電子課程設(shè)計總結(jié)--數(shù)字電子時鐘

1、<p>　　數(shù)字電子鐘是一種用數(shù)字顯示時﹑分﹑秒的記時裝置，與傳統(tǒng)的機械鐘相比，它具有走時準(zhǔn)確﹑顯示直觀﹑無機械傳動裝置等優(yōu)點，因而得到了廣泛的應(yīng)用：小到人們的日常生活中的電子手表，大到車站﹑碼頭﹑機場等公共場所的大型數(shù)顯電子鐘等。</p><p>　　本課程設(shè)計要通過簡單的邏輯芯片實現(xiàn)數(shù)字電子鐘。數(shù)字電子鐘從原理上講是一種典型的數(shù)字電路的應(yīng)用，其中包括了組合邏輯電路和時序電路。要點在于用555芯片連接

2、輸出為一秒的多諧振蕩器用于時鐘的秒脈沖,用74LS160(10進制計數(shù)器)74LS00(與非門芯片)等連接成60和24進制的計數(shù)器,再通過七段數(shù)碼管顯示，構(gòu)成了簡單數(shù)字電子鐘。</p><p>　　關(guān)鍵詞：數(shù)字電子鐘、555芯片、計數(shù)器、數(shù)碼管</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　摘要···

3、;····································

4、83;····································&

5、#183;····························1</p><p>　　第1章 概述 ··

6、3;····································&#

7、183;····································

8、·············3</p><p>　　第2章 課程設(shè)計任務(wù)及要求 ·················&#

9、183;····································

10、······4</p><p>　　2.1 設(shè)計任務(wù) ·························

11、····································

12、3;·················4</p><p>　　2.2 設(shè)計要求 ·············

13、3;····································&#

14、183;····························4</p><p>　　第3章 系統(tǒng)設(shè)計 ··&#

15、183;····································

16、····································

17、3;··5</p><p>　　3.1方案論證 ·····························

18、;····································

19、83;··············5</p><p>　　3.2 系統(tǒng)設(shè)計 ················

20、3;····································&#

21、183;···························5</p><p>　　3.2.1 結(jié)構(gòu)框圖及說明 ··

22、83;····································&

23、#183;·················5</p><p>　　3.2.2 系統(tǒng)原理圖及工作原理 ············

24、;·································6</p><p>

25、;　　3.3 單元電路設(shè)計 ··································&

26、#183;····································

27、;7</p><p>　　3.3.1單元電路工作原理 ······························&

28、#183;·······························7</p><p>　　3.3.2

29、元件參數(shù)選擇 ···································

30、83;··································10</p>

31、<p>　　第4章 修改測試 ·································&

32、#183;····································

33、;···········14</p><p>　　第5章 軟件仿真 ····················

34、;····································

35、83;························15</p><p>　　5.1 仿真電路圖 ······&#

36、183;····································

37、···································15</p&g

38、t;<p>　　5.2 仿真過程 ································

39、3;····································&#

40、183;············16</p><p>　　5.3 仿真結(jié)果 ··················&#

41、183;····································

42、···························17</p><p>　　第6章 設(shè)計總結(jié) ····

43、····································

44、3;····································&#

45、183;·····19</p><p>　　第7章 使用儀器設(shè)備清單 ························

46、3;····································&#

47、183;····20</p><p>　　參考文獻 ···························

48、····································

49、3;································21</p><p>　　收

50、獲、體會和感想 ···································&#

51、183;····································

52、········22</p><p><b>　　概述</b></p><p>　　所謂電子技術(shù),是指“含有電子的、數(shù)據(jù)的、磁性的、光學(xué)的、電磁的、或者類似性能的相關(guān)技術(shù)”。電子技術(shù)可以分為模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)兩大部分。 模擬電子技術(shù)說是整個電子技術(shù)的基礎(chǔ)，在信號放大、功率放大、整流

53、穩(wěn)壓、模擬量反饋、混頻、調(diào)制解調(diào)電路領(lǐng)域具有無法替代的作用。例如高保真(Hi-Fi)的音箱系統(tǒng)、移動通訊領(lǐng)域的高頻發(fā)射機等。</p><p>　　與模擬電路相比，數(shù)字電路具有精度高、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強、程序軟件控制等一系列優(yōu)點。隨著計算機科學(xué)與技術(shù)突飛猛進地發(fā)展，用數(shù)字電路進行信號處理的優(yōu)勢也更加突出。為了充分發(fā)揮數(shù)字電路在信號處理上的強大功能，我們可以先將模擬信號按比例轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，然后送到數(shù)字電路進行處

