電子線路課程設(shè)計—電子數(shù)字時鐘

1、<p><b>　　電子線路課程設(shè)計</b></p><p>　　《 數(shù) 字 時 鐘 》</p><p>　　設(shè)計題目： 數(shù) 字 時 鐘 </p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展, 人們對時間計量的精度要求越來越高

2、。數(shù)字電子鐘具有走時準確，一鐘多用等特點，在生活中已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。并且現(xiàn)在市場上已有現(xiàn)成的電子鐘集成電路芯片出售，價格便宜、使用也方便，也給人們的生活帶來了方便。</p><p>　　時間對人們來說總是那么寶貴。電子鐘已成為人們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚谋匦杵?，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、娛樂帶來極大的方便。由于數(shù)字集成電路技術(shù)的發(fā)展和采用了NE555震蕩技術(shù)，

3、使電子鐘具有走時準確、性能穩(wěn)定等優(yōu)點，它還用于計時、自動報時及自動控制等各個領(lǐng)域。</p><p>　　關(guān)鍵詞：震蕩器 NE555；計數(shù)器 74LS160；譯碼器 CD4511；7段共陰數(shù)碼管 5161AS；</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　1. 概述………………………………………………………………………………

4、……1</p><p>　　2. 課程設(shè)計任務(wù)及要求…………………………………………………………………1</p><p>　　2.1 設(shè)計任務(wù)…………………………………………………………………………1</p><p>　　2.2 設(shè)計要求…………………………………………………………………………1</p><p>　　3. 理論設(shè)計………………

5、………………………………………………………………2</p><p>　　3.1方案論證…………………………………………………………………………2</p><p>　　3.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖說明………………………………………………………………3</p><p>　　3.3 單元電路設(shè)計…………………………………………………………………3</p><

6、p>　　3.3.1振蕩器……………………………………………………………………3</p><p>　　3.3.1分頻器……………………………………………………………………4</p><p>　　3.3.3計數(shù)器……………………………………………………………………4</p><p>　　3.3.4顯示………………………………………………………………………5<

7、/p><p>　　3.3.3時間校正電路……………………………………………………………6</p><p>　　3.4系統(tǒng)工作原理圖…………………………………………………………………7</p><p>　　4. 安裝調(diào)試………………………………………………………………………………8</p><p>　　5．結(jié)論…………………………………………………

8、…………………………………9</p><p>　　6．參考文獻………………………………………………………………………………9</p><p>　　附錄一：protues仿真圖………………………………………………………………10</p><p>　　附錄二：元件清單………………………………………………………………………11</p><p>&l

9、t;b>　　概述</b></p><p>　　隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展, 人們對時間計量的精度要求越來越高。數(shù)字式電子鐘用集成電路計時時, 譯碼代替機械式傳動, 用7段共陰數(shù)碼管代替指針顯示進而顯示時間, 減小了計時誤差.這種表具有時、分、秒、顯示時間的功能, 還可以進行時、分的校對。片選的靈活性好。</p><p><b>　　課程設(shè)計任務(wù)及要求</b&g

10、t;</p><p><b>　　2.1任務(wù)</b></p><p>　　設(shè)計一個數(shù)字電子鐘。</p><p><b>　　2.2要求</b></p><p><b>　　數(shù)字鐘設(shè)計 </b></p><p>　　要求：1、按24小時直接顯示“時”、“

11、分”、“秒”；</p><p>　　2、當(dāng)電路發(fā)生走時誤差時具有校時功能</p><p>　　3、用中、小規(guī)模集成電路設(shè)計</p><p>　　擴展：1、可以進行整點報時</p><p><b>　　2、其他</b></p><p><b>　　三、理論設(shè)計</b><

12、/p><p>　　3.1方案論證 </p><p>　　方案一：首先構(gòu)成一個NE555定時器和分頻器產(chǎn)生震蕩周期為一秒的標準“秒”脈沖信號，由74LS160采用清零法分別組成六十進制的“秒”計數(shù)器、六十進制“分”計數(shù)器、24進制“時”計數(shù)器。清零法適用于有異步置零輸入端的集成計數(shù)器。原理是不管輸出處于哪種狀態(tài)，只要在清零輸入端加一個有效電平電壓，輸出會立即從那個狀態(tài)回到“000000”狀

