數(shù)電課程設(shè)計(jì)--數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)報(bào)告

1、<p>　　《數(shù) 字 電 子 技 術(shù)》</p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)報(bào)告</b></p><p>　　系 別： 電氣工程系 </p><p>　　專業(yè)班級：電子科學(xué)與技術(shù)（3）班 </p><p>　　學(xué)生姓名：

2、 </p><p>　　學(xué) 號： </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　2012年 02月29日</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1．實(shí)驗(yàn)?zāi)?/p>

3、的………………………………………………………………………2</p><p>　　2．實(shí)驗(yàn)題目描述和要求 …………………………………………………………2</p><p>　　3．設(shè)計(jì)報(bào)告內(nèi)容…………………………………………………………………2</p><p>　　3.1實(shí)驗(yàn)名稱………………………………………………………………………2</p><p&

4、gt;　　3.2實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?</p><p>　　3.3實(shí)驗(yàn)器材及主要器件…………………………………………………………2</p><p>　　3.4數(shù)字電子鐘基本原理…………………………………………………………3</p><p>　　3.5數(shù)字電子鐘單元電路設(shè)計(jì)、參數(shù)計(jì)算和器件選擇…………………………3-8<

5、/p><p>　　3.6數(shù)字電子鐘電路圖……………………………………………………………9</p><p>　　3.7數(shù)字電子鐘的組裝與調(diào)試……………………………………………………9</p><p>　　4．實(shí)驗(yàn)結(jié)論………………………………………………………………………9</p><p>　　5．實(shí)驗(yàn)心得…………………………………………………………

6、……………10</p><p>　　參考文獻(xiàn) …………………………………………………………………………10</p><p>　　數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)報(bào)告</p><p>　　一 設(shè)計(jì)的目的和任務(wù)</p><p>　　1.鞏固加深對數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)的理解，提高綜合運(yùn)用所學(xué)知識的能力，培養(yǎng)了獨(dú)立分析問題，解決問題的能力。</p><

7、;p>　　2.通過查資料，選方案，設(shè)計(jì)電路，寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告等環(huán)節(jié)的訓(xùn)練，熟悉設(shè)計(jì)過程和步驟。為今后從事電子線路設(shè)計(jì)，研制電子產(chǎn)品打下了良好的基礎(chǔ)。</p><p>　　3.設(shè)計(jì)數(shù)字電子電路，實(shí)現(xiàn)特定的功能。學(xué)習(xí)這一技能，積累這方面的經(jīng)驗(yàn)。</p><p>　　4.培養(yǎng)綜合運(yùn)用所學(xué)知識來指導(dǎo)實(shí)踐的能力。</p><p>　　5.掌握常見元器件的識別和測試。</

8、p><p>　　6.熟悉常用儀器，了解電路調(diào)試的基本方法。</p><p>　　二 課程設(shè)計(jì)的題目要求和描述</p><p>　?。?）設(shè)計(jì)一個有“時”、“分”、“秒”（24小時59分59秒）顯示，且有校時功能的電子鐘；</p><p>　?。?）用中小規(guī)模集成電路組成電子鐘，并在實(shí)驗(yàn)箱上進(jìn)行組裝、調(diào)試；</p><p>

9、　　（3）畫出框圖和邏輯電路圖，寫出設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)總結(jié)報(bào)告；</p><p>　?。?）整點(diǎn)報(bào)時。在59分51秒、53秒、55秒、57秒輸出500Hz音頻信號，在59分59秒時輸出1000Hz信號，音頻持續(xù)1s，在1000Hz音頻結(jié)束時刻為整點(diǎn)。</p><p>　　數(shù)字電子鐘是一種用數(shù)字顯示秒，分，時，日的計(jì)時裝置，與傳統(tǒng)的機(jī)械相比，它具有走時準(zhǔn)確，顯示直觀，無機(jī)械傳動裝置等優(yōu)點(diǎn)，因而得到了