54、理，最后再將處理結(jié)果根據(jù)需要轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的模擬信號輸出。自20世紀(jì)70年代開始，這種用數(shù)字電路處理模擬信號的所謂“數(shù)字化”浪潮已經(jīng)席卷了電子技術(shù)幾乎所有的應(yīng)用領(lǐng)域，如數(shù)字濾波器等。</p><p>　　我們這學(xué)期學(xué)習(xí)了模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)、數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)這兩門課程，并且是我們這個學(xué)期的重點課程，在上課和實驗的過程中，漸漸的我喜歡上了它。但是做課程設(shè)計是第一次做，設(shè)計題目是做一個數(shù)字電子鐘，以前都是照著做，現(xiàn)在所有的都

55、是自己做，真的很有難度。要想做出來一個好的東西，就要去圖書館，到網(wǎng)上去找資料。經(jīng)過不懈的努力終于完成了，在這個過程中收獲了很多。</p><p>　　第2章 課程設(shè)計任務(wù)及要求</p><p><b>　　2.1 設(shè)計任務(wù)</b></p><p>　　1、設(shè)計一個有“時”，“分”，“秒”（23小時59分59秒）顯示功能的數(shù)字電子鐘；</p

56、><p>　　2、 能夠顯示當(dāng)時時間。</p><p><b>　　2.2 設(shè)計要求</b></p><p>　　1．用555定時器設(shè)計一個秒鐘脈沖發(fā)生器；</p><p>　　2．能顯示時、分、秒，24小時制；</p><p>　　3. 譯碼顯示電路顯示時間。</p><p>

57、;<b>　　系統(tǒng)設(shè)計</b></p><p><b>　　3.1方案論證</b></p><p>　　秒、分、時分別為60、60和24進制計數(shù)器。秒、分均為六十進制，即顯示00~59，它們的個位為十進制，十位為六進制。分秒功能的實現(xiàn)：用兩片74LS160組成60進制遞增計數(shù)器。時為二十四進制計數(shù)器，顯示為00~23，個位仍為十進制，而十位為三進

58、制，但當(dāng)十進位計到2，而個位計到4時清零，就為二十四進制了。時功能的實現(xiàn)：用兩片74LS160組成24進制遞增計數(shù)器。</p><p><b>　　3.2 系統(tǒng)設(shè)計</b></p><p>　　3.2.1 結(jié)構(gòu)框圖及說明</p><p><b>　　圖 1 設(shè)計框架圖</b></p><p>　　

59、3.2.2 系統(tǒng)原理圖及工作原理 </p><p>　　系統(tǒng)原理圖，如圖2所示。</p><p><b>　　圖 2 系統(tǒng)原理圖</b></p><p>　　用555電路構(gòu)成的1KHz多諧振蕩器，調(diào)節(jié)電阻R3可以改變輸出信號頻率。74LS160是二，五，十進制同步加法器，用三片74LS90構(gòu)成三級十分頻器，將1KHz矩形波分頻得到1Hz基準(zhǔn)秒

60、計時信號。由于74LS160是十進制計數(shù)器，分別將個位接成十進制計數(shù)器，十位接成六進制計數(shù)器，分別將個位的RCO輸出端接十位的9腳端，就構(gòu)成60進制計數(shù)器，用兩個相同的60進制計數(shù)器分別做作為秒，分計時，并在個位和十位輸出端接上數(shù)碼顯示管顯示小時計數(shù)器直接采用整體反饋清零法構(gòu)成24進制計數(shù)器。</p><p>　　工作原理：振蕩電路產(chǎn)生的1KHZ脈沖信號經(jīng)三級十分頻電路分頻后產(chǎn)生的1HZ脈沖信號輸入74LS90N

61、連成的60進制秒計數(shù)器，再由秒計數(shù)器每60秒進位輸出給60進制分鐘計數(shù)器，分鐘計數(shù)器滿60后產(chǎn)生進位信號輸入給24進制小時計數(shù)器，從而實現(xiàn)24小時制電子鐘的功能。</p><p>　　3.3 單元電路設(shè)計</p><p>　　3.3.1單元電路工作原理</p><p>　　1、時功能 24進制計數(shù)器，如圖3所示。</p><p>　　圖 3

