數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計數(shù)字電子鐘

1、<p>　　課 程 設(shè) 計 報 告 書</p><p>　　所屬課程名稱 數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計</p><p>　　題 目 數(shù)字電子鐘課程設(shè)計 </p><p>　　專業(yè)班級 </p><p>　　學(xué)　　號 </p><p>　　學(xué)生姓

2、名 </p><p>　　指導(dǎo)教師 </p><p>　　20 16 年 01 月 08日</p><p>　　摘要:本論文基于數(shù)字電子技術(shù)介紹了一款于AT89C52芯片作為核心控制器的數(shù)字電子鐘的設(shè)計與制作，包括硬件電路原理的實現(xiàn)方案設(shè)計、軟件程序編輯的實現(xiàn)、數(shù)字電子鐘正常工作的流

3、程、原理圖仿真實現(xiàn)、硬件實物的安裝制作與硬件實物的調(diào)試過程。該數(shù)字電子鐘采用LED數(shù)碼管能夠準確顯示時間（顯示格式為：時時，分分，秒秒），可隨時進行時間調(diào)整，時間可采用12 小時制顯示或24 小時制顯示，采用12 小時顯示時可在標志位數(shù)碼管上顯示A（表示上午）或B（表示下午），可暫停時間的變動,暫停時一位數(shù)碼管上顯示字母H，可按自己的要求設(shè)置擴展的小鍵盤個數(shù)。</p><p>　　Make a summary：D

4、igital electronic technologies introduced in this paper is based on a section in the AT89C52 chip as the core controller of digital electronic clock design and production, including realization of hardware circuit design

5、, software programs editing, digital electronic clock working process physical simulation, schematic and hardware installation make physical debugging and hardware. The digital electronic Bell used LED digital tube can a

6、ccurate displayed time (displayed format for</p><p>　　關(guān)鍵詞：數(shù)字電子技術(shù) ；數(shù)字電子鐘 ；數(shù)碼管 ；AT89C52</p><p><b>　　一、簡述</b></p><p>　　數(shù)字電子鐘是一種利用數(shù)字電路來顯示秒、分、時的計時裝置，與傳統(tǒng)的機械鐘相比，

7、它具有走時準確、顯示直觀、無機械傳動裝置等優(yōu)點，因而廣泛用于個人家庭以及車站、碼頭、劇院、辦公室等公共場所，給人們的生活、學(xué)習(xí)、工作、娛樂帶來極大地方便。</p><p>　　數(shù)字電子時鐘的電路組成方框圖如圖1所示。</p><p>　　由圖1可見，數(shù)字電子時鐘核心部分主要由以下幾大部分組成：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；六十進制秒鐘和六十進制分鐘計數(shù)器，二十四進制（

8、或十二進制）計時計數(shù)器；秒、分、時、天的譯碼顯示部分等。</p><p><b>　　二、設(shè)計任務(wù)和要求</b></p><p>　　用中小規(guī)模的集成電路設(shè)計一臺能顯示日、時、分、秒的數(shù)字電子時鐘要求如下：</p><p>　?。?）為了保證計時的穩(wěn)定及準確須由晶體振蕩器產(chǎn)生1Hz標準秒信號</p><p>　　（2）時

9、間以24小時為一個周期</p><p>　　（3）00～59的60進制顯示分、秒</p><p>　?。?）00～23的24進制顯示時</p><p>　?。?）有校時功能，可以分別對日、時、分和秒進行單獨校時，使其校正到標準時間；</p><p>　?。?）計時過程具有報時功能，當時間到達整點前6秒進行蜂鳴報時；</p>&l

10、t;p>　　三、設(shè)計方案選擇與論證</p><p>　　根據(jù)數(shù)字電子時鐘的設(shè)計任務(wù)和要求，對照數(shù)字電子鐘的框圖，本設(shè)計可以分為以下幾部分進行模塊化設(shè)計、調(diào)試、仿真和實現(xiàn)：</p><p><b>　　秒脈沖發(fā)生器</b></p><p>　?。?）由集成電路定時器555與RC組成的多諧振蕩器作為時間標準信號源。</p>&l

11、t;p>　　555定時器是一種模擬和數(shù)字功能相結(jié)合的中規(guī)模集成器件。其成本低，性能可靠，只需要外接幾個電阻、電容，就可以實現(xiàn)多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變換電路。</p><p>　　它也常作為定時器廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、電子測量及自動控制等方面。如圖2就是由555定時器組成的多諧振蕩器。雖然它的性能已經(jīng)比較穩(wěn)定和可靠了，但是對于數(shù)字電子時鐘來說，秒脈沖發(fā)生器是數(shù)字電子時鐘的核

