電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)

1、電子技術(shù)課程設(shè)計(jì) 數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目：數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)院 系：自動(dòng)化工程系專 業(yè)：建筑電氣與智能化班 級(jí)：學(xué) 號(hào)：姓 名：指導(dǎo)老師：完成時(shí)間：2015年1月19日成績(jī)目錄目錄1摘要3Abstract4第一章 緒論51.1數(shù)字時(shí)鐘的發(fā)展歷史51.2可實(shí)現(xiàn)方案61.3本實(shí)驗(yàn)采用的方案7 第二章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)82.1 系統(tǒng)硬件的組成82.2 脈沖單元82.3 74LS90N的介紹82.4 顯示器102.5 實(shí)驗(yàn)室電路接線圖11第三章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)123.1 Multisim軟件的介紹123.2軟件設(shè)計(jì)13第四章 系統(tǒng)調(diào)試與仿真144.1時(shí)位計(jì)時(shí)電路144.2 秒位計(jì)時(shí)電路（與分

2、位計(jì)時(shí)電路相同）154.3總計(jì)時(shí)電路17總結(jié)18參考文獻(xiàn)19摘要數(shù)字時(shí)鐘是用數(shù)字集成電路構(gòu)成，用數(shù)碼顯示的一種現(xiàn)代化計(jì)數(shù)器，由振蕩器、分頻器、校時(shí)電路、計(jì)數(shù)器、譯碼器、和顯示器六個(gè)部分組成。振蕩器和分頻器組成標(biāo)準(zhǔn)秒信號(hào)發(fā)生器，不同進(jìn)制的計(jì)數(shù)器、譯碼器、和顯示器組成計(jì)時(shí)系統(tǒng)，通過校時(shí)電路實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)、分的校準(zhǔn)。由于采用純數(shù)字硬件設(shè)計(jì)與制作，與傳統(tǒng)機(jī)械表相比，具有走時(shí)準(zhǔn)確、顯示直觀、無機(jī)械傳動(dòng)裝置等特點(diǎn)。由石英晶體振蕩器產(chǎn)生的信號(hào)經(jīng)過分頻器作為秒脈沖，秒脈沖送入計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)結(jié)果通過“時(shí)”、“分”、“秒”譯碼器顯示時(shí)間。其中，晶體振蕩器和分頻器組成標(biāo)準(zhǔn)秒信號(hào)發(fā)生器，由不同進(jìn)制的計(jì)數(shù)器、譯碼器和顯示器

3、組成計(jì)時(shí)系統(tǒng)。秒信號(hào)送入計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，把累計(jì)的結(jié)果以“時(shí)”、“分”、“秒”的數(shù)字顯示出來?！皶r(shí)”顯示由二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器、譯碼器、顯示器構(gòu)成，“分”、“秒”顯示分別由六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器、譯碼器、顯示器構(gòu)成。關(guān)鍵字：數(shù)字時(shí)鐘 計(jì)數(shù)器 譯碼器Abstract Digital clock is composed with digital integrated circuit, with digital display counter, a modernization by the oscillator, frequency divider, school circuit, counter, decode

4、r, and the display of six parts. Oscillator and a frequency divider standard signal generator, a different hexadecimal counter, decoder, and display of timing system, through the school circuit implementation, points of calibration for fashion. Due to a pure digital hardware design and production, c

5、ompared with the traditional mechanical watch, walking with accurate and direct display, no mechanical transmission device, etc. Produced by quartz crystal oscillator signal after frequency divider as a second pulse, pulse into counter count, counting result through the "when", "point

6、s" and "second" decoder show time. Among them, the crystal oscillator and a frequency divider standard signal generator, by different base of counter, decoder and display timing system. Second signal is sent to the counter to count, the cumulative to the result of the "when"

7、, "points", "seconds" digital display. "When" show by 24 a binary counter, decoder, a display, "points", "seconds" display respectively by six decimal counter, decoder and display. 。Key words: Digital clock Counter Decoder 第一章 緒論1.1數(shù)字時(shí)鐘的發(fā)展歷史有關(guān)鐘表的發(fā)展歷史

