揚(yáng)州大學(xué)數(shù)電課程設(shè)計(jì) 數(shù)字時(shí)鐘電路

1、揚(yáng)州大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院本科生課程設(shè)計(jì)題 目： 數(shù)字時(shí)鐘電路 課 程： 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) 專 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 班 級(jí)： 電氣1101 學(xué) 號(hào)： 姓 名： 指導(dǎo)教師： 年漪蓓 蔣步軍 完成日期： 2013.6.13 總 目 錄第一部分：任務(wù)書 第二部分：課程設(shè)計(jì)報(bào)告第三部分：設(shè)計(jì)圖紙第 一 部 分任務(wù)書一、課程設(shè)計(jì)的目的 本課程是在學(xué)完數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)、數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)之后，集中一周時(shí)間，進(jìn)行的復(fù)雜程度較高、綜合性較強(qiáng)的設(shè)計(jì)課題的實(shí)踐環(huán)節(jié)，通過該教學(xué)環(huán)節(jié)，要求達(dá)到以下目的： 1. 使學(xué)生進(jìn)一步掌握數(shù)字電子技術(shù)的理論知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生工程設(shè)計(jì)能力和綜合分析問題、解決問題的能力； 2. 使學(xué)

2、生基本掌握常用電子電路的一般設(shè)計(jì)方法，提高電子電路的設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ?3. 熟悉并學(xué)會(huì)選用電子元器件，為以后從事生產(chǎn)和科研工作打下一定的基礎(chǔ)。二、設(shè)計(jì)題目及內(nèi)容數(shù)字時(shí)鐘電路（1）、具有“時(shí)”“分”的數(shù)字顯示時(shí)鐘（2）、“秒”不作數(shù)字顯示，只使“時(shí)”和“分”之間“：”間隔內(nèi)亮（3）、具有校時(shí)和校分功能（4）、具有整點(diǎn)報(bào)時(shí)功能（因部分器件本實(shí)驗(yàn)軟件中不具備，故用小燈代替整點(diǎn)報(bào)時(shí)）三、設(shè)計(jì)要求1、 用中小型規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)出所要求的電路；2、 在實(shí)驗(yàn)箱上安裝、調(diào)試出所設(shè)計(jì)的電路；3、 寫出設(shè)計(jì)、調(diào)試、總結(jié)報(bào)告。四、使用儀器設(shè)備1、 PC機(jī)（裝有MULTISIM軟件）；2、 GW48 EDA編程系統(tǒng)等

3、。五、參考文獻(xiàn)1、“模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)”和“數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)”教材；2、有關(guān)“電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書”；3、“集成電路特性應(yīng)用手冊”；4、 其他。第 二 部 分課程設(shè)計(jì)報(bào)告目 錄1設(shè)計(jì)任務(wù)及要求52系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案72.1總體設(shè)計(jì)方案72.2方案特點(diǎn)73控制電路設(shè)計(jì)83.1控制電路工作原理83.2參數(shù)計(jì)算83.3器件選型84 振蕩電路設(shè)計(jì)94.1振蕩電路工作原理94.2參數(shù)計(jì)算104.3器件選型105 計(jì)數(shù)電路設(shè)計(jì)115.1計(jì)數(shù)電路工作原理115.2參數(shù)計(jì)算125.3器件選型126 譯碼顯示電路設(shè)計(jì)136.1譯碼顯示電路工作原理136.2參數(shù)計(jì)算136.3器件選型137系統(tǒng)總體電路設(shè)計(jì)147.1

4、系統(tǒng)總體電路147.2 電路說明148電路調(diào)試168.1振蕩電路調(diào)試及實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析168.2 計(jì)數(shù)電路調(diào)試及實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析168.3 譯碼顯示電路調(diào)試及實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析168.4 控制電路調(diào)試及實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析168.5 系統(tǒng)聯(lián)調(diào)及實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析169改進(jìn)意見及收獲體會(huì)1710器件明細(xì)清單18參 考 文 獻(xiàn)191設(shè)計(jì)任務(wù)及要求設(shè)計(jì)任務(wù)：數(shù)字時(shí)鐘電路（1）、具有“時(shí)”“分”的數(shù)字顯示時(shí)鐘；（2）、“秒”不作數(shù)字顯示，只使“時(shí)”和“分”之間“：”間隔閃亮；（3）、具有校分和校時(shí)功能；（4）、具有整點(diǎn)報(bào)時(shí)功能（59分50秒開始間歇報(bào)時(shí)）。設(shè)計(jì)要求：（1）用中小型規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)出所要求的電路；（2）在實(shí)驗(yàn)箱上安

