數(shù)字鐘課程設(shè)計(jì)3

1、<p><b>　　XXX大學(xué)</b></p><p><b>　　數(shù)字鐘課程設(shè)計(jì)</b></p><p>　　專 業(yè) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù) </p><p>　　班 級 非 師 范 類 </p><p>　　姓 名

2、 * * * </p><p>　　學(xué) 號 *********** </p><p>　　指導(dǎo)教師 *** </p><p>　　設(shè)計(jì)時(shí)間 2009年12月23日 </p><p><b>　　目 錄</b><

3、/p><p>　　目錄………………………………………………………………………….……….1</p><p>　　1、設(shè)計(jì)目的………………………………………………………………….……...2</p><p>　　2、設(shè)計(jì)方案………………………………………………………………….……...2</p><p>　　3、設(shè)計(jì)原理及其框圖…………………………

4、…………………………………....2</p><p>　　3.1數(shù)字鐘的構(gòu)成…………………………………………………..……….….……2</p><p>　　3.2數(shù)字鐘的工作原理……………………………………………………..…...……4</p><p>　　3.3時(shí)間計(jì)數(shù)單元………………………………………………………………....…5</p><

5、;p>　　3.4譯碼驅(qū)動及顯示單元………………………………………………………….….6</p><p>　　3.5校時(shí)電源電路…………………………………………………………..………..6</p><p>　　3.6整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路…………………………………………………………………….7</p><p>　　4、元器件………………………………………………………………

6、…………….7</p><p>　　4.1實(shí)驗(yàn)中所需的器材………………………………………………………………..7</p><p>　　4.2芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖及引腳圖…………………………………………………...…....8</p><p>　　4.3面包板內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖………………………………………………………………10</p><p>　　5、功能

7、塊電路圖…………………………………………………………………...10</p><p>　　6、總結(jié)……………………………………………………………………………...18</p><p>　　7、參考文獻(xiàn)………………………………………………………………………...19</p><p><b>　　一、設(shè)計(jì)目的</b></p><

8、p>　　數(shù)字鐘從原理上講是一種典型的數(shù)字電路，其中包括了組合邏輯電路和時(shí)序電路。此次設(shè)計(jì)與制作數(shù)字電子鐘的目的是讓學(xué)生在了解數(shù)字鐘的原理的前提下，運(yùn)用剛剛學(xué)過的數(shù)電知識設(shè)計(jì)并制作數(shù)字鐘，而且通過數(shù)字鐘的制作進(jìn)一步了解各種在制作中用到的中小規(guī)模集成電路的作用及其使用方法。由于數(shù)字電子鐘包括組合邏輯電路和時(shí)序電路，通過它可以進(jìn)一步學(xué)習(xí)與掌握各種組合邏輯電路與時(shí)序電路的原理與使用方法，從而實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐相結(jié)合。 總的來說，此次課

9、程設(shè)計(jì)，有助于學(xué)生對電子線路知識的整合和電子線路設(shè)計(jì)能力的訓(xùn)練，并為后繼課程的學(xué)習(xí)和畢業(yè)設(shè)計(jì)打下一定的基礎(chǔ)。</p><p><b>　　二、設(shè)計(jì)方案</b></p><p>　　1．設(shè)計(jì)指標(biāo)時(shí)間以24小時(shí)為一個(gè)周期；顯示時(shí)、分、秒；有校時(shí)功能，可以分別對時(shí)及分進(jìn)行單獨(dú)校時(shí)，使其校正到標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間；計(jì)時(shí)過程具有報(bào)時(shí)功能，當(dāng)時(shí)間到達(dá)整點(diǎn)前5秒進(jìn)行蜂鳴報(bào)時(shí)；為了

10、保證計(jì)時(shí)的穩(wěn)定及準(zhǔn)確須由晶體振蕩器提供表針時(shí)間基準(zhǔn)信號。2．設(shè)計(jì)要求畫出電路原理圖（或仿真電路圖）；元器件及參數(shù)選擇；電路仿真與調(diào)試；3．編寫設(shè)計(jì)報(bào)告寫出設(shè)計(jì)與制作的全過程，附上有關(guān)資料和圖紙，有心得體會。 </p><p>　　三、設(shè)計(jì)原理及其框圖</p><p>　　1．?dāng)?shù)字鐘的構(gòu)成數(shù)字鐘是一個(gè)將“