8、，大致可以分為三個(gè)演變階段，那就是：一、從大型鐘向小型鐘演變。二、從小型鐘向袋表過渡。三、從袋表向腕表發(fā)展。每一階段的發(fā)展都是和當(dāng)時(shí)的技術(shù)發(fā)明分不開的。公元1088年，當(dāng)時(shí)我國(guó)宋朝的科學(xué)家蘇頌和韓工廉等制造了水運(yùn)儀象臺(tái)，它是把渾儀、渾象和機(jī)械計(jì)時(shí)器組合起來的裝置。它以水力作為動(dòng)力來源，具有科學(xué)的擒縱機(jī)構(gòu)，高約12米，七米見方，分三層：上層放渾儀，進(jìn)行天文觀測(cè)；中層放渾象，可以模擬天體作同步演示；下層是該儀器的心臟，計(jì)時(shí)、報(bào)時(shí)、動(dòng)力源的形成與輸出都在這一層中。雖然幾十年后毀于戰(zhàn)亂，但它在世界鐘表史上具有極其重要的意義。由此，我國(guó)著名的鐘表大師、古鐘表收藏家矯大羽提出了“中國(guó)人開創(chuàng)鐘表史”的觀點(diǎn)。

9、 第一只石英鐘出現(xiàn)在二十世紀(jì)二十年代，從三十年代開始得到了推廣，從六十年代開始，由于應(yīng)用半導(dǎo)體技術(shù)，成功地解決了制造日用石英鐘問題，石英電子技術(shù)在計(jì)時(shí)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。并取代機(jī)械鐘做了更精確的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)。早在1880年，法國(guó)人皮埃爾居里和保羅雅克居里就發(fā)現(xiàn)了石英晶體有壓電的特性，這是制造鐘表“心臟”的良好材料?？茖W(xué)家以石英晶體制成的振蕩計(jì)時(shí)器和電子鐘組合制成了石英鐘。經(jīng)過測(cè)試，一只高精度的石英鐘表，每年的誤差僅為3-5秒。1942年，著名的英國(guó)格林尼治天文臺(tái)也開始采用了石英鐘作為計(jì)時(shí)工具。在許多場(chǎng)合，它還經(jīng)常被列為頻率的基本標(biāo)準(zhǔn)，用于日常測(cè)量與檢測(cè)。大約在 1970 年前后，石英鐘表開始進(jìn)入

10、市場(chǎng)，風(fēng)靡全球。隨著科學(xué)的進(jìn)步，精密的電子元件不斷涌現(xiàn)，石英鐘表也開始變得小巧精致，它既是實(shí)用品，也是裝飾品。它為人們的生活提供方便，更為人們的生活增添了新的色彩。 在現(xiàn)行情況下根據(jù)簡(jiǎn)單實(shí)用強(qiáng)的、走時(shí)準(zhǔn)確進(jìn)行設(shè)計(jì)。而實(shí)驗(yàn)證明，鐘表的振蕩部分采用石英晶體作為時(shí)基信號(hào)源時(shí)，走時(shí)更精確、調(diào)整更方便。鐘是一種計(jì)時(shí)的器具，它的出現(xiàn)開拓了時(shí)間計(jì)量的新里程。提起時(shí)鐘大家都很熟悉，它是給我們指明時(shí)間的一種計(jì)時(shí)器，并且我們每天都要用到它。二十世紀(jì)八十年代中國(guó)的鐘表業(yè)經(jīng)歷了一場(chǎng)翻天覆地的大轉(zhuǎn)折。其表現(xiàn)在三個(gè)方面：（1）從生產(chǎn)機(jī)械表轉(zhuǎn)為石英電子表； （2）曾占據(jù)中國(guó)消費(fèi)市場(chǎng)四十多年的大型國(guó)有企業(yè)突然被剛剛冒起的“組