5、裝、調(diào)試出所設(shè)計(jì)的電路；（3）寫出設(shè)計(jì)、調(diào)試、總結(jié)報(bào)告。2系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案2.1總體設(shè)計(jì)方案數(shù)字時(shí)鐘鐘的總體框圖如下圖所示，它由顯示、譯碼、計(jì)數(shù)電路、整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路、手動(dòng)校時(shí)校分電路和開機(jī)清零電路五部分組成。圖1 數(shù)字時(shí)鐘鐘的總體框圖2.2方案特點(diǎn) 當(dāng)時(shí)鐘開機(jī)時(shí)時(shí)、分、秒清零，數(shù)碼管顯示為0；脈沖電路由外部電路提供，在信號(hào)的作用下，時(shí)鐘鐘開始計(jì)時(shí)，秒分均為六十進(jìn)制，時(shí)為二十四進(jìn)制。秒閃爍六十秒產(chǎn)生的進(jìn)位信號(hào)作為分的脈沖信號(hào)，分的進(jìn)位信號(hào)作為時(shí)的脈沖信號(hào)；同時(shí)可以手動(dòng)校時(shí)校分；當(dāng)時(shí)間為59分時(shí)，報(bào)時(shí)電路整點(diǎn)報(bào)時(shí)（小燈閃爍）。3控制電路設(shè)計(jì)3.1控制電路工作原理圖65 校時(shí)校分原理 當(dāng)需要校分時(shí)打開

6、開關(guān)A使之和2接，這時(shí)秒進(jìn)位信號(hào)關(guān)斷，分校時(shí)信號(hào)進(jìn)入充當(dāng)分控制信號(hào)。同理，校時(shí)電路開關(guān)接6，分進(jìn)位信號(hào)關(guān)斷，時(shí)校時(shí)信號(hào)進(jìn)入充當(dāng)控制信號(hào)。這時(shí)便可實(shí)現(xiàn)校時(shí)校分功能。（同時(shí)引入開關(guān)J3、J4詳見電路總體設(shè)計(jì)分析），減少了分時(shí)偏差。3.2參數(shù)計(jì)算見原理部分3.3器件選型三端開關(guān)2個(gè)4 振蕩電路設(shè)計(jì)4.1振蕩電路工作原理振蕩器是計(jì)時(shí)器的核心，其作用是產(chǎn)生一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)頻率的脈沖信號(hào)。振蕩頻率的精度和穩(wěn)定度決定了數(shù)字鐘的質(zhì)量。采用集成電路555定時(shí)器與RC組成的多諧振蕩器。輸出的脈沖頻率為fs=1/(R1+2R2)C1ln2=1KHZ，周期T=1/fs=1ms。若參數(shù)選擇：R1=R2=10K歐姆，C1=47u

7、F時(shí)，可以得到秒脈沖信號(hào)。雖然直接得到了秒脈沖，但從計(jì)時(shí)精度的角度考慮，振蕩器的振蕩頻率越高，鐘表計(jì)時(shí)的精度就越高，所以一般不直接輸出秒脈沖信號(hào)。本次設(shè)計(jì)采用的是用555輸出1KHZ的脈沖，然后通過3個(gè)同步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS160將1KHZ的脈沖變成1HZ適用。使用74LS160分頻時(shí)，將進(jìn)位與下一個(gè)160中的Cp相連，產(chǎn)生1/10的分頻。4.2參數(shù)計(jì)算輸出的脈沖頻率為fs=1/(R1+2R2)C1ln2=1KHZ，周期T=1/fs=1ms 。若參數(shù)選擇：R1=R2=10K歐姆，C1=47uF時(shí)，可以得到秒脈沖信號(hào)。4.3器件選型一片74LS04，六片74LS160，一片74LS74。5 計(jì)

