多功能數(shù)字電子鐘課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　課程設(shè)計(jì)報(bào)告</b></p><p>　　課程名稱： 電子技術(shù)課程設(shè)計(jì) </p><p>　　教學(xué)院部： 電氣與信息工程學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級(jí)： 通信工程 0810？班 </p><p>　　學(xué)生姓名： ？？？（200

2、816020？？？） </p><p>　　指導(dǎo)教師： ？ ？ ？ </p><p>　　完成時(shí)間： 2010 年6月25日 </p><p>　　報(bào)告成績(jī)： </p><p><b>　　多</b&g

3、t;</p><p><b>　　功</b></p><p><b>　　能</b></p><p><b>　　電</b></p><p><b>　　子</b></p><p><b>　　鐘</b><

4、;/p><p><b>　　設(shè)</b></p><p><b>　　計(jì)</b></p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　一.概述4</b></p><p><b>　　二.脈沖發(fā)生器4&

5、lt;/b></p><p><b>　　1.晶體振蕩器4</b></p><p><b>　　2.分頻電路5</b></p><p>　　3.秒脈沖發(fā)生電路5</p><p><b>　　三.計(jì)數(shù)器6</b></p><p>　　1.秒十

6、位計(jì)數(shù)器7</p><p>　　2.74LS161構(gòu)成二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器8</p><p><b>　　四.星期計(jì)數(shù)器9</b></p><p><b>　　五.校時(shí)電路10</b></p><p><b>　　六.報(bào)時(shí)電路11</b></p><p

7、>　　七.譯碼驅(qū)動(dòng)及顯示電路12</p><p>　　八.元件明細(xì)表16</p><p><b>　　九.總結(jié)17</b></p><p><b>　　十.參考文獻(xiàn)17</b></p><p><b>　　一 、 概述</b></p><p&g

8、t;　　根據(jù)設(shè)計(jì)要求建立一個(gè)多功能數(shù)字鐘電路的組成框圖，框圖如下所示。</p><p>　　圖1數(shù)字鐘的組成框圖</p><p>　　二 、秒脈沖發(fā)生器 </p><p><b>　　1. 晶體振蕩器</b></p><p><b>　　a：晶體振器構(gòu)成</b></p><p&g

9、t;　　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(hào)，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。如圖2所示晶體振蕩電路框圖：</p><p>　　圖2晶體振蕩電路框圖</p><p>　　b：晶體振蕩器電路原理</p><p>　　在電路中，非門U1與晶體、電容和電阻構(gòu)成晶體振蕩器電路，U2

10、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(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(duì)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。晶體XTAL1的頻率選為32768Hz。其中C1的值取5~20

11、pF，C2為30pF。C1作為校正電容可以對(duì)溫度進(jìn)行補(bǔ)償，以提高頻率準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度。由于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。</p><p><b>　　2.分頻器電路</b></p><p>　　分頻器電路將32768Ｈz的高頻方波信號(hào)經(jīng)32768（ ）次分頻后得到1Hz的方波信號(hào)供秒計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)。分頻器實(shí)

12、際上也就是計(jì)數(shù)器，為此電路輸送一秒脈沖。</p><p><b>　　3.秒脈沖發(fā)生器</b></p><p>　　CD4060的10、11腳之間并接石英晶體和反饋電阻與其內(nèi)部的反相器組成一個(gè)石英晶體振蕩器。電路產(chǎn)生的32768Hz的信號(hào)經(jīng)過內(nèi)部十四級(jí)分頻后由3腳（Q14其分頻系數(shù)為16384）輸出脈沖頻率為2Hz，再通過一個(gè)二分頻器分頻就得到了1Hz的時(shí)鐘信號(hào)，也就

13、是1S；CD4027為雙JK觸發(fā)器，其內(nèi)部含有兩個(gè)獨(dú)立的JK觸發(fā)器，其中16腳6腳（2J）5腳（2K）接電源，4腳（R2）7腳（S2）接地，3腳（CP2）輸入2Hz脈沖信號(hào)，分頻后的1Hz脈沖由1腳（Q2）輸出。</p><p>　　圖3秒脈沖發(fā)生器電路框圖</p><p><b>　　三 、計(jì)數(shù)器</b></p><p>　　有了時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)“秒