11、業(yè)”所取代，鐘表生產(chǎn)中心轉(zhuǎn)向中國(guó)南方沿海一帶；（3）中國(guó)鐘表業(yè)發(fā)展從以機(jī)芯為龍頭改為以手表外觀件為龍頭。這場(chǎng)轉(zhuǎn)折以迅雷不及掩耳的速度，沖擊著傳統(tǒng)的中國(guó)鐘表工業(yè)。中國(guó)的鐘表業(yè)從技術(shù)簡(jiǎn)單、零件少的石英鐘機(jī)芯制造入手。最初石英鐘機(jī)芯全靠從日本、德國(guó)進(jìn)口，1989年開始完全自己生產(chǎn)，包括模具的制造加工。近十余年，逐漸提高機(jī)芯質(zhì)量的穩(wěn)定性，同時(shí)轉(zhuǎn)向?qū)κ直頇C(jī)芯研制與開發(fā)。目前石英鐘表機(jī)芯生產(chǎn)主要在福建省福州、廣東東莞、番禺；機(jī)械鐘表機(jī)芯在上海、山東等地?，F(xiàn)在我國(guó)的電子業(yè)發(fā)展快速，電子業(yè)的發(fā)展有利于鐘表業(yè)的發(fā)展。在中國(guó)鐘表發(fā)展史上，國(guó)產(chǎn)機(jī)芯研制的失敗已經(jīng)成為過去，“組裝業(yè)”作為新興鐘表工業(yè)的起步階段也已成為

12、過去。一支新的充滿智慧的鐘表精英在成長(zhǎng)。我們相信在科技高速發(fā)展的今天，鐘表運(yùn)用當(dāng)今材料工業(yè)、電子工業(yè)和其他領(lǐng)域的最新技術(shù)，一定會(huì)生產(chǎn)出代表中國(guó)科學(xué)水平的產(chǎn)品。我們希望鐘表業(yè)的精英們?cè)谔岣咧圃旒夹g(shù)水平中不斷創(chuàng)新，培育出擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的品牌。這正是中國(guó)鐘表業(yè)發(fā)展的希望。數(shù)字鐘被廣泛用于個(gè)人家庭,車站, 碼頭、辦公室等公共場(chǎng)所,成為人們?nèi)粘Ｉ钪械谋匦杵贰Ｓ捎跀?shù)字集成電路的發(fā)展和石英晶體振蕩器的廣泛應(yīng)用,使得數(shù)字鐘的精度,運(yùn)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?cái)U(kuò)展了鐘表原先的報(bào)時(shí)功能。諸如定時(shí)自動(dòng)報(bào)警、按時(shí)自動(dòng)打鈴、時(shí)間程序自動(dòng)控制、定時(shí)廣播、自動(dòng)起閉路燈、定時(shí)

13、開關(guān)烘箱、通斷動(dòng)力設(shè)備、甚至各種定時(shí)電氣的自動(dòng)啟用等，所有這些，都是以鐘表數(shù)字化為基礎(chǔ)的。因此，研究數(shù)字鐘及其應(yīng)用，有著非?，F(xiàn)實(shí)的意義。 1.2可實(shí)現(xiàn)方案方案一：選用74LS90集成塊來實(shí)現(xiàn)六十進(jìn)制和二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器，實(shí)現(xiàn)的方法采用反饋清零法。方案二：六個(gè)74LS247集成電路構(gòu)成數(shù)字鐘的七段數(shù)碼顯示譯碼器。74LS247七段顯示譯碼器輸出高電平有效，將8421BCD碼譯成七段（a、b、c、d、e、f、g）輸出，用以直接驅(qū)動(dòng)LED七段數(shù)碼顯示對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)。譯碼驅(qū)動(dòng)電路將計(jì)數(shù)器輸出的BCD碼轉(zhuǎn)換成數(shù)碼管需要的邏輯狀態(tài)，并且為保證數(shù)碼管正常工作提供足夠的工作電流。方案三：采用74160設(shè)計(jì)數(shù)字鐘