10、廣泛的應(yīng)用：小到人們?nèi)粘Ｉ钪械碾娮邮直恚蟮杰囌?，碼頭，機(jī)場等公共場所的大型數(shù)顯電子鐘。</p><p>　　數(shù)字電子鐘的電路組成框圖如圖所示</p><p>　　由圖可見，數(shù)字電子鐘有以下幾部分構(gòu)成：石英晶體振蕩器和分頻器組成的秒脈沖發(fā)生器；校時電路；六十進(jìn)制秒，分計(jì)數(shù)器及24進(jìn)制計(jì)時計(jì)數(shù)器；以及秒分時的譯碼顯示部分等。</p><p>　　三 數(shù)字電子鐘基本原

11、理</p><p>　　數(shù)字電子鐘的邏輯框圖如圖3-1所示。它由555集成芯片構(gòu)成的振蕩電路、分頻器、計(jì)數(shù)器、顯示器和校時電路組成。555集成芯片構(gòu)成的振蕩電路產(chǎn)生的信號經(jīng)過分頻器作為秒脈沖，秒脈沖送入計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)結(jié)果通過“時”、“分”、“秒”譯碼器顯示時間。</p><p>　　圖3-1數(shù)字電子鐘的邏輯框圖</p><p>　　四 數(shù)字電子鐘單元電路設(shè)計(jì)、參數(shù)計(jì)算

12、和器件選擇</p><p>　　4.1晶體振蕩器電路</p><p>　　晶體振蕩器電路給數(shù)字鐘提供一個頻率穩(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。一般輸出為方波的數(shù)字式晶體振蕩器電路通常有兩類，一類是用ＴＴＬ門電路構(gòu)成；另一類是通過ＣＭＯＳ非門構(gòu)成的電路，本次設(shè)計(jì)采用了后一種。如圖（b）所示，由ＣＭ

13、ＯＳ非門Ｕ１與晶體、電容和電阻構(gòu)成晶體振蕩器電路，Ｕ２實(shí)現(xiàn)整形功能，將振蕩器輸出的近似于正弦波的波形轉(zhuǎn)換為較理想的方波。輸出反饋電阻Ｒ１為非門提供偏置，使電路工作于放大區(qū)域，即非門的功能近似于一個高增益的反相放大器。電容Ｃ１、Ｃ２與晶體構(gòu)成一個諧振型網(wǎng)絡(luò)，完成對振蕩頻率的控制功能，同時提供了一個１８０度相移，從而和非門構(gòu)成一個正反饋網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了振蕩器的功能。由于晶體具有較高的頻率穩(wěn)定性及準(zhǔn)確性，從而保證了輸出頻率的穩(wěn)定和準(zhǔn)確。</

14、p><p>　　CMOS 晶體振蕩器（仿真電路）</p><p><b>　　4.2計(jì)數(shù)器</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”個位、十位的計(jì)時?！懊搿薄胺帧庇?jì)數(shù)器為六十進(jìn)制，小時為二十四進(jìn)制。</p><p>　　4.2.1六十進(jìn)制計(jì)數(shù)</p>

15、;<p>　　由分頻器來的秒脈沖信號，首先送到“秒”計(jì)數(shù)器進(jìn)行累加計(jì)數(shù)，秒計(jì)數(shù)器應(yīng)完成一分鐘之內(nèi)秒數(shù)目的累加，并達(dá)到60秒時產(chǎn)生一個進(jìn)位信號，所以，選用兩片cc40192和一片cc4011組成六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，來實(shí)現(xiàn)六十進(jìn)制計(jì)數(shù)。其中，“秒”十位是六進(jìn)制，“秒”個位是十進(jìn)制。如圖4.2.1所示。</p><p>　　圖4.2.1所示（60進(jìn)制計(jì)數(shù)構(gòu)造）</p><p>　　4.

