數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)(多功能數(shù)字鐘)

1、<p>　　課 程 設(shè) 計(jì)</p><p>　　課程名稱 電子技術(shù) </p><p>　　課題名稱 多功能數(shù)字鐘 </p><p>　　專 業(yè) 自動化 </p><p>　　班 級 1003班

2、 </p><p>　　學(xué) 號 </p><p>　　姓 名 </p><p>　　指導(dǎo)教師 </p><p>　　2012年 12月 3日</p><p><b>　　目錄&

3、lt;/b></p><p><b>　　摘要1</b></p><p>　　一 系統(tǒng)原理框圖2</p><p>　　二 方案設(shè)計(jì)與論證3</p><p>　　2.1時(shí)間脈沖產(chǎn)生電路3</p><p>　　2.2分頻器電路4</p><p>　　2.3譯碼驅(qū)

4、動及顯示單元電路4</p><p><b>　　2.4校時(shí)電路4</b></p><p><b>　　2.5報(bào)時(shí)電路5</b></p><p>　　三 單元電路設(shè)計(jì)6</p><p>　　3.1計(jì)數(shù)電路的設(shè)計(jì)6</p><p>　　3.2 60進(jìn)制計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)6

5、</p><p>　　3.3進(jìn)制計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)7</p><p>　　3.4 校時(shí)電路的設(shè)計(jì)8</p><p>　　3.5 譯碼及驅(qū)動顯示電路9</p><p>　　3.6 鬧鈴功能9</p><p><b>　　四 總電路圖11</b></p><p>　　五、總

6、結(jié)與設(shè)計(jì)調(diào)試體會12</p><p><b>　　附錄13</b></p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　多功能數(shù)字鐘具有時(shí)間顯示、鬧鐘設(shè)置、環(huán)境溫度測量、電網(wǎng)電壓、電網(wǎng)頻率顯示，鬧鈴控制和電網(wǎng)電壓的過壓、欠壓報(bào)警等功能,深受人們歡迎。</p><p>　　數(shù)字鐘是采用數(shù)

7、字電路實(shí)現(xiàn)對.時(shí),分,秒.數(shù)字顯示的計(jì)時(shí)裝置,廣泛用于個(gè)人家庭,車站, 碼頭辦公室等公共場所,成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢缮俚谋匦杵?由于數(shù)字集成電路的發(fā)展和石英晶體振蕩器的廣泛應(yīng)用,使得數(shù)字鐘的精度,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過老式鐘表, 鐘表的數(shù)字化給人們生產(chǎn)生活帶來了極大的方便，而且大大地?cái)U(kuò)展了鐘表原先的報(bào)時(shí)功能。諸如定時(shí)自動報(bào)警、按時(shí)自動打鈴、時(shí)間程序自動控制、定時(shí)廣播、自動起閉路燈、定時(shí)開關(guān)烘箱、通斷動力設(shè)備、甚至各種定時(shí)電氣的自動啟用等，所有這些，都

8、是以鐘表數(shù)字化為基礎(chǔ)的。因此，研究數(shù)字鐘及擴(kuò)大其應(yīng)用，有著非常現(xiàn)實(shí)的意義。</p><p><b>　　1系統(tǒng)原理框圖</b></p><p>　　數(shù)字鐘實(shí)際上是一個(gè)對標(biāo)準(zhǔn)頻率（1HZ）進(jìn)行計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)電路。由于計(jì)數(shù)的起始時(shí)間不可能與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間一致，故需要在電路上加一個(gè)校時(shí)電路。同時(shí)必需以標(biāo)準(zhǔn)的1HZ時(shí)間信號作為時(shí)鐘驅(qū)動。通常使用石英晶體振蕩器電路構(gòu)成數(shù)字鐘。圖1所示為數(shù)

9、字鐘的一般構(gòu)成框圖。</p><p><b>　　2.設(shè)計(jì)原理框圖</b></p><p>　?、啪w振蕩器電路：晶體振蕩器電路給數(shù)字鐘提供一個(gè)頻率穩(wěn)定準(zhǔn)確的32768Ｈz的方波信號，可保證數(shù)字鐘的走時(shí)準(zhǔn)確及穩(wěn)定。不管是指針式的電子鐘還是數(shù)字顯示的電子鐘都使用了晶體振蕩器電路。</p><p>　?、品诸l器電路：分頻器電路將32768HZ的高頻