14、電路，通過七段數(shù)碼管顯示出來。1.3本實(shí)驗(yàn)采用的方案根據(jù)圖1.1可清楚知道，顯示“時(shí)”、“分”、“秒”需要六片計(jì)數(shù)器?！皶r(shí)”計(jì)時(shí)為二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器，“分”、“秒”都為六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器和二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器都選用74LS90N集成塊來實(shí)現(xiàn)。圖1.1數(shù)字電子鐘的邏輯框圖 第二章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)2.1 系統(tǒng)硬件的組成數(shù)字式計(jì)數(shù)器一般都由振蕩器、分頻器、計(jì)數(shù)器、譯碼器及顯示器等幾部分組成。其中振蕩器和分頻器組成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器，接成各種不同進(jìn)制的計(jì)數(shù)器、譯碼器和顯示器組成計(jì)時(shí)系統(tǒng)。秒信號(hào)送入計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，并把累計(jì)結(jié)果的“時(shí)”、“分”、“秒”的數(shù)字顯示出來。在“時(shí)”、“分”、“秒”的電路中都有計(jì)

15、數(shù)器，可見計(jì)數(shù)器在數(shù)字鐘里起著十分重要的作用。作為計(jì)數(shù)器，“秒”、“分”的六十進(jìn)制計(jì)時(shí)器可由一個(gè)十進(jìn)制半加器和易個(gè)接成六進(jìn)制形式的任意進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器串聯(lián)來實(shí)現(xiàn)。而時(shí)位的二十四時(shí)制計(jì)數(shù)電路也由兩個(gè)計(jì)數(shù)器串接而成，在時(shí)十位0和1期間，要求時(shí)的個(gè)位按十進(jìn)制方式工作，而在時(shí)的十位為2期間，則要求時(shí)的各位按四進(jìn)制方式工作。實(shí)現(xiàn)的方案是很多的。2.2 脈沖單元此設(shè)計(jì)所用的時(shí)數(shù)字脈沖信號(hào)，其輸出電壓為5V，頻率為100HZ，其圖見2.1圖2.1 數(shù)字脈沖信號(hào)2.3 74LS90N的介紹本實(shí)驗(yàn)采用二-五-十中規(guī)模集成計(jì)數(shù)器74LS90N，其內(nèi)部邏輯電路引腳排列如圖2.2和2.3。由74LS90N的邏輯可知，它

16、實(shí)際上是由兩個(gè)計(jì)數(shù)器構(gòu)成，通常不同的連接方式，可以實(shí)現(xiàn)四種計(jì)數(shù)功能，當(dāng)計(jì)數(shù)脈沖從CPA輸入，從QA輸出時(shí)為二進(jìn)制計(jì)數(shù)器（一位）：當(dāng)計(jì)數(shù)脈沖從CPB輸入，從QDQCQB輸出時(shí)，為五進(jìn)制計(jì)數(shù)器：當(dāng)QA和CPB在外部相連接，計(jì)數(shù)脈沖從CPA輸入，從QDQCQBQA輸出時(shí)，為8-4-2-1碼十進(jìn)制計(jì)數(shù)器；若把QD與CPA在外部相連接，計(jì)數(shù)脈沖從CPB輸出，從QAQBQCQD輸出時(shí)，則為5-4-2-1碼十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。此外，它還具有置0和置9的功能：R0（1），R0（2）為置零端，S9(1)，S9(2)為置9端，他們分別通過與非門控制各觸發(fā)器的預(yù)制端，以實(shí)現(xiàn)置0和置9的功能。圖2.2 74LS90內(nèi)部元件

17、圖圖2.3 74LS90引腳圖輸入輸出CPACPBR0（1）R0（2）S9(1)S9(2)QDQCQBQAØØ110Ø0000ØØ11Ø00000ØØØØ1110010Ø0Ø0QA輸出(二進(jìn)制)接QA0Ø0ØQD QC QB QA輸出（8421碼）00ØØ0QD QC QB輸出(五進(jìn)制)接QDØ00ØQA QD QC QB輸出（5421碼）表2.4 74LS90邏輯功能表2.4 顯示器 發(fā)光二極管簡(jiǎn)稱為L(zhǎng)ED。當(dāng)電子