14、”信號(hào)后，就可以根據(jù)60秒為1分、60分為1小時(shí)、24小時(shí)為1天的計(jì)數(shù)周期，分別組成兩個(gè)六十進(jìn)制(秒、分)、一個(gè)二十四進(jìn)制(時(shí))的計(jì)數(shù)器。將這些計(jì)數(shù)器適當(dāng)連接，就可以構(gòu)成秒、分、時(shí)的計(jì)數(shù)，實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)功能。</p><p>　　1．74LS161構(gòu)成秒、分的六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器</p><p>　　數(shù)字鐘的“秒”、“分”信號(hào)產(chǎn)生電路都是由六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器構(gòu)成，“時(shí)”信號(hào)產(chǎn)生電路為二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器。它們

15、都可以用兩個(gè)“可予制四位二進(jìn)制異步清除”計(jì)數(shù)器來實(shí)現(xiàn)。利用74LS161芯片的預(yù)置數(shù)功能，也可以構(gòu)成不同進(jìn)制的計(jì)數(shù)器。因?yàn)橐黄?4LS161內(nèi)含有一個(gè)四位二進(jìn)制異步清除計(jì)數(shù)器，因此需用兩片74LS161就可以構(gòu)成六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器了。集成電路74LS161芯片的電路其中（如圖4）CP為時(shí)鐘脈沖輸入端，D0、D1、D2、D3為預(yù)置數(shù)輸入端， 為置數(shù)控制端， 為異步復(fù)位端，二者均為低電平有效；Q0、Q1、Q2、Q3為計(jì)數(shù)器的輸出端。</p

16、><p><b>　　a：計(jì)數(shù)功能：</b></p><p>　　當(dāng)==CTP=CTT=1，CP=CP↑時(shí)，實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)功能。</p><p>　　b：同步并行置數(shù)功能：</p><p>　　當(dāng)=1時(shí)，預(yù)置控制端=0，并且 CP=CP↑時(shí)，Q3Q2Q1Q0= D3D2D1D0，實(shí)現(xiàn)同步預(yù)置數(shù)功能。</p><

17、p><b>　　c：保持功能：</b></p><p>　　當(dāng)==1且CTP·CTT=0時(shí)，輸出Q3Q2Q1Q0保持不變。</p><p><b>　　d：異步清零功能：</b></p><p>　　當(dāng)復(fù)位端=0時(shí)，輸出Q3Q2Q1Q0全為零，實(shí)現(xiàn)異步清零功能（又稱復(fù)位功能）。</p><

18、;p><b>　　秒個(gè)位計(jì)數(shù)器</b></p><p>　　47LS161被接成十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，其置數(shù)輸入端A、B、C、D（3腳4腳5腳6腳）接低電平，LD、EP、ET（9腳10腳7腳）接高電平，秒脈沖由CP（2腳）端輸入。計(jì)數(shù)器的輸出端QA、QB、QC、QD（14腳13腳12腳11腳）接譯碼電路CD4511的輸入端D、C、B、A。當(dāng)秒脈沖輸入時(shí)，電路狀態(tài)按二進(jìn)制自然序列依次遞增1，QA

19、、QB、QC、QD輸出為0000、0001、0010、0011、0100、0101、0110、0111、1000、1001，當(dāng)輸出為1010也就是10時(shí)，QA、QC輸出都為1，經(jīng)過一個(gè)與非門后一路經(jīng)反相后送入或非門的一個(gè)輸入端，輸出送往計(jì)數(shù)器的清零端RD使秒計(jì)數(shù)器清零，另一路經(jīng)反相后作為進(jìn)位脈沖送入秒十位計(jì)數(shù)器的脈沖輸入端。</p><p><b>　　秒十位計(jì)數(shù)器</b></p>

20、;<p>　　在這里74LS161被接成六進(jìn)制計(jì)數(shù)器，接法與秒個(gè)位計(jì)數(shù)器相同，秒個(gè)位計(jì)數(shù)器送來的進(jìn)位脈沖送入秒使位計(jì)數(shù)器的脈沖輸入端，使其按二進(jìn)制自然序依次遞增1，QA、QB、QC、QD端輸出為0000、0001、0010、0011、0100、0101，當(dāng)輸出為0110也就是6時(shí)，QB、QC輸出為1，QA、QD輸出為0，QB、QC經(jīng)過一個(gè)與非門后一路先送往秒十位計(jì)數(shù)器的清零端，然后取反接或非門的另一個(gè)輸入端后送入秒個(gè)位計(jì)數(shù)

21、器的清零端，將整個(gè)秒計(jì)數(shù)器清零，另一路經(jīng)反相后作為進(jìn)位脈沖送入分個(gè)位計(jì)數(shù)器的脈沖輸入端。</p><p>　　分計(jì)數(shù)器的連接方法與秒計(jì)數(shù)器相同，分計(jì)數(shù)器向時(shí)計(jì)數(shù)器送進(jìn)位脈沖。秒、分的六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器的構(gòu)成如圖5所示：</p><p>　　圖5 74LS161構(gòu)成秒、分的六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器框圖</p><p>　　2．74LS161構(gòu)成二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器</p>

