數(shù)電多功能電子時(shí)鐘課程設(shè)計(jì)

1、電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)題目名稱 多功能電子時(shí)鐘設(shè) 一、設(shè)計(jì)題目：多功能數(shù)字鐘電路設(shè)計(jì)二、設(shè)計(jì)任務(wù)和要求： 1. 以十進(jìn)制數(shù)字形式顯示時(shí)、分、秒的時(shí)間。 2.小時(shí)計(jì)數(shù)器的計(jì)時(shí)要求為“24翻1”，分鐘和秒的時(shí)間要求為60進(jìn)位。 3. 能實(shí)現(xiàn)手動(dòng)快速校時(shí)、校分； 4. 具有整點(diǎn)報(bào)時(shí)功能，報(bào)時(shí)聲響為四低一高，最后一響為整點(diǎn)。 5. 具有定制控制（定小時(shí)）的鬧鐘功能。 6. 畫出完整的電路原理圖三、題目分析或內(nèi)容摘要 數(shù)字鐘是一個(gè)簡(jiǎn)單的時(shí)序組合邏輯電路，數(shù)字鐘的電路系統(tǒng)主要包括時(shí)間顯示，脈沖產(chǎn)生，報(bào)時(shí)，鬧鐘四部分。脈沖產(chǎn)生部分包括振蕩器、分頻器；時(shí)間顯示部分包括計(jì)數(shù)器、譯碼器、顯示器；報(bào)時(shí)和鬧鐘部分主要由門電

2、路構(gòu)成，用來(lái)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器。與傳統(tǒng)的機(jī)械鐘相比，數(shù)字鐘具有走時(shí)準(zhǔn)確，顯示直觀、無(wú)機(jī)械傳動(dòng)裝置等優(yōu)點(diǎn)，因而得到了廣泛的應(yīng)用。小到人們?nèi)粘Ｉ钪械碾娮邮直?，大到車站、碼頭、機(jī)場(chǎng)等公共場(chǎng)所的大型數(shù)顯電子鐘。四、整體構(gòu)思或方案選擇：數(shù)字鐘電路系統(tǒng)由主體電路和擴(kuò)展電路兩大部分組成。其中主體電路完成數(shù)字鐘的基本功能，擴(kuò)展電路完成數(shù)字鐘的擴(kuò)展功能：報(bào)時(shí)和定時(shí)功能。該數(shù)字鐘系統(tǒng)的工作原理是：振蕩器產(chǎn)生穩(wěn)定的高頻脈沖信號(hào),作為數(shù)字鐘的時(shí)間基準(zhǔn),然后經(jīng)過(guò)分頻器輸出標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖。秒計(jì)數(shù)器滿60后向分計(jì)數(shù)器進(jìn)位,分計(jì)數(shù)器滿60后向小時(shí)計(jì)數(shù)器進(jìn)位,小時(shí)計(jì)數(shù)器按照“24翻1”規(guī)律計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)器的輸出分別經(jīng)譯碼器送顯示器顯示。計(jì)時(shí)

3、出現(xiàn)誤差時(shí),可以用校時(shí)電路校時(shí)、校分。各擴(kuò)展電路必須在主體電路正常運(yùn)行的情況下才能進(jìn)行功能擴(kuò)展。另外，計(jì)時(shí)過(guò)程要具有報(bào)時(shí)功能，當(dāng)時(shí)間到達(dá)整點(diǎn)前10秒開(kāi)始，蜂鳴器1秒響1秒停地響5次。報(bào)時(shí)聲響為前四次低最后一高，最后一響為整點(diǎn)。最后設(shè)定鬧鈴功能，即可在整點(diǎn)設(shè)置鬧鈴。五具體實(shí)現(xiàn)：1.總體方框圖定時(shí)器 圖1.總體方框圖 2.工作原理 （1）振蕩器是數(shù)字鐘的核心。振蕩器的穩(wěn)定度及頻率的精確度決定了數(shù)字鐘計(jì) 時(shí)的準(zhǔn)確程度。一般來(lái)說(shuō)振蕩器的頻率越高，計(jì)時(shí)精度越高。 （2)分頻器電路：分頻器電路將32768HZ的高頻方波信號(hào)經(jīng)32768（）次分 頻后得到1Hz的方波信號(hào)供秒計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)。分頻器實(shí)際上也就是

