電子線(xiàn)路課程設(shè)計(jì)—電子數(shù)字時(shí)鐘

1、<p><b>　　電子線(xiàn)路課程設(shè)計(jì)</b></p><p>　　《 數(shù) 字 時(shí) 鐘 》</p><p>　　設(shè)計(jì)題目： 數(shù) 字 時(shí) 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(duì)時(shí)間計(jì)量的精度要求越來(lái)越高

2、。數(shù)字電子鐘具有走時(shí)準(zhǔn)確，一鐘多用等特點(diǎn)，在生活中已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。并且現(xiàn)在市場(chǎng)上已有現(xiàn)成的電子鐘集成電路芯片出售，價(jià)格便宜、使用也方便，也給人們的生活帶來(lái)了方便。</p><p>　　時(shí)間對(duì)人們來(lái)說(shuō)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(gè)人家庭以及車(chē)站、碼頭、劇院、辦公室等公共場(chǎng)所，給人們的生活、學(xué)習(xí)、工作、娛樂(lè)帶來(lái)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(shí)準(zhǔn)確、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，它還用于計(jì)時(shí)、自動(dòng)報(bào)時(shí)及自動(dòng)控制等各個(gè)領(lǐng)域。</p><p>　　關(guān)鍵詞：震蕩器 NE555；計(jì)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(jì)任務(wù)及要求…………………………………………………………………1</p><p>　　2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)…………………………………………………………………………1</p><p>　　2.2 設(shè)計(jì)要求…………………………………………………………………………1</p><p>　　3. 理論設(shè)計(jì)………………

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(shuō)明………………………………………………………………3</p><p>　　3.3 單元電路設(shè)計(jì)…………………………………………………………………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(jì)數(shù)器……………………………………………………………………4</p><p>　　3.3.4顯示………………………………………………………………………5<

7、/p><p>　　3.3.3時(shí)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(xiàn)………………………………………………………………………………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(duì)時(shí)間計(jì)量的精度要求越來(lái)越高。數(shù)字式電子鐘用集成電路計(jì)時(shí)時(shí), 譯碼代替機(jī)械式傳動(dòng), 用7段共陰數(shù)碼管代替指針顯示進(jìn)而顯示時(shí)間, 減小了計(jì)時(shí)誤差.這種表具有時(shí)、分、秒、顯示時(shí)間的功能, 還可以進(jìn)行時(shí)、分的校對(duì)。片選的靈活性好。</p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)任務(wù)及要求</b&g

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

11、分”、“秒”；</p><p>　　2、當(dāng)電路發(fā)生走時(shí)誤差時(shí)具有校時(shí)功能</p><p>　　3、用中、小規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)</p><p>　　擴(kuò)展：1、可以進(jìn)行整點(diǎn)報(bào)時(shí)</p><p><b>　　2、其他</b></p><p><b>　　三、理論設(shè)計(jì)</b><

12、/p><p>　　3.1方案論證 </p><p>　　方案一：首先構(gòu)成一個(gè)NE555定時(shí)器和分頻器產(chǎn)生震蕩周期為一秒的標(biāo)準(zhǔn)“秒”脈沖信號(hào)，由74LS160采用清零法分別組成六十進(jìn)制的“秒”計(jì)數(shù)器、六十進(jìn)制“分”計(jì)數(shù)器、24進(jìn)制“時(shí)”計(jì)數(shù)器。清零法適用于有異步置零輸入端的集成計(jì)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(gè)有效電平電壓，輸出會(huì)立即從那個(gè)狀態(tài)回到“000000”狀

13、態(tài)。清零信號(hào)消失后，計(jì)數(shù)器又可以從“000000”狀態(tài)開(kāi)始重新計(jì)數(shù)。使用NE555定時(shí)器的輸出作為“秒”計(jì)數(shù)器的CP脈沖，把秒計(jì)數(shù)器的進(jìn)位輸出作為“分”計(jì)數(shù)器地CP脈沖，分計(jì)數(shù)器的進(jìn)位輸出作為“時(shí)”計(jì)數(shù)器的CP脈沖。使用CD4511為驅(qū)動(dòng)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(gè)NE555定時(shí)器和分頻器產(chǎn)生震蕩周期為一秒的標(biāo)準(zhǔn)“秒”脈沖信號(hào)，由74LS160采用置數(shù)法分別組成六十進(jìn)