12、心部分，振蕩器的頻率穩(wěn)定性直接決定了數(shù)字電子時鐘的質(zhì)量，因此數(shù)字電子時鐘對多諧振蕩器的頻率穩(wěn)定性有著更為苛刻的要求。</p><p>　　然而石英晶體多諧振蕩器就有著極高的頻率穩(wěn)定性。</p><p>　?。?）石英晶體振蕩器產(chǎn)生脈沖源</p><p>　　石英晶體振蕩器，石英諧振器簡稱為晶振，它是利用具有壓電效應(yīng)的石英晶體片制成的。這種石英晶體薄片受到外加交變電場

13、的作用時會產(chǎn)生機械振動，當交變電場的頻率與石英晶體的固有頻率相同時，振動便變得很強烈，這就是晶體諧振特性的反應(yīng)。利用這種特性，就可以用石英諧振器取代LC(線圈和電容)諧振回路、濾波器等。由于石英諧振器具有體積小、重量輕、可靠性高、頻率穩(wěn)定度高等優(yōu)點，被應(yīng)用于家用電器和通信設(shè)備中。石英諧振器因具有極高的頻率穩(wěn)定性，頻率穩(wěn)定度在10-4～10-12范圍內(nèi)，經(jīng)校準一年內(nèi)可保持10-9的準確度，高質(zhì)量的石英晶體振蕩器，在經(jīng)常校準時，頻率準確可達

14、10-11。故石英晶體振蕩器主要用在要求頻率十分穩(wěn)定的振蕩電路中作諧振元件。</p><p>　　基于其超高穩(wěn)定性，所以在設(shè)計上通常采用晶體震蕩器發(fā)出脈沖。但是，往往市場上進行大批量生產(chǎn)的晶體振蕩器的震蕩頻率都比較高，并沒有震蕩頻率為1Hz的晶振，所以通常用晶體振蕩器發(fā)出高頻率的脈沖再經(jīng)過分頻器整形、分頻獲得1Hz的秒脈沖。</p><p>　　所謂“分頻”，就是把輸入信號的頻率變成成倍數(shù)

15、地低于輸入頻率的輸出信號。然而用計數(shù)器分頻的方法做“分頻器”的方法，只是眾多方法中的一種。它的原理是：把輸入的信號作為計數(shù)脈沖，由于計數(shù)器的輸出端口是按一定規(guī)律輸出脈沖的，所以對計數(shù)器的不同的輸出端口輸出的信號脈沖，就可以看作是對輸入信號的分頻。</p><p>　　如圖3的秒脈沖發(fā)生器所示，本設(shè)計用32768Hz的石英晶體振蕩器作為數(shù)字電子時鐘的時鐘脈沖，再用4060BD芯片和一個D觸發(fā)器對其進行分頻。<

16、/p><p><b>　　時間計數(shù)器電路</b></p><p>　?。?）10進制計數(shù)器電路</p><p>　　表1 4位同步二進制計數(shù)器74160功能表</p><p>　　如上表1所示的74LS160是一個4位二進制的計數(shù)器，它具有異步清除端與同步清除端不同的是，它不受時鐘脈沖控制，只要來有效電平，就立即清零，無需

17、再等下一個計數(shù)脈沖的有效沿到來。</p><p><b>　　具體功能如下：</b></p><p><b>　　1）異步清零功能：</b></p><p>　　只要（Rd的非）有效電平到來，無論有無CP的脈沖，數(shù)器輸出為“0”。若接成六進制計數(shù)器，這里要特別注意，控制清零端的信號不是N-1（5），而是N（6）狀態(tài)。其實，

18、很容易解釋，由于異步清零端信號一旦出現(xiàn)就立即生效，如剛出現(xiàn)0110，就立即送到（Rd的非）端，使狀態(tài)變?yōu)?000。所以，清零信號是非常短暫的，僅是過度狀態(tài)，不能成為計數(shù)的一個狀態(tài)。清零端是低電平有效。2）同步置數(shù)功能：當（LD的非）為有效電平時，計數(shù)功能被禁止，在CP脈沖上升沿作用下D0～D3的數(shù)據(jù)被置入計數(shù)器并呈現(xiàn)在Q0～Q3端。若接成六進制計數(shù)器，控制置數(shù)端的信號是N（5）狀態(tài)，如在D0～D3置入0000，則在Q0～Q3端呈現(xiàn)的

