數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計報告-- 數(shù)字電子鐘的設(shè)計

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1．設(shè)計的任務(wù)與要求…………………………………………………………………1</p><p>　　2.方案論證與選擇……………………………………………………………………1</p><p>　　3.單元電路的設(shè)計和元器件的選擇…………………………………………………5</p>

2、;<p>　　3.1 六進制電路的設(shè)計……………………………………………………………6</p><p>　　3.2 十進制計數(shù)電路的設(shè)計………………………………………………………6</p><p>　　3.3 六十進制計數(shù)電路的設(shè)計……………………………………………………6</p><p>　　3.4雙六十進制計數(shù)電路的設(shè)計……………………………………

3、……………7</p><p>　　3.5時間計數(shù)電路的設(shè)計…………………………………………………………8</p><p>　　3.6 校正電路的設(shè)計………………………………………………………………8</p><p>　　3.7 時鐘電路的設(shè)計…………………………………………………………8</p><p>　　3.8 整點報時電路的設(shè)計…………

4、………………………………………………9</p><p>　　3.9 主要元器件的選擇…………………………………………………………10</p><p>　　4.系統(tǒng)電路總圖及原理……………………………………………………………10</p><p>　　5.經(jīng)驗體會…………………………………………………………………………10</p><p>　　參

5、考文獻……………………………………………………………………………11</p><p>　　附錄A：系統(tǒng)電路原理圖……………………………………………………………12</p><p><b>　　數(shù)字電子鐘的設(shè)計</b></p><p>　　1. 設(shè)計的任務(wù)與要求</p><p>　　數(shù)字鐘是一種用數(shù)字電路技術(shù)實現(xiàn)時、分、秒

6、計時的裝置，與機械式時鐘相比具有更高的準(zhǔn)確性和直觀性，且無機械裝置，具有更更長的使用壽命，因此得到了廣泛的使用。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序電路。</p><p>　　因此，我們此次設(shè)計數(shù)字鐘就是為了了解數(shù)字鐘的原理，從而學(xué)會制作數(shù)字鐘。而且通過數(shù)字鐘的制作進一步的了解各種在制作中用到的中小規(guī)模集成電路的作用及實用方法。且由于數(shù)字鐘包括組合邏輯電路和時敘電路。通過它可以進一步

7、學(xué)習(xí)與掌握各種組合邏輯電路與時序電路的原理與使用方法。</p><p><b>　　1.1設(shè)計指標(biāo) </b></p><p>　　1. 時間以12小時為一個周期；</p><p>　　2. 顯示時、分、秒；</p><p>　　3. 具有校時功能，可以分別對時及分進行單獨校時，使其校正到標(biāo)準(zhǔn)時間；</p>

8、<p>　　4. 計時過程具有報時功能，當(dāng)時間到達整點前10秒進行蜂鳴報時；</p><p>　　5. 為了保證計時的穩(wěn)定及準(zhǔn)確須由晶體振蕩器提供表針時間基準(zhǔn)信號。</p><p><b>　　1.2 設(shè)計要求</b></p><p>　　1. 畫出電路原理圖（或仿真電路圖）；</p><p>　　2. 元器件

9、及參數(shù)選擇；</p><p>　　3. 編寫設(shè)計報告 寫出設(shè)計的全過程，附上有關(guān)資料和圖紙，有心得體會。</p><p>　　2. 方案論證與選擇</p><p>　　2.1 數(shù)字鐘的系統(tǒng)方案</p><p>　　數(shù)字鐘實際上是一個對標(biāo)準(zhǔn)頻率（1HZ）進行計數(shù)的計數(shù)電路。由于計數(shù)的起始時間不可能與標(biāo)準(zhǔn)時間（如北京時間）一致，故需要在電路上加

10、一個校時電路，同時標(biāo)準(zhǔn)的1HZ時間信號必須做到準(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1 數(shù)字電子鐘方案框圖</p><p>　　2.2 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

11、。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)計采用了后一種。如圖（b）所示，由CMOS非門U1與晶體、電容和電阻構(gòu)成晶體振蕩器電路，U2實現(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

12、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>　　圖2 CMOS 晶體振蕩器（仿真電路）</p><p>　　2.3 時間計數(shù)電路</p><p>　　一般采用十進制計數(shù)器如74HC290、74HC390等來實現(xiàn)時間計數(shù)單元的計數(shù)功能。本次設(shè)計中選

