多功能數(shù)字鐘

1、課 程 設(shè) 計 課程名稱 課題名稱 多功能數(shù)字鐘 專 業(yè) 班 級 學(xué) 號 姓 名 指導(dǎo)教師 2012年 12月 3 設(shè)計內(nèi)容與設(shè)計要求一 設(shè)計內(nèi)容：1、 準確計時，以數(shù)字形式顯示時、分、秒的時間；2、 小時計時要求“24翻1”，分和秒的計時為60進制。3、 可手動較正:能進行時、分、秒的時間校正，只要將開關(guān)置于手動位置，可對時、分、秒進行手動脈沖輸入調(diào)整或連續(xù)脈沖輸入的校正。4、 整點報時：整點報時電路要求在每個整點前鳴叫5次低音（500HZ）,整點時再鳴叫1次高音（1000HZ）。5、 鬧鈴功能。 二、設(shè)計要求：1、思路清晰，給出整體設(shè)計框圖和總電路圖；2、單元電路設(shè)計，給出具體設(shè)計思路和電

2、路；3、寫出設(shè)計報告； 主要設(shè)計條件1 提供調(diào)試用實驗室；2 提供調(diào)試用實驗箱和電路所需元件及芯片； 說明書格式1 課程設(shè)計封面；2 任務(wù)書；3 說明書目錄；4 設(shè)計總體思路，基本原理和框圖（總電路圖）；5 單元電路設(shè)計（各單元電路圖）；6 安裝、調(diào)試步驟；7 故障分析與電路改進；8 總結(jié)與體會；9 附錄（元器件清單）；10 參考文獻11、課程設(shè)計成績評分表 進 度 安 排 第14周星期一:課題內(nèi)容介紹和查找資料； 星期二:總體電路設(shè)計和分電路設(shè)計； 星期三:電路仿真,修改方案星期四 :確定設(shè)計方案，擬訂調(diào)試方案,畫出調(diào)試電路圖,安裝電路； 星期五:安裝、調(diào)試電路；第15周星期一二: 安裝、調(diào)

3、試電路； 星期三：驗收電路；星期四五:,寫設(shè)計報告，打印相關(guān)圖紙； 星期五下午:帶調(diào)試電路板及設(shè)計報告書進行答辯； 整理實驗室及其它事情。 參 考 文 獻1、電子線路設(shè)計、實驗、測試（第二版） 華中理工大學(xué)出版社 謝自美 主編2、新型集成電路的應(yīng)用-電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計 華中理工大學(xué)出版社 梁宗善 主編目錄 摘要1一 系統(tǒng)原理框圖2二 方案設(shè)計與論證32.1時間脈沖產(chǎn)生電路32.2分頻器電路42.3譯碼驅(qū)動及顯示單元電路42.4校時電路42.5報時電路5三 單元電路設(shè)計63.1計數(shù)電路的設(shè)計63.2 60進制計數(shù)器的設(shè)計63.3進制計數(shù)器的設(shè)計73.4 校時電路的設(shè)計83.5 譯碼及驅(qū)動顯示電

4、路93.6 鬧鈴功能9四 總電路圖11五、總結(jié)與設(shè)計調(diào)試體會12附錄13摘要多功能數(shù)字鐘具有時間顯示、鬧鐘設(shè)置、環(huán)境溫度測量、電網(wǎng)電壓、電網(wǎng)頻率顯示，鬧鈴控制和電網(wǎng)電壓的過壓、欠壓報警等功能,深受人們歡迎。數(shù)字鐘是采用數(shù)字電路實現(xiàn)對.時,分,秒.數(shù)字顯示的計時裝置,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钪胁豢缮俚谋匦杵?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(yīng)用,使得數(shù)字鐘的精度,遠遠超過老式鐘表, 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(guān)烘

