電子線路課程設計—電子數字時鐘

1、電子線路課程設計 數 字 時 鐘 設計題目： 數 字 時 鐘 班 級： 12級電信3班 姓 名： 呂小紅（080212097） 何 樂（080212098） 張汪池（080212106） 指導教師： 王鵬 設計時間： 2014年11月11日 摘要隨著科學技術的不斷發(fā)展, 人們對時間計量的精度要求越來越高。數字電子鐘具有走時準確，一鐘多用等特點，在生活中已經得到廣泛的應用。并且現在市場上已有現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。時間對人們來說總是那么寶貴。電子鐘已成為人們日常生活中必不可少的必需品，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

2、人們的生活、學習、工作、娛樂帶來極大的方便。由于數字集成電路技術的發(fā)展和采用了NE555震蕩技術，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域。關鍵詞：震蕩器 NE555；計數器 74LS160；譯碼器 CD4511；7段共陰數碼管 5161AS；目錄1. 概述12. 課程設計任務及要求12.1 設計任務12.2 設計要求13. 理論設計23.1方案論證23.2 系統結構框圖說明33.3 單元電路設計33.3.1振蕩器33.3.1分頻器43.3.3計數器43.3.4顯示53.3.3時間校正電路63.4系統工作原理圖74. 安裝調試85結論96參考文獻9附錄一

3、：protues仿真圖10附錄二：元件清單11一、 概述隨著科學技術的不斷發(fā)展, 人們對時間計量的精度要求越來越高。數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。二、 課程設計任務及要求2.1任務設計一個數字電子鐘。2.2要求數字鐘設計 要求：1、按24小時直接顯示“時”、“分”、“秒”；2、當電路發(fā)生走時誤差時具有校時功能3、用中、小規(guī)模集成電路設計擴展：1、可以進行整點報時2、其他三、理論設計3.1方案論證 方案一：首先構成一個NE555定時器

4、和分頻器產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”計數器、六十進制“分”計數器、24進制“時”計數器。清零法適用于有異步置零輸入端的集成計數器。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”狀態(tài)。清零信號消失后，計數器又可以從“000000”狀態(tài)開始重新計數。使用NE555定時器的輸出作為“秒”計數器的CP脈沖，把秒計數器的進位輸出作為“分”計數器地CP脈沖，分計數器的進位輸出作為“時”計數器的CP脈沖。使用CD4511為驅動器，共陰極七段數碼管作為顯示器。方案二：首先構成一個NE555定

5、時器和分頻器產生震蕩周期為一秒的標準“秒”脈沖信號，由74LS160采用置數法分別組成六十進制的“秒”計數器、六十進制“分”計數器，24進制“時”計數器。置數法適用于具有預置數功能的集成計數器。對于就有預置數功能的計數器而言，在其計數過程中可以將它輸出的任意一個狀態(tài)通過譯碼，產生一個預置數控制信號反饋至預置數控制端，在下一個CP脈沖作用后，計數器會把預置數輸入端A、B、C、D的狀態(tài)置入輸出端。預置數控制信號消失后，計數器就從被置入的狀態(tài)開始重新計數。使用NE555定時器的輸出作為“秒”計數器的CP脈沖，把“秒”計數器的進位輸出作為“分”計數器的CP脈沖，“分”計數器的進位輸出作為“時”計數器的

6、CP脈沖。使用74LS160為驅動器，共陰極七段數碼管作為顯示器。方案一和方案二的設計都很正確，但是方案二在60進制計數器上采用的是置數法，比方案一效果要好。因為清零法在計數進位上不穩(wěn)定，需要加一個觸發(fā)器，效果才比較好，但是本著設計簡潔，效果穩(wěn)定的前提下采用方案二。3.2系統結構框圖數字鐘實際上是一個對標準頻率進行計數的計數電路，標準的1HZ時間信號必須做到準確穩(wěn)定。本數字鐘電路主要由震蕩器、分頻器、時分秒計數器、譯碼顯示器構成。它們的工作原理是：由震蕩器產生的高頻脈沖信號作為數字鐘的時間基準，送入秒計數器，秒計數器采用60進制計數器，每累計60秒發(fā)出一個“分脈沖”信號，該信號作為分計數器的脈

7、沖信號，分計數器也采用60進制計數器，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器，時計數器采用12進制計數器。譯碼顯示電路將時、分、秒計數器的輸出狀態(tài)送到七段譯碼顯示器，通過六位LED七段顯示器顯示出來。構成方框圖（圖1）如下：小時數碼管顯示小時數碼管顯示小時數碼管顯示24進制時計數器60進制分計數器60進制秒計數器分頻器控制開關NE555振蕩器圖1 結構框圖3.3 單元電路設計3.3.1震蕩器震蕩器電路是數字鐘的核心，主要用來產生時間標準信號。數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定時器構成的100H

8、z多諧震蕩器作為時間標準信號源。如圖2所示：圖2 555振蕩電路3.3.2 分頻器由于振蕩器產生的頻率很高，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，產生100Hz的脈沖信號。故采用2片集成電路計數器74LS160來實現，得到需要的秒脈沖信號。如圖3所示：  圖3 分頻器電路3.3.3時、分、秒計數器的設計分和秒計數器都是60進制計數器，其記數規(guī)律為0001585900可選用74LS160作為計數器級聯組成，并加入與非門構成60進制。其電路圖如圖4所示：圖4 60進制計數器電路由圖可知CR接高電平，秒信號脈沖從CP端輸入進行十進制記數，滿十通