18、與空穴復(fù)合時(shí)能輻射出可見光，因而可以用來制成發(fā)光二極管。在電路及儀器中作為指示燈，或者組成文字或數(shù)字顯示。砷化鎵二極管發(fā)紅光，磷化鎵二極管發(fā)綠光，碳化硅二極管發(fā)黃光。因化學(xué)性質(zhì)又分有機(jī)發(fā)光二極管OLED和無機(jī)發(fā)光二極管LED。圖2.5 LED 顯示器示意圖2.5 實(shí)驗(yàn)室電路接線圖圖2.6第三章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)3.1 Multisim軟件的介紹 Multisim軟件是一款功能齊全、使用靈活、仿真結(jié)果接近于實(shí)際的電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化軟件。它是加拿大圖像交互技術(shù)公司（Interactive Image Technoligics，簡(jiǎn)稱IIT）推出的以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于模擬電路、數(shù)字電路、M

19、CU電路等的仿真設(shè)計(jì)工作。該軟件后被美國(guó)國(guó)家儀器公司（National Instruments,簡(jiǎn)稱NI）收購(gòu)，更名為NI Multisim,軟件的運(yùn)行速度和設(shè)計(jì)完備性得到了更好的提升。Multisim軟件特點(diǎn)(1)用戶界面靈活、直觀：Multisim提供了人性化的仿真設(shè)計(jì)開發(fā)平臺(tái)，軟件使用靈活、直觀、方便，元器件選取方便，需要電子元器件只需要幾次點(diǎn)擊就可以，節(jié)點(diǎn)連線方便，讓電路設(shè)計(jì)更加高效。它還提供了三維元器件和虛擬面包板，讓虛擬和真實(shí)的距離更接近。 (2)豐富的元器件庫(kù)：Multisim軟件運(yùn)行速度快，電子類器件幾乎100%都包括在內(nèi)，所以設(shè)計(jì)電路得心應(yīng)手，大大提高了工程人員設(shè)計(jì)電路的速度

20、、效率和質(zhì)量。Multisim軟件還提供了豐富的虛擬儀器，包括函數(shù)信號(hào)發(fā)生器、萬(wàn)用表、頻譜儀等，在設(shè)計(jì)好的電路中加入這些虛擬儀器，通過虛擬儀器分析系統(tǒng)輸入輸出，檢測(cè)電路是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求。 (3)軟件的兼容性：Muitisim軟件與SPICE、LabVIEW或VerilogHDL等可以兼容，可以利用SPICE語(yǔ)言來創(chuàng)建、仿真電路，也可以直接對(duì)電子電路進(jìn)行SPICE仿真，用戶不必?fù)?dān)心SPICE復(fù)雜的語(yǔ)句，方便了設(shè)計(jì)。Multisim還支持調(diào)用LaoVIEW虛擬儀器，更加擴(kuò)展了軟件的功能。 (4)完備的分析手段：除了EWB提供的直流工作點(diǎn)分析、交流分析、瞬態(tài)分析、傅里葉分析、噪聲分析、失真分析、參數(shù)

21、掃描分析、溫度掃描分析、極點(diǎn)一零點(diǎn)分析、傳輸函數(shù)分析、靈敏度分析、最壞情況分析和蒙特卡羅分析外，Multisim 新增了直流掃描分析、批處理分析、用戶定義分析、噪聲圖形分析和射頻分析等，基本上能滿足一般電子電路的分析設(shè)計(jì)要求。(5)強(qiáng)大的仿真能力：Multisim 既可對(duì)模擬電路或數(shù)字電路分別進(jìn)行仿真，也可進(jìn)行數(shù)?；旌戏抡?，尤其是新增了射頻(RF) 電路的仿真功能。仿真失敗時(shí)會(huì)顯示出錯(cuò)信息、提示可能出錯(cuò)的原因，仿真結(jié)果可隨時(shí)儲(chǔ)存和打印。（6）功能全面：Multisim是一款集成了電路的設(shè)計(jì)、仿真、電路特性分析、后處理、輸出PCB布線圖等多種功能的軟件，功能全面，能夠滿足工程、研發(fā)或教學(xué)人員設(shè)計(jì)