13、態(tài)。清零信號消失后，計數(shù)器又可以從“000000”狀態(tài)開始重新計數(shù)。使用NE555定時器的輸出作為“秒”計數(shù)器的CP脈沖，把秒計數(shù)器的進位輸出作為“分”計數(shù)器地CP脈沖，分計數(shù)器的進位輸出作為“時”計數(shù)器的CP脈沖。使用CD4511為驅(qū)動器，共陰極七段數(shù)碼管作為顯示器。</p><p>　　方案二：首先構(gòu)成一個NE555定時器和分頻器產(chǎn)生震蕩周期為一秒的標準“秒”脈沖信號，由74LS160采用置數(shù)法分別組成六十進

14、制的“秒”計數(shù)器、六十進制“分”計數(shù)器，24進制“時”計數(shù)器。置數(shù)法適用于具有預(yù)置數(shù)功能的集成計數(shù)器。對于就有預(yù)置數(shù)功能的計數(shù)器而言，在其計數(shù)過程中可以將它輸出的任意一個狀態(tài)通過譯碼，產(chǎn)生一個預(yù)置數(shù)控制信號反饋至預(yù)置數(shù)控制端，在下一個CP脈沖作用后，計數(shù)器會把預(yù)置數(shù)輸入端A、B、C、D的狀態(tài)置入輸出端。預(yù)置數(shù)控制信號消失后，計數(shù)器就從被置入的狀態(tài)開始重新計數(shù)。使用NE555定時器的輸出作為“秒”計數(shù)器的CP脈沖，把“秒”計數(shù)器的進位輸出

15、作為“分”計數(shù)器的CP脈沖，“分”計數(shù)器的進位輸出作為“時”計數(shù)器的CP脈沖。使用74LS160為驅(qū)動器，共陰極七段數(shù)碼管作為顯示器。</p><p>　　方案一和方案二的設(shè)計都很正確，但是方案二在60進制計數(shù)器上采用的是置數(shù)法，比方案一效果要好。因為清零法在計數(shù)進位上不穩(wěn)定，需要加一個觸發(fā)器，效果才比較好，但是本著設(shè)計簡潔，效果穩(wěn)定的前提下采用方案二。</p><p><b>

16、　　3.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖</b></p><p>　　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，標準的1HZ時間信號必須做到準確穩(wěn)定。本數(shù)字鐘電路主要由震蕩器、分頻器、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

17、，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)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。構(gòu)成方框圖（圖1）如下：</p><p><b>　　圖1 結(jié)構(gòu)框圖</b></p><p>　　3.3 單元電路設(shè)計</p><p><b>　　

18、3.3.1震蕩器</b></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。這里采用由NE555定時器構(gòu)成的100Hz多諧震蕩器作為時間標準信號源。如圖2所示：</p><p>　　圖2 555振蕩電路</p><p><b>　　

19、3.3.2 分頻器</b></p><p>　　由于振蕩器產(chǎn)生的頻率很高，要得到秒脈沖，需要分頻電路。本實驗由集成電路定時器NE555與RC組成的多諧振蕩器，產(chǎn)生100Hz的脈沖信號。故采用2片集成電路計數(shù)器74LS160來實現(xiàn)，得到需要的秒脈沖信號。如圖3所示：</p><p><b>　　圖3 分頻器電路</b></p><p>

20、;　　3.3.3時、分、秒計數(shù)器的設(shè)計</p><p>　　分和秒計數(shù)器都是60進制計數(shù)器，其記數(shù)規(guī)律為00—01—……—58—59—00可選用74LS160作為計數(shù)器級聯(lián)組成，并加入與非門構(gòu)成60進制。其電路圖如圖4所示：</p><p>　　圖4 60進制計數(shù)器電路</p><p>　　由圖可知CR接高電平，秒信號脈沖從CP端輸入進行十進制記數(shù)，滿十通過CO輸出