16、2.2二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)</p><p>　　“12翻1”小時計(jì)數(shù)器是按照“01——02——03——……——22——23——00——01——02——……”規(guī)律計(jì)數(shù)的，這與日常生活中的計(jì)時規(guī)律相同。在此實(shí)驗(yàn)中，它是由兩片cc40192和一片cc4011構(gòu)造成的同步二十四計(jì)數(shù)器，利用異步清零端實(shí)現(xiàn)起從23——00的翻轉(zhuǎn)，其中“24”為過渡狀態(tài)不顯示。其中，“時”十位是3進(jìn)制，“時”個位是十進(jìn)制。如圖4.2.2所示.&l

17、t;/p><p>　　圖4.2.2所示（24進(jìn)制計(jì)數(shù)構(gòu)造）</p><p><b>　　4,3顯示器</b></p><p>　　本系統(tǒng)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：共陽極顯示器或共陰極顯示器。74LS48譯碼器對應(yīng)的顯示器是共陰極顯示器。</p><p><b>　　4.4校時電路<

18、/b></p><p>　　當(dāng)數(shù)字鐘走時出現(xiàn)誤差時，需要校正時間。校時電路實(shí)現(xiàn)對“時”“分”“秒”的校準(zhǔn)。在電路中設(shè)有正常計(jì)時和校對位置。本實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)“時”“分”的校對。對校時的要求是，在小時校正時不影響分和秒的正常計(jì)數(shù)；在分校正時不影響秒和小時的正常計(jì)數(shù)。需要注意的時，校時電路是由與非門構(gòu)成的組合邏輯電路，開關(guān)S1或S2為“0”或“1”時，可能會產(chǎn)生抖動，為防止這一情況的發(fā)生我在原本接校時脈沖的端口接到了實(shí)

19、驗(yàn)裝置的“單次脈沖”端口，這樣既時限內(nèi)了防抖動，又可以利用手動操作來完成校時。</p><p><b>　　圖4.4校時電路圖</b></p><p><b>　　4.5整點(diǎn)報(bào)時電路</b></p><p>　　數(shù)字鐘整點(diǎn)報(bào)時是最基本的功能之一。實(shí)驗(yàn)要求的是在離整點(diǎn)差10秒時，每隔一秒鳴叫一次，每次持續(xù)時間為一秒，共響5次

20、，前4次為低音500Hz，最后一聲為高音1000Hz。整點(diǎn)報(bào)時電路如圖6所示。</p><p>　　整點(diǎn)報(bào)時電路主要由控制門電路和音響電路兩部分組成。</p><p>　　1、控制門電路部分：</p><p>　　由11個與非門組成。圖中與非門的輸入信號Q4、Q3、Q2、Q1、分別表示“分十位”、“分個位”、“秒十位”、“秒個位”的狀態(tài)，下標(biāo)中的D、C、B、A分別表

21、示組成計(jì)數(shù)器的四個觸發(fā)器的狀態(tài)。</p><p><b>　　由上圖可以看出：</b></p><p>　　Y1=QC4*QA4*QD3*QA3</p><p>　　Y2=Y1*QC2*QA 2 </p><p>　　以上二式表示當(dāng)分十位為5（即QC4QA4=101）、分個位為9（即QD3QA3=1001）、秒十位為5（

22、即QC2QA2=101）時，即59分50秒時發(fā)出控制信號。</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)要求，數(shù)字鐘電路要求在59分51秒、53秒、55秒、59秒時各鳴叫一次。</p><p>　　當(dāng)計(jì)數(shù)器達(dá)到59分50秒時，分、秒計(jì)數(shù)器的狀態(tài)為：</p><p>　　QD4QC4QB4QA4=0101（分十位）</p><p>　　QD3QC3QB3QA3

23、=1001（分個位）</p><p>　　QD2QC2QB2QA2=0101（秒十位）</p><p>　　QD1QC1QB1QA1=0000（秒個位）</p><p>　　前四聲計(jì)數(shù)器狀態(tài)發(fā)生在59分51秒至59分58秒之間。因此，只有秒個位的狀態(tài)發(fā)生變化，而其他計(jì)數(shù)器的狀態(tài)無需變化，所以可保持不變。</p><p>　　此時 QC4=QA

24、4=QD3=QA3=QC2=QA2=1不變，將它們相與即得Y2。</p><p>　　而51秒、53秒、55秒、57，59秒時的秒計(jì)數(shù)器個位狀態(tài)分別為</p><p>　　QD1QC1QB1QA1=0001（51秒）</p><p>　　QD1QC1QB1QA1=0011（53秒）</p><p>　　QD1QC1QB1QA1=0101（55

