個10進制計數(shù)器配上與門構(gòu)成60進制和10進制計數(shù)器如圖3（60進制）和圖4（24進制）。

141236

圖3（60進制計數(shù)器）

137電阻限流，CDEFGDADCDD4~LTINAR01R91DBOCOD~EL~BIINBR026R92OA10OEOFOGQA

QD713OB91512QBR911211

149QCR92BA81411137電阻限流，CDEFGDADCDD4~LTINAR01R91DBOCOD~EL~BIINBR026R92OA10OEOFOGQA

QD713OB91512QBR911211

149QCR92BA8141112INA3INBR01QAR0212QB

QDA9QC8CBD11

2

6

圖4（24進制計數(shù)器）

2.2.3數(shù)碼顯示

顯示模塊采用7段顯示共陰極數(shù)碼管，使用CD4511BE譯碼并驅(qū)動，330

4511的試燈和消隱都接高電平，鎖定接地，電路圖如圖5（顯示電路）

CK

AB

7126

5

3圖5（顯示電路）

分脈沖輸入19

1Y30155V~A/B5.0kΩ

R2

352A20U18A1B

74S00D211143~GS2Key=A2Key=Space2Y232妙十位清零端21A1A2A3A6圖6（校時電路）12P11S16控制開關(guān)132妙個位分脈沖輸入19

1Y30155V~A/B5.0kΩ

R2

352A20U18A1B

74S00D211143~GS2Key=A2Key=Space2Y232妙十位清零端21A1A2A3A6圖6（校時電路）12P11S16控制開關(guān)132妙個位清零端11Y2Y4A1B10S32P1132125kΩ28473Y2B1312R1122994Y3BKey=B3315.0kΩ妙計算器脈沖12時脈沖輸入4BR3931

校時電路的核心是四二選一數(shù)選器74157，相當于四個同步切換單刀雙擲開關(guān)，切換開關(guān)通過與非門改造的反相器把信號送給74157的地址輸入端，加個反相器可以有效控制控制開關(guān)切換時對已經(jīng)校準過的分、時產(chǎn)生干擾。分脈沖輸入時接的與非門也是為了防止控制開關(guān)切回正常走時時對已經(jīng)校準的分的干擾。

分清零信號

妙60清零信號輸入

339U161HzVCC1

VCC

115

74157N

VCC34221

1

U18B364574S00D2B

1

111注：由于仿真軟件的限制，輕觸開關(guān)用單刀單擲開關(guān)代替。

2.2.4整體電路圖

U1DCD_HEX_YELLOW3322173B3Y5V436INAINBQCR01R02

R91R927490N9分脈30沖輸入

U18A

1Y1A15115V6104B

~A/B~G5.0kΩR21352A2Y232U9DCD_HEX_YELLOW22332710

7408N15U3QAQB

QD6771029妙十位清妙零個端位清零端2

122A1432B3B圖6（校時電路）S2Key=A1P2Key=SpaceS16控制開關(guān)23U6DCD_HEX_YELLOW11443A7408N1298113

R91R92R927490N1A2Y3A4A1B1

2P1132125kΩU14DCD_HEX_YELLOWDCD_HEX_YELLOW419111213141

2R023

67490N1Y

3Y4Y時脈沖輸入S321R11U1132165INAINBQCR01R02

R917490N4791213315.0kΩ23142B6QAQB

QD67妙計算器脈沖31Key=BR314U5B

2Y129811R91R92U1DCD_HEX_YELLOW3322173B3Y5V436INAINBQCR01R02

R91R927490N9分脈30沖輸入

U18A

1Y1A15115V6104B

~A/B~G5.0kΩR21352A2Y232U9DCD_HEX_YELLOW22332710

7408N15U3QAQB

QD6771029妙十位清妙零個端位清零端2

122A1432B3B圖6（校時電路）S2Key=A1P2Key=SpaceS16控制開關(guān)23U6DCD_HEX_YELLOW11443A7408N1298113

R91R92R927490N1A2Y3A4A1B1

2P1132125kΩU14DCD_HEX_YELLOWDCD_HEX_YELLOW419111213141

2R023

67490N1Y

3Y4Y時脈沖輸入S321R11U1132165INAINBQCR01R02

R917490N4791213315.0kΩ23142B6QAQB

QD67妙計算器脈沖31Key=BR314U5B

2Y129811R91R924152AU72186732264U8141

2R91R922324253U12INAINB

R016714U15A

1Y7408NU13QAQBQCR91R9241221B

1A1298QD322

1141113232321INAINB2R0214QAQBR0141129QC32148QD231131428

R021

2INAINB

R01QAQBQC1298QD141113INAINB2R02QAQBR01129QC8QD1120

DCD_HEX_YELLOW

4411

7U5CVCC81

VCC

8U2

141

23

67

7490N7490N

19

01

1分清零信號

妙60清零信號輸入1B374S00DU161HzVCC1

VCC13

115

74157N

VCC34

2

21

1

U18B364574S00D2B

21

2

1

1

注：由于仿真軟件的限制，輕觸開關(guān)用單刀雙擲開關(guān)代替。數(shù)碼管已經(jīng)內(nèi)置譯碼器。

156b1A22a1147FLT—21382bBL—21253bLEa33116GA34a31074bA01a498AVSS41b1B52ba22C3a6D3b37Ea44b48