10、方波信號經(jīng)32768（）次分頻后得到1Hz的方波信號供秒計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)。分頻器實(shí)際上也就是計(jì)數(shù)器。</p><p>　?、菚r(shí)間計(jì)數(shù)器電路：時(shí)間計(jì)數(shù)電路由秒個(gè)位和秒十位計(jì)數(shù)器、分個(gè)位和分十位計(jì)數(shù)器及時(shí)個(gè)位和時(shí)十位計(jì)數(shù)器電路構(gòu)成，其中秒個(gè)位和秒十位計(jì)數(shù)器、分個(gè)位和分十位計(jì)數(shù)器為60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，而根據(jù)設(shè)計(jì)要求，時(shí)個(gè)位和時(shí)十位計(jì)數(shù)器為24進(jìn)制計(jì)數(shù)器。</p><p>　　⑷譯碼驅(qū)動電路：譯碼驅(qū)動電

11、路將計(jì)數(shù)器輸出的8421BCD碼轉(zhuǎn)換為數(shù)碼管需要的邏輯狀態(tài)，并且為保證數(shù)碼管正常工作提供足夠的工作電流。</p><p>　　⑸整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路：一般時(shí)鐘都應(yīng)具備整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路功能,即在時(shí)間出現(xiàn)整點(diǎn)前數(shù)秒內(nèi),數(shù)字鐘會自動報(bào)時(shí),以示提醒.其作用方式是發(fā)出連續(xù)的或有節(jié)奏的音頻聲波,較復(fù)雜的也可以是實(shí)時(shí)語音提示。</p><p><b>　　2方案設(shè)計(jì)與論證</b></p&

12、gt;<p>　　2.1時(shí)間脈沖產(chǎn)生電路</p><p>　　由集成電路定時(shí)器555與RC組成的多諧振蕩器作為時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)信號源。 </p><p>　　圖 2 555與RC組成的多諧振蕩器圖</p><p><b>　　2.2分頻器電路</b></p><p>　　通常，數(shù)字鐘的晶體振蕩器輸出頻率較高，為

13、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。通常實(shí)現(xiàn)分頻器的電路是計(jì)數(shù)器電路，一般采用多級二進(jìn)制計(jì)數(shù)器來實(shí)現(xiàn)。例如，將32768Hz的振蕩信號分頻為1HZ的分頻倍數(shù)為32768（），即實(shí)現(xiàn)該分頻功能的計(jì)數(shù)器相當(dāng)于15級二進(jìn)制計(jì)數(shù)器。從盡量減少元器件數(shù)量的角度來考慮，這里可選多極二進(jìn)制計(jì)數(shù)電路CD4060和CD4040來構(gòu)成分頻電路。CD4060和CD4040在數(shù)字集成電路中可實(shí)現(xiàn)的分頻次數(shù)最高，而且CD4060還包含振蕩電

14、路所需的非門，使用更為方便。</p><p>　　CD4060計(jì)數(shù)為14級二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，可以將32768Ｈz的信號分頻為2Hz，其內(nèi)部框圖如圖2.1所示，從圖中可以看出，CD4060的時(shí)鐘輸入端兩個(gè)串接的非門，因此可以直接實(shí)現(xiàn)振蕩和分頻的功能。</p><p>　　CD4040計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)模數(shù)為4096（），其邏輯框圖如圖5.2。如將32768Hz信號分頻為1Hz，則需外加一個(gè)8分頻計(jì)數(shù)器

15、，故一般較少使用CD4040來實(shí)現(xiàn)分頻。綜上所述，可選擇CD4060同時(shí)構(gòu)成振蕩電路和分頻電路。照圖5.1，在和之間接入振蕩器外接元件可實(shí)現(xiàn)振蕩，并利用時(shí)計(jì)數(shù)電路中多一個(gè)2分頻器（后述）可實(shí)現(xiàn)15級2分頻，即可得1Hz信號.</p><p>　　2.3譯碼驅(qū)動及顯示單元電路</p><p>　　譯碼電路的功能是將“秒”、“分”、“時(shí)”計(jì)數(shù)器的輸出代碼進(jìn)行翻譯，變成相應(yīng)的數(shù)字。用于驅(qū)動LED

16、七段數(shù)碼管的譯碼器常用的有74LS48。74LS48是BCD-7段譯碼器/驅(qū)動器，其輸出是OC門輸出且低電平有效，專用于驅(qū)動LED七段共陽極顯示數(shù)碼管。如圖9所示。若將“秒”、“分”、“時(shí)”計(jì)數(shù)器的每位輸出分別接到相應(yīng)七段譯碼器的輸入端，便可進(jìn)行不同數(shù)字的顯示。</p><p><b>　　2.4校時(shí)電路</b></p><p>　　首先截?cái)嗾５挠?jì)數(shù)通路，然后再進(jìn)行

