數(shù)字電子時(shí)鐘課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、<p>　　數(shù)字時(shí)鐘課程設(shè)計(jì)報(bào)告</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　一．設(shè)計(jì)的目的、任務(wù)和要求……………………………2</p><p>　　二．設(shè)計(jì)的方案的選擇與論證……………………………4</p><p>　　三．電路的設(shè)計(jì)……………………………………………5</p>

2、;<p>　?。╝）設(shè)計(jì)內(nèi)容……………………………………………5</p><p>　?。╞）數(shù)字時(shí)鐘結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)………………………………5</p><p>　　（c）設(shè)計(jì)步驟……………………………………………6</p><p>　　1.時(shí)鐘脈沖發(fā)生器的設(shè)計(jì)………………………6</p><p>　　2.時(shí)分秒計(jì)數(shù)電路的設(shè)計(jì)……………

3、…………8</p><p>　　3.計(jì)數(shù)器的組間級聯(lián)設(shè)計(jì)………………………13</p><p>　　4.校準(zhǔn)電路的設(shè)計(jì)………………………………15四. 電路的仿真與調(diào)試……………………………………17</p><p>　　五．總結(jié)及心得……………………………………………19</p><p>　　六．附錄……………………………………………………

4、21</p><p>　　七．參考文獻(xiàn)………………………………………………22</p><p>　　一、設(shè)計(jì)的目的、任務(wù)和要求</p><p><b>　　設(shè)計(jì)目的</b></p><p>　　電子技術(shù)（數(shù)字）課程設(shè)計(jì)是電子技術(shù)基礎(chǔ)課程的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，通過該教學(xué)環(huán)節(jié)，要求達(dá)到以下目的：</p><p

5、>　　使學(xué)生進(jìn)一步掌握數(shù)字電子技術(shù)的理論知識，培養(yǎng)學(xué)生工程設(shè)計(jì)能力和綜合分析問題、解決問題的能力；</p><p>　　使學(xué)生基本掌握常用電子電路的一般設(shè)計(jì)方法，提高電子電路的設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ?lt;/p><p>　　熟悉并學(xué)會選用電子元器件，為以后從事生產(chǎn)和科研工作打下一定的基礎(chǔ)。</p><p><b>　?。ǘ┰O(shè)計(jì)任務(wù)</b><

6、/p><p>　　1．顯示時(shí)、分、秒。</p><p>　　2，可以24小時(shí)制或12小時(shí)制。</p><p>　　3．具有校時(shí)功能，分別對小時(shí)和分鐘單獨(dú)校時(shí)，對分鐘校時(shí)的時(shí)候，最大分鐘不向小時(shí)進(jìn)位。校時(shí)時(shí)鐘源可以手動輸入或借用電路中的時(shí)鐘。</p><p>　　4．為了保證計(jì)時(shí)準(zhǔn)確、穩(wěn)定，由晶體振蕩器提供標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的基準(zhǔn)信號。</p>

7、<p><b>　?。ㄈ┰O(shè)計(jì)要求</b></p><p>　　1.設(shè)計(jì)時(shí)綜合考慮實(shí)用、經(jīng)濟(jì)并滿足性能指標(biāo)要求；</p><p>　　2.必須獨(dú)立完成設(shè)計(jì)課題；</p><p><b>　　3.合理選用原件；</b></p><p>　　4.按時(shí)完成設(shè)計(jì)任務(wù)并提交設(shè)計(jì)報(bào)告。</p&

8、gt;<p>　　二、設(shè)計(jì)的方案的選擇與論證</p><p>　　考慮到實(shí)用、經(jīng)濟(jì)和性能指標(biāo)的滿足，運(yùn)用CB555，74LS160, CC4011,電阻，電容等器件經(jīng)行電子時(shí)鐘電路的計(jì)數(shù)及校準(zhǔn)功能的設(shè)計(jì)。運(yùn)用CB555與電阻電容組合連接成一個周期為一秒的多諧振蕩器，用與非門的組合連接成校準(zhǔn)電路對電子時(shí)鐘進(jìn)行校對。在連接計(jì)算器電路時(shí)可以用整體置零法和整體置數(shù)法。本實(shí)驗(yàn)電路采用整體置零法.總體電路是由各

