數(shù)電課程設計--數(shù)字電子鐘

1、<p><b>　　電子技術(shù)課程設計</b></p><p>　　題目： 數(shù)字電子鐘</p><p>　　學生姓名：學 號：</p><p><b>　　班 級: </b></p><p>　　專 業(yè)：電子信息工程</p><p&g

2、t;<b>　　指導教師： </b></p><p>　　2010 年 12 月</p><p><b>　　數(shù)字電子鐘</b></p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　數(shù)字鐘被廣泛用于個人家庭,車站, 碼頭、辦公室等公共場所,成為人們?nèi)粘Ｉ钪械谋匦杵?/p>

3、。由于數(shù)字集成電路的發(fā)展和石英晶體振蕩器的廣泛應用,使得數(shù)字鐘的精度,運用超過老式鐘表, 鐘表的數(shù)字化給人們生產(chǎn)生活帶來了極大的方便，而且大大地擴展了鐘表原先的報時功能。諸如定時自動報警、按時自動打鈴、時間程序自動控制、定時廣播、自動起閉路燈、定時開關烘箱、通斷動力設備、甚至各種定時電氣的自動啟用等，所有這些，都是以鐘表數(shù)字化為基礎的。因此，研究數(shù)字鐘及擴大其應用，有著非?，F(xiàn)實的意義。</p><p>　　本文設

4、計中采用了組合邏輯電路和時序電路的設計，芯片采用了2-5-10異步計數(shù)器74LS390，74LS00與非門、555時鐘芯片等，實現(xiàn)時間的計時。</p><p>　　基本功能：能顯示時、分、秒的數(shù)字鐘。</p><p>　　擴展功能：實現(xiàn)校時、校分、校秒；整點報時。</p><p>　　關鍵詞：數(shù)字鐘、自動校時、整點報時</p><p><

5、;b>　　目錄</b></p><p>　　1數(shù)字電子鐘的基本工作原理……………………………………………..2</p><p>　　2主體電路的設計…………………………………………………………..3</p><p>　　2.1、振蕩電路的設計…………………………………………………..3</p><p>　　2.2、分頻電路的

6、設計……………………………………………….….5</p><p>　　2.3、計數(shù)電路的設計…………………………………………………..7</p><p>　　2.4、校時電路的設計…………………………………………........…..9</p><p>　　2.5、整點報時電路的設計………………………………………..……9</p><p>　

7、　3調(diào)試過程……………………………………………………………..…....11</p><p>　　3.1、振蕩電路………………………………………………………….11</p><p>　　3.2、分頻電路……………………………………………………....….11</p><p>　　3.3、計數(shù)電路……………………………………………………...…..11</p&g

8、t;<p>　　3.4校時電路………………………………………………………..…..12</p><p>　　3.5、整點報時電路……………………………………………...……..13</p><p>　　4心得體會……………………………………………………….……...…..15</p><p>　　參考文獻…………………………………………………………..

9、.………..16</p><p>　　附錄A：整體仿真電路</p><p><b>　　附錄B：元器件清單</b></p><p>　　1 數(shù)字電子鐘的基本工作原理</p><p>　　數(shù)字電子鐘的原理方框圖如下圖所示：</p><p>　　圖1.1.1 數(shù)字電子鐘的原理</p>&

10、lt;p>　　電路系統(tǒng)由秒信號發(fā)生器、“時、分、秒”計數(shù)器、譯碼器及顯示器、校時電路、整點報時電路組成。秒信號產(chǎn)生器是整個系統(tǒng)的時基信號，它直接決定計時系統(tǒng)的精度，一般用石英晶體振蕩器加分頻器來實現(xiàn)，本文采用555定時器產(chǎn)生相應脈沖，將標準秒信號送入“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，每累計60分鐘，發(fā)出一個“時脈沖

11、”信號，該信號將被送到“時計數(shù)器”?！皶r計數(shù)器”采用24進制計時器，可實現(xiàn)對一天24小時的累計。譯碼顯示電路將“時”、“分”、“秒”計數(shù)器的輸出送到七段顯示譯碼驅(qū)動器譯碼驅(qū)動，通過六個七段LED顯示器顯示出來。整點報時電路根據(jù)計時系統(tǒng)的輸出狀態(tài)產(chǎn)生一脈沖信號，然后加上一個高頻或和低頻信號送到放大電路驅(qū)動揚聲器發(fā)聲實現(xiàn)報時。校時電路是直接加一個脈沖信號到時計數(shù)器或者分計數(shù)器來對“時”、“分”顯示數(shù)字進行校對調(diào)整。</p>&

12、lt;p><b>　　2 主體電路的設計</b></p><p>　　主體電路部分的電路主要由振蕩電路、計數(shù)電路、顯示電路以及校時電路四大部分組成。下面將對各部分電路進行設計。</p><p>　　2.1 振蕩電路的設計</p><p>　　在實驗電路設計中，改由555構(gòu)成的多諧振蕩器來產(chǎn)生１ＫＨＺ的脈沖信號，再經(jīng)３級１０分頻電路輸出１Ｈ