17、人工出觸發(fā)計(jì)數(shù)或?qū)㈩l率較高的方波信號加到需要校正的計(jì)數(shù)單元的輸入端，校正好后，再轉(zhuǎn)入正常計(jì)時(shí)狀態(tài)即可。根據(jù)要求，數(shù)字鐘應(yīng)具有分校正和時(shí)校正功能，因此，應(yīng)截?cái)喾謧€(gè)位和時(shí)個(gè)位的直接計(jì)數(shù)通路，并采用正常計(jì)時(shí)信號與校正信號可以隨時(shí)切換的電路接入其中。圖所示為所設(shè)計(jì)的校時(shí)電路。</p><p><b>　　2.5報(bào)時(shí)電路</b></p><p>　　采用仿廣播臺整點(diǎn)報(bào)時(shí)的功能：

18、每當(dāng)數(shù)字鐘計(jì)時(shí)快要到正點(diǎn)時(shí)候發(fā)出響聲，通常按照四低音，一高音的順序發(fā)出間斷聲，以最后一聲高音結(jié)束的時(shí)刻為正點(diǎn)時(shí)刻。4低音（約500Hz）分別發(fā)生在59分56秒、發(fā)生在59分57秒、發(fā)生在59分58秒、發(fā)生在59分59秒、，最后一聲高音（約1KHz）發(fā)生在00分00秒，他們的持續(xù)時(shí)間均為一秒。</p><p><b>　　三 單元電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3

19、.1計(jì)數(shù)電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　秒、分計(jì)數(shù)器為60進(jìn)制計(jì)數(shù)器。小時(shí)計(jì)數(shù)器為24進(jìn)制計(jì)數(shù)器。實(shí)現(xiàn)這兩種模數(shù)的計(jì)數(shù)器采用中規(guī)模集成計(jì)數(shù)器74LS160。</p><p>　　3.2 60進(jìn)制計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)</p><p>　　“秒”計(jì)數(shù)器電路與“分”計(jì)數(shù)器電路都是60進(jìn)制，它由一級10進(jìn)制計(jì)數(shù)器和一級6進(jìn)制計(jì)數(shù)器連接構(gòu)成。如圖4.所示由74LS160構(gòu)成的60進(jìn)

20、制計(jì)數(shù)器。首先將兩片74LS160，將兩片計(jì)數(shù)器并行進(jìn)位則最大可實(shí)現(xiàn)100進(jìn)制的計(jì)數(shù)器?，F(xiàn)要設(shè)計(jì)一個(gè)60進(jìn)制的計(jì)數(shù)器，可利用“反饋清零”的方法實(shí)現(xiàn)。當(dāng)計(jì)數(shù)器輸出“2Q32Q22Q12Q0、1Q3Q2Q1Q0=0110、0000”時(shí)，通過門電路形成一置數(shù)脈沖，使計(jì)數(shù)器歸</p><p>　　3.3進(jìn)制計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)</p><p>　　同理當(dāng)個(gè)位計(jì)數(shù)狀態(tài)為“Q3Q2Q1Q0=0100”，十位計(jì)

21、數(shù)器狀態(tài)為“Q3Q2Q1Q0=0010”時(shí)，要求計(jì)數(shù)器歸零。</p><p>　　3.4 校時(shí)電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　數(shù)字種啟動后,每當(dāng)數(shù)字鐘顯示與實(shí)際時(shí)間不符進(jìn),需要根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間進(jìn)行校時(shí)。校“秒”時(shí)，采用等待校時(shí)。?！胺帧薄ⅰ皶r(shí)”的原理比較簡單，采用加速校時(shí)。</p><p>　　對校時(shí)電路的要求是 :</p><p>　　1．在小

22、時(shí)校正時(shí)不影響分和秒的正常計(jì)數(shù) 。</p><p>　　2．在分校正時(shí)不影響秒和小時(shí)的正常計(jì)數(shù) 。</p><p>　　如圖17所示，當(dāng)開關(guān)打向下時(shí)，因?yàn)樾Ｕ盘柡?相與的輸出為0，而開關(guān)的另一端接高電平，正常輸入信號可以順利通過與或門，故校時(shí)電路處于正常計(jì)時(shí)狀態(tài)；當(dāng)開關(guān)打向上時(shí)，情況正好與上述相反，這時(shí)校時(shí)電路處于校時(shí)狀態(tài)。與非門可選74LS00，非門則可用與非門2個(gè)輸入端并接來代替節(jié)省