22、<p>　　二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器，也是用兩個(gè)74LS161集成塊來實(shí)現(xiàn)的，方法與二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器大同小異，但其要求個(gè)位是十進(jìn)制，狀態(tài)變化在0000～1001間循環(huán)，十位是二進(jìn)制，狀態(tài)變化在0000～0010間循環(huán)，顯示為0~23時(shí)。</p><p><b>　　原理：</b></p><p>　　由分計(jì)數(shù)器送來的進(jìn)位脈沖送入時(shí)個(gè)位計(jì)數(shù)器，電路在分進(jìn)位脈沖的作

23、用下按二進(jìn)制自然序依次遞增1，當(dāng)計(jì)數(shù)到24，這時(shí)小時(shí)個(gè)位輸出0100（也就是4），小時(shí)十位輸出0010（也就是2），小時(shí)十位計(jì)數(shù)器只有QC端有輸出，小時(shí)個(gè)位計(jì)數(shù)器只有QB端有輸出，將QC、QB端接一個(gè)二輸入與非門，與非門輸出一路先送入十位計(jì)數(shù)器的清零端然后取反送入或非門的另一個(gè)輸入端，輸出接小時(shí)個(gè)位計(jì)數(shù)器的清零端，其每10小時(shí)清零并向小時(shí)十位計(jì)數(shù)器送進(jìn)位脈沖，當(dāng)十位輸出為二，小時(shí)個(gè)位輸出為四時(shí)，將整個(gè)電路清零，另一路取反后作為星期進(jìn)位脈

24、沖送入星期顯示電路的脈沖輸入端，完成24小時(shí)的顯示及向星期電路送星期進(jìn)位脈沖的功能。二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器的構(gòu)成如圖6所示：</p><p>　　圖6 74LS161構(gòu)成小時(shí)的二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器框圖</p><p><b>　　四 、星期計(jì)數(shù)器</b></p><p>　　每當(dāng)累計(jì)24小時(shí)，小時(shí)十位會(huì)發(fā)出一個(gè)“星期脈沖”進(jìn)位信號(hào)，該信號(hào)將被送到“星期

25、計(jì)數(shù)器”，“星期計(jì)數(shù)器” 采用8進(jìn)制計(jì)時(shí)器，可實(shí)現(xiàn)對(duì)一周7天的累計(jì)（第七天時(shí)顯示為“日”為1000），譯碼顯示電路將計(jì)數(shù)器的輸出狀態(tài)送到七段顯示譯碼器譯碼，通過七位LED七段顯示器顯示出來。</p><p>　　星期計(jì)數(shù)器是用四個(gè)D觸發(fā)器組成，它利用了D 觸發(fā)器的計(jì)數(shù)功能，來完成計(jì)數(shù)的，它的邏輯功能圖如圖7所示。</p><p>　　圖7 星期計(jì)數(shù)器電路圖</p><p

26、>　　設(shè)計(jì)中將D觸發(fā)器的端和ID端相連顯然，成了計(jì)數(shù)型觸發(fā)器。由4個(gè)D觸發(fā)器構(gòu)成的四位移位寄存器，各觸發(fā)器的RD端聯(lián)在一起作為復(fù)位端。R和S則為觸發(fā)器的異步復(fù)位和置位端，高電平觸發(fā)，通常處于低電平狀態(tài)。Q1~Q4為輸出端，提供譯碼顯示的。如圖6 將后三個(gè)D觸發(fā)器送到與非門，是為了實(shí)現(xiàn)星期計(jì)數(shù)，顯示星期一至星期日，當(dāng)計(jì)到七時(shí)也就是，Q3Q2Q1Q0=0111時(shí)，經(jīng)與非門歸零，此時(shí)就不顯示星期七，系統(tǒng)繼續(xù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，直到顯示星期日時(shí)便停

27、止計(jì)數(shù)，這樣就完成了一次完整的計(jì)數(shù)。等待下一次的計(jì)數(shù)。</p><p><b>　　五 、校時(shí)電路</b></p><p>　　當(dāng)時(shí)鐘指示不準(zhǔn)時(shí)，就需要校準(zhǔn)時(shí)間。校準(zhǔn)的方法很多，常用的有“快速校時(shí)法”。由與非門構(gòu)成的雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，可以將1Hz的“計(jì)數(shù)器的進(jìn)位信號(hào)”送至“計(jì)數(shù)器的CP端”。其工作過程為：當(dāng)接通校時(shí)開關(guān)時(shí)，與非門輸出一個(gè)低電平和一個(gè)高電平。“計(jì)數(shù)器進(jìn)位信號(hào)