11、 時(shí)”，“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，另外應(yīng)有校時(shí)功能和一些顯示星期、報(bào)時(shí)、停電查看時(shí)間等附加功能。因此，一個(gè)基本的數(shù)字鐘電路主要由譯碼顯示器、“時(shí)”，“分”，“秒”，“星期”計(jì)數(shù)器、校時(shí)電路、報(bào)時(shí)電路和振蕩器組成。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（如北京時(shí)間）一致，故需要在電路上加一個(gè)校時(shí)電路，同時(shí)標(biāo)準(zhǔn)的1

12、HZ時(shí)間信號必須做到準(zhǔn)確穩(wěn)定。通常使用石英晶體振蕩器電路構(gòu)成數(shù)字鐘。</p><p>　　圖3-1所示為數(shù)字鐘的一般構(gòu)成框圖</p><p>　　⑴晶體振蕩器電路　　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><b>

13、;　?、品诸l器電路</b></p><p>　　分頻器電路將32768Ｈz的高頻方波信號經(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>　　⑶時(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

14、據(jù)設(shè)計(jì)要求，時(shí)個(gè)位和時(shí)十位計(jì)數(shù)器為12進(jìn)制計(jì)數(shù)器。</p><p>　?、茸g碼驅(qū)動電路　　譯碼驅(qū)動電路將計(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><b>　　⑸數(shù)碼管　　</b></p><p>　　數(shù)碼管通常有發(fā)光二極管（LED）數(shù)碼管和液晶（LCD）數(shù)碼管，本

15、設(shè)計(jì)提供的為LED數(shù)碼管。</p><p><b>　　數(shù)字鐘的工作原理</b></p><p>　?。保┚w振蕩器電路晶體振蕩器是構(gòu)成數(shù)字式時(shí)鐘的核心，它保證了時(shí)鐘的走時(shí)準(zhǔn)確及穩(wěn)定。圖3-2所示電路通過ＣＭＯＳ非門構(gòu)成的輸出為方波的數(shù)字式晶體振蕩電路，這個(gè)電路中，ＣＭＯＳ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

16、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(gè)高增益的反相放大器。電容Ｃ１、Ｃ２與晶體構(gòu)成一個(gè)諧振型網(wǎng)絡(luò)，完成對振蕩頻率的控制功能，同時(shí)提供了一個(gè)１８０度相移，從而和非門構(gòu)成一個(gè)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。</p><p>　　晶體XTAL的頻率選為32768HZ。該元件專為數(shù)

17、字鐘電路而設(shè)計(jì)，其頻率較低，有利于減少分頻器級數(shù)。</p><p>　　從有關(guān)手冊中，可查得C1、C2均為30pF。當(dāng)要求頻率準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度更高時(shí)，還可接入校正電容并采取溫度補(bǔ)償措施。</p><p>　　由于CMOS電路的輸入阻抗極高，因此反饋電阻R1可選為10MΩ。較高的反饋電阻有利于提高振蕩頻率的穩(wěn)定性，非門電路可選74HC00。</p><p>　　圖

18、3-2 COMS晶體振蕩器２）分頻器電路通常，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。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２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（２１５），即實(shí)現(xiàn)該分頻功能的計(jì)數(shù)器相當(dāng)于１５極２進(jìn)制計(jì)數(shù)器。常用的２進(jìn)制計(jì)數(shù)器有７４ＨＣ３９３等。本實(shí)驗(yàn)中采用CD4060來構(gòu)成分頻電路。CD4060在

19、數(shù)字集成電路中可實(shí)現(xiàn)的分頻次數(shù)最高，而且CD4060還包含振蕩電路所需的非門，使用更為方便。ＣＤ４０６０計(jì)數(shù)為１４級２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3-3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。圖3-3 CD4046內(nèi)部框圖３）時(shí)間計(jì)數(shù)單元</p><p>　　時(shí)間計(jì)數(shù)單元有時(shí)計(jì)數(shù)、分計(jì)數(shù)和秒計(jì)數(shù)等幾個(gè)部

