電工電子綜合課程設(shè)計--數(shù)字時鐘設(shè)計

1、<p><b>　　課 程 設(shè) 計</b></p><p><b>　　課程設(shè)計任務書</b></p><p>　　學生姓名： 專業(yè)班級： 自動化 </p><p>　　指導教師： 工作單位：

2、 </p><p>　　題 目: 數(shù)字時鐘設(shè)計 </p><p><b>　　初始條件：</b></p><p>　　運用所學的模擬電路和數(shù)字電路等知識；</p><p>　　用到的元件：實驗板、電源、連接導線、74系列芯片、555芯片或微處

3、理器等。</p><p>　　要求完成的主要任務:</p><p>　　設(shè)計一個有“時”，“分”，“秒”（23小時59分59秒）顯示且具有校時功能的電子鐘；</p><p>　　擴展功能：整點報時即在某分某秒能輸出某一音頻信號；</p><p>　　嚴格按照課程設(shè)計說明書要求撰寫課程設(shè)計說明書。</p><p><

4、;b>　　時間安排：</b></p><p>　　第1天 下達課程設(shè)計任務書，根據(jù)任務書查找資料；</p><p>　　第2～4天 進行方案論證，軟件模擬仿真并確定設(shè)計方案；</p><p>　　第5天 提交電路圖，經(jīng)審查后領(lǐng)取元器件；</p><p>　　第6～8天 組裝電路并調(diào)試，檢查錯誤并提出問題；</p

5、><p>　　第9～11天 結(jié)果分析整理，撰寫課程設(shè)計報告，驗收調(diào)試結(jié)果；</p><p>　　第12～14天 補充完成課程設(shè)計報告和答辯。</p><p>　　指導教師簽名： 2012年 6月25日</p><p><b>　　目 錄</b></p><

6、;p><b>　　引言 </b></p><p>　　1 設(shè)計意義及要求1</p><p><b>　　1.1 設(shè)計意義1</b></p><p><b>　　1.2 設(shè)計要求2</b></p><p><b>　　2 方案設(shè)計3</b><

7、/p><p>　　2.1 設(shè)計思路3</p><p>　　2.2 方案設(shè)計5</p><p>　　2.2.1設(shè)計方案一電路圖5</p><p>　　2.2.2設(shè)計方案二電路圖 簡單說明6</p><p>　　2.3 方案比較7</p><p><b>　　3.19</b&

8、gt;</p><p><b>　　3.210</b></p><p><b>　　3.311</b></p><p><b>　　3.4 12</b></p><p>　　3.5 譯碼及顯示電路15</p><p>　　4 調(diào)試與檢測 16&l

9、t;/p><p>　　4.1 調(diào)試中故障及解決辦法 17</p><p>　　4.2 調(diào)試與運行結(jié)果 18</p><p>　　5 仿真操作步驟及使用說明 19</p><p><b>　　結(jié)束語20</b></p><p><b>　　參考文獻21</b><

10、;/p><p><b>　　附錄 電路圖23</b></p><p>　　本科生課程設(shè)計成績評定表</p><p><b>　　引言</b></p><p>　　20世紀末，電子技術(shù)獲得了飛速的發(fā)展，在其推動下，現(xiàn)代電子產(chǎn)品幾乎滲透了社會的各個領(lǐng)域，有力地推動了社會生產(chǎn)力的發(fā)展和社會信息化程度的提高，

11、同時也使現(xiàn)代電子產(chǎn)品性能進一步提高，產(chǎn)品更新?lián)Q代的節(jié)奏也越來越快。數(shù)字鐘已成為人們?nèi)粘Ｉ钪校罕夭豢缮俚谋匦杵?，廣泛用于個人家庭以及車站、碼頭、劇場、辦公室等公共場所，給人們的生活、學習、工作、娛樂帶來極大的方便。由于數(shù)字集成電路技術(shù)的發(fā)展和采用了先進的石英技術(shù)，使數(shù)字鐘具有走時準確、性能穩(wěn)定、集成電路有體積小、功耗小、功能多、攜帶方便等優(yōu)點，，因此在許多電子設(shè)備中被廣泛使用。</p><p>　　電子鐘是人們?nèi)?/p>