22、一般電路的需要。(7) Multisim頁(yè)面展示：3.2軟件設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)步驟：1畫出系統(tǒng)框圖，進(jìn)行初步設(shè)計(jì)。2設(shè)計(jì)單元電路，計(jì)算參數(shù)，選擇元器件。顯示器所用的Sources庫(kù)中的Indicators的DCD-HEX-BLUE器件。集成計(jì)數(shù)器所用的是TTL庫(kù)中的74LS的74LS90N器件。輸入信號(hào)源所用的是Sources庫(kù)中SIGNAL-VOLTAGE-SOURCES的CLOCK-VOLTAGE的器件，其輸出電壓為5V，頻率為100Hz。第四章 系統(tǒng)調(diào)試與仿真4.1時(shí)位計(jì)時(shí)電路圖4.1 時(shí)位顯示器說明：實(shí)現(xiàn)小時(shí)計(jì)時(shí)的電路如圖4.1它的時(shí)個(gè)位為十進(jìn)制計(jì)數(shù)，時(shí)十位為四進(jìn)制計(jì)數(shù)，分別用兩個(gè)74LS90N

23、組成，并將輸出QA、QB、QC、QD分接到實(shí)驗(yàn)箱中的數(shù)碼顯示器的輸入端X1、X2、X4、X8，U32的輸入端與數(shù)字脈沖輸入端相接，R91、R92、都接地。U31的2端接U32的2端，U32與U31的3端相接。該電路設(shè)計(jì)所用的是Multisim軟件；顯示器所用的Sources庫(kù)中的Indicators的DCD-HEX-BLUE器件。集成計(jì)數(shù)器所用的是TTL庫(kù)中的74LS的74LS90N器件。輸入信號(hào)源所用的是Sources庫(kù)中SIGNAL-VOLTAGE-SOURCES的CLOCK-VOLTAGE的器件，其輸出電壓為5V，頻率為100Hz。4.2 秒位計(jì)時(shí)電路（與分位計(jì)時(shí)電路相同）圖4.2 秒位

24、顯示器說明：實(shí)現(xiàn)秒計(jì)時(shí)的電路如圖4.2。它由兩級(jí)二-五-十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS90N組成。在實(shí)驗(yàn)箱中，將個(gè)位計(jì)數(shù)器接成8421碼的十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，并將輸出QA、QB、QC、QD分接到實(shí)驗(yàn)箱中的數(shù)碼顯示器的輸入端X1、X2、X4、X8，將（十位）計(jì)數(shù)器接成六進(jìn)制的計(jì)數(shù)器，輸出QA、QB、QC、QD接實(shí)驗(yàn)箱中另一數(shù)碼顯示器的輸入端Y1、Y2、Y4、Y8。CP信號(hào)可采用手動(dòng)脈沖信號(hào)，也可以采用實(shí)驗(yàn)箱中提供的連續(xù)脈沖信號(hào)。對(duì)照?qǐng)D3.2檢查無誤后，接通電源，驗(yàn)證電路的秒計(jì)時(shí)功能。該電路設(shè)計(jì)所用的是Multisim軟件；顯示器所用的Sources庫(kù)中的Indicators的DCD-HEX-BLUE器件。集成計(jì)數(shù)器所用的是TTL庫(kù)中的74LS的74LS90N器件。輸入信號(hào)源所用的是Sources庫(kù)中SIGNAL-VOLTAGE-SOURCES的CLOCK-VOLTAGE的器件，其輸出電壓為5V，頻率為100Hz。4.3總計(jì)時(shí)電路圖4.3總接線圖說明：將上述說明的時(shí)、分、秒計(jì)時(shí)電路串接起來就組