28、”通過“校時(shí)CP端”送至“計(jì)數(shù)器的CP端”，使“計(jì)數(shù)器”在“秒”信號(hào)的控制下“快速”計(jì)數(shù)，當(dāng)校時(shí)電路打到A時(shí)，秒計(jì)數(shù)器經(jīng)過與非門，發(fā)出一個(gè)分計(jì)數(shù)脈沖，進(jìn)行一次計(jì)數(shù)。當(dāng)校時(shí)電路打到B的分計(jì)時(shí)器CP是，開始進(jìn)行校時(shí)，以達(dá)到準(zhǔn)確的時(shí)間。當(dāng)校時(shí)電路打到C時(shí)，開始進(jìn)行準(zhǔn)確的校時(shí)，將校時(shí)開關(guān)打到D，時(shí)計(jì)數(shù)器可以接收到，由分計(jì)數(shù)發(fā)出的脈沖信號(hào)。當(dāng)校時(shí)開關(guān)打到E時(shí)，星期計(jì)數(shù)器能接收到，由時(shí)計(jì)數(shù)器發(fā)出的星期脈沖信號(hào)，此時(shí)對(duì)星期進(jìn)行計(jì)數(shù)。若將校時(shí)開關(guān)打到F

29、 時(shí)，也隨即進(jìn)行星期的校時(shí)，從而進(jìn)行一次完整的校時(shí)，以達(dá)到了校時(shí)的目的。其構(gòu)成電路如下圖8所示。</p><p>　　圖8 單次脈沖產(chǎn)生校時(shí)電路圖</p><p><b>　　六 、報(bào)時(shí)電路</b></p><p>　　數(shù)字鐘整點(diǎn)報(bào)時(shí)是最基本的功能之一。現(xiàn)在設(shè)計(jì)的電路要求在離整點(diǎn)差6秒時(shí)，每1秒鐘鳴叫一次，共響6次，前五次為低音512Hz，最后

30、一聲為高音1024Hz。當(dāng)計(jì)時(shí)到59分時(shí)，與非門（59分）接通，同時(shí)校分與非門接通，經(jīng)RS觸發(fā)器，保持此狀態(tài)，因此揚(yáng)聲器不發(fā)生。當(dāng)計(jì)時(shí)到59分54秒時(shí)，與非門（54秒）經(jīng)RS觸發(fā)器使其置零，在經(jīng)與門與512HZ和成，一起送到揚(yáng)聲器，使揚(yáng)聲器發(fā)聲，鳴叫5聲后，當(dāng)計(jì)數(shù)到59分59秒時(shí)，與非門（59秒）接通，經(jīng)RS觸發(fā)器在經(jīng)非門與1024HZ頻率，一同驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器，使其達(dá)到高音，此時(shí)報(bào)時(shí)完畢。整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路主要由控制門電路和音響電路兩部分組成?？?/p>

31、制門電路部分由與非門組成，分別表示“分十位”“分個(gè)位”“秒十位”和“秒個(gè)位”的狀態(tài)，與計(jì)數(shù)器的四個(gè)觸發(fā)器A、B、C、D相連。音響電路采用射極輸出器，推動(dòng)8Ω的喇叭，三極管基極串接lkΩ限流電阻，是為了防止電流過大損壞喇叭，集電極串接51Ω限流電阻，三極管選用高頻小功率管即可。其構(gòu)成如圖9所示：</p><p><b>　　圖9 報(bào)時(shí)電路圖</b></p><p>　　

32、七、譯碼驅(qū)動(dòng)及顯示電路</p><p>　　電路由譯碼器集成電路CD4511、共陰極LED數(shù)碼管組成。計(jì)數(shù)器74LS161輸出的為四位二進(jìn)制數(shù)，經(jīng)譯碼電路譯碼輸出端控制LED管顯示十進(jìn)制數(shù)0~9。</p><p>　　譯碼顯示電路選用BCD-7段鎖存譯碼／驅(qū)動(dòng)器CC4511。七段顯示數(shù)碼管的外部引線排列如圖10所示：</p><p>　　圖10 七段顯示數(shù)碼管的外部