12、常生活中常用的計時工具，而數(shù)字式電子鐘又有其體積小、重量輕、走時準確、結(jié)構(gòu)簡單、耗電量少等優(yōu)點而在生活中被廣泛應用，因此本次設(shè)計就用數(shù)字集成電路和一些簡單的邏輯門電路來設(shè)計一個數(shù)字式電子鐘，使其完成時間及星期的顯示功能。數(shù)字鐘已成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢缮俚谋匦杵罚o人們的生活，學習，工作帶來極大的方便。</p><p>　　數(shù)字鐘的設(shè)計方法有許多種，例如,可用中小規(guī)模集成電路組成數(shù)字鐘，也還可以利用單片機來實現(xiàn)數(shù)字

13、鐘等。這些方法都各有其特點，其中利用中小規(guī)模集成電路組建數(shù)字鐘，原理簡單，但由于集成電路集成度有限，對于需要實現(xiàn)較多功能的電路設(shè)計比較復雜，對于制作者焊接和布線有較高的要求。用單片機實現(xiàn)的電子鐘具有結(jié)構(gòu)簡單，并便于功能的擴展，但需要涉及到匯編以及C語言編寫程序，對設(shè)計者有較高的要求。本次設(shè)計為用中小規(guī)模集成電路組成數(shù)字鐘。本文介紹的數(shù)字鐘是一種利用數(shù)字電路來顯示時、分、秒的裝置，與傳統(tǒng)的機械鐘相比，它具有走時準確，性能穩(wěn)定，顯示直觀，無

14、機械傳動裝</p><p><b>　　一、設(shè)計意義及要求</b></p><p><b>　　設(shè)計意義</b></p><p>　　通過這次課程設(shè)計可以讓我們熟悉集成電路的引腳安排。掌握各芯片的邏輯功能及使用方法，了解數(shù)字鐘的組成及工作原理。</p><p><b>　　設(shè)計要求<

15、/b></p><p>　　設(shè)計一個有“時”，“分”，“秒”（23小時59分59秒）顯示且具有校時功能的電子鐘；</p><p>　　擴展功能：整點報時即在某分某秒能輸出某一音頻信號；</p><p><b>　　二、方案設(shè)計</b></p><p><b>　　2.1設(shè)計思路</b><

16、;/p><p>　　數(shù)字鐘要有計時報時和校時功能。脈沖信號是一般用555構(gòu)成的振蕩器來產(chǎn)生。將標準秒脈沖信號送入“秒計數(shù)器”，該計數(shù)器采用60進制計數(shù)器，從0到59然后發(fā)出一個“分脈沖”信號，該信號將作為“分計數(shù)器”的時鐘脈沖?！胺钟嫈?shù)器”也采用60進制計數(shù)器，從0到59然后發(fā)出一個“時脈沖”信號，該信號將被送到“時計數(shù)器”?！皶r計數(shù)器”采用24進制計數(shù)器，從0到23。整點報時電路是根據(jù)計時系統(tǒng)的時脈沖加一個喇叭去實

17、現(xiàn)報時。校時電路是來對“時、分、”顯示數(shù)字進行校對調(diào)整。可以采用邏輯門電路控制分和時的計數(shù)器脈沖輸入即可。數(shù)字鐘實際上是一個對標準頻率進行計數(shù)的計數(shù)電路，由于計數(shù)的起始時間不可能與標準時間（如北京時間）一致，故需要在電路上加一個校時電路，同時標準的1HZ時間信號必須做到準確穩(wěn)定。</p><p><b>　　構(gòu)成方框圖如下：</b></p><p><b>

18、　　圖1</b></p><p>　　由圖可見：本數(shù)字鐘電路主要由震蕩器、校時電路、時分秒計數(shù)器、譯碼顯示器構(gòu)成。它們的工作原理是：由震蕩器產(chǎn)生的高頻脈沖信號作為數(shù)字鐘的時間基準，送入秒計數(shù)器，秒計數(shù)器采用60進制計數(shù)器，每累計60秒發(fā)出一個“分脈沖”信號，該信號作為分計數(shù)器的脈沖信號，分計數(shù)器也采用60進制計數(shù)器，每累計60分鐘發(fā)出一個“時脈沖”信號，該信號將被送到時計數(shù)器，時計數(shù)器采用12進制計數(shù)

19、器。譯碼顯示電路將時、分、秒計數(shù)器的輸出狀態(tài)送到七段譯碼顯示器，通過六位LED七段顯示器顯示出來。校時電路用來對時、分顯示數(shù)字進行調(diào)整。</p><p><b>　　2.2方案設(shè)計</b></p><p>　　2.2.1設(shè)計方案一電路圖</p><p>　　2.2.2設(shè)計方案二電路圖</p><p><b>　