9、功能電路或單元電路組成的。數(shù)字電子鐘是由振蕩電路、時(shí)間計(jì)數(shù)電路、數(shù)碼顯示電路和校時(shí)電路組成。</p><p><b>　　電路的設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　?。╝）設(shè)計(jì)內(nèi)容</b></p><p>　　運(yùn)用CB555定時(shí)器，電阻，電容設(shè)計(jì)一個多謝振蕩器，用多片74LS160、多片顯示譯碼器、與非門的組合設(shè)計(jì)時(shí)、

10、分、秒計(jì)數(shù)器，用于非門的組合連接校準(zhǔn)電路。用兩片74LS160級聯(lián)構(gòu)成60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，用來計(jì)“秒”，其CP輸入信號為秒脈沖；另兩片74LS160級聯(lián)構(gòu)成60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，用來計(jì)“分”，其CP輸入為“秒”變?yōu)?時(shí)產(chǎn)生的一個下降沿信號；還有兩片74LS90級聯(lián)構(gòu)成24進(jìn)制計(jì)數(shù)器，用來計(jì)“時(shí)”，其CP輸入為“分”變0時(shí)產(chǎn)生的一個下降沿信號。這樣六片74LS160實(shí)現(xiàn)了數(shù)字鐘的計(jì)時(shí)功能。它們的輸出用六片數(shù)碼顯示管顯示。</p>&l

11、t;p>　?。╞）數(shù)字時(shí)鐘主要由以下幾個部分組成：秒信號發(fā)生器、時(shí)、分、秒計(jì)數(shù)器，譯碼器及顯示器，校時(shí)電路，清零電路組成。</p><p>　　電路設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖如圖一所示。</p><p>　　圖一 電路設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖</p><p><b>　?。╟）設(shè)計(jì)步驟</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)時(shí)鐘脈沖

12、發(fā)生器</b></p><p>　　石英晶體振蕩器的特點(diǎn)是振蕩頻率準(zhǔn)確、電路結(jié)構(gòu)簡單、頻率易調(diào)整。它還具有壓電效應(yīng)，在晶體某一方向加一電場，則在與此垂直的方向產(chǎn)生機(jī)械振動，有了機(jī)械振動，就會在相應(yīng)的垂直面上產(chǎn)生電場，從而機(jī)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(jī)械強(qiáng)度限止時(shí)，才達(dá)到最后穩(wěn)定。這用壓電諧振的頻率即為晶體振蕩器的固有頻率。</p><p>　　一般來說，

13、振蕩器的頻率越高，計(jì)時(shí)精度越高，但耗電量將增大。如果精度要求不高也可以采用由集成電路定時(shí)器555與RC組成的多諧振蕩器。根據(jù)理論知識運(yùn)用，運(yùn)用CB555定時(shí)器與電阻電容組合設(shè)計(jì)多諧振蕩器的振蕩器的周期為1秒，即周期T=1，</p><p>　　根據(jù)理論知識得，多諧振蕩器周期的計(jì)算公式為：T=，多諧振蕩器頻率的計(jì)算公式為：，占空比的計(jì)算公式為：,通過以上公式計(jì)算多諧振蕩器的周期頻率的大小跟外接電阻的阻值。運(yùn)用CB

14、555定時(shí)器設(shè)計(jì)多諧振蕩器，由CB555定時(shí)器的參數(shù)特性可知，當(dāng)電源電壓為5V時(shí)，在100mA的輸出電流下輸出電壓的典型值為3.3V，所以取VCC=5V時(shí)可以滿足對輸出周期為一秒的脈沖信號的要求。</p><p>　　令占空比q=2／3，C=10uF時(shí)，得=，則</p><p><b>　　，</b></p><p><b>　　即3

15、C=1，則</b></p><p><b>　　。</b></p><p>　　通過計(jì)算得電阻R=48K，電容C=10uF，因兩個電阻的大小相等，所以取兩只阻值為47K的電阻和一個阻值為2K的電位器串聯(lián)，得到設(shè)計(jì)電路，如圖二所示。</p><p>　　圖二 時(shí)鐘脈沖發(fā)生器</p><p><b>