5、箱、通斷動力設(shè)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(chǔ)的。因此，研究數(shù)字鐘及擴大其應(yīng)用，有著非?，F(xiàn)實的意義。1系統(tǒng)原理框圖數(shù)字鐘實際上是一個對標準頻率（1HZ）進行計數(shù)的計數(shù)電路。由于計數(shù)的起始時間不可能與標準時間一致，故需要在電路上加一個校時電路。同時必需以標準的1HZ時間信號作為時鐘驅(qū)動。通常使用石英晶體振蕩器電路構(gòu)成數(shù)字鐘。圖1所示為數(shù)字鐘的一般構(gòu)成框圖。2.設(shè)計原理框圖秒個位計數(shù)分個位計數(shù)分十位計數(shù)秒十位計數(shù)時個位計數(shù)時十位計數(shù)鬧鐘模塊報時模塊校時電路校分電路函數(shù)脈沖分頻器晶體振蕩器電路：晶體振蕩器電路給數(shù)字鐘提供一個頻率穩(wěn)定準確的32768z的方波信號，可保

6、證數(shù)字鐘的走時準確及穩(wěn)定。不管是指針式的電子鐘還是數(shù)字顯示的電子鐘都使用了晶體振蕩器電路。分頻器電路：分頻器電路將32768HZ的高頻方波信號經(jīng)32768（）次分頻后得到1Hz的方波信號供秒計數(shù)器進行計數(shù)。分頻器實際上也就是計數(shù)器。時間計數(shù)器電路：時間計數(shù)電路由秒個位和秒十位計數(shù)器、分個位和分十位計數(shù)器及時個位和時十位計數(shù)器電路構(gòu)成，其中秒個位和秒十位計數(shù)器、分個位和分十位計數(shù)器為60進制計數(shù)器，而根據(jù)設(shè)計要求，時個位和時十位計數(shù)器為24進制計數(shù)器。譯碼驅(qū)動電路：譯碼驅(qū)動電路將計數(shù)器輸出的8421BCD碼轉(zhuǎn)換為數(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。整點報時電路：一般

7、時鐘都應(yīng)具備整點報時電路功能,即在時間出現(xiàn)整點前數(shù)秒內(nèi),數(shù)字鐘會自動報時,以示提醒.其作用方式是發(fā)出連續(xù)的或有節(jié)奏的音頻聲波,較復(fù)雜的也可以是實時語音提示。2方案設(shè)計與論證2.1時間脈沖產(chǎn)生電路由集成電路定時器555與RC組成的多諧振蕩器作為時間標準信號源。 圖 1 555與RC組成的多諧振蕩器圖2.2分頻器電路通常，數(shù)字鐘的晶體振蕩器輸出頻率較高，為了得到1Hz的秒信號輸入，需要對振蕩器的輸出信號進行分頻。通常實現(xiàn)分頻器的電路是計數(shù)器電路，一般采用多級二進制計數(shù)器來實現(xiàn)。例如，將32768Hz的振蕩信號分頻為1HZ的分頻倍數(shù)為32768（），即實現(xiàn)該分頻功能的計數(shù)器相當于15級二進制計數(shù)器。

8、從盡量減少元器件數(shù)量的角度來考慮，這里可選多極二進制計數(shù)電路CD4060和CD4040來構(gòu)成分頻電路。CD4060和CD4040在數(shù)字集成電路中可實現(xiàn)的分頻次數(shù)最高，而且CD4060還包含振蕩電路所需的非門，使用更為方便。CD4060計數(shù)為14級二進制計數(shù)器，可以將32768z的信號分頻為2Hz，其內(nèi)部框圖如圖2.1所示，從圖中可以看出，CD4060的時鐘輸入端兩個串接的非門，因此可以直接實現(xiàn)振蕩和分頻的功能。 CD4040計數(shù)器的計數(shù)模數(shù)為4096（），其邏輯框圖如圖5.2。如將32768Hz信號分頻為1Hz，則需外加一個8分頻計數(shù)器，故一般較少使用CD4040來實現(xiàn)分頻。綜上所述，可選擇C

