電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)--數(shù)字時(shí)鐘

1、<p><b>　　數(shù)</b></p><p><b>　　字</b></p><p><b>　　電</b></p><p><b>　　子</b></p><p><b>　　鐘</b></p><p

2、><b>　　設(shè)</b></p><p><b>　　計(jì)</b></p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　一、目 錄1</b></p><p><b>　　二、 前言2</b></p&g

3、t;<p><b>　　內(nèi)容摘要2</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)要求2</b></p><p><b>　　三、 方案設(shè)計(jì)3</b></p><p><b>　　四、分工</b></p><p>　　五、 硬件設(shè)計(jì)及仿真4

4、</p><p><b>　　1振蕩器的設(shè)計(jì)4</b></p><p><b>　　2分頻器的設(shè)計(jì)5</b></p><p>　　3時(shí)間計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)6</p><p>　　3.1六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器6</p><p>　　3.2二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器8</p>&

5、lt;p>　　4譯碼器與顯示器的設(shè)計(jì)9</p><p><b>　　5校時(shí)電路9</b></p><p>　　六、電路的總體設(shè)計(jì)11</p><p>　　七、部分芯片介紹13</p><p>　　部分芯片功能介紹14</p><p>　　1 74LS90N14</p>

6、;<p><b>　　2 55515</b></p><p><b>　　八、 總結(jié)17</b></p><p><b>　　前言</b></p><p><b>　　內(nèi)容摘要</b></p><p>　　數(shù)字鐘是一個(gè)將“ 時(shí)

7、”，“分”，“秒”顯示于人的視覺器官的計(jì)時(shí)裝置。它的計(jì)時(shí)周期為24小時(shí)，顯示滿刻度為23時(shí)59分59秒。一個(gè)基本的數(shù)字鐘電路主要由秒信號發(fā)生器、“時(shí)、分、秒、”計(jì)數(shù)器、譯碼器及顯示器組成。由于采用純數(shù)字硬件設(shè)計(jì)制作，與傳統(tǒng)的機(jī)械表相比，它具有走時(shí)準(zhǔn)，顯示直觀，無機(jī)械傳動裝置等特點(diǎn)。</p><p>　　本設(shè)計(jì)中的數(shù)字時(shí)鐘采用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)對“時(shí)” 、“分”、“秒”的顯示和調(diào)整。通過采用各種集成數(shù)字芯片搭建電路來實(shí)現(xiàn)

8、相應(yīng)的功能。具體用到了555震蕩器，74LS90及與非，異或等門集成芯片等。該電路具有計(jì)時(shí)和校時(shí)的功能。</p><p>　　在對整個(gè)模塊進(jìn)行分析和畫出總體電路圖后，對各模塊進(jìn)行仿真并記錄仿真所觀察到的結(jié)果。</p><p>　　實(shí)驗(yàn)證明該設(shè)計(jì)電路基本上能夠符合設(shè)計(jì)要求。</p><p><b>　　設(shè)計(jì)要求</b></p>&l

9、t;p>　　時(shí)鐘的“時(shí)”要求用兩位顯示并用二十四小時(shí)制顯示；</p><p>　　時(shí)鐘的“分”、“秒”要求各用兩位顯示；</p><p>　　整個(gè)系統(tǒng)要有校時(shí)部分（可以手動，也可以自動），校時(shí)時(shí)不能產(chǎn)生進(jìn)位。</p><p><b>　　三、方案設(shè)計(jì)</b></p><p>　　由上圖可以看出，振蕩器產(chǎn)生的信號經(jīng)過

10、分頻器作為產(chǎn)生秒脈沖，秒脈沖送入計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)結(jié)果經(jīng)過“時(shí)”、“分”、“秒”，譯碼器，顯示器顯示時(shí)間。其中振蕩器和分頻器組成標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖信號發(fā)生器，由不同進(jìn)制的計(jì)數(shù)器，譯碼器和顯示電路組成計(jì)時(shí)系統(tǒng)。秒信號送入計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，把累計(jì)的結(jié)果以“時(shí)”，“分”、“秒”的數(shù)字顯示出來?！皶r(shí)”顯示由二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器，譯碼器，顯示器構(gòu)成；“分”、“秒”顯示分別由六十進(jìn)制的計(jì)數(shù)器，譯碼器，顯示器構(gòu)成；校時(shí)電路實(shí)現(xiàn)對時(shí)，分，秒的校準(zhǔn)。</p>

11、<p><b>　　四、分工</b></p><p><b>　　四、硬件設(shè)計(jì)及仿真</b></p><p><b>　　1振蕩器的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　振蕩器是數(shù)字鐘的核心。振蕩器的穩(wěn)定度及頻率的精確度決定了數(shù)字鐘計(jì)時(shí)的準(zhǔn)確程度，通常選用石英晶體構(gòu)成振蕩器電路。一般來說，振蕩器