16、;　　設(shè)計(jì)時(shí)分秒計(jì)數(shù)電路</b></p><p><b>　　秒計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　秒脈沖信號經(jīng)過6級計(jì)數(shù)器，分別得到“秒”個位、十位，“分”個位、十位以及“時(shí)”個位、十位的計(jì)時(shí)?！懊搿薄ⅰ胺帧庇?jì)數(shù)器為60進(jìn)制，小時(shí)為24進(jìn)制。</p><p><b>　　60進(jìn)制計(jì)數(shù)器</b></

17、p><p>　　數(shù)字鐘的“分”和“秒”計(jì)數(shù)器均為模60的計(jì)數(shù)器，它們的個位都是十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，而十位則是六進(jìn)制計(jì)數(shù)器，其計(jì)數(shù)規(guī)律為：</p><p>　　要想實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)功能，可以選用74LS90芯片級聯(lián)組成模數(shù)為60的計(jì)數(shù)器，也可以用4518雙重BCD加法計(jì)數(shù)器芯片，采用反饋歸零法實(shí)現(xiàn)秒60進(jìn)制，還可以用74LS160十進(jìn)制芯片來實(shí)現(xiàn)。若選用74LS90級聯(lián)的話，只要一級出現(xiàn)問題，則整個計(jì)數(shù)功能模

18、塊都會受到影響，從而使計(jì)數(shù)出現(xiàn)問題。所以，綜合考慮，選用74LS160十進(jìn)制芯片，它不僅造價(jià)便宜，使用普遍，而且使用方便。其管腳圖如圖三所示。</p><p>　　圖三 74LS160的管腳圖</p><p>　　秒計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)電路如圖四所示。</p><p>　　圖四 秒計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)電路圖</p><p><b>　　分計(jì)數(shù)器的

19、設(shè)計(jì)</b></p><p>　　同樣通過整體置數(shù)法運(yùn)用兩片74LS160、與非門和兩片顯示譯碼器連接成60進(jìn)制的計(jì)數(shù)器作為分的計(jì)數(shù)電路。兩個芯片的復(fù)位端CLR和分個位芯片的工作狀態(tài)控制端ENP、ENT接高電平，分十位芯片的工作狀態(tài)控制端ENP、ENT接分個位芯片的進(jìn)位輸出端。</p><p>　　分個位計(jì)數(shù)單元為10進(jìn)制計(jì)數(shù)器，無需進(jìn)制轉(zhuǎn)換，當(dāng)QDQCQBQA變成1001時(shí)，

20、通過與非門把它接回到置數(shù)端，計(jì)數(shù)器的輸入置為0000，使計(jì)數(shù)器又從0000開始，如此重復(fù)。</p><p>　　分十位計(jì)數(shù)單元為6進(jìn)制，當(dāng)QDQCQBQA變成0101時(shí)，通過與非門把它接回置數(shù)端，計(jì)數(shù)器的輸入置為0000，計(jì)數(shù)器又從0000開始，如此重復(fù)，十位和個位合起來就是60進(jìn)制。同時(shí)兩個分計(jì)數(shù)芯片的脈沖輸入端接秒計(jì)數(shù)器的進(jìn)位輸出端，當(dāng)各個芯片開始工作時(shí)，秒計(jì)數(shù)器的進(jìn)位輸出端給分計(jì)數(shù)器的兩片分計(jì)數(shù)芯片的輸入高

21、電平脈沖，使分計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)，當(dāng)分計(jì)數(shù)器的輸出為59狀態(tài)時(shí)使兩個芯片的置數(shù)端工作，進(jìn)行置數(shù)，同時(shí)分十位上的進(jìn)位信號傳輸給“時(shí)”個位的計(jì)數(shù)單元。分計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)電路如圖五所示。</p><p>　　圖五 分計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)電路</p><p><b>　　時(shí)計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　時(shí)計(jì)數(shù)單元為24進(jìn)制計(jì)數(shù)器，其輸出為8421BCD碼。