13、Ｚ的基準信號。</p><p>　　555構(gòu)成的振蕩電路如下圖：</p><p>　　圖2.1.1 555振蕩電路</p><p>　　555組成多諧振蕩器的工作原理如下：</p><p>　　接通電源Vcc后，Vcc經(jīng)電阻R1和R2對電容C充電，其電壓UC由0按指數(shù)規(guī)律上升。當UC≥2/3VCC時，電壓比較器C1和C2的輸出分別為UC1=

14、0、UC2=1，基本RS觸發(fā)器被置0，Q=0、Q’=1,輸出u0躍到低點平Uol。與此同時，放電管V導通，電容C經(jīng)電阻R2和放電管V放電，電路進入暫穩(wěn)態(tài)。隨著電容C放電，uc下降到uc≤1/3Vcc時，則電壓比較器C1和C2的輸出為uc1=1、uc2=0，基本RS 觸 發(fā)器被置1，Q=1，Q’=0，輸出u0 由低點平Uol躍到高電平Uoh。同時，因Q’=0，放電管V截止，電源Vcc又經(jīng)過電阻R1和R2對電容C充電。電路又返回前一個暫穩(wěn)態(tài)

15、。因此，電容C上的電壓uc將在2/3Vcc和1/3Vcc之間來回充電和放電，從而使電路產(chǎn)生了振蕩，輸出矩形脈沖。由下圖可得多諧震蕩周T為： T=tw1+tw2。tw1為電容C上的電壓由1/3Vcc充到2/3Vcc所需的時間，充電回路的時間常數(shù)為R2C。tw2可用下式估算tw1=（R1+R2）Cln≈0.7（R1+R2）C</p><p>　　tw2為電容C上的電壓由2/3Vcc下降到1/3Vcc所需的時間，放電回

16、路的時間常數(shù)為R2C。tw2可用下式估算 </p><p>　　tw2=R2Cln≈0.7R2C</p><p>　　所以，多諧振蕩器的振蕩頻率周期T為</p><p>　　T =tw1+tw2≈0.7（R1+R2）C </p><p><b>　　振蕩頻率為</b></p><p>　　f =1

17、/T=1/0.7（R1+2R2）C </p><p>　　555集成定時器功能表</p><p><b>　　55原理圖如下：</b></p><p>　　圖2.1.2 555原理圖</p><p>　　2.2 分頻電路的設計</p><p>　　分頻器的作用是將由555定時器體產(chǎn)生的高頻信號分

18、頻成基時鐘脈沖信號和擴展部分所需的頻率。在此電路中，分頻器的功能主要有兩個：一是產(chǎn)生標準脈沖信號；二是功能擴展電路所需的信號。在此電路中作為分頻器的元件是:74LS390。</p><p>　　電路經(jīng)過十分頻后將555定時器差生的1KHZ的振蕩脈沖變?yōu)?Hz的脈沖信號，該信號作為計數(shù)器的計數(shù)脈沖使用。</p><p>　　74LS390各個引腳及工作原理：</p><p

19、>　　圖2.2.1 74LS390引腳圖</p><p>　　圖2.2.2 74LS390原理圖</p><p>　　分頻電路原理圖如下：</p><p>　　圖2.2.3 分頻電路原理圖</p><p>　　2.3 計數(shù)電路的設計</p><p>　　計數(shù)器是一種計算輸入脈沖的時序邏輯網(wǎng)絡，被計數(shù)的輸入信號就是

20、時序網(wǎng)絡的時鐘脈沖，它不僅可以計數(shù)而且還可以用來完成其他特定的邏輯功能，如測量、定時控制、數(shù)字運算等等。</p><p>　　數(shù)字鐘的計數(shù)電路是用兩個六十進制計數(shù)電路和二十四進制計數(shù)電路實現(xiàn)的。數(shù)字鐘的計數(shù)電路的設計可以用反饋清零法。當計數(shù)器正常計數(shù)時，反饋門不起作用，只有當進位脈沖到來時，反饋信號將計數(shù)電路清零，實現(xiàn)相應模的循環(huán)計數(shù)。以六十進制為例，當計數(shù)器從00，01，02，……，59計數(shù)時，反饋門不起作用，

21、只有當?shù)?0個秒脈沖到來時，反饋信號隨即將計數(shù)電路清零，實現(xiàn)模為60的循環(huán)計數(shù)。</p><p>　　時計數(shù)器采用74LS90構(gòu)成２４進制計數(shù)器，其信號來自分計數(shù)器的進位輸出，因為到２3的下一個狀態(tài)要自動清零，將時的個位和十位的清零端相連，再與24的BCD碼相連轉(zhuǎn)換為相應的二進制，從而實現(xiàn)00－23的循環(huán)。兩片74LS90的輸出端QA－QD分別驅(qū)動７段LED顯示器顯示計數(shù)狀態(tài)。</p><p&