4、計(jì)數(shù)器。(3)時(shí)間計(jì)數(shù)器電路：時(shí)間計(jì)數(shù)電路由秒個(gè)位和秒十位計(jì)數(shù)器、分個(gè)位和分十位 計(jì)數(shù)器及時(shí)個(gè)位和時(shí)十位計(jì)數(shù)器電路構(gòu)成，其中秒個(gè)位和秒十位計(jì)數(shù)器、分個(gè) 位和分十位計(jì)數(shù)器為60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，而根據(jù)設(shè)計(jì)要求，時(shí)個(gè)位和時(shí)十位計(jì)數(shù)器 為24進(jìn)制計(jì)數(shù)器。(4)譯碼驅(qū)動(dòng)電路：譯碼驅(qū)動(dòng)電路將計(jì)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。 (5)整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路：一般時(shí)鐘都應(yīng)具備整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路功能,即在時(shí)間出現(xiàn)整點(diǎn)前數(shù) 秒內(nèi),數(shù)字鐘會(huì)自動(dòng)報(bào)時(shí),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(shí)時(shí)語(yǔ)音提示。六、各部分定性說(shuō)明以及定量計(jì)算：1振

5、蕩器振蕩器是數(shù)字鐘的核心。振蕩器的穩(wěn)定度及頻率的精確度決定了數(shù)字鐘計(jì)時(shí)的準(zhǔn)確程度。一般來(lái)說(shuō)振蕩器的頻率越高，計(jì)時(shí)精度越高。在這里選用555與RC組成的多諧振蕩器，產(chǎn)生頻率 f=1kHz的方波信號(hào)，則可設(shè)計(jì)出相應(yīng)的電路，如圖2所示，其中RP可微調(diào)振蕩器的輸出頻率f。555由電阻分壓器、電壓比較器、基本R-S觸發(fā)器、放電三極管和輸出緩沖器5部分組成。555的功能如表1所示。多諧振蕩器電路的工作原理如下：接通電源的瞬間，電容C1上的電壓不能突變，故TH端的電壓小于2/3VCC，TR端的電壓小于1/3 VCC，輸出端OUT的狀態(tài)為1，放電三極管T截止，電源VCC經(jīng)過(guò)電阻對(duì)電容C充電，VC逐漸上升，電路

6、處在第一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。當(dāng)電容上的電壓VC逐漸升高到2/3VCC時(shí)，由于TH端和TR端的電壓為2/3VCC，使輸出端OUT的狀態(tài)變?yōu)?，放電三極管T導(dǎo)通，電容C放電，VC逐漸下降，電路處在第二個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。當(dāng)電容上的電壓VC下降到1/3VCC時(shí)，使輸出端OUT的狀態(tài)從0變?yōu)?，放電三極管T截止，電源VCC再次經(jīng)過(guò)電阻對(duì)電容C充電，電路返回到第一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。如此周而復(fù)始地在兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)這間交替變換，便產(chǎn)生了所需要的矩形脈沖信號(hào)輸出。表1 555的功能表輸入輸出VTHVTROUT放電三極管Tdd0導(dǎo)通< VR1< VR21截止< VR1> VR2不變> VR1> VR20導(dǎo)通

7、2分頻器 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(hào)輸入，需要對(duì)振蕩器的輸出信號(hào)進(jìn)行分頻。通常實(shí)現(xiàn)分頻器的電路是計(jì)數(shù)器電路，一般采用多級(jí)二進(jìn)制計(jì)數(shù)器來(lái)實(shí)現(xiàn)。分頻器的功能是對(duì)振蕩器產(chǎn)生的方波信號(hào)進(jìn)行分頻外理，一方面形成計(jì)時(shí)所需的標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖信號(hào)，另一方面提供數(shù)字鐘功能擴(kuò)充時(shí)所需的信號(hào)，如仿電臺(tái)報(bào)時(shí)用的1kHz的高音頻信號(hào)和500Hz的低音頻信號(hào)等。如圖3所示，選用3片中規(guī)模集成電路74LS90可構(gòu)成分頻電路產(chǎn)生所需信號(hào)。如圖74LS90由四個(gè)觸發(fā)器組成，分為計(jì)數(shù)器和計(jì)數(shù)器。R9為異步置位端，R0為異步復(fù)位端，A、B為兩個(gè)時(shí)鐘輸入端，QA、QD為計(jì)數(shù)器狀態(tài)輸出端。圖中，每片為1/1