12、的頻率越高，計(jì)時(shí)器的精度越高。</p><p>　　在本設(shè)計(jì)中振蕩器采用的是由集成電路555與RC組成的多諧振蕩器。其電路圖如下圖2-1-1：</p><p>　　接通電源后，電容C1被充電， 上升，當(dāng)上升到大于2/3時(shí)，觸發(fā)器被復(fù)位，放電管T導(dǎo)通，此時(shí)為低電平，電容C1通過和T放電，使下降。當(dāng)下降到小于1/3時(shí)，觸發(fā)器被復(fù)位，反轉(zhuǎn)為高電平。電容器C1放點(diǎn)結(jié)束，所需時(shí)間為：</p&g

13、t;<p>　　當(dāng)C1放點(diǎn)結(jié)束時(shí)，T截止，VCC將通過R1、R2向電容器C1充電，vC由1/3VCC上升到2/3VCC所需的時(shí)為：</p><p>　　當(dāng)vC上升到2/3VCC時(shí)，觸發(fā)器又被復(fù)位發(fā)生翻轉(zhuǎn)，如此周而復(fù)始，在輸出端就得到一個(gè)周期性的方波，其頻率為</p><p>　　本設(shè)計(jì)中，由電路圖和f的公式可以算出，微調(diào)R3=60k左右，其輸出的頻率為f=1000Hz.<

14、;/p><p><b>　　2分頻器的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　通常，數(shù)字鐘的晶體振蕩器輸出頻率較高，為了得到1Ｈz的秒信號輸入，需要對振蕩器的輸出信號進(jìn)行分頻。</p><p>　　分頻器的功能主要有兩個(gè)：一個(gè)是產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)脈沖信號；二是提供功能擴(kuò)展電路所需要的信號。</p><p>　　本設(shè)計(jì)中，由于振蕩器產(chǎn)生的信號

15、頻率太高，要得到標(biāo)準(zhǔn)的秒信號，就需要對所得的信號進(jìn)行分頻。這里所采用的分頻電路也是3個(gè)中規(guī)模計(jì)數(shù)器74LS90N來構(gòu)成的3級1/10分頻。</p><p>　　其電路如下圖2-2-1所示：</p><p>　　由上圖可以看出，由振蕩器的1000Hz高頻信號從U0的14端輸入，經(jīng)過三片74LS90N的三級1/10分頻，就能從U2的11端輸出得到標(biāo)準(zhǔn)的秒脈沖信號。</p><

16、;p><b>　　3時(shí)間計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　由圖1-1的方框圖可以清楚的看到，顯示“時(shí)”、“分”、“秒”需要六片中規(guī)模計(jì)數(shù)器；其中“秒”、“分”各為60進(jìn)制計(jì)數(shù)，“時(shí)”為24進(jìn)制計(jì)數(shù)。在本設(shè)計(jì)中均用74LS90N來實(shí)現(xiàn)：</p><p>　　3.1六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器</p><p>　　“秒”計(jì)數(shù)器電路與“分”計(jì)數(shù)器電路

17、都是六十進(jìn)制，它由一級十進(jìn)制計(jì)數(shù)器和一級六進(jìn)制計(jì)數(shù)器連接構(gòu)成，如圖2-3-1所示，是采用兩片中規(guī)模集成電路74LS90N串聯(lián)起來構(gòu)成的“秒”、“分”計(jì)數(shù)器。</p><p>　　由上圖可知，U2是十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，U2的QD作為十進(jìn)制的進(jìn)位信號，74LS90N計(jì)數(shù)器是十進(jìn)制異步計(jì)數(shù)器，是反饋清零法來實(shí)現(xiàn)十進(jìn)制計(jì)數(shù)，U1和與非門組成六進(jìn)制計(jì)數(shù)。74LS90N是在CP信號的下降沿觸發(fā)下進(jìn)行計(jì)數(shù)，U1的QA和QC相與01

18、01的作為“分（時(shí)）”計(jì)數(shù)器的輸入信號。U1的輸出0110高電平1分別送到計(jì)數(shù)器的R01、R02端清零，74LS90N內(nèi)部的R01、R02與非后清零而使計(jì)數(shù)器歸零，完成六進(jìn)制計(jì)數(shù)。由此可見U1和U2串接實(shí)現(xiàn)了六十進(jìn)制計(jì)數(shù)。</p><p>　　3.2二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器</p><p>　　“時(shí)”計(jì)數(shù)為二十四進(jìn)制。在本設(shè)計(jì)中二十四進(jìn)制的計(jì)數(shù)電路也是由兩個(gè)74LS90N組成的二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)電路，

19、如圖2-3-2所示。</p><p>　　由上圖可以看出，當(dāng)“時(shí)”個(gè)位U2計(jì)數(shù)器輸入端A（14腳）來到第10觸發(fā)信號時(shí)，U2計(jì)數(shù)器清零，進(jìn)位端QD向U3“時(shí)”十位計(jì)數(shù)器輸入進(jìn)位信號，當(dāng)?shù)?4個(gè)“時(shí)”（來自“分”計(jì)數(shù)器的狀態(tài)為“0010”，此時(shí)“時(shí)”個(gè)位計(jì)數(shù)器的QC和“時(shí)”計(jì)數(shù)器的清零端R01和R02，通過74LS90N內(nèi)部的與非后清零，計(jì)數(shù)器復(fù)零從而完成二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)。</p><p>　