23、芯片。因此實(shí)際使用時(shí)，須對開關(guān)的狀態(tài)進(jìn)行消除抖動處理，圖17為加2個(gè)0.01uF的電容。</p><p>　　3.5 譯碼及驅(qū)動顯示電路</p><p>　　譯碼電路的功能是將“秒”、“分”、“時(shí)”計(jì)數(shù)器的輸出代碼進(jìn)行翻譯，變成相應(yīng)的數(shù)字。用于驅(qū)動LED七段數(shù)碼管的譯碼器常用的有74LS48。74LS48是BCD-7段譯碼器/驅(qū)動器，其輸出是OC門輸出且低電平有效，專用于驅(qū)動LED七段共陽

24、極顯示數(shù)碼管。由74LS48和LED七段共陽數(shù)碼管組成的一位數(shù)碼顯示電路如圖 16 所示。若將“秒”、“分”、“時(shí)”計(jì)數(shù)器的每位輸出分別接到相應(yīng)七段譯碼器的輸入端，便可進(jìn)行不同數(shù)字的顯示。</p><p>　　圖 18譯碼及驅(qū)動顯示電路圖</p><p><b>　　3.6 鬧鈴功能</b></p><p>　　由6片74LS85數(shù)據(jù)選擇芯片串

25、聯(lián)，分別將時(shí)分秒的各個(gè)輸出端按照從上到下接到每個(gè)85芯片的B3B2B1B0端，然后將85芯片各個(gè)A3A2A1A0接到一個(gè)雙向開關(guān)，開關(guān)的另為兩端分別接到高電平上與地線上。當(dāng)這樣接入時(shí)，如果我們需要設(shè)定鬧鈴，就用85芯片連接的開關(guān)進(jìn)行置數(shù)，當(dāng)計(jì)時(shí)模塊的輸出端輸出的數(shù)據(jù)與我們置入的數(shù)據(jù)相同就會從第一塊85芯片的OAEQB端口輸出一個(gè)高電平，將這個(gè)高電平與蜂鳴器相連就會在那個(gè)時(shí)刻產(chǎn)生蜂鳴。達(dá)到鬧鐘的功能。</p><p&g

26、t;<b>　　總電路圖</b></p><p>　　五、總結(jié)與設(shè)計(jì)調(diào)試體會</p><p>　　通過此次課程設(shè)計(jì)，使我更加扎實(shí)的掌握了有關(guān)數(shù)字電子技術(shù)方面的知識，在設(shè)計(jì)過程中，剛開始毫無頭緒，可謂舉步維艱。后來經(jīng)過小組同學(xué)的討論，決定采用化整為零的方法，一個(gè)模塊一個(gè)模塊來做，再把它們整合起來。有了清晰的思路，經(jīng)過大家的努力終于設(shè)計(jì)出來了，并且仿真正確。做課程設(shè)計(jì)不僅

27、需要清晰的思路還要謹(jǐn)慎的態(tài)度，必須要對各個(gè)芯片都了解，對課本知識熟悉才能又快又好的完成。在接線的時(shí)候，我們遇到的不少困難，出現(xiàn)各種各樣的問題，比如芯片壞了，線路接觸不良，電路達(dá)不到預(yù)期的效果。</p><p>　　回顧此次課程設(shè)計(jì)，至今我仍感慨頗多，從理論到實(shí)踐，在這段日子里，可以說得是苦多于甜，但是可以學(xué)到很多很多的東西，同時(shí)不僅可以鞏固了以前所學(xué)過的知識，而且學(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

28、設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，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，但可喜的是最終都得到了解決。</p><p>　　實(shí)驗(yàn)過程中，與隊(duì)友合作更是一件快樂的事情，只有彼此都付出，彼此都維護(hù)才能將作品做的更加完美。果然是團(tuán)結(jié)就是力量，只有互相之間默契融洽的

29、配合才能換來最終完美的結(jié)果。</p><p>　　最后，感謝老師對我們的指導(dǎo)和教誨，感謝學(xué)校給我們安排這次課程設(shè)計(jì)活動。</p><p><b>　　附錄</b></p><p>　　74LS160 6片</p><p>　　4線-10線譯碼器74LS48

30、 6片</p><p>　　四2輸入正或門74LS32 1片</p><p><b>　　74LS044片</b></p><p>　　74LS20 4片

31、 四2輸入與非門74LS00 4片</p><p>　　74LS08 1片</p><p>　　7476N 1片</p><p>　　74LS85

32、 5片</p><p><b>　　蜂鳴器</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　«數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)» 周良權(quán)編</p><p>　　«電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)» 彭介華編</p&

33、gt;<p>　　«電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)» 陳大欽編</p><p>　　«電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與仿真» 孫勝麟 、郭照南主編</p><p>　　電氣信息學(xué)院課程設(shè)計(jì)評分表</p><p>　　指導(dǎo)教師簽名：________________</p><p>　　日 期：