20、分。時(shí)計(jì)數(shù)單元一般為１２進(jìn)制計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器，其輸出為兩位８４２１ＢＣＤ碼形式；分計(jì)數(shù)和秒計(jì)數(shù)單元為６０進(jìn)制計(jì)數(shù)器，其輸出也為８４２１ＢＣＤ碼。一般采用10進(jìn)制計(jì)數(shù)器74HC390來實(shí)現(xiàn)時(shí)間計(jì)數(shù)單元的計(jì)數(shù)功能。為減少器件使用數(shù)量，可選７４ＨＣ３９０，其內(nèi)部邏輯框圖如圖　２.３所示。該器件為雙２—５－１０異步計(jì)數(shù)器，并且每一計(jì)數(shù)器均提供一個(gè)異步清零端（高電平有效）。圖3-4 74HC390(1/2)內(nèi)部邏輯框圖秒個(gè)位計(jì)數(shù)單元為１

21、０進(jìn)制計(jì)數(shù)器，無需進(jìn)制轉(zhuǎn)換，只需將ＱＡ與ＣＰＢ（下降沿有效）相連即可。ＣＰＡ（下降沒效）與１ＨZ秒輸入信號相連，Ｑ３可作為向上的進(jìn)位信號與十位計(jì)數(shù)單元的ＣＰＡ相連。秒十位計(jì)數(shù)單元為６進(jìn)制計(jì)數(shù)器，需要進(jìn)制轉(zhuǎn)換。將１０進(jìn)制計(jì)數(shù)器轉(zhuǎn)換為６進(jìn)制計(jì)數(shù)器的電路連接方法如圖3-5所示，其中Ｑ２可作為向上的進(jìn)位信號與分個(gè)位的計(jì)數(shù)單元的ＣＰＡ相連。圖3-5 10進(jìn)制——6進(jìn)制計(jì)數(shù)器轉(zhuǎn)換電路分個(gè)位和分十位計(jì)數(shù)單元電路結(jié)構(gòu)分別與秒個(gè)位和秒十位計(jì)數(shù)單

22、元完全相同，只不過分個(gè)位計(jì)數(shù)單元的Ｑ３作為向上的進(jìn)位信號應(yīng)與分十位計(jì)數(shù)單元的</p><p>　　4）譯碼驅(qū)動及顯示單元計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)了對時(shí)間的累計(jì)以8421BCD碼形式輸出，選用顯示譯碼電路將計(jì)數(shù)器的輸出數(shù)碼轉(zhuǎn)換為數(shù)碼顯示器件所需要的輸出邏輯和一定的電流，選用CD4511作為顯示譯碼電路，選用LED數(shù)碼管作為顯示單元電路。5）校時(shí)電源電路當(dāng)重新接通電源或走時(shí)出現(xiàn)誤差時(shí)都需要對時(shí)間進(jìn)行校正。通常，校正時(shí)間

23、的方法是：首先截?cái)嗾５挠?jì)數(shù)通路，然后再進(jìn)行人工出觸發(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3-7所示即為帶有基本RS觸發(fā)器的校時(shí)電路。</p><p>　　圖3-7 帶有消抖動電路的校正電路6）整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路

24、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。根據(jù)要求，電路應(yīng)在整點(diǎn)前10秒鐘內(nèi)開始整點(diǎn)報(bào)時(shí)，即當(dāng)時(shí)間在59分50秒到59分59秒期間時(shí)，報(bào)時(shí)電路報(bào)時(shí)控制信號。報(bào)時(shí)電路選74HC30，選蜂鳴器為電聲器件。</p><p>　　元器件1．實(shí)驗(yàn)中所需的器材，5V電源，面包板1塊，示波器，萬

25、用表，鑷子1把，剪刀1把，共陰八段數(shù)碼管6個(gè)，CD4511集成塊6塊，CD4060集成塊1塊，74HC390集成塊3塊，74HC51集成塊1塊，74HC00集成塊5塊，74HC30集成塊1塊，10MΩ電阻5個(gè)，500Ω電阻14個(gè)，30p電容2個(gè)， 32.768k時(shí)鐘晶體1個(gè)，蜂鳴器。</p><p>　　2．芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖及引腳圖</p><p>　　圖4-1 7400 四2輸入與非

26、門 圖4-2 CD4511BCD七段譯碼/驅(qū)動器 圖4-3 CD4060BD 圖4-4 74HC390D  圖4-5 74HC51D 圖4-6 74HC303．面包板內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖&