13、擇74HC390。由其內(nèi)部邏輯框圖(如圖3)可知，其為雙2-5-10異步計數(shù)器，并每一計數(shù)器均有一個異步清零端（高電平有效）。 圖3 74HC390內(nèi)部功能圖</p><p>　　秒個位計數(shù)單元為十進制計數(shù)器，無需進制轉(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可作為向上的進位信號與十位計數(shù)單元的ＣＰＡ相連。</p><p&

14、gt;　　秒十位計數(shù)單元為六進制計數(shù)器，需要進制轉(zhuǎn)換。將十進制計數(shù)器轉(zhuǎn)換為六進制計數(shù)器的電路連接方法如圖4所示，其中Ｑ２可作為向上的進位信號與分個位的計數(shù)單元的ＣＰＡ相連。</p><p>　　圖4 十進制-六進制轉(zhuǎn)換電路</p><p>　　分個位和分十位計數(shù)單元電路結(jié)構(gòu)分別與秒個位和秒十位計數(shù)單元完全相同，只不過分個位計數(shù)單元的Ｑ３作為向上的進位信號應(yīng)與分十位計數(shù)單元的ＣＰＡ相連，分

15、十位計數(shù)單元的Ｑ２作為向上的進位信號應(yīng)與時個位計數(shù)單元的Ｃ</p><p><b>　?。校料噙B。</b></p><p>　　時個位計數(shù)單元電路結(jié)構(gòu)仍與秒或個位計數(shù)單元相同，但是要求，整個時計數(shù)單元應(yīng)為十二進制計數(shù)器，不是10的整數(shù)倍，因此需將個位和十位計數(shù)單元合并為一個整體才能進行十二進制轉(zhuǎn)換。利用１片74HC390實現(xiàn)十二進制計數(shù)功能的電路如圖5所示。</

16、p><p>　　圖5 十二進制計數(shù)器電路</p><p>　　另外，圖5所示電路中，尚余－個二進制計數(shù)單元，正好可作為分頻器2ＨZ輸出信號轉(zhuǎn)化為1ＨZ信號之用。</p><p>　　2.4 譯碼驅(qū)動及顯示單元電路</p><p>　　選擇CD4511作為顯示譯碼電路；選擇LED數(shù)碼管作為顯示單元電路。由CD4511把輸進來的二進制信號翻譯成十進

17、制數(shù)字，再由數(shù)碼管顯示出來。這里的LED數(shù)碼管是采用共陰的方法連接的。</p><p>　　計數(shù)器實現(xiàn)了對時間的累計并以8421BCD碼的形式輸送到CD4511芯片，再由4511芯片把BCD碼轉(zhuǎn)變?yōu)槠叨螖?shù)碼送到數(shù)碼管中顯示出來。</p><p><b>　　2.5 校時電路</b></p><p>　　數(shù)字鐘應(yīng)具有分校正和時校正功能，因此，應(yīng)截

18、斷分個位和時個位的直接計數(shù)通路，并采用正常計時信號與校正信號可以隨時切換的電路接入其中。即為用COMS與或非門實現(xiàn)的時或分校時電路，In1端與低位的進位信號相連；In2端與校正信號相連，校正信號可直接取自分頻器產(chǎn)生的1HZ或2HZ（不可太高或太低）信號；輸出端則與分或時個位計時輸入端相連。當(dāng)開關(guān)打向下時，因為校正信號和0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，故校時電路處于正常計時狀態(tài)；當(dāng)開關(guān)打向上時，情

19、況正好與上述相反，這時校時電路處于校時狀態(tài)。</p><p>　　實際使用時，因為電路開關(guān)存在抖動問題，所以一般會接一個RS觸發(fā)器構(gòu)成開關(guān)消抖動電路，所以整個較時電路就如圖6。</p><p>　　圖6 帶有消抖電路的校正電路</p><p>　　2.6 整點報時電路</p><p>　　電路應(yīng)在整點前10秒鐘內(nèi)開始整點報時，即當(dāng)時間在59分

20、50秒到59分59秒期間時，報時電路報時控制信號。</p><p>　　當(dāng)時間在59分50秒到59分59秒期間時，分十位、分個位和秒十位均保持不變，分別為5、9和5，因此可將分計數(shù)器十位的QＣ和QＡ 、個位的QＤ和QＡ及秒計數(shù)器十位的QＣ和QＡ相與，從而產(chǎn)生報時控制信號。</p><p>　　報時電路可選74HC30來構(gòu)成。74HC30為8輸入與非門。</p><p&g