14、制的“秒”計(jì)數(shù)器、六十進(jìn)制“分”計(jì)數(shù)器，24進(jìn)制“時(shí)”計(jì)數(shù)器。置數(shù)法適用于具有預(yù)置數(shù)功能的集成計(jì)數(shù)器。對(duì)于就有預(yù)置數(shù)功能的計(jì)數(shù)器而言，在其計(jì)數(shù)過(guò)程中可以將它輸出的任意一個(gè)狀態(tài)通過(guò)譯碼，產(chǎn)生一個(gè)預(yù)置數(shù)控制信號(hào)反饋至預(yù)置數(shù)控制端，在下一個(gè)CP脈沖作用后，計(jì)數(shù)器會(huì)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(hào)消失后，計(jì)數(shù)器就從被置入的狀態(tài)開(kāi)始重新計(jì)數(shù)。使用NE555定時(shí)器的輸出作為“秒”計(jì)數(shù)器的CP脈沖，把“秒”計(jì)數(shù)器的進(jìn)位輸出

15、作為“分”計(jì)數(shù)器的CP脈沖，“分”計(jì)數(shù)器的進(jìn)位輸出作為“時(shí)”計(jì)數(shù)器的CP脈沖。使用74LS160為驅(qū)動(dòng)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(jì)都很正確，但是方案二在60進(jìn)制計(jì)數(shù)器上采用的是置數(shù)法，比方案一效果要好。因?yàn)榍辶惴ㄔ谟?jì)數(shù)進(jìn)位上不穩(wěn)定，需要加一個(gè)觸發(fā)器，效果才比較好，但是本著設(shè)計(jì)簡(jiǎn)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(shí)際上是一個(gè)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)頻率進(jìn)行計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)電路，標(biāo)準(zhǔn)的1HZ時(shí)間信號(hào)必須做到準(zhǔn)確穩(wěn)定。本數(shù)字鐘電路主要由震蕩器、分頻器、時(shí)分秒計(jì)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(hào)作為數(shù)字鐘的時(shí)間基準(zhǔn)，送入秒計(jì)數(shù)器，秒計(jì)數(shù)器采用60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，每累計(jì)60秒發(fā)出一個(gè)“分脈沖”信號(hào)，該信號(hào)作為分計(jì)數(shù)器的脈沖信號(hào)，分計(jì)數(shù)器也采用60進(jìn)制計(jì)數(shù)器

17、，每累計(jì)60分鐘發(fā)出一個(gè)“時(shí)脈沖”信號(hào)，該信號(hào)將被送到時(shí)計(jì)數(shù)器，時(shí)計(jì)數(shù)器采用12進(jìn)制計(jì)數(shù)器。譯碼顯示電路將時(shí)、分、秒計(jì)數(shù)器的輸出狀態(tài)送到七段譯碼顯示器，通過(guò)六位LED七段顯示器顯示出來(lái)。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(jì)</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(lái)產(chǎn)生時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。數(shù)字鐘的精度主要取決于時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的頻率及穩(wěn)定度。一般來(lái)說(shuō)，震蕩器的頻率越高，計(jì)時(shí)精度越高。這里采用由NE555定時(shí)器構(gòu)成的100Hz多諧震蕩器作為時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)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(shí)驗(yàn)由集成電路定時(shí)器NE555與RC組成的多諧振蕩器，產(chǎn)生100Hz的脈沖信號(hào)。故采用2片集成電路計(jì)數(shù)器74LS160來(lái)實(shí)現(xiàn)，得到需要的秒脈沖信號(hào)。如圖3所示：</p><p><b>　　圖3 分頻器電路</b></p><p>