9、D4060同時構(gòu)成振蕩電路和分頻電路。照圖5.1，在和之間接入振蕩器外接元件可實現(xiàn)振蕩，并利用時計數(shù)電路中多一個2分頻器（后述）可實現(xiàn)15級2分頻，即可得1Hz信號.2.3譯碼驅(qū)動及顯示單元電路譯碼電路的功能是將“秒”、“分”、“時”計數(shù)器的輸出代碼進行翻譯，變成相應(yīng)的數(shù)字。用于驅(qū)動LED七段數(shù)碼管的譯碼器常用的有74LS48。74LS48是BCD-7段譯碼器/驅(qū)動器，其輸出是OC門輸出且低電平有效，專用于驅(qū)動LED七段共陽極顯示數(shù)碼管。如圖9所示。若將“秒”、“分”、“時”計數(shù)器的每位輸出分別接到相應(yīng)七段譯碼器的輸入端，便可進行不同數(shù)字的顯示。2.4校時電路首先截斷正常的計數(shù)通路，然后再進行

10、人工出觸發(fā)計數(shù)或?qū)㈩l率較高的方波信號加到需要校正的計數(shù)單元的輸入端，校正好后，再轉(zhuǎn)入正常計時狀態(tài)即可。根據(jù)要求，數(shù)字鐘應(yīng)具有分校正和時校正功能，因此，應(yīng)截斷分個位和時個位的直接計數(shù)通路，并采用正常計時信號與校正信號可以隨時切換的電路接入其中。圖所示為所設(shè)計的校時電路。2.5報時電路采用仿廣播臺整點報時的功能：每當數(shù)字鐘計時快要到正點時候發(fā)出響聲，通常按照四低音，一高音的順序發(fā)出間斷聲，以最后一聲高音結(jié)束的時刻為正點時刻。4低音（約500Hz）分別發(fā)生在59分56秒、發(fā)生在59分57秒、發(fā)生在59分58秒、發(fā)生在59分59秒、，最后一聲高音（約1KHz）發(fā)生在00分00秒，他們的持續(xù)時間均為一秒

11、。三 單元電路設(shè)計3.1計數(shù)電路的設(shè)計秒、分計數(shù)器為60進制計數(shù)器。小時計數(shù)器為24進制計數(shù)器。實現(xiàn)這兩種模數(shù)的計數(shù)器采用中規(guī)模集成計數(shù)器74LS160。3.2 60進制計數(shù)器的設(shè)計“秒”計數(shù)器電路與“分”計數(shù)器電路都是60進制，它由一級10進制計數(shù)器和一級6進制計數(shù)器連接構(gòu)成。如圖4.所示由74LS160構(gòu)成的60進制計數(shù)器。首先將兩片74LS160，將兩片計數(shù)器并行進位則最大可實現(xiàn)100進制的計數(shù)器?，F(xiàn)要設(shè)計一個60進制的計數(shù)器，可利用“反饋清零”的方法實現(xiàn)。當計數(shù)器輸出“2Q32Q22Q12Q0、1Q3Q2Q1Q0=0110、0000”時，通過門電路形成一置數(shù)脈沖，使計數(shù)器歸3.3進制計

12、數(shù)器的設(shè)計同理當個位計數(shù)狀態(tài)為“Q3Q2Q1Q0=0100”，十位計數(shù)器狀態(tài)為“Q3Q2Q1Q0=0010”時，要求計數(shù)器歸零。3.4 校時電路的設(shè)計數(shù)字種啟動后,每當數(shù)字鐘顯示與實際時間不符進,需要根據(jù)標準時間進行校時。?！懊搿睍r，采用等待校時。?！胺帧?、“時”的原理比較簡單，采用加速校時。對校時電路的要求是 :1在小時校正時不影響分和秒的正常計數(shù) 。2在分校正時不影響秒和小時的正常計數(shù) 。如圖17所示，當開關(guān)打向下時，因為校正信號和0相與的輸出為0，而開關(guān)的另一端接高電平，正常輸入信號可以順利通過與或門，故校時電路處于正常計時狀態(tài)；當開關(guān)打向上時，情況正好與上述相反，這時校時電路處于校時狀