21、t;<b>　　圖7 整點報時電路</b></p><p>　　3. 單元電路的設(shè)計與元器件選擇</p><p>　　數(shù)字鐘從原理上講是一種典型的數(shù)字電路，可以由許多中小規(guī)模集成電路組成，所以可以分成許多獨立的電路。</p><p>　　3.1 六進制電路的設(shè)計</p><p>　　由74HC390、7400、數(shù)碼管與4

22、511組成，電路如圖8。</p><p><b>　　圖8 六進制電路</b></p><p>　　3.2 十進制電路的設(shè)計</p><p>　　由74HC390、7400、數(shù)碼管與4511組成，電路如圖9。</p><p><b>　　圖9 十進制電路</b></p><p&g

23、t;　　3.3 六十進制電路的設(shè)計</p><p>　　由兩個數(shù)碼管、兩4511、一個74HC390與一個7400芯片組成，電路如圖</p><p><b>　　10。</b></p><p>　　圖10 六十進制電路</p><p>　　3.4 雙六十進制電路的設(shè)計</p><p>　　由2個

24、六十進制連接而成，把分個位的輸入信號與秒十位的Qc相連，使其產(chǎn)生進位，電路圖如圖11。</p><p>　　圖11 雙六十進制電路</p><p>　　3.5 時間計數(shù)電路的設(shè)計</p><p>　　由1個十二進制電路、2個六十進制電路組成，因上面已有一個雙六十電路，只要把它與十二進制電路相連即可，詳細電路見圖12。</p><p>　　圖1

25、2 時間計數(shù)電路</p><p>　　3.6 校正電路的設(shè)計</p><p>　　由74CH51D、74HC00D與電阻組成，校正電路有分校正和時校正兩部分，電路如圖13。</p><p>　　3.7 時鐘電路的設(shè)計</p><p>　　由晶體與2個30pF電容、1個4060、一個10兆的電阻組成，芯片3腳輸出2Hz的方波信號，電路如圖14。

26、</p><p><b>　　圖13 校正電路</b></p><p><b>　　圖14 時鐘電路</b></p><p>　　3.8 整點報時電路</p><p>　　由74HC30D和蜂鳴器組成，當(dāng)時間在59:50到59:59時，蜂鳴報時，電路如圖15。</p><p>

27、;　　圖15 整點報時電路</p><p>　　3.9主要元器件的選擇</p><p>　　1．共陰八段數(shù)碼管6個；</p><p>　　2．CD4511集成塊6塊；</p><p>　　3．CD4060集成塊1塊；</p><p>　　4．74HC390集成塊3塊；</p><p>　　5．7

28、4HC51集成塊1塊；</p><p>　　6．74HC00集成塊4塊；</p><p>　　7．74HC30集成塊1塊；</p><p>　　4. 系統(tǒng)電路總圖及原理</p><p>　　將設(shè)計的各個單元電路進行級聯(lián)，得到數(shù)字電子鐘系統(tǒng)電路原理圖見附錄A。</p><p><b>　　5．經(jīng)驗體會</

29、b></p><p>　　通過這次對數(shù)字電子鐘的設(shè)計作，讓我了解了電路設(shè)計的基本步驟，也讓我了解了關(guān)于數(shù)字鐘的原理與設(shè)計理念，要設(shè)計一個電路先進行軟件模擬仿真再進行實際的電路制作。但是最后的成品卻不一定與仿真時完全一樣，因為，再實際接線中有著各種各樣的條件制約著。而且，在仿真中無法成功的電路接法，在實際中因為芯片本身的特性而能夠成功。所以，在設(shè)計時應(yīng)考慮兩者的差異，從中找出最適合的設(shè)計方法。通過這次學(xué)習(xí)，讓

30、我對各種電路都有了大概的了解，所以說，坐而言不如立而行，對于這些電路還是應(yīng)該自己動手實際</p><p>　　操作才會有深刻理解。</p><p><b>　　參考文獻：</b></p><p>　　[1] 趙建領(lǐng). 51系列單片機開發(fā)寶典[M]. 北京: 電子工業(yè)出版社, 2007.</p><p>　　[2] 邊春元

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