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

21、進(jìn)位信號(hào)，此信號(hào)用于控制秒十位計(jì)數(shù)器的記數(shù)。秒十位計(jì)數(shù)器為六進(jìn)制計(jì)數(shù)器。Q1、Q2的輸出端通過(guò)與非門(mén)輸出構(gòu)成清零復(fù)位信號(hào)給CR清零端，從而構(gòu)成六進(jìn)制計(jì)數(shù)器。同時(shí)這個(gè)信號(hào)還要作為秒計(jì)數(shù)器的進(jìn)位脈沖送到分計(jì)數(shù)器。秒十位計(jì)數(shù)器的CP脈沖的輸入要通過(guò)一個(gè)與非門(mén)受到秒個(gè)位計(jì)數(shù)器的進(jìn)位信號(hào)CO的控制。只有當(dāng)CO=1之后再次變?yōu)?時(shí)，秒計(jì)數(shù)脈沖才可能通過(guò)與非門(mén)進(jìn)入秒十位計(jì)數(shù)器的CP中。</p><p>　　分計(jì)數(shù)器的組成電路與

22、秒計(jì)數(shù)器的組成電路完全相同。不過(guò)進(jìn)入CP的脈沖信號(hào)為由秒十位進(jìn)位信號(hào)與非后輸入的信號(hào)。</p><p>　　時(shí)計(jì)數(shù)器也是由兩個(gè)74LS160串聯(lián)組合而成。其電路圖如圖5所示：</p><p>　　圖5　24 進(jìn)制計(jì)數(shù)電路</p><p>　　本電路采用時(shí)24進(jìn)制顯示方式。時(shí)個(gè)位計(jì)數(shù)器開(kāi)始作為十位計(jì)數(shù)器產(chǎn)生0—9的計(jì)時(shí)個(gè)位，當(dāng)下一時(shí)間10點(diǎn)到時(shí)向上輸出進(jìn)位信號(hào)CO=1

23、后再次變?yōu)?時(shí)，十位計(jì)數(shù)器加1，等計(jì)時(shí)到23點(diǎn)后再來(lái)時(shí)計(jì)數(shù)脈沖（即分記述滿(mǎn)60）時(shí)計(jì)數(shù)器要清零復(fù)位。所以十位計(jì)數(shù)器的Q1和時(shí)個(gè)位計(jì)數(shù)器的Q2通過(guò)與非門(mén)產(chǎn)生清零復(fù)位信號(hào)，使時(shí)計(jì)數(shù)器具備00——23循環(huán)計(jì)數(shù)的功能。然后將六個(gè)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)結(jié)果通過(guò)計(jì)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(dòng)電路中。</p><p>　　3.3.4 譯碼顯示電路</p><p>　　譯

24、碼是將時(shí)、分、秒計(jì)數(shù)器輸出的四位二進(jìn)制BCD碼翻譯為相應(yīng)的十進(jìn)制數(shù), 并通過(guò)7段數(shù)碼管顯示。我們選用的7段譯碼驅(qū)動(dòng)器(CD4511) 和7段數(shù)碼管是共陰接法。它們分別對(duì)時(shí)、分、秒計(jì)數(shù)器的輸出進(jìn)行譯碼，通過(guò)7個(gè)限流電阻（本圖中未畫(huà)出來(lái)，實(shí)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(shí)間校正電路</p><p>　　其電路圖如圖7所示：</p><p>　　圖7　時(shí)、分、秒校時(shí)電路</p><p>　　當(dāng)開(kāi)關(guān)S1接地時(shí)，相當(dāng)于輸入0，與非門(mén)被關(guān)閉，秒脈沖信號(hào)無(wú)法輸入，數(shù)字電子鐘正常工作。當(dāng)開(kāi)關(guān)S1接+5V時(shí)相當(dāng)于輸入1，與非門(mén)被打開(kāi),秒脈沖信號(hào)直接輸入到

26、時(shí)/分計(jì)數(shù)器中。時(shí)/分計(jì)數(shù)器按秒進(jìn)行計(jì)數(shù)；當(dāng)時(shí)/分計(jì)數(shù)器調(diào)整到正確的時(shí)間時(shí)，馬上將開(kāi)關(guān)S1切換到接地，數(shù)字電子鐘進(jìn)入正常工作狀態(tài)。從而時(shí)計(jì)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(hào)的流向分級(jí)安裝，逐級(jí)級(jí)聯(lián)。這里的每一級(jí)是指組成數(shù)字鐘的各功能電路。畫(huà)出滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求的總體邏輯電路圖，如圖8所示 ：</p><p