8、0分頻，第1片的QA端輸出頻率為500Hz的方波信號(hào)，QD端輸出頻率為100Hz的方波信號(hào)；第2片的QD端輸出頻率為10Hz的方波信號(hào)；第3片的QD端輸出頻率為1Hz的方波信號(hào)。 3.計(jì)數(shù)器秒信號(hào)經(jīng)秒計(jì)數(shù)器、分計(jì)數(shù)器、時(shí)計(jì)數(shù)器之后，分別得到“秒”個(gè)位、十位、“分”個(gè)位、十位以及“時(shí)”個(gè)位、十位的計(jì)時(shí)輸出信號(hào)，然后送至譯碼顯示電路，實(shí)現(xiàn)用數(shù)字顯示時(shí)、分、秒的要求。“秒”和“分”計(jì)數(shù)器應(yīng)為六十進(jìn)制，而“時(shí)”計(jì)數(shù)器應(yīng)為二十四進(jìn)制。采用10進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS162來(lái)實(shí)現(xiàn)時(shí)間計(jì)數(shù)單元的計(jì)數(shù)功能，其為雙2-5-10異步計(jì)數(shù)器，并且每一計(jì)數(shù)器均有異步清零端。(1)“分”、“秒”六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器 “秒”計(jì)數(shù)器電

9、路與“分”計(jì)數(shù)器電路都是60進(jìn)制，它由一級(jí)10進(jìn)制計(jì)數(shù)器和一級(jí)6進(jìn)制計(jì)數(shù)器連接構(gòu)成。如圖4.所示由75LS162構(gòu)成的60進(jìn)制計(jì)數(shù)器。首先將兩片75LS162設(shè)置成十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，將兩片計(jì)數(shù)器并行進(jìn)位則最大可實(shí)現(xiàn)100進(jìn)制的計(jì)數(shù)器?，F(xiàn)要設(shè)計(jì)一個(gè)60進(jìn)制的計(jì)數(shù)器，可利用“反饋清零”的方法實(shí)現(xiàn)。當(dāng)計(jì)數(shù)器輸出“2QD2QC2QB2QA、1QDQCQBQA=0110、0000”時(shí)，數(shù)字其計(jì)數(shù)規(guī)律為0001585900,通過(guò)門電路形成一置數(shù)脈沖，使計(jì)數(shù)器歸零。其具體連接圖如圖4所示。“分”計(jì)數(shù)與“秒”計(jì)數(shù)器相同。（2）“時(shí)”二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器 數(shù)字鐘的“時(shí)”計(jì)數(shù)器為模24的計(jì)數(shù)器，其計(jì)數(shù)規(guī)律為00012

10、2230，即當(dāng)數(shù)字鐘運(yùn)行到23時(shí)59分59秒時(shí)，在下一個(gè)秒脈沖作用下，數(shù)字鐘顯示00時(shí)00分00秒。同理，M=24<102,應(yīng)選用2片74LS162，將其連接成模24計(jì)數(shù)器作為“時(shí)”計(jì)數(shù)器。74LS162串聯(lián)工作，計(jì)數(shù)脈沖輸入到低位計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘輸入端，而低位計(jì)數(shù)器的狀態(tài)輸出最高位連接到高一位計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘端。將計(jì)數(shù)器的狀態(tài)輸出反饋到清零端，十進(jìn)制24轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制是 00100100，因此十位的RB與個(gè)位的RA、RB用一個(gè)與非門串聯(lián)起來(lái)，再將個(gè)位和十位的清零端連接到一起，脈沖連接到一起，即得到24進(jìn)制計(jì)數(shù)器。其具體連接圖如圖5所示。4.數(shù)碼顯示電路 譯碼是編碼的相反過(guò)程，譯碼器是將輸入的二進(jìn)