62、 24進制計數(shù)器</p><p>　　說明：采用同步時序信號控制，用個位的進位端控制十位的使能端，當(dāng)個位有進位時，芯片工作，輸入十位的脈沖信號有效，當(dāng)十位為2，個位為3的時候，同時給兩個芯片的預(yù)置端一個有效信號，使之清零。</p><p>　　2、分秒功能60進制計數(shù)器，如圖4所示。</p><p>　　圖 4 60進制計數(shù)器</p><p

63、>　　說明：采用異步時序電路控制，在十位計數(shù)到5時，下一個脈沖一到來就置數(shù)。</p><p>　　74LS160構(gòu)成的60進制計數(shù)器和24進制計數(shù)器如圖3和圖4所示。</p><p>　　秒、分、時分別為60、60和24進制計數(shù)器。秒、分均為六十進制，即顯示00~59，它們的個位為十進制，十位為六進制。</p><p>　　3、晶體振蕩器電路圖 如圖5所示。

64、</p><p>　　這是初步設(shè)計圖，修改優(yōu)化一下，實際操作中可以換一下555芯片，如下圖</p><p>　　圖 5 晶體振蕩電路</p><p>　　555電路構(gòu)成的1KHz多諧振蕩器原理如圖5所示。調(diào)節(jié)電阻R2可以改變輸出信號頻率，用以得到所需的信號頻率。</p><p>　　4、分頻器電路 ，如圖6所示。</p><

65、;p>　　圖 6三級十分頻器電路</p><p>　　74LS90是二，五，十進制異步加法器，用三片74LS90可以構(gòu)成三級十分頻器，將1KHz矩形波分頻得到1Hz基準(zhǔn)秒計時信號。原理如圖6所示</p><p>　　3.3.2元件參數(shù)選擇</p><p>　　1、 電阻 20KΩ，5.1KΩ</p><p>　　2、 電容

66、 10nF，100nF</p><p>　　3、 滑動變阻器 10KΩ，KEY=A，20%</p><p>　　4、與門 7400N</p><p>　　5、數(shù)碼管 DCD_HEX_GREEN</p><p>　　5、555_TIMER_RATED管腳圖如圖7，本次還用到LM555CN，管腳原理圖大同小異，再

67、次就不贅述了。</p><p>　　圖7 555_TIMER_RATED 管腳圖</p><p>　　6、74LS90N 管腳圖如圖8 功能表如圖9</p><p>　　圖8 74LS90N管腳圖</p><p>　　圖 9 74LS90N 功能表</p><p>　　7、74LS160N 管腳圖如

68、圖10 功能表如圖11</p><p>　　圖10 74LS160N管腳圖</p><p>　　圖11 74LS160N 功能表</p><p><b>　　第4章 修改測試</b></p><p><b>　　4.1調(diào)試過程</b></p><p>　　在實驗室按照原理

69、電路圖連接電路，由于電路圖比較復(fù)雜在連接過程中必須認真細心。首先必須明確實驗原理，在此基礎(chǔ)上連接電路會相對比較清晰明了，同時注意集中精力。并且由于導(dǎo)線比較多，為了避免不必要的麻煩，在連接前需要檢測每一條導(dǎo)線是否接錯。調(diào)試過程分為單元電路檢測和整機電路調(diào)試。</p><p><b>　　4.2 故障分析</b></p><p>　　用示波器檢查555的輸出波形是否為1H

70、z的方波信號，如不是對555的外圍電路進行調(diào)整達到要求為止。觀察顯示器的顯示時間是否進行加計數(shù)。有問題按原理進行修改。</p><p>　　沒能實現(xiàn)預(yù)想的功能，就要一個一個部分的檢查，若哪一個功能不能實現(xiàn)，再根據(jù)故障分析和排除的方法，找出故障，并加以改進，排除故障。調(diào)試并不是一件易事，需要準(zhǔn)確找到故障處，否則只能亂碰，卻達不到效果，只是白費時間，經(jīng)過實踐，我覺的縮小范圍的方法很實用，可以省去很大的工作量，大大提高

71、了排障的效率。</p><p><b>　　第5章 軟件仿真</b></p><p><b>　　5.1 仿真電路圖</b></p><p><b>　　仿真圖 如圖 12</b></p><p>　　圖 12 數(shù)字電子鐘仿真圖</p><p><