19、數(shù)據(jù)就是0101。</p><p>　　由此看來，時鐘電路中更適合于用 74LS160芯片。故本設(shè)計采用了74LS160芯片。如圖4所示，用74LS160和74LS48譯碼構(gòu)成了十進制計數(shù)顯示模塊。構(gòu)成了十進制計數(shù)器之后就很容易得到如圖5所示的24進制計數(shù)器顯示模塊和圖6的60 進制計數(shù)器顯示電路。</p><p><b>　　整點報時電路</b></p>

20、<p>　　當計時器在每次計到整點前6秒時，需要進行報時，這個時候我們可以通過若干的譯碼電路來解決這個問題。也就是每個小時內(nèi)當同時分為第59分鐘秒為第54秒的時候輸出一個延時高電平去打開低音與門，使得報時聲音按照512Hz的頻率 進行報時鳴叫5聲，直到秒計數(shù)到58秒時，結(jié)束該高電平脈沖。當秒計到59秒時，則用譯碼電路去驅(qū)動高音1024Hz頻率輸出而鳴叫一聲整點報時的高音。實現(xiàn)上述功能的譯碼電路如圖7的譯碼電路所示。<

21、/p><p><b>　　4.校正時間電路</b></p><p>　　在剛剛開機接通電源時，由于日、時、分、秒為初始的狀態(tài)00:00:00值，所以我們需要給電路設(shè)計校正時間的電路。置開關(guān)于手動的位置，可以分別對日、時、分、秒進行單獨計數(shù)，計數(shù)脈沖可以由單次脈沖或連續(xù)脈沖進行輸入，從而可以達到分別對日、時、分、秒進行校正的目的。通常，校正時間的方法是：首先截斷正常的計數(shù)通

22、路，然后再進行人工觸發(fā)計數(shù)或?qū)㈩l率較高的方波信號加到需要校正的計數(shù)單元的輸入端，校正好后，再轉(zhuǎn)入正常計時狀態(tài)即可。根據(jù)要求，數(shù)字鐘應(yīng)具有分別對日、時、分、秒校正功能，因此，應(yīng)截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。</p><p>　　單次和連續(xù)脈沖校正電路圖如圖8所示，校準電路單次脈沖由基本RS觸發(fā)器和單刀雙擲開關(guān)組成，而連續(xù)脈沖由555定時器和少量的外圍器件組

23、成。可以通過開關(guān)進行切換校正的速度，方便時間的校正。秒狀態(tài)可以直接進入“分”計數(shù)器，而“分”進位脈沖被阻止進入，因而能快地校準分、時、日計數(shù)器的計數(shù)值。校準后，將校正開關(guān)恢復(fù)原位，數(shù)字鐘繼續(xù)進行正常計時工作。</p><p>　　四、電路設(shè)計計算與分析</p><p><b>　　1．秒脈沖電路</b></p><p>　　在秒脈沖產(chǎn)生電路中本

24、設(shè)計選用的石英晶振是32.768kHz的，欲獲得1Hz的脈沖必須得用分頻器對32768Hz分頻處理。因為2的15次方為32768，因此這個晶振輸出的時鐘信號得通過15分頻之后再使用。設(shè)計中采用的4060BD是一個十四分頻器，因此經(jīng)過4060BD的14分頻作用后從其3引腳輸出的脈沖頻率就變成了2Hz，然后把這個2Hz的脈沖信號作為下降沿觸發(fā)的D觸發(fā)器的時鐘信號，再將下降沿觸發(fā)的D觸發(fā)器的Q’端將D端連接起來，最后在Q端就得到的一個時鐘頻率

25、為1Hz的秒脈沖輸出信號，以此來作為數(shù)字電子時鐘的秒計數(shù)脈沖。圖9為在Multisim12中仿真出來的波形圖。在誤差范圍之內(nèi)，從圖中的數(shù)據(jù)可以計算得出，最后得到的的確是周期為1s的方波，也就是頻率為1Hz的方波。不僅如此，我們還可以從4060BD的6分頻輸出端O5得到一個頻率為512Hz和5分頻輸出端O4得到一個頻率為1024Hz的頻率輸出，以此來作為蜂鳴器報時的驅(qū)動信號。</p><p>　　2．十、二十四和六