20、　4譯碼器與顯示器的設(shè)計(jì)</p><p>　　用七段發(fā)光二極管來顯示譯碼器輸出的數(shù)字，顯示器有兩種：共陰極和共陽極顯示器。74LS48譯碼器譯碼的是高電平，所以對應(yīng)的顯示器應(yīng)為共陰極顯示器。在本設(shè)計(jì)中用的是解碼七段排列顯示器，即包含譯碼器的七段顯示器。其圖形管腳如下圖2-4-1所示</p><p>　　圖2-4-1 DCD HEX內(nèi)部封裝圖</p><p><

21、b>　　5校時(shí)電路</b></p><p>　　當(dāng)剛接通電源或計(jì)時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，都需要對時(shí)間進(jìn)行校正。校正電路如下圖2-5-1所示：</p><p><b>　　五、電路的總體設(shè)計(jì)</b></p><p>　　由上面介紹的電路各個(gè)部分的子電路構(gòu)成的各個(gè)部分的功能，再由第一章的數(shù)字時(shí)鐘的系統(tǒng)原理框圖，可以清楚的知道了總體的電路情況

22、。下面圖2-6-1就時(shí)本設(shè)計(jì)的總體電路：</p><p>　　圖2-6-1 總體電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　由圖2-6-1可以看出和清楚的整個(gè)數(shù)字時(shí)鐘的總體工作原理和整個(gè)工作過程：</p><p>　　由555和RC構(gòu)成的振蕩器產(chǎn)生的1000Hz的高頻信號經(jīng)過由3片74LS90構(gòu)成的1/1000分頻的分頻器后得到標(biāo)準(zhǔn)的秒脈沖信號，進(jìn)入60進(jìn)制的“秒”計(jì)時(shí)，“秒”

23、的分位進(jìn)入60進(jìn)制的“分”計(jì)時(shí)，最后，由分的“時(shí)”進(jìn)位進(jìn)入24進(jìn)制的“時(shí)”計(jì)時(shí)。</p><p>　　在電路中，還有由門電路和開關(guān)構(gòu)成的校時(shí)電路對電路的“時(shí)”，“分”進(jìn)行校時(shí)，得到正確的時(shí)間。</p><p><b>　　六、部分芯片介紹</b></p><p><b>　　部分芯片功能介紹</b></p>

24、<p><b>　　1 74LS90N</b></p><p>　　74LS90的引腳圖如下圖4-2-1所示</p><p>　　圖4-2-1 74LS90N引腳圖</p><p>　　74LS90N的功能表</p><p>　　圖4-2-2 74LS90N功能表</p><p><

25、;b>　　2 555</b></p><p>　　555定時(shí)器（又稱時(shí)基電路）是一個(gè)模擬與數(shù)字混合型的集成電路。555定時(shí)器是一種應(yīng)用極為廣泛的中規(guī)模集成電路。該電路使用靈活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以構(gòu)成單穩(wěn)、多諧和施密特觸發(fā)器。因而廣泛用于信號的產(chǎn)生、變換、控制與檢測。</p><p>　　目前生產(chǎn)的定時(shí)器有雙極型和CMOS兩種類型，其型號分別有NE555(

26、或5G555)和C7555等多種。它們的結(jié)構(gòu)及工作原理基本相同。通常，雙極型定時(shí)器具有較大的驅(qū)動能力，而CMOS定時(shí)器具有低功耗、輸入阻抗高等優(yōu)點(diǎn)。555定時(shí)器工作的電源電壓很寬，并可承受較大的負(fù)載電流。雙極型定時(shí)器電源電壓范圍為5～16V，最大負(fù)載電流可達(dá)200mA；CMOS定時(shí)器電源電壓范圍為3～18V，最大負(fù)載電流在4mA以下。</p><p>　　555的引腳圖如下圖4-2-2：</p>&

27、lt;p>　　圖4-2-3 555的引腳圖</p><p>　　555的內(nèi)部電路和功能：</p><p>　　圖4-2-4 555內(nèi)部電路圖</p><p><b>　　七、總結(jié)</b></p><p>　　通過這次數(shù)字電子鐘的課程設(shè)計(jì)，使我把學(xué)到的知識與實(shí)踐相結(jié)合。并對學(xué)過的電路、數(shù)電、模電等電子技術(shù)的知識有了更

28、深一步的了解，鍛煉了自己分析和解決實(shí)際問題的能力。讓我對電子設(shè)計(jì)充滿了興趣。</p><p>　　剛開始做這個(gè)設(shè)計(jì)的時(shí)候感覺自己不知道如何下手，腦子里也比較浮躁和零亂。但通過一段時(shí)間的努力，通過重溫?cái)?shù)電，模電等電子技術(shù)的書籍，在老師的指導(dǎo)和周圍同學(xué)的幫助下，使我對自己的設(shè)計(jì)有了熟練的掌握。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。</p><p>　　最后，我要