22、同樣采用十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74160N來實(shí)現(xiàn)時(shí)間計(jì)數(shù)單元的計(jì)數(shù)功能。</p><p>　　數(shù)字鐘的“時(shí)”計(jì)數(shù)器為模24的計(jì)數(shù)器，它的個位是四進(jìn)制計(jì)數(shù)器，而十位則是二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，其計(jì)數(shù)規(guī)律為： </p><p>　　即當(dāng)數(shù)字時(shí)鐘運(yùn)行到“23時(shí)59分59秒”時(shí)計(jì)數(shù)器再加一個秒脈沖時(shí)數(shù)字鐘自動運(yùn)行到“00時(shí)00分00秒”，實(shí)現(xiàn)日常生活的24小時(shí)計(jì)數(shù)制。計(jì)數(shù)功能的原理，由振蕩器給秒個位每秒送一個

23、脈沖，當(dāng)個位由0循環(huán)到9時(shí)，個位向十位送一個脈沖，這樣依次的，就可以完成計(jì)數(shù)的功能。時(shí)計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)電路如圖六所示。</p><p>　　圖六 時(shí)計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)電路</p><p>　　3.計(jì)數(shù)器的組間級聯(lián)問題</p><p>　　“秒”的脈沖輸入端接校準(zhǔn)電路的輸出，“秒”個位的進(jìn)位輸出端接“秒”十位的工作狀態(tài)控制端，“秒”的進(jìn)位輸出接“分”的兩個芯片的脈沖輸入端，“分

24、”的個位進(jìn)位輸出端接“分”十位工作狀態(tài)控制端，“分”的進(jìn)位輸出端接“時(shí)”的兩個芯片的脈沖輸入端，“時(shí)”個位進(jìn)位輸出端就“時(shí)”十位的工作狀態(tài)控制端，“時(shí)”“分”“秒”的復(fù)位端都接高電平，計(jì)數(shù)器秒脈沖信號經(jīng)過6級計(jì)數(shù)器，分別得到“秒”個位、十位、“分”個位、十位以及“時(shí)”個位、十位的計(jì)時(shí)?！懊搿薄胺帧庇?jì)數(shù)器為六十進(jìn)制，小時(shí)為二十四進(jìn)制。電路如圖七所示。</p><p>　　圖七 計(jì)數(shù)器的組間級聯(lián)電路圖</p&g

25、t;<p><b>　　4.設(shè)計(jì)校準(zhǔn)電路</b></p><p>　　在實(shí)際生活當(dāng)中，由于各種各樣的原因，可能會使數(shù)字鐘計(jì)時(shí)不準(zhǔn)。當(dāng)數(shù)字鐘計(jì)時(shí)出現(xiàn)誤差時(shí)，必須對時(shí)間進(jìn)行校正，通常稱為“校時(shí)”。校時(shí)是數(shù)字鐘應(yīng)該具備的基本功能，要求能對時(shí)和分進(jìn)行校對。</p><p>　　對校時(shí)電路的設(shè)計(jì)要求是，在進(jìn)行小時(shí)校正時(shí)不影響分和秒計(jì)數(shù)器的正常計(jì)數(shù)；同理，進(jìn)行分校正

26、時(shí)不影響秒計(jì)數(shù)器的正常計(jì)數(shù)。這時(shí)就要進(jìn)行手動或者自動的校準(zhǔn)。若采用自動校準(zhǔn)，由于脈沖一直存在，所以校準(zhǔn)的時(shí)候會帶來不便。因此，本次設(shè)計(jì)采用手動校準(zhǔn)。校時(shí)脈沖即為秒進(jìn)位脈沖或分進(jìn)位脈沖。圖7所示電路為?！皶r(shí)”、?！胺帧彪娐贰Ｆ渲蠮1為?！胺帧庇玫目刂崎_關(guān)，J2為?！皶r(shí)”用的控制開關(guān)，J3為總的校時(shí)開關(guān)。其中，當(dāng)總校時(shí)開關(guān)打到校準(zhǔn)檔時(shí)就進(jìn)行手動校時(shí)。校準(zhǔn)時(shí)開關(guān)接5V的直流電源，輸入為高電平。經(jīng)過一個反相器輸出低電平。輸入的信號經(jīng)過三個與非門