13、態(tài)。與非門可選74LS00，非門則可用與非門2個輸入端并接來代替節(jié)省芯片。因此實際使用時，須對開關(guān)的狀態(tài)進行消除抖動處理，圖17為加2個0.01uF的電容。3.5 譯碼及驅(qū)動顯示電路譯碼電路的功能是將“秒”、“分”、“時”計數(shù)器的輸出代碼進行翻譯，變成相應(yīng)的數(shù)字。用于驅(qū)動LED七段數(shù)碼管的譯碼器常用的有74LS48。74LS48是BCD-7段譯碼器/驅(qū)動器，其輸出是OC門輸出且低電平有效，專用于驅(qū)動LED七段共陽極顯示數(shù)碼管。由74LS48和LED七段共陽數(shù)碼管組成的一位數(shù)碼顯示電路如圖 16 所示。若將“秒”、“分”、“時”計數(shù)器的每位輸出分別接到相應(yīng)七段譯碼器的輸入端，便可進行不同數(shù)字的顯

14、示。圖 2譯碼及驅(qū)動顯示電路圖3.6 鬧鈴功能由6片74LS85數(shù)據(jù)選擇芯片串聯(lián)，分別將時分秒的各個輸出端按照從上到下接到每個85芯片的B3B2B1B0端，然后將85芯片各個A3A2A1A0接到一個雙向開關(guān)，開關(guān)的另為兩端分別接到高電平上與地線上。當這樣接入時，如果我們需要設(shè)定鬧鈴，就用85芯片連接的開關(guān)進行置數(shù)，當計時模塊的輸出端輸出的數(shù)據(jù)與我們置入的數(shù)據(jù)相同就會從第一塊85芯片的OAEQB端口輸出一個高電平，將這個高電平與蜂鳴器相連就會在那個時刻產(chǎn)生蜂鳴。達到鬧鐘的功能?？傠娐穲D五、總結(jié)與設(shè)計調(diào)試體會 通過此次課程設(shè)計，使我更加扎實的掌握了有關(guān)數(shù)字電子技術(shù)方面的知識，在設(shè)計過程中，剛開始毫

15、無頭緒，可謂舉步維艱。后來經(jīng)過小組同學(xué)的討論，決定采用化整為零的方法，一個模塊一個模塊來做，再把它們整合起來。有了清晰的思路，經(jīng)過大家的努力終于設(shè)計出來了，并且仿真正確。做課程設(shè)計不僅需要清晰的思路還要謹慎的態(tài)度，必須要對各個芯片都了解，對課本知識熟悉才能又快又好的完成。在接線的時候，我們遇到的不少困難，出現(xiàn)各種各樣的問題，比如芯片壞了，線路接觸不良，電路達不到預(yù)期的效果。 回顧此次課程設(shè)計，至今我仍感慨頗多，從理論到實踐，在這段日子里，可以說得是苦多于甜，但是可以學(xué)到很多很多的東西，同時不僅可以鞏固了以前所學(xué)過的知識，而且學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過的知識。通過這次課程設(shè)計使我懂得了理論與

16、實際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會服務(wù)，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在設(shè)計的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，但可喜的是最終都得到了解決。 實驗過程中，與隊友合作更是一件快樂的事情，只有彼此都付出，彼此都維護才能將作品做的更加完美。果然是團結(jié)就是力量，只有互相之間默契融洽的配合才能換來最終完美的結(jié)果。 最后，感謝老師對我們的指導(dǎo)和教誨，感謝學(xué)校給我們安排這次課程設(shè)計活動。附錄74LS160 6片4線-10線譯碼器74LS48 6片四2輸入正或門74LS32 1片74LS044片74LS20 4片 四2輸入與非門74LS00 4片74LS08 1片7476N 1片74LS85 5片蜂鳴器 參考文獻«數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)» 周良權(quán)編«電子技術(shù)課程設(shè)計指導(dǎo)» 彭介華編«電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗» 陳大欽編«電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗與仿真» 孫勝麟 、郭照南主編電氣信息學(xué)院課程設(shè)計評分表項 目評 價優(yōu)良中及格差