25、秒）</p><p>　　QD1QC1QB1QA1=0111（57秒）</p><p>　　并根據(jù)需要，前四聲為低，則接如500Hz的脈沖信號。</p><p>　　最后一聲的各計(jì)數(shù)器狀態(tài)分別如下：</p><p>　　QD4QC4QB4QA4=0000（分十位）</p><p>　　QD3QC3QB3QA3=0000

26、（分個位）</p><p>　　QD2QC2QB2QA2=0000（秒十位）</p><p>　　QD1QC1QB1QA1=0000（秒個位）</p><p>　　即只須將分進(jìn)位信號和1KHz的脈沖信號接入即可。如圖4.5所示</p><p>　　圖4,5所示（圖中報(bào)警器用指示燈來表示）</p><p>　　五 數(shù)字電

27、子鐘電路圖</p><p>　　六 數(shù)字電子鐘的元器件列表</p><p>　　表6.1數(shù)字電子鐘的元器件列表</p><p>　　七 數(shù)字電子鐘的組裝與調(diào)試</p><p>　　由圖中所示的數(shù)字中系統(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)字中的各個功能電路。</p><p>　　級聯(lián)時如果出

28、現(xiàn)時序配合不同步，或劍鋒脈沖干擾，引起的邏輯混亂，可以增加多級邏輯門來延時。如果顯示字符變化很快，模糊不清，可能是由于電源電流的跳變引起的，可在集成電路器件的電源端Vcc加退藕濾波電容。通常用幾十微法的大電容與0.01μF的小電容相并聯(lián)。</p><p><b>　　八 結(jié)論和心得</b></p><p><b>　　8.1結(jié)論</b></

29、p><p>　　通過運(yùn)用數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)的24小時制的數(shù)字電子時鐘，經(jīng)過試驗(yàn)，成功實(shí)現(xiàn)了以下基本功能：</p><p>　　能準(zhǔn)確計(jì)時，以數(shù)字形式顯示時、分、秒的時間。</p><p>　　能實(shí)現(xiàn)整點(diǎn)報(bào)時的功能，并分別在51秒、53秒、55秒、57秒、59秒實(shí)現(xiàn)了“四短一長”的報(bào)時效果。</p><p>　　能定時控制，且能驚醒校正時間（通過開關(guān)

30、調(diào)時、分）。</p><p><b>　　8.2實(shí)驗(yàn)心得</b></p><p>　　通過這次數(shù)字電子鐘的課程設(shè)計(jì)，我們才把學(xué)到的東西與實(shí)踐相結(jié)合。從中對我們學(xué)的知識有了更進(jìn)一步的理解，而且更進(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

31、設(shè)計(jì)我們了解了課程設(shè)計(jì)的一般步驟，和設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題。設(shè)計(jì)本身并不是有很重要的意義，而是同學(xué)們對待問題時的態(tài)度和處理事情的能力。各個芯片能夠完成什么樣的功能，使用芯片時應(yīng)該注意那些要點(diǎn)。同一個電路可以用那些芯片實(shí)現(xiàn)，各個芯片實(shí)現(xiàn)同一個功能的區(qū)別。</p><p>　　另外，我還漸漸熟悉了mutisim這個仿真軟件的各個功能，讓我體會到了期中的樂趣，還在電腦制作文檔的過程中，使我對辦公軟件有了更進(jìn)一步的了解和掌握

32、。</p><p><b>　　九 參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　【1】 童詩白，華成英，《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第四版）》，北京，高等教育出版社，2010年</p><p>　　【2】 李耐根，《電工與電子技術(shù)基礎(chǔ)》，北京，冶金工業(yè)出版社，2008年</p><p>　　【3】 楊志忠，華沙，《電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

33、》，北京，機(jī)械工業(yè)出版社，2008年</p><p>　　【4】 陳永真，《全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽試題精選》，北京，電子工業(yè)出版社，2009年</p><p>　　【5】 王晨華，《電子產(chǎn)品與制作100例》，上海，冶金工業(yè)出版社，2008年</p><p>　　【6】 巖心，王玉鳳，劉湘黔，《電子設(shè)計(jì)從零開始》，北京，清華大學(xué)出版社，2001年</p>