11、制代碼翻譯成相應(yīng)的輸出信號(hào)以表示編碼時(shí)所賦予原意的電路。譯碼器是一個(gè)多輸入、多輸出的組合邏輯電路。它的工作是把給定的代碼進(jìn)行“翻譯”，變成相應(yīng)的狀態(tài)，使輸出通道中相應(yīng)的一路有信號(hào)輸出。在電路中用的譯碼器是共陰極譯碼器74LS48，用74LS48把輸入的8421BCD碼ABCD譯成七段輸出a-g，再由七段數(shù)碼管顯示相應(yīng)的數(shù)。通常譯碼器與顯示器是配套使用的，在這里選用共陰極發(fā)光二極管數(shù)碼顯示器BS202和譯碼驅(qū)動(dòng)器74LS48配套使用。 七段顯示譯碼器74LS48的輸出為高電平有效，即輸出為1時(shí)，對(duì)應(yīng)字段點(diǎn)亮；輸出為0時(shí)對(duì)應(yīng)字段熄滅。該譯碼器能夠驅(qū)動(dòng)七段顯示器顯示16種字形。輸入A、B、C和D接收

12、4位二進(jìn)制碼，輸出a、b、c、d、e、f和g分別驅(qū)動(dòng)七段顯示器的a、b、c、d、e、f和g字段。5校時(shí)電路 數(shù)字種啟動(dòng)后,每當(dāng)數(shù)字鐘顯示與實(shí)際時(shí)間不符進(jìn),需要根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間進(jìn)行校時(shí)。?！懊搿睍r(shí)，采用等待校時(shí)。?！胺帧?、“時(shí)”的原理比較簡(jiǎn)單，采用加速校時(shí)。對(duì)校時(shí)電路的要求是 :在小時(shí)校正時(shí)不影響分和秒的正常計(jì)數(shù) 。.在分校正時(shí)不影響秒和小時(shí)的正常計(jì)數(shù) 。 校準(zhǔn)電路由74LS74 基本RS觸發(fā)器和“與”門組成，基本RS觸發(fā)器的功能是產(chǎn)生單脈沖，主要作用是起防抖動(dòng)作用。未撥動(dòng)開(kāi)關(guān)K時(shí)，“與非”門G2的一個(gè)輸入端接地，基本RS觸發(fā)器處于“1”狀態(tài)，這是數(shù)字鐘正常工作，“分”進(jìn)位脈沖能進(jìn)入“分”計(jì)數(shù)器。撥

13、動(dòng)開(kāi)關(guān)K時(shí)，“與非”門G1的一個(gè)輸入端接地，于是基本RS觸發(fā)器轉(zhuǎn)為“0”狀態(tài)。秒狀態(tài)可以直接進(jìn)入“分”計(jì)數(shù)器，而“分”進(jìn)位脈沖被阻止進(jìn)入，因而能較快地校準(zhǔn)分計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值。校準(zhǔn)后，將校正開(kāi)關(guān)恢復(fù)原位，數(shù)字鐘繼續(xù)進(jìn)行正常計(jì)時(shí)工作。6整點(diǎn)報(bào)時(shí) 本根據(jù)要求，電路應(yīng)在整點(diǎn)前10秒鐘內(nèi)開(kāi)始整點(diǎn)報(bào)時(shí)，即當(dāng)時(shí)間在59分50秒到59分59秒期間時(shí)，報(bào)時(shí)電路報(bào)時(shí)控制信號(hào)。當(dāng)時(shí)間在59分50秒到59分59秒期間時(shí)，分十位、分個(gè)位和秒十位均保持不變，分別為5、9和5，因此可將分計(jì)數(shù)器十位的QC和Q 個(gè)位的Q和Q及秒計(jì)數(shù)器十位的Q和Q相與，從而產(chǎn)生報(bào)時(shí)控制信號(hào)。選蜂鳴器為電聲器件，蜂鳴器是一種壓電電聲器件，當(dāng)其兩端加