33、引線排列圖</p><p>　　CD4511 是一個(gè)用于驅(qū)動(dòng)共陰 LED 顯示器的 BCD 碼—七段碼譯碼器，其引腳如圖11所示：</p><p>　　圖11 CD4511引腳圖</p><p><b>　　其功能介紹如下：</b></p><p>　　BI：當(dāng)BI=0 時(shí)，不管其它輸入端狀態(tài)如何，七段數(shù)碼管均處于熄滅狀

34、態(tài)，不顯示數(shù)字。</p><p>　　LT：當(dāng)BI=1，LT=0 時(shí)，不管輸入 DCBA 狀態(tài)如何，七段均發(fā)亮，顯示“8”。它主要用來檢測(cè)數(shù)碼管是否損壞。</p><p>　　LE：使能控制端，當(dāng)LE=0時(shí)，允許譯碼輸出。</p><p>　　DCBA：為8421BCD碼輸入端。</p><p>　　abcdefg：為譯碼輸出，輸出為高電平。

35、</p><p>　　CD4511的EI、LI端接高電平，LE端接低電平，輸入端D、C、B、A接74LS161的輸出端QA、QB、QC、QD。，其輸出端a~f接數(shù)碼管。當(dāng)數(shù)字鐘的計(jì)數(shù)器在CP脈沖韻作用下，按60秒為1分、60分為1小時(shí)，‘24小時(shí)為1天的計(jì)數(shù)規(guī)律計(jì)數(shù)時(shí)，就應(yīng)將其狀態(tài)顯示成清晰的數(shù)字符號(hào)。這就需要將計(jì)數(shù)器的狀態(tài)進(jìn)行譯碼并將其顯示出來。我們選用的計(jì)數(shù)器全部是二-十進(jìn)制集成片，“秒”、“分”、“時(shí)”的個(gè)

36、位和十位的狀態(tài)分別由集成片中的四個(gè)觸發(fā)器的輸出狀態(tài)來反映的。每組(四個(gè))．輸出的計(jì)數(shù)狀態(tài)都按 BCD代碼以高低電平來表現(xiàn)。因此，需經(jīng)</p><p>　　譯碼電路將計(jì)數(shù)器輸出的BCD代碼變成能驅(qū)動(dòng)七段數(shù)碼顯示器的工作信號(hào)。原理如圖12所示：</p><p><b>　　圖12譯碼顯示電路</b></p><p>　　圖13數(shù)字電子鐘電路框圖&l

37、t;/p><p><b>　　八、元件明細(xì)表</b></p><p><b>　　九、總結(jié)</b></p><p>　　在此次的數(shù)字鐘設(shè)計(jì)過程中，讓我熟悉了電子鐘的設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)中讓我熟悉電路的各個(gè)模塊，各個(gè)模塊之間的關(guān)系。當(dāng)然，在設(shè)計(jì)的過程對(duì)以前的學(xué)過的，再次進(jìn)行深刻的理解，掌握從中發(fā)現(xiàn)怎么使用?？梢哉f最重要是過程。</

38、p><p>　　在設(shè)計(jì)中，發(fā)現(xiàn)了很多日后要注意的地方和錯(cuò)誤，例如：在連接二進(jìn)制、十進(jìn)制、二十四進(jìn)制的進(jìn)位及八進(jìn)制的接法中，要求熟悉邏輯電路及其芯片各引腳的功能，那么在電路出錯(cuò)時(shí)便能準(zhǔn)確地找出錯(cuò)誤所在并及時(shí)糾正了。</p><p>　　由于本人設(shè)計(jì)水平有限，設(shè)計(jì)中錯(cuò)誤在所難免，希望老師給予批評(píng)指正。</p><p><b>　　十、參考文獻(xiàn)</b>&

39、lt;/p><p>　　1.孫建三《數(shù)字電子技術(shù)》北京機(jī)械工業(yè)出版社2006</p><p>　　2.楊愛琴《數(shù)字電路與邏輯》北京科技出版社2003</p><p>　　3.楊杰《數(shù)字電路》北京電子工業(yè)出版社2000</p><p>　　4.彭軍《數(shù)字電路設(shè)計(jì)與制作》北京科學(xué)出版社2

40、003</p><p>　　5.盧爾健《電路與電子技術(shù)》武漢科學(xué)技術(shù)出版社2004</p><p>　　6.薛華日《數(shù)字計(jì)數(shù)電路》北京人民郵電出版社1996</p><p>　　7.楊冰《數(shù)字電路設(shè)計(jì)與實(shí)踐》武漢華東師范大學(xué)出版社1999</p><p>　　8.林存良《電子技術(shù)基礎(chǔ)》北京人民教育