26、十進制計數(shù)器電路</p><p>　　這一部分均使用中規(guī)模的集成電路74LS160來實現(xiàn)日、時、分、秒的計數(shù)，其中日是十進制計數(shù)，小時是二十四進制計數(shù)，分和秒都是60進制計數(shù)。不難想象秒和分兩組計數(shù)器完全相同。欲得到十進制的計數(shù)器并不難，設(shè)計選用的就是是十進制加法計數(shù)器74LS160，想要利用這個十進制加法計數(shù)器得到六十進制和二十四進制的加法計數(shù)器，前面已經(jīng)講過對于74LS160而言可以用置數(shù)法和清零法，而本設(shè)計

27、所選擇的是清零法進行進制的設(shè)計。</p><p>　　在構(gòu)成二十四進制和六十進制之前我們可以先將2個十進制加法計數(shù)器級聯(lián)構(gòu)成100進制計數(shù)器，它會循環(huán)從00開始計數(shù)到99。</p><p>　　時是二十四進制，對于構(gòu)成二十四進制我們想法使它只00到23計數(shù)，當它剛好達到24時，我們立即利用清零端將它置零。將十位和個位分別化為二進制數(shù)我們不難發(fā)現(xiàn)只要將位于十位的十進制的QB和將位于個位的十進

28、制的QC通過一個與非門連接起來，然后將輸出端和置零段連接起來，這樣子一旦計數(shù)到24時就變?yōu)?0，也就實現(xiàn)了時的計數(shù)顯示。其仿真電路如圖10。</p><p>　　對于構(gòu)成六十進制我們想法使它只00到59計數(shù)，當它剛好達到60時，我們立即利用清零端將它置零，這時只有位于十位的計數(shù)器的QB、QC為高電位，我們可以用與非門將其連接起來再將輸出端和清零端連接起來，從而就可實現(xiàn)六十進制計數(shù)顯示。如圖11所示。</p&

29、gt;<p><b>　　3．譯碼顯示電路</b></p><p>　　譯碼電路的功能是將“秒”、“分”、“時”計數(shù)器的輸出代碼進行翻譯，變成相應(yīng)的數(shù)字。在時鐘電路中采用了驅(qū)動LED七段數(shù)碼管的譯碼器常用的74LS48。74LS48是LED段顯示器的譯碼器驅(qū)動器，其輸出是OC門輸出且高電平有效，專用于驅(qū)動LED七段共陰極顯示數(shù)碼管。若將“秒”、“分”、“時”計數(shù)器的每位輸出分別

30、接到相應(yīng)七段譯碼器的輸入端，便可進行不同數(shù)字的顯示。</p><p><b>　　4．單次和連續(xù)脈沖</b></p><p>　　這部分主要是供手動校正時間用。若開關(guān)打在單次端，要調(diào)整日、時、分秒即可按單次脈沖進行校正。如果要調(diào)整的時間比較大，這個時候可以選擇接入連續(xù)脈沖來快速地進行時間的校正。而連續(xù)脈沖是通過555定時器組成的多諧振蕩器產(chǎn)生的，由圖計算可知，產(chǎn)生的頻

31、率f=1/ln2(30+2*120)C=53.43Hz,再經(jīng)過</p><p>　　74LS161的16分頻之后為3.34Hz，而仿真的結(jié)果如圖12所示。實際仿真輸出頻率也為3.34Hz左右。</p><p><b>　　5．整點報時</b></p><p>　　圖中譯碼電路實現(xiàn)的功能是當計數(shù)到整點前的前6s，此時準備報時。當分計到59分時，將

32、分觸發(fā)器QH端置1，而等到秒計數(shù)到54s時，將秒觸發(fā)器QL置1，然后通過QL與QH相與之后再和1s標準信號相與而去控制低頻率使蜂鳴器鳴叫，直至59s時，產(chǎn)生一個復(fù)位信號，使QL清0，停止低音鳴叫，同時59s信號的反相又和QH相與后去控制高頻率使蜂鳴器鳴叫。當計到分秒從59:59——00:00時，鳴叫結(jié)束，完成整點報時。</p><p><b>　　6．鳴叫電路</b></p>

33、<p>　　鳴叫電路由高、低兩種頻率通過或門去驅(qū)動一個三極管，帶動喇叭鳴叫。其中1kHz和500Hz分別從晶振分頻器得到。4060BD的6分頻輸出端O5得到一個頻率為512Hz和5分頻輸出端O4得到一個頻率為1024Hz的頻率輸出，以此來驅(qū)動蜂鳴器的鳴叫。</p><p><b>　　五﹑總結(jié)與心得</b></p><p>　　通過這次課程設(shè)計，加強了我動手