20、　簡單說明</b></p><p>　　方案一由于74ls161是4位二進制同步加法計數(shù)器，是上升沿觸發(fā)，所以十進制需要將Q1Q3與非接到清零端，六進制則需要把Q1Q2與非接到清零端。24進制則需要用一個與門接到清零端實現(xiàn)兩種命令的清零方式。然后加開關(guān)進行校時，每按下一次就是一個脈沖可以實現(xiàn)對電路的校時。然后在時脈沖的輸出端加一個喇叭就可以實現(xiàn)整點報時，每有一個整點脈沖信號就報時一次。</p&g

21、t;<p><b>　　2.3方案比較</b></p><p>　　方案一采用的是74ls161構(gòu)成，然后利用與非門進行反饋調(diào)節(jié)實現(xiàn)60進制24進制，使用較多門電路。而方案二則是巧妙的利用了74ls90的功能表，74ls90是下降沿觸發(fā)，實現(xiàn)了60進制和24進制，相對于方案一要簡潔。，但是方案一的校時電路比較簡單，只需要直接在脈沖輸出端加一個開關(guān)就可以實現(xiàn)校時，而方案一需要考慮

22、開關(guān)兩端的電位變化，需要加單刀雙擲開關(guān)來調(diào)節(jié)兩端的電位實現(xiàn)校時。</p><p>　　總的比較，方案二比方案一更簡潔。</p><p><b>　　三、部分電路設(shè)計</b></p><p>　　3.1秒脈沖信號發(fā)生器</p><p>　　震蕩器電路是數(shù)字鐘的核心，主要用來產(chǎn)生時間標準信號，數(shù)字鐘的精度，主要取決于時間標

23、準信號的頻率及穩(wěn)定度。一般來說，震蕩器的頻率越高，計時精度越高。通常采用石英晶體震蕩器經(jīng)過分頻得到這一信號，也可采用由門電路或555定時器構(gòu)成的多諧震蕩器作為時間標準信號源。</p><p>　　本設(shè)計方案采用的是集成電路定時器555與RC組成的多諧震蕩器，如下圖所示：</p><p>　　秒脈沖發(fā)生器參考電路圖如下所示，由555集成定時器組成的多諧振蕩器。</p><

24、p>　　利用公式t=0.7(R5+2R6)C2 R5=0</p><p>　　由f=1\t=1\0.7*2R6C2=1Hz</p><p>　　取R6=10k.則C1=71.5uf.</p><p>　　3.2 秒、分、時計時器電路設(shè)計</p><p>　　3.2.1 六十進制計數(shù)器</p><p>　　

25、圖1-3所示為74LS161構(gòu)成的六十進制計數(shù)器，可以作為秒和分的計數(shù)單元。圖中U3的Q1、Q2與R0a、R0b相連，當輸出為“6” （0110）時，則反饋信號使得MR清“0”，以實現(xiàn)六十進制。</p><p><b>　　圖1-3</b></p><p>　　3.2.2二十四進制計數(shù)器</p><p>　　圖1-3所示為74LS90構(gòu)成的六十

26、進制計數(shù)器，可以作為秒和分的計數(shù)單元。圖中IC1的Q1、Q2與R0a、R0b相連，當輸出為“6” （0110）時，則反饋信號使得IC1清“0”，以實現(xiàn)六十進制。圖1-5是74LS90的功能表。圖1-6是其管腳圖。</p><p>　　3.2.3 74ls161的引腳圖和功能表</p><p>　　<74ls161引腳圖></p><p>　　管腳圖介紹：

27、時鐘CP和四個數(shù)據(jù)輸入端P0~P3清零/MR使能CEP，CET置數(shù)PE數(shù)據(jù)輸出端Q0~Q3以及進位輸出TC. (TC=Q0·Q1·Q2·Q3·CET)</p><p>　　<74LS161功能表> </p><p>　　從74LS161功能表功能表中可以知道，當清零端CR=“0”，計數(shù)器輸出Q3、Q2、Q1、Q0立即為全“0”