14、上一個(gè)直流電壓時(shí)就會(huì)發(fā)出鳴叫聲(500HZ)，且在59秒時(shí)鳴叫（1000HZ）。7定時(shí)控制定時(shí)控制電路要求數(shù)字鐘在規(guī)定的時(shí)刻驅(qū)動(dòng)音響電路時(shí)行“鬧時(shí)”，要求時(shí)間準(zhǔn)確，即信號(hào)的開(kāi)始時(shí)間與持續(xù)時(shí)間必須滿足規(guī)定的要求。例如要求上午7點(diǎn)59分發(fā)出鬧時(shí)信號(hào)，持續(xù)時(shí)間為1分鐘。7點(diǎn)59分對(duì)應(yīng)數(shù)字鐘的時(shí)十位計(jì)數(shù)器的狀態(tài)為（QDQCQBQA）H2=0000，時(shí)個(gè)位計(jì)數(shù)器的狀態(tài)為（QDQCQBQA）H1=0111，分十位計(jì)數(shù)器的狀態(tài)為（QDQCQBQA）M2=0101，分個(gè)位計(jì)數(shù)器的狀態(tài)為（QDQCQBQA）M1=1001。若將上述計(jì)數(shù)器輸出為“1”的所有輸出端經(jīng)過(guò)與門電路去控制音響電路，可以使音響電路正好在7點(diǎn)

15、59分響，持續(xù)1分鐘，電路可由74LS00 、74LS03(OC) 、74LS20 芯片實(shí)現(xiàn)。 8、所用集成電路器件清單： 計(jì)數(shù)器74LS162 六只； 74LS90 3只； 74HC48 6只； 數(shù)字比較器74HC85 2只； 三極管74LS191 1只； 555定時(shí)器 1只；數(shù)碼顯示器BS202 6只， 74LS00 若干； 74LS03(OC) 若干； 74LS20 若干。七、整體電路圖八、設(shè)計(jì)收獲、體會(huì)和建議：本次數(shù)字鐘電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)還做到理論聯(lián)系實(shí)際，剛剛學(xué)過(guò)了數(shù)電這門課程，還沒(méi)完全弄懂某些門電路的原理和用途，在以前的實(shí)驗(yàn)中對(duì)有些芯片接觸比較多，但是把芯片連成一個(gè)完整的電路就比較難了。

16、而此次課程設(shè)計(jì)恰恰提供了一個(gè)好機(jī)會(huì)，讓我學(xué)到了如何把芯片連接在一起實(shí)現(xiàn)模擬各功能，也讓我們從實(shí)踐中加深了對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解。在此次的數(shù)字鐘設(shè)計(jì)過(guò)程中，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。這學(xué)期數(shù)電實(shí)驗(yàn)課的最后一個(gè)實(shí)驗(yàn)就是做的數(shù)字鐘，所以在計(jì)數(shù)模塊上面有以前的經(jīng)驗(yàn)，但是實(shí)驗(yàn)課的數(shù)字中比較簡(jiǎn)單，要求也比較少，而這次增加了幾個(gè)比較難的要求，所以查閱了很多資料。設(shè)計(jì)技術(shù)模塊時(shí)候所用的芯片和實(shí)驗(yàn)室用得芯片不一樣，但原理一樣。比起以前做的實(shí)驗(yàn)，這次課程設(shè)計(jì)增加了校時(shí)、定時(shí)的功能，有一定的難度，但是通過(guò)查找資料和請(qǐng)教其他同學(xué)，問(wèn)題也紛紛解決了。課程設(shè)計(jì)當(dāng)中還用到了以前沒(méi)有用到過(guò)的芯片，如74LS20、74LS03。我覺(jué)得每次課程設(shè)計(jì)是一次難得的鍛煉機(jī)會(huì)，讓我們能夠充分利用所學(xué)過(guò)的理論知識(shí)還有自己的想象的能力，另外還讓我們學(xué)習(xí)查找資料的方法，以及自己處理分析電路，設(shè)計(jì)電路的能力。我相信是對(duì)我的一個(gè)很好的提高，補(bǔ)足平日理論學(xué)習(xí)后實(shí)踐方面的空白。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我又掌握了些元器件的性能。這次設(shè)計(jì)提高了我理論和實(shí)踐相結(jié)合的能力，增加了把理論用于實(shí)踐的興趣，同時(shí)也提高了我分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。沒(méi)有最好，只有更好。我相信通過(guò)這一次的課程設(shè)計(jì)之后，我以后會(huì)更加努力，用嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度去面對(duì)一切。克服困難，戰(zhàn)勝自我，超越自我。上大學(xué)不只是學(xué)習(xí)課本知識(shí)，更重