34、、思考和解決問題的能力。在整個設(shè)計過程中，我設(shè)計了一套數(shù)字電子時鐘的電路工作原理。在這個過程中我使用了很多芯片進行仿真，這使得我學(xué)到了很多知識。</p><p>　　在此次的數(shù)字鐘設(shè)計過程中，不僅更進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。在設(shè)計中用的芯片可能與平時常見的不一樣，但原理一樣，同時我還理解到，同樣功能可以由不同的芯片實現(xiàn)，需遵行簡單，經(jīng)濟的原則，從而最大程度符合目標設(shè)計。&

35、lt;/p><p>　　在設(shè)計過程中，經(jīng)常會遇到這樣那樣的情況，就是心里想老著這樣的接法可以行得通，但實際接上電路，總是實現(xiàn)不了，因此耗費在這上面的時間用去很多的時間。課程設(shè)計是一次難得的鍛煉機會，讓我們能夠充分利用所學(xué)過的理論知識還有自己的想象的能力，另外還讓我們學(xué)習(xí)查找資料的方法，以及自己處理分析電路，設(shè)計電路的能力。這些對我來說都是一個很好的提高。</p><p>　　通過這次課程設(shè)計，

36、我還更加深了理論知識的學(xué)習(xí)，補足平日理論學(xué)習(xí)后實踐方面的空白。這次的設(shè)計電路我用到了計數(shù)器、譯碼器等，通過自己分析和設(shè)計更好地運用了它們，而且還學(xué)會了它們更多的功能。數(shù)電中學(xué)到很多知識都用到了，這使我把數(shù)字電子線路給很好地鞏固了一遍。我趁著做課程設(shè)計同時也是對課本知識的鞏固和加強，由于課本上的知識太多，平時課間的學(xué)習(xí)并不能很好的理解和運用各個元件的功能，而且考試內(nèi)容有限，所以在這次課程設(shè)計過程中，我們了解了很多元件的功能，并且對于其在電

37、路中的使用有了更多的認識。另外還學(xué)習(xí)到了一些仿真軟件，比如Proteus等學(xué)習(xí)軟件，給設(shè)計提供了很大的便利。</p><p>　　平時看課本時，有時問題老是弄不懂，做完課程設(shè)計，那些問題就迎刃而解了。而且還可以記住很多東西。比如一些芯片的功能，平時看課本，這次看了，下次就忘了，通過動手實踐讓我們對各個元件映象深刻。認識來源于實踐，實踐是認識的動力和最終目的，實踐是檢驗真理的唯一標準。所以這個期末測試之后的課程設(shè)計

38、對我的作用和幫助的是非常大的。同時，這次課設(shè)還讓我明白，困難是成功的臺階，只有一級級走上去才能有所收獲。工科院校的學(xué)生應(yīng)當這樣多參與實踐，多去運用自己所學(xué)的知識，為將來工作打下基礎(chǔ)。</p><p><b>　　六、致謝</b></p><p>　　從課題的開始到最終的完成，本課程設(shè)計及報告論文是在指導(dǎo)老師的精心指導(dǎo)和同學(xué)的熱心幫助下順利完成的。</p>

39、<p>　　本課程設(shè)計能順利地完成，與父母多年來一如既往的支持和關(guān)懷是分不開的，在此，向任勞任怨、含辛茹苦的父母致以衷心的感謝。</p><p>　　此外衷心感謝在本次課程設(shè)計中指點和幫助我的指導(dǎo)老師與同學(xué)。</p><p>　　感謝學(xué)院為我們提供了良好課程設(shè)計儀器設(shè)備及學(xué)習(xí)環(huán)境。</p><p><b>　　六、附錄</b><

40、;/p><p><b>　　附錄1：元件明細表</b></p><p><b>　　表2 元件明細表</b></p><p><b>　　附錄2：完整電路圖</b></p><p><b>　　七、參考文獻</b></p><p>　

41、　[1]《實用電子電路手冊（數(shù)字電路分冊）》.北京:高等教育出版社,1991</p><p>　　[2]郁漢琪.數(shù)字電子技術(shù)實驗及課題設(shè)計. 北京:高等教育出版社,1995</p><p>　　[3]譚炳煜主編.怎樣撰寫科學(xué)論文.沈陽:遼寧人民出版社，1982</p><p>　　[4]畢滿清.電子技術(shù)實驗與課程設(shè)計.北京：機械工業(yè)出版社,2005</p>

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