21、進位信號，此信號用于控制秒十位計數(shù)器的記數(shù)。秒十位計數(shù)器為六進制計數(shù)器。Q1、Q2的輸出端通過與非門輸出構(gòu)成清零復(fù)位信號給CR清零端，從而構(gòu)成六進制計數(shù)器。同時這個信號還要作為秒計數(shù)器的進位脈沖送到分計數(shù)器。秒十位計數(shù)器的CP脈沖的輸入要通過一個與非門受到秒個位計數(shù)器的進位信號CO的控制。只有當(dāng)CO=1之后再次變?yōu)?時，秒計數(shù)脈沖才可能通過與非門進入秒十位計數(shù)器的CP中。</p><p>　　分計數(shù)器的組成電路與

22、秒計數(shù)器的組成電路完全相同。不過進入CP的脈沖信號為由秒十位進位信號與非后輸入的信號。</p><p>　　時計數(shù)器也是由兩個74LS160串聯(lián)組合而成。其電路圖如圖5所示：</p><p>　　圖5　24 進制計數(shù)電路</p><p>　　本電路采用時24進制顯示方式。時個位計數(shù)器開始作為十位計數(shù)器產(chǎn)生0—9的計時個位，當(dāng)下一時間10點到時向上輸出進位信號CO=1

23、后再次變?yōu)?時，十位計數(shù)器加1，等計時到23點后再來時計數(shù)脈沖（即分記述滿60）時計數(shù)器要清零復(fù)位。所以十位計數(shù)器的Q1和時個位計數(shù)器的Q2通過與非門產(chǎn)生清零復(fù)位信號，使時計數(shù)器具備00——23循環(huán)計數(shù)的功能。然后將六個計數(shù)器的計數(shù)結(jié)果通過計數(shù)器的Q0、Q1、Q2、Q3輸出端送到七段顯示譯碼芯片CD4511驅(qū)動電路中。</p><p>　　3.3.4 譯碼顯示電路</p><p>　　譯

24、碼是將時、分、秒計數(shù)器輸出的四位二進制BCD碼翻譯為相應(yīng)的十進制數(shù), 并通過7段數(shù)碼管顯示。我們選用的7段譯碼驅(qū)動器(CD4511) 和7段數(shù)碼管是共陰接法。它們分別對時、分、秒計數(shù)器的輸出進行譯碼，通過7個限流電阻（本圖中未畫出來，實際為390Ω貼片電阻）與7段數(shù)碼管連接。調(diào)節(jié)限流電阻的值可以改變7段數(shù)碼管。</p><p><b>　　如圖6所示：</b></p><

25、p>　　圖6 數(shù)碼管顯示電路</p><p>　　3.3.5 時間校正電路</p><p>　　其電路圖如圖7所示：</p><p>　　圖7　時、分、秒校時電路</p><p>　　當(dāng)開關(guān)S1接地時，相當(dāng)于輸入0，與非門被關(guān)閉，秒脈沖信號無法輸入，數(shù)字電子鐘正常工作。當(dāng)開關(guān)S1接+5V時相當(dāng)于輸入1，與非門被打開,秒脈沖信號直接輸入到

26、時/分計數(shù)器中。時/分計數(shù)器按秒進行計數(shù)；當(dāng)時/分計數(shù)器調(diào)整到正確的時間時，馬上將開關(guān)S1切換到接地，數(shù)字電子鐘進入正常工作狀態(tài)。從而時計數(shù)器的調(diào)整。</p><p>　　3.4 系統(tǒng)工作原理圖</p><p>　　由數(shù)字鐘系統(tǒng)組成框圖按照信號的流向分級安裝，逐級級聯(lián)。這里的每一級是指組成數(shù)字鐘的各功能電路。畫出滿足設(shè)計要求的總體邏輯電路圖，如圖8所示 ：</p><p

27、><b>　　圖8 設(shè)計總電路圖</b></p><p>　　從輸出引腳輸出f=1Hz的秒方波信號，它既是秒計數(shù)器的計數(shù)脈沖，同時又作為時、分校正電路的校正信號</p><p>　　秒脈沖信號經(jīng)與門送入秒計數(shù)器的個位進行計數(shù)，秒計數(shù)器個位從0開始計數(shù)，到9后CO輸出進位信號，秒十位計數(shù)器加1，如此循環(huán)下去，當(dāng)秒十位計數(shù)到6時（即Q1=Q2=1），向分計數(shù)器送出進