22、gt;　　分計數(shù)器和秒計數(shù)器也都采用74LS90構(gòu)成60進制計數(shù)器，可以將十位的QB和QC輸出狀態(tài)送清零端，同事送到一與門，與門的信號作為十位進位信號送往下一個計數(shù)，這樣當計數(shù)器計數(shù)到59的時候，下一個狀態(tài)的到來將使其清零，從而實現(xiàn)計數(shù)器的復位。</p><p>　　74LS90引腳及原理如下：</p><p>　　圖2.3.1 74LS90引腳及原理圖</p><p

23、><b>　　時的電路原理圖：</b></p><p>　　圖2.3.2 時的電路圖</p><p>　　分、秒的電路原理圖如下:</p><p>　　圖2.3.3 分、秒電路圖</p><p>　　2.4 校時電路的設計</p><p>　　當數(shù)字鐘接通電源或者出現(xiàn)誤差時，校正時間。校時是

24、數(shù)字鐘應具有的基本功能。一般電子表都具有時、分、秒等校時功能。為了使電路簡單，在此設計中只進行分和小時的校時。校時是通過開關控制使計數(shù)器對1Hz校時脈沖計數(shù)。</p><p><b>　　原理圖如下：</b></p><p>　　圖2.4.1 校時電路圖</p><p>　　2.5 整點報時電路的設計</p><p>　

25、　整點報時電路要在每個整點發(fā)出音響。因此，需要對每個整點進行時間譯碼，以其輸出控制音響電路，本設計是每一整點發(fā)出5低音1高音報時，一次是對59分50秒——59分59秒進行時間譯碼。59分50秒時，秒個位為0，2,4,6,8時U37A下邊的輸入為1，蜂鳴器發(fā)出5次低音，當為59秒時，通過D觸發(fā)器的D端，其CP端加秒脈沖，則數(shù)字鐘再計一秒達到整點時，蜂鳴器發(fā)出高音。其邏輯電路圖如下：</p><p>　　圖2.5.1

26、 整點報時電路</p><p><b>　　3 調(diào)試過程</b></p><p><b>　　3.1 振蕩電路</b></p><p>　　按電路圖連接好后，用示波器檢測輸出的波形，通過調(diào)動滑動變阻器，是輸出產(chǎn)生要求的波形</p><p><b>　　3.2 分頻電路</b>&

27、lt;/p><p>　　用示波器分別測試每次分頻后的的波形，觀察是否為預想的波形，再通過四綜示波器觀察波形</p><p>　　各個分頻產(chǎn)生的波形如下：</p><p>　　圖3.2.1 分頻后產(chǎn)生的波形圖</p><p><b>　　3.3 計數(shù)電路</b></p><p>　　由于仿真的局限性，如

28、果采用1HZ的秒脈沖，出來的效果將需要大量的時間，所以最后改用信號發(fā)生器給定400HZ的信號作為秒脈沖。秒、分計數(shù)器的個位能準確以十進制形式計數(shù)；十位也能準確以六進制的形式計數(shù)。當個位計數(shù)到9后自動向十位計數(shù)。</p><p><b>　　3.4 校時電路</b></p><p>　　當開關斷開時，分計數(shù)電路，小時計數(shù)電路正常計數(shù)，當開關閉合時，校時電路進行校時。只是

29、有時松開按鍵時，較時數(shù)會有點誤變化，經(jīng)過仔細分析，是由于在松按鍵時產(chǎn)生了抖動。當按下調(diào)時開關JB2時，時會自動增加，如下圖：</p><p><b>　　圖3.4.1</b></p><p><b>　　圖3.4.2</b></p><p>　　3.5 整點報時電路</p><p>　　該電路用50

30、0HZ的作為低音，1KHZ的作為高音，每一整點發(fā)出5低音1高音報時。整點報時電路要求在每個整點發(fā)出音響。因此，需要對每個整點進行時間譯碼，以其輸出控制音響電路。每一整點發(fā)出5低音1高音報時，分別對59分50秒——59分59秒進行是時間譯碼，同時輸入不同頻率的方波，如下圖：</p><p>　　圖3.5.1 整點報時仿真</p><p><b>　　四、心得體會</b>

31、</p><p>　　這次課程設計是使用仿真軟件進行的，剛開始老師給了課題，感覺一頭霧水不知所措，老師把以前同學們遇到的困難跟我們大體講述了一下，通過自己不斷查資料，終于形成了一個框架，再經(jīng)過多次的試驗，終于設計出了一個比較完善的電路。</p><p>　　在這次課程設計中，我學到了許多東西。第一次感覺到平時所學的東西真正起到作用了，從理論到實踐是一次飛躍，從而擁有更豐富的經(jīng)驗，為以后的實

32、踐操作打下了基礎。</p><p>　　最后感謝老師對我們的精心輔導。</p><p><b>　　參考文獻：</b></p><p>　　[1]閻石.數(shù)字電子技術(shù).高級教育出版社.1993</p><p>　　[2]金維香，謝玉梅.電子測試技術(shù).湖南大學出版社.2008</p><p>　　[3