72、;b>　　5.2 仿真過程</b></p><p>　　電路的連接與仿真是我這次課程設(shè)計的主要任務(wù)之一，也是整個過程的最難的階段。仿真這部分工作在multisim仿真軟件上進行。對于電路的仿真分為幾個部分，分別對電路各個部分的功能都進行仿真調(diào)試之后，每連接一部分都要調(diào)試一次，才能確保最后的成功。</p><p>　　Multisim這個仿真軟件以前用的很少，對它的基本仿真

73、過程不是很了解，而且有些器件的位置也不是很明確，只能一邊學(xué)習(xí)，一邊仿真，過程很慢但收獲很多。</p><p><b>　　基本過程：</b></p><p>　　1、按照電路原理圖將仿真分成幾部分依次連接電路并調(diào)試；</p><p>　　2、連接晶體振蕩電路并調(diào)試，觀察發(fā)出的是否是1KHz的信號；</p><p>　　3

74、、連接分頻電路并調(diào)試，觀察輸出是否是1Hz的信號；</p><p>　　4、連接60、24進制計數(shù)器電路并調(diào)試，觀察是否符合要求；</p><p>　　5、將分頻電路輸出的信號連接到計數(shù)器電路，觀察時鐘是否正常運行。</p><p><b>　　5.3 仿真結(jié)果</b></p><p>　　電路成功實現(xiàn)了24小時制數(shù)字電

75、子鐘的功能，可精確計時，每60秒進1分并清零秒計數(shù)器，每60分進1小時并清零分鐘計數(shù)器，每24小時清零所有計數(shù)器并重新開始計時。仿真結(jié)果如圖13</p><p>　　圖13 數(shù)字電子鐘仿真圖</p><p>　　經(jīng)過反復(fù)設(shè)計優(yōu)化之后，優(yōu)化電路總圖如下圖，具體電路模塊設(shè)計大同小異，在此就不贅述了。</p><p>　　圖14數(shù)字電子鐘仿真圖</p>&l

76、t;p><b>　　第6章 設(shè)計總結(jié)</b></p><p>　　經(jīng)過兩周的課程設(shè)計，我完成了這次的設(shè)計要求，成功的仿真設(shè)計了一個數(shù)字電子時鐘，完成了預(yù)想的功能。首先提出可行的執(zhí)行方案，多提出幾種方案，集思廣益。然后對方案進行理論上的論證，電路仿真成功完成。</p><p>　　通過對本次設(shè)計的方案理論論證并且應(yīng)用 Multisim 仿真軟件進行分析仿真，可證明

77、此方案可行。采用先提出問題，再建立模型，思索方法，對比比較，選用器材，最后仿真測試的方法，是解決此類問題的關(guān)鍵。</p><p>　　第7章 使用儀器設(shè)備清單</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　1.李景宏，馬學(xué)文.電子技術(shù)實驗教程.沈陽：東北大學(xué)出版社,2006</p><p>　　2.王

78、永軍，李景華編著.數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng).北京：電子工業(yè)出版社，2002</p><p>　　3.高吉祥，易凡編著.電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗與課程設(shè)計.北京：電子工業(yè)出版社，2002</p><p>　　4.閻石主編，數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五版）北京：高等教育出版社，2006</p><p><b>　　收獲、體會和感想</b></p><

79、;p>　　整個過程花了我不少時間，主要是在電路設(shè)計和修改調(diào)試時花了不少時間，其間換了不少器件，有的器件在理論上可行，但在仿真運行中就無法看到效果，所以調(diào)試花了我不少時間，有時無法找出錯誤便更換器件重新接線以使電路正常運行。</p><p>　　在實際的操作過程中，要把理論中所學(xué)的知識靈活地運用起來，并在調(diào)試中會遇到各種各樣的問題，電路的調(diào)試提高了我解決問題的能力，學(xué)會了在設(shè)計中獨立解決問題，也包括怎樣去查找

80、問題。所有的事都得自己新手去操作才會在腦海中留下深刻的印象，這個小小的課程設(shè)計讓我可以熟練的操作multisim軟件，也了解了不少器件的功能的應(yīng)用，也加深了對數(shù)字電路認識和理解。</p><p>　　在實際電路的仿真中，遇到的問題比想象中的多，許多電路和數(shù)字電子技術(shù)的知識已經(jīng)看書和查閱資料認真學(xué)習(xí)了一遍，電路原理基本已經(jīng)掌握，但在實際路線中還是遇到了許多問題，粗心，有的器件在理論上可行，但在仿真運行中就無法看到效