27、lt;/p><p>　　面包板右邊一列上五組豎的相通，下五組豎的相通，面包板的左邊上下分四組，每組中X、Y列（0-15相通，16-40相通，41-55相通，ABCDE相通，F(xiàn)GHIJ相通，E和F之間不相通。五、功能塊電路圖1． 一個(gè)CD4511和一個(gè)LED數(shù)碼管連接成一個(gè)CD4511驅(qū)動電路，數(shù)碼管可從0---9顯示，以次來檢查數(shù)碼管的好壞，見附圖5-1。圖5-1 4511驅(qū)動電路</p>

28、<p>　　2． 利用一個(gè)LED數(shù)碼管，一塊CD4511，一塊74HC390，一塊74HC00連接成一個(gè)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，電路在晶振的作用下數(shù)碼管從0—9顯示，見附圖5-2。圖5-2 74390十進(jìn)制計(jì)數(shù)器</p><p>　　3． 利用一個(gè)LED數(shù)碼管，一塊CD4511，一塊74HC390，一塊74HC00和一個(gè)晶振連接成一個(gè)六進(jìn)制計(jì)數(shù)器，數(shù)碼管從0—6顯示，見附圖5-3。圖5-3 74390

29、六進(jìn)制計(jì)數(shù)器</p><p>　　4． 利用一個(gè)六進(jìn)制電路和一個(gè)十進(jìn)制連接成一個(gè)六十進(jìn)制電路，電路可從0—59顯示，見附圖5-4。圖5-4 六十進(jìn)制電路</p><p>　　5． 利用兩個(gè)六十進(jìn)制的電路合成一個(gè)雙六十進(jìn)制電路，兩個(gè)六十進(jìn)制之間有進(jìn)位，見附圖5-5。 圖5-5 雙六十進(jìn)制電路6． 利用CD4060、電阻及晶振連接成一個(gè)分頻——晶振電路，見附圖5-6。 圖5-6

30、 分頻—晶振電路7． 利用74HC51D和74HC00及電阻連接成一個(gè)校時(shí)電路，見附圖5-7。圖5-7 校時(shí)電路</p><p>　　8．利用74HC30和蜂鳴器連接成整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路。見附圖5-8。圖5-8 整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路</p><p>　　9． 利用兩個(gè)六十進(jìn)制和一個(gè)十二進(jìn)制連接成一個(gè)時(shí)、分、秒都會進(jìn)位的電路總圖，見附圖5-9。圖5-9</p><

31、;p><b>　　六、總結(jié)</b></p><p>　　我們學(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。</p><p>　　在此次的數(shù)字鐘設(shè)計(jì)過程中，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。

32、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(shí)的態(tài)度和處理事情的能力。至于設(shè)計(jì)的成績無須看的太過于重要，而是設(shè)計(jì)的過程，設(shè)計(jì)的思想和設(shè)計(jì)電路中的每一個(gè)環(huán)節(jié)，電路中各個(gè)部分的功能是如何實(shí)現(xiàn)的。各個(gè)芯片能夠完成什么樣的功能，使用芯片時(shí)應(yīng)該注意那些要點(diǎn)。同一個(gè)電路可以用那些芯

33、片實(shí)現(xiàn)，各個(gè)芯片實(shí)現(xiàn)同一個(gè)功能的區(qū)別。另外，我們設(shè)計(jì)要從市場需求出發(fā)，既要有強(qiáng)大的功能，又要在價(jià)格方面比同等檔次的便宜。</p><p>　　在這次設(shè)計(jì)過程中，我也對word、畫圖等軟件有了更進(jìn)一步的了解，這使我在以后的工作中更加得心應(yīng)手。</p><p><b>　　七、參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　康華光.2000年. 電子技術(shù)基礎(chǔ)

34、 數(shù)字部分（第四版）. 北京：高等教育出版社. 王慧玲.2003年. 電工電子實(shí)驗(yàn)與實(shí)訓(xùn). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社.吳建強(qiáng).2004年. 電工學(xué)新技術(shù)實(shí)踐. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社.付家才.2003年. 電工電子學(xué)習(xí)指導(dǎo). 北京：化學(xué)工業(yè)出版社.王建華 吳道悌.2003年. 電工學(xué)實(shí)驗(yàn). 北京：高等教育出版社.鄧玉元 蔣卓勤. 2003年. Multisim 2001及其在電子設(shè)計(jì)中的應(yīng)用. 西安: 西安電子科技大學(xué)出版社.<