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

28、位信號(hào)，從而完成秒六十進(jìn)制計(jì)數(shù)；分六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器工作原理與秒計(jì)數(shù)器完全相同；時(shí)計(jì)數(shù)器的個(gè)位在分計(jì)數(shù)器輸入的進(jìn)位信號(hào)作用下進(jìn)行0—9的計(jì)數(shù)，到9后再接受到分進(jìn)位信號(hào)，時(shí)個(gè)位的CO輸出1，通過(guò)與門(mén)輸出計(jì)數(shù)脈沖使時(shí)十位的計(jì)數(shù)器加1，當(dāng)時(shí)十位和時(shí)個(gè)位顯示11點(diǎn)時(shí)，再有分進(jìn)位信號(hào)脈沖輸入，則時(shí)十位的Q1=1、時(shí)個(gè)位的Q2=1，經(jīng)與非門(mén)輸出為0，使時(shí)十位和個(gè)位清零復(fù)位，顯示為00點(diǎn)。</p><p>　　各計(jì)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(dòng)集成電路，輸出到7段共陰極數(shù)碼管進(jìn)行時(shí)間的顯示。</p><p><b>　　四、安裝調(diào)試</b></p><p>　　焊接電路之后，進(jìn)行測(cè)試。逐步焊接，逐步測(cè)試。檢查均無(wú)連線(xiàn)錯(cuò)誤并且顯示正常后，將電路連為一個(gè)整體，接上+5V電源。觀察時(shí)鐘是否顯示正常；若不正常則檢查電路各個(gè)部分，直到得到滿(mǎn)意的結(jié)果。我們共經(jīng)過(guò)兩周的調(diào)試，

30、圓滿(mǎn)完成了這次課程設(shè)計(jì)。</p><p>　　調(diào)試的結(jié)果是：當(dāng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，分計(jì)數(shù)電路，小時(shí)計(jì)數(shù)電路正常計(jì)數(shù)，當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，校時(shí)電路進(jìn)行校時(shí)。只是有時(shí)松開(kāi)按鍵時(shí)，較時(shí)數(shù)會(huì)有點(diǎn)誤變化，經(jīng)過(guò)仔細(xì)分析，確定是由于在松按鍵時(shí)產(chǎn)生了抖動(dòng)，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(duì)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(guò)這次數(shù)字電子鐘的課程設(shè)計(jì)，我們才把學(xué)到的知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合。從而對(duì)我們學(xué)的知識(shí)有了更進(jìn)一步的理解，使我們進(jìn)一步加深了對(duì)所學(xué)知識(shí)的記憶。在此次的數(shù)字鐘設(shè)計(jì)過(guò)程中，我更進(jìn)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(dú)立思考問(wèn)題的能力和通過(guò)查看相關(guān)資料來(lái)解決問(wèn)題的習(xí)慣。同時(shí)對(duì)普通計(jì)數(shù)器如何構(gòu)成n進(jìn)制計(jì)數(shù)器有了更深的了解和掌握，對(duì)自我的實(shí)際操

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

33、t;p>　　同時(shí)通過(guò)課程設(shè)計(jì)，我們更加明白了一個(gè)真理，“實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)”。課程設(shè)計(jì)達(dá)到了專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)的預(yù)期目的。在這次設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們也對(duì)word、protel、等軟件有了更進(jìn)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(jì)之后，我們普遍感到不僅實(shí)際動(dòng)手能力有所提高，更重要的是通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程的了解，進(jìn)一步激發(fā)了我們對(duì)專(zhuān)業(yè)知識(shí)的興趣，并能結(jié)合實(shí)際存在的問(wèn)題在專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域內(nèi)進(jìn)行更深入的學(xué)習(xí)。</p><p&

34、gt;<b>　　六、參考文獻(xiàn)</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(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)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(jī)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(yáng)：東北大學(xué)出版社,2001年. </p><p>　　[5]陳曉文.電子線(xiàn)路課程設(shè)計(jì)[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><