28、，這個時候為異步復位功能。當CR=“1”且LD=“0”時，在CP信號上升沿作用后，74LS161輸出端Q3、Q2、Q1、Q0的狀態(tài)分別與并行數(shù)據(jù)輸入端D3，D2，D1，D0的狀態(tài)一樣，為同步置數(shù)功能。而只有當CR=LD=EP=ET=“1”、CP脈沖上升沿作用后，計數(shù)器加1。74LS161還有一個進位輸出端CO，其邏輯關(guān)系是CO= Q0·Q1·Q2·Q3·CET。合理應用計數(shù)器的清零功能和置數(shù)功能，

29、一片74LS161可以組成16進制以下的任意進制分頻器。</p><p><b>　　3.3譯碼顯示電路</b></p><p>　　譯碼和數(shù)碼顯示電路是將數(shù)字鐘和計時狀態(tài)直觀清晰地放映出來，被人們的視覺器官所接受，它的任務就是將計數(shù)器輸出的8421BCD碼譯成數(shù)碼器顯示所需要的高低電平。這里所選用的譯碼器就是常用的BCD譯碼/驅(qū)動器74LS48，其中A1、A2、A3

30、、A4與計數(shù)器的四個輸出端按設(shè)計要求相連或接地，a、b、c、d、e、f、g則與七段數(shù)碼顯示器對應端相連。具體電路圖見總圖部分。</p><p><b>　　圖5</b></p><p><b>　　3.4 校時電路</b></p><p>　　校時電路計劃為如下功能，以分校時為例</p><p>　

31、　由于分脈沖接的是Q1、Q2，而Q1、Q2在六進位制時不能同時為高電平。所以與門之后始終輸出低電平。從而不斷的按壓開關(guān)可以產(chǎn)生脈沖實現(xiàn)校時功能。</p><p><b>　　圖1-9</b></p><p><b>　　3.5整點報時電路</b></p><p>　　當時脈沖來的時候，喇叭導通然后開始進行整點報時。<

32、/p><p><b>　　。</b></p><p><b>　　四、調(diào)試與檢測</b></p><p>　　4.1 調(diào)試中的故障及解決辦法</p><p>　　4.1.1數(shù)碼管不亮</p><p>　　故障：數(shù)碼管沒有任何顯示，</p><p>　　解決

33、方法：由于是共陽極數(shù)碼管，所以應該接高電平而非低電平、</p><p>　　4.1.2數(shù)碼管亂碼</p><p>　　故障：顯示一堆亂碼，而且沒有0到9的變換。</p><p>　　解決辦法：，首先用萬用表檢查74ls48的輸出，發(fā)現(xiàn)有個輸出端沒有變化導線是好的，說明芯片壞了。然后換了一個芯片。結(jié)果檢測每個輸出端都有變換卻發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管不能正常嫻熟數(shù)字，結(jié)果發(fā)現(xiàn)是班級買

34、數(shù)碼管買錯了，74ls48要跟共陰極數(shù)碼管搭配使用結(jié)果買成共陽極了。換成共陰極就能夠正常計數(shù)。</p><p>　　4.1.3數(shù)碼管顯示不正常</p><p>　　故障：數(shù)碼管無法正常計數(shù)</p><p>　　解決辦法：進行分部檢查，發(fā)現(xiàn)問題出在74ls48這一塊，發(fā)現(xiàn)芯片沒問題。輸出信號沒問題導線沒問題但是就是得不出來結(jié)果。后來發(fā)現(xiàn)是面包板太舊了底部接觸不良松動了

35、無法使用。而且我們需要插20多個芯片無法將芯片換個位置插。不得不換了一個面包板從新連接電路。</p><p>　　4.1.4數(shù)碼管顯示差一段</p><p>　　故障：數(shù)碼管顯示差一段</p><p>　　解決辦法：進行分部檢查，問題出在74ls48這一塊，其他輸出端沒有問題就是某個輸出端出現(xiàn)故障，發(fā)現(xiàn)是導線斷了無法接通導致的，換了一根導線問題就得到了解決。<

36、/p><p>　　4.1.4數(shù)碼管顯示無變化</p><p>　　故障：數(shù)碼管顯示沒有隨時間的變化而變化。</p><p>　　解決辦法：進行分部檢查，發(fā)現(xiàn)555輸出的電平低電平達到了2V以上。致使沒有脈沖變化，換了一個555定時器后問題得到了解決。</p><p>　　4.2 調(diào)試與運行結(jié)果</p><p>　　4.2.