9、過CO輸出進位信號，此信號用于控制秒十位計數器的記數。秒十位計數器為六進制計數器。Q1、Q2的輸出端通過與非門輸出構成清零復位信號給CR清零端，從而構成六進制計數器。同時這個信號還要作為秒計數器的進位脈沖送到分計數器。秒十位計數器的CP脈沖的輸入要通過一個與非門受到秒個位計數器的進位信號CO的控制。只有當CO=1之后再次變?yōu)?時，秒計數脈沖才可能通過與非門進入秒十位計數器的CP中。分計數器的組成電路與秒計數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。時計數器也是由兩個74LS160串聯組合而成。其電路圖如圖5所示：圖524 進制計數電路本電路采用時24進制顯

10、示方式。時個位計數器開始作為十位計數器產生09的計時個位，當下一時間10點到時向上輸出進位信號CO=1后再次變?yōu)?時，十位計數器加1，等計時到23點后再來時計數脈沖（即分記述滿60）時計數器要清零復位。所以十位計數器的Q1和時個位計數器的Q2通過與非門產生清零復位信號，使時計數器具備0023循環(huán)計數的功能。然后將六個計數器的計數結果通過計數器的Q0、Q1、Q2、Q3輸出端送到七段顯示譯碼芯片CD4511驅動電路中。3.3.4 譯碼顯示電路譯碼是將時、分、秒計數器輸出的四位二進制BCD碼翻譯為相應的十進制數, 并通過7段數碼管顯示。我們選用的7段譯碼驅動器(CD4511) 和7段數碼管是共陰接法

11、。它們分別對時、分、秒計數器的輸出進行譯碼，通過7個限流電阻（本圖中未畫出來，實際為390貼片電阻）與7段數碼管連接。調節(jié)限流電阻的值可以改變7段數碼管。如圖6所示：圖6 數碼管顯示電路3.3.5 時間校正電路其電路圖如圖7所示： 圖7時、分、秒校時電路當開關S1接地時，相當于輸入0，與非門被關閉，秒脈沖信號無法輸入，數字電子鐘正常工作。當開關S1接+5V時相當于輸入1，與非門被打開,秒脈沖信號直接輸入到時/分計數器中。時/分計數器按秒進行計數；當時/分計數器調整到正確的時間時，馬上將開關S1切換到接地，數字電子鐘進入正常工作狀態(tài)。從而時計數器的調整。3.4 系統工作原理圖由數字鐘系統組成框圖

12、按照信號的流向分級安裝，逐級級聯。這里的每一級是指組成數字鐘的各功能電路。畫出滿足設計要求的總體邏輯電路圖，如圖8所示 ： 圖8 設計總電路圖從輸出引腳輸出f=1Hz的秒方波信號，它既是秒計數器的計數脈沖，同時又作為時、分校正電路的校正信號秒脈沖信號經與門送入秒計數器的個位進行計數，秒計數器個位從0開始計數，到9后CO輸出進位信號，秒十位計數器加1，如此循環(huán)下去，當秒十位計數到6時（即Q1=Q2=1），向分計數器送出進位信號，從而完成秒六十進制計數；分六十進制計數器工作原理與秒計數器完全相同；時計數器的個位在分計數器輸入的進位信號作用下進行09的計數，到9后再接受到分進位信號，時個位的CO輸出

13、1，通過與門輸出計數脈沖使時十位的計數器加1，當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，經與非門輸出為0，使時十位和個位清零復位，顯示為00點。各計數器的輸出端輸出的BCD碼，分別送入相應的CD4511譯碼驅動集成電路，輸出到7段共陰極數碼管進行時間的顯示。四、安裝調試焊接電路之后，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，直到得到滿意的結果。我們共經過兩周的調試，圓滿完成了這次課程設計。調試的結果是：當開關斷開時，分計數電路，小時計數電路

14、正常計數，當開關閉合時，校時電路進行校時。只是有時松開按鍵時，較時數會有點誤變化，經過仔細分析，確定是由于在松按鍵時產生了抖動，如果接上R-S觸發(fā)器就能夠消抖。五、結論 我們學習了數字電子電路，對電子技術有了一些初步了解，但那都是一些理論的東西。通過這次數字電子鐘的課程設計，我們才把學到的知識與實踐相結合。從而對我們學的知識有了更進一步的理解，使我們進一步加深了對所學知識的記憶。在此次的數字鐘設計過程中，我更進一步地熟悉了芯片的結構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資料來解決問題的習慣。同時對普通計數器如何構成n進制計數器有了更深

15、的了解和掌握，對自我的實際操作能力也有了很高的提升。當然，在整個課程設計中，我們也遇到了許多的難題。過程是艱辛的，但結果是令人興奮的，看著自己設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。雖然實驗已經告一段落，但是我們學習的道路還很長。此次實驗讓我明白不論是在做實驗還是在今后的學習中，都應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。同時通過課程設計，我們更加明白了一個真理，“實踐是檢驗真理的唯一標準”。課程設計達到了專業(yè)學習的預期目的。在這次設計過程中，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手。課程設計之后，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，并能結合實際存在的問題在專業(yè)領域內進行更深入的學習。六、參考文獻1閻石.數字電子技術 M.第五版.北京:高教出版社,2006年. 2黃志偉.全國大學生電子設計競賽訓練教程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. 4李景華.可編程邏輯器件及E