2.2.5部分芯片實際引腳圖及功能156b1A22a1147FLT—21382bBL—21253bLEa33116GA34a31074bA01a498AVSS41b1B52ba22C3a6D3b37Ea44b48

16

5VCC

CD4511BE

A1

a11

引腳3和引腳4分別為試燈和消隱，低電平有效，故本設(shè)計使用時接高電平。引腳5為鎖定功能，高電平有效，使用時接低電平。

74LS157

引腳1為地址端，用于選擇將A送給Y或者將B送給Y

數(shù)量/個66611112數(shù)量/個66611112111211423備注顯示驅(qū)動數(shù)碼管構(gòu)成60進制和24進制計數(shù)器構(gòu)成校時切換電路幫助計數(shù)器清零計數(shù)

控制校時電路的切換產(chǎn)生校時脈沖一起構(gòu)成2Hz,時鐘信號發(fā)生電路構(gòu)成二分頻器試驗臺等提供作為數(shù)碼管限流電阻用于手動開關(guān)切換高電平限

在仿真妙基準信號發(fā)生器時，發(fā)現(xiàn)用CD4060和晶體模擬晶振并不能出現(xiàn)脈沖信號。在網(wǎng)上查閱資料后發(fā)現(xiàn)，可能是模擬晶振需要耗費大量計算資源，所以一般仿真軟件無法仿真晶振。但可以用單獨的反相器和晶體等仿真出振蕩電路。小時的高位能顯示0、1、2三個數(shù)，屬于三進制，剛開始誤以為它是二進制故最初時計數(shù)器的高位7490芯片沒有將引腳1和12相接構(gòu)成十進制，結(jié)果仿真時發(fā)現(xiàn)高位出現(xiàn)2就自動清零，此問題才得以發(fā)現(xiàn)并更正。剛開始沒有考慮，校時切換開關(guān)動作對分、時的影響。仿真結(jié)果是，校時切換時，分和時都自動出現(xiàn)進位，后經(jīng)改進控制開關(guān)串聯(lián)一個與非門構(gòu)成的反相器，并使用與非門將校時切換時送給秒的清零信號反饋給分的時鐘輸入端抑制其進位。

第三章方案總結(jié)

3.1元件清單

名稱/型號七段共陰極數(shù)碼管譯碼器CD4511BE計數(shù)器74ls90四二選一數(shù)選器74ls157與門74ls08與非門74hc00單刀雙擲開關(guān)輕觸開關(guān)晶體CD406010m電阻20pf陶瓷電容雙JK觸發(fā)器CD40275V直流電源330電阻5k電阻流

3.2電路及方案的特點

該電子時鐘電路，采用32768Hz晶體和CD4060內(nèi)部的反相器構(gòu)成振蕩器，晶體生產(chǎn)工藝成熟，頻率精確穩(wěn)定，而且反相器可對其波形整形，故可產(chǎn)生精確穩(wěn)定的脈沖信號，通過CD4060的14級分頻器和JK觸發(fā)器改造的二分頻器將脈沖變成1Hz的妙基準脈沖。所用器件不多就可產(chǎn)生妙基準時鐘。

該電路還通過四二選一數(shù)選器構(gòu)成，校時和正常走時切換電路，校時的時候切斷了秒脈沖并將秒計數(shù)器清零不會產(chǎn)生進位。正常走時的時候切斷了校時脈沖，校時輕觸開關(guān)不起作用。同時利用與非門構(gòu)成的反相器消除開關(guān)動作和抖動對分、時計數(shù)器的影響。由于成本的原因，選用7490作為10進制計數(shù)器，需要先將2-5進制連接成10進制，造成連線增多不利于實際焊接。由于譯碼器限制未考慮數(shù)碼管無效零消隱，增加了電路功耗。由于時間原因，未設(shè)計整點報時電路。改進方向是增加無效零消隱功能，利用減法計數(shù)器觸發(fā)555定時器并驅(qū)動蜂鳴器實現(xiàn)整點前報時相應(yīng)次數(shù)。

3.3心得體會

通過此次數(shù)字顯示電子時鐘的設(shè)計，熟悉了課程設(shè)計的基本原則和一般過程。強