28、位信號，從而完成秒六十進制計數(shù)；分六十進制計數(shù)器工作原理與秒計數(shù)器完全相同；時計數(shù)器的個位在分計數(shù)器輸入的進位信號作用下進行0—9的計數(shù)，到9后再接受到分進位信號，時個位的CO輸出1，通過與門輸出計數(shù)脈沖使時十位的計數(shù)器加1，當(dāng)時十位和時個位顯示11點時，再有分進位信號脈沖輸入，則時十位的Q1=1、時個位的Q2=1，經(jīng)與非門輸出為0，使時十位和個位清零復(fù)位，顯示為00點。</p><p>　　各計數(shù)器的輸出端輸出

29、的BCD碼，分別送入相應(yīng)的CD4511譯碼驅(qū)動集成電路，輸出到7段共陰極數(shù)碼管進行時間的顯示。</p><p><b>　　四、安裝調(diào)試</b></p><p>　　焊接電路之后，進行測試。逐步焊接，逐步測試。檢查均無連線錯誤并且顯示正常后，將電路連為一個整體，接上+5V電源。觀察時鐘是否顯示正常；若不正常則檢查電路各個部分，直到得到滿意的結(jié)果。我們共經(jīng)過兩周的調(diào)試，

30、圓滿完成了這次課程設(shè)計。</p><p>　　調(diào)試的結(jié)果是：當(dāng)開關(guān)斷開時，分計數(shù)電路，小時計數(shù)電路正常計數(shù)，當(dāng)開關(guān)閉合時，校時電路進行校時。只是有時松開按鍵時，較時數(shù)會有點誤變化，經(jīng)過仔細分析，確定是由于在松按鍵時產(chǎn)生了抖動，如果接上R-S觸發(fā)器就能夠消抖。</p><p><b>　　五、結(jié)論 </b></p><p>　　我們學(xué)習(xí)

31、了數(shù)字電子電路，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，我們才把學(xué)到的知識與實踐相結(jié)合。從而對我們學(xué)的知識有了更進一步的理解，使我們進一步加深了對所學(xué)知識的記憶。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。也鍛煉了自己獨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。同時對普通計數(shù)器如何構(gòu)成n進制計數(shù)器有了更深的了解和掌握，對自我的實際操

32、作能力也有了很高的提升。</p><p>　　當(dāng)然，在整個課程設(shè)計中，我們也遇到了許多的難題。過程是艱辛的，但結(jié)果是令人興奮的，看著自己設(shè)計的東西一分一秒的走著，心理覺得非常有成就感，這兩個星期的努力并沒有付諸東流。雖然實驗已經(jīng)告一段落，但是我們學(xué)習(xí)的道路還很長。此次實驗讓我明白不論是在做實驗還是在今后的學(xué)習(xí)中，都應(yīng)該有一種堅定不移不達目的不罷休的信念，只有這樣才能達到自己的最終目標。</p>&l

33、t;p>　　同時通過課程設(shè)計，我們更加明白了一個真理，“實踐是檢驗真理的唯一標準”。課程設(shè)計達到了專業(yè)學(xué)習(xí)的預(yù)期目的。在這次設(shè)計過程中，我們也對word、protel、等軟件有了更進一步的了解，這使我在以后的工作中更加得心應(yīng)手。課程設(shè)計之后，我們普遍感到不僅實際動手能力有所提高，更重要的是通過對設(shè)計過程的了解，進一步激發(fā)了我們對專業(yè)知識的興趣，并能結(jié)合實際存在的問題在專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)進行更深入的學(xué)習(xí)。</p><p&

34、gt;<b>　　六、參考文獻</b></p><p>　　[1]閻石.數(shù)字電子技術(shù) [M].第五版.北京:高教出版社,2006年. </p><p>　　[2]黃志偉.全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽訓(xùn)練教程[M]. 北京:電子工業(yè)出版社,2008年. [3]胡玉建.Protel 99SE 原理圖與PCB及仿真[M].北京:機械工業(yè)出版社,2006年. </p&g

35、t;<p>　　[4]李景華.可編程邏輯器件及EDA技術(shù)[M].沈陽：東北大學(xué)出版社,2001年. </p><p>　　[5]陳曉文.電子線路課程設(shè)計[M].北京:電子工業(yè)出版社,2004年.</p><p><b>　　附錄1：</b></p><p>　　Proteus仿真圖</p><p><