37、1 組裝電路方法</p><p>　　由于數(shù)字鐘電路比較復雜，接線非常多，而且所用芯片也比較多，因此，接線時應注意技巧：先把每個數(shù)碼管的譯碼電路和計數(shù)器電路接好，即分別接6個部分，把每個部分接成10進制的，當每個部分都正常計數(shù)時就開始級聯(lián)。級聯(lián)形成24進制和兩個60進制的三個部分組成的數(shù)字鐘時就開始接校時電路和整點報時電路。另外，一旦出現(xiàn)問題，可以只撤退一步開始檢查，分開模塊實驗。這樣才能較快校準地接好電路，而且

38、便于解決遇到的問題。</p><p>　　4.2.2 運行結(jié)果</p><p>　　接通電源后，數(shù)字中開始工作。秒個位以十進制循環(huán)計數(shù)，依次往十位進位，60秒往分鐘個位進1,60分鐘往小時進1.另外，23:59:59后歸零。當按一下開關(guān)時校時開關(guān)時，小時加一，按一下分校時開關(guān)加一。如果開關(guān)一直是斷開的。每次到達整點的時候，喇叭會發(fā)聲，。</p><p>　　五、仿真

39、操作步驟與使用說明</p><p><b>　　5.1仿真操作步驟</b></p><p><b>　　1、執(zhí)行電路；</b></p><p>　　2、通過校時開關(guān)分校時和時校時調(diào)成59分，觀察揚聲器的現(xiàn)象。</p><p>　　3、按下暫停鍵。按壓分校時、時校時開關(guān)。觀察校時的情況</p&g

40、t;<p><b>　　5.2使用說明</b></p><p>　　把暫停開關(guān)彈起，把分校準，時校準壓下，數(shù)字鐘開始計時。校時有兩種方式，可以直接按壓時校時和分校時來實現(xiàn)校時，也可以先將時暫停開關(guān)壓下，使時鐘暫停。然后再按壓時校時和分校時來實現(xiàn)校時。校時完畢后按下時校時分校時，彈起暫停鍵。</p><p><b>　　結(jié)束語</b>

41、</p><p>　　通過這次對數(shù)字鐘的設(shè)計與制作，讓我了解了設(shè)計電路的程序，也讓我了解了關(guān)于數(shù)字鐘的原理與設(shè)計理念，加強了我們動手、思考和解決問題的能力。在此次的數(shù)字鐘設(shè)計過程中,我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，鞏固和加強了課本知識。我做的是數(shù)字鐘的設(shè)計，然而，要完成一個課題的設(shè)計要涉及到許多方面的知識。通過上網(wǎng)查詢和查閱相關(guān)書籍資料，讓我知道了大量關(guān)于數(shù)字鐘設(shè)計的知識，

42、同時又重新將從前學過的知識復習了一遍，做到對各個集成塊的引腳功能和工作原理都很清晰。從而讓我更深一步掌握了時序邏輯電路的功能，學會了做課程設(shè)計的一般步驟。</p><p>　　設(shè)計也是一個團隊的任務，一起的工作需要相互幫助，配合默契，大學里半年的相處還趕不上這幾天的合作，我感覺我和同學們之間的距離更加近了。同時我認為我們的工作是一個團隊的工作，團隊需要個人，個人也離不開團隊，必須發(fā)揚團結(jié)協(xié)作的精神。團結(jié)協(xié)作是成功

43、的一項非常重要的保證。而這次課程也正好鍛煉我們這一點，這也是非常寶貴的。</p><p>　　通過這次課程設(shè)計，我懂得了理論與實際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結(jié)合起來才能更好的提高我們的能力。另外，我學會一點關(guān)于接電路的技巧。在接電路時，如果遇到接線非常多的時候，應該注意分模塊，先把各個部分接好，再把每個部分聯(lián)合起來，如果出問題也好檢查，這樣才能高效率地完成實物搭載。&

44、lt;/p><p><b>　　七、附錄</b></p><p><b>　　附件1：參考文獻</b></p><p>　　[1] 康華光. 電子技術(shù)基礎(chǔ)-數(shù)字部分（第五版），高等教育出版，2006.</p><p>　　[2] 吳友宇，伍時和，凌玲.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) 清華大學出版社2009.5&

45、lt;/p><p>　　[3] 祁存榮，陳偉.電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗（數(shù)字部分） 武漢理工大學教材中心 2009.4</p><p>　　[4] 邱關(guān)源.電路.高等教育出版社.2006年</p><p><b>　　附件2：元器件清單</b></p><p><b>　　附錄個人方案電路圖</b></p