27、低電平0，送到分計(jì)數(shù)器的個位計(jì)數(shù)器，就可以進(jìn)行校分。同理也可以進(jìn)行校時(shí)。設(shè)計(jì)的校準(zhǔn)電路如圖八所示。</p><p>　　圖八 校準(zhǔn)電路的設(shè)計(jì)電路圖</p><p>　　四、電路的仿真與調(diào)試</p><p>　?。?）可以先將系統(tǒng)劃分為多諧振蕩器、計(jì)數(shù)器、校準(zhǔn)電路、譯碼顯示等部分，對它們分別進(jìn)行設(shè)計(jì)與調(diào)試，最后聯(lián)機(jī)統(tǒng)調(diào)。</p><p>　?。?/p>

28、2）各部件調(diào)試完畢后，用示波器或頻率計(jì)觀察石英晶體振蕩器的輸出頻率</p><p>　?。?）將頻率為1Hz的標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖信號分別送入“時(shí)“分”、“秒”計(jì)數(shù)器，檢查各級計(jì)數(shù)器的工作狀況。</p><p>　?。?）各部件調(diào)試正常后，進(jìn)行組裝聯(lián)調(diào)，檢查校準(zhǔn)電路是否可以實(shí)現(xiàn)快速校時(shí)，最后對系統(tǒng)進(jìn)行微調(diào)。</p><p>　　（5）仿真調(diào)試完畢后得電子時(shí)鐘總電路，如圖九所示

29、。</p><p>　　圖九 電子時(shí)鐘電路圖</p><p><b>　　總結(jié)及心得</b></p><p>　　大三我們已經(jīng)學(xué)習(xí)了數(shù)字電子電路和模擬電子電路，對電子技術(shù)有了一些初步了解，但那都是一些理論的東西。通過這次對數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)與制作，讓我們了解了電路的設(shè)計(jì)程序，也對數(shù)字鐘的原理與設(shè)計(jì)理念有了一定的了解。我們知道了如何設(shè)計(jì)出1HZ的信號，

30、也對時(shí)分秒的設(shè)計(jì)有了一定的了解，并且知道在實(shí)際電路一般步驟為由數(shù)字鐘系統(tǒng)組成框圖按照信號的流向分級安裝，逐級級聯(lián)，這里的每一級是指組成數(shù)字鐘的各功能電路。</p><p>　　同時(shí)，在此次的數(shù)字鐘設(shè)計(jì)過程中，我們更進(jìn)一步地熟悉了芯片的結(jié)構(gòu)及掌握了各芯片的工作原理和其具體的使用方法，也鍛煉了自己獨(dú)立思考問題的能力和通過查看相關(guān)資料來解決問題的習(xí)慣。雖然這只是一次簡單的課程設(shè)計(jì)，但通過這次課程設(shè)計(jì)我們了解了課程設(shè)計(jì)的

31、一般步驟，和設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題。此外，我們也深刻地體會到設(shè)計(jì)一個電路前先進(jìn)行仿真的重要性，更深有體會，通過仿真可以對自己設(shè)計(jì)得電路進(jìn)行逐級排查和調(diào)試，找出電路中問題的所在，及時(shí)糾正自己的錯誤。</p><p>　　回顧這次的課程設(shè)計(jì)，讓我感慨頗多，從選題到定稿，從理論到實(shí)踐，在這過程中我學(xué)到很多很多的東西，而且鞏固了以前所學(xué)過的知識，學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過的知識。通過這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合

32、是很重要的，只有理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實(shí)踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動手能力和獨(dú)立思考的能力。在設(shè)計(jì)的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，在設(shè)計(jì)和調(diào)試中出現(xiàn)了許多問題，同時(shí)也發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對以前所學(xué)過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。在以后的學(xué)習(xí)過程中，我會做到對所學(xué)的知識深入理解，加強(qiáng)鞏固，做到理論和實(shí)際緊密結(jié)合。</p><p>　　

33、總的來說，我們在這次課程設(shè)計(jì)中加強(qiáng)了理論知識的學(xué)習(xí)和提高了動手能力和思考能力以及分析問題，解決問題的能力。同時(shí)也提高了自己的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，為以后的學(xué)習(xí)工作打下一定的基礎(chǔ)。</p><p><b>　　附錄</b></p><p>　　74LS160 555定時(shí)器</p><p>　　顯示譯碼器 </p&g

34、t;<p>　　與非門 非門 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]彭介華.電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo).北京：高等教育出版社</p><p>　　[2]孫梅生，李美鶯，徐振英. 電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì). 北京：高等教育出版社</p><