8、數(shù)電路設(shè)計(jì)5.1計(jì)數(shù)電路工作原理1)60進(jìn)制原理圖通過兩片74160的串行連接來實(shí)現(xiàn)六十進(jìn)制。時(shí)鐘信號(hào)加在低位的時(shí)鐘信號(hào)端，個(gè)位的進(jìn)位端反相再接到十位的時(shí)鐘端。其中，秒到分，分到時(shí)的進(jìn)位是將復(fù)位信號(hào)脈沖作為進(jìn)位信號(hào)接到下一級(jí)的時(shí)鐘脈沖端。2）24進(jìn)制原理圖通過兩片74160的串行進(jìn)位異步置零的連接方式來設(shè)計(jì)的24進(jìn)制計(jì)數(shù)器，其中個(gè)位的時(shí)鐘端為六十進(jìn)制中十位的復(fù)位信號(hào)反相輸出，個(gè)位的進(jìn)位反相接到十位的時(shí)鐘端。輸出再統(tǒng)一接到顯示器。5.2參數(shù)計(jì)算見原理圖部分5.3器件選型同步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS160N 兩塊 74LS4D兩塊七段譯碼器 74LS48D 兩塊 74LS40D1塊。6 譯碼顯示電路設(shè)

9、計(jì)6.1譯碼顯示電路工作原理譯碼是將給定的代碼進(jìn)行翻譯。計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)了對時(shí)間的累計(jì)以8421BCD碼形式輸出，為了將計(jì)數(shù)器輸出的8421BCD碼顯示出來，需用顯示譯碼電路將計(jì)數(shù)器的輸出數(shù)碼轉(zhuǎn)換為數(shù)碼顯示器件所需要的輸出邏輯和一定的電流，一般這種譯碼器通常稱為7段譯碼顯示驅(qū)動(dòng)器。74LS48譯碼器對應(yīng)的顯示器是共陰（接地）顯示器。6.2參數(shù)計(jì)算見原理部分6.3器件選型七段譯碼器74LS48 4片LED共陰七段數(shù)碼管BS207 4片7系統(tǒng)總體電路設(shè)計(jì)7.1系統(tǒng)總體電路7.2 電路說明1、秒計(jì)數(shù)器到六十進(jìn)一位，進(jìn)位接在分的時(shí)鐘端，分就計(jì)一次數(shù)；分也如此；時(shí)計(jì)數(shù)器從0到23循環(huán)技數(shù)。2、秒不顯示輸出數(shù)字

10、，而是將秒作為單獨(dú)的點(diǎn)，以閃爍計(jì)時(shí)3、功能鍵不按時(shí)，時(shí)鐘正常工作，按一次校時(shí)工作，按兩次校分工作。4、校時(shí)校分狀態(tài)時(shí)，按一次校準(zhǔn)脈沖，時(shí)或者分就相應(yīng)的加一，直至到相應(yīng)時(shí)間為止，再按功能鍵使它正常工作。5、校時(shí)校分狀態(tài)時(shí)，閃爍電路工作，相應(yīng)的顯示數(shù)碼管根據(jù)秒脈沖閃爍。6、當(dāng)達(dá)到59分時(shí)，整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路工作，到50秒開始間歇發(fā)聲報(bào)時(shí)。8電路調(diào)試8.1振蕩電路調(diào)試及實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析將振蕩電路的輸出端接一個(gè)發(fā)光二極管看是否得到理想的秒脈沖信號(hào)。結(jié)果發(fā)光二極管正常閃爍且頻率正確，可見得到了理想的秒脈沖。8.2 計(jì)數(shù)電路調(diào)試及實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析將1秒信號(hào)分別送人“時(shí)”、“分”計(jì)數(shù)器，通過譯碼顯示電路，檢查各級(jí)計(jì)數(shù)器的

11、工作情況。8.3 譯碼顯示電路調(diào)試及實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析結(jié)合計(jì)數(shù)電路觀察，起初“時(shí)”十位的顯示器在開始時(shí)總會(huì)出現(xiàn)“4”即不能清零，經(jīng)過反復(fù)檢查及老師的指導(dǎo)最終發(fā)現(xiàn)是所用電源有干擾造成的，在啟動(dòng)電路時(shí)只需將電源先斷開即可，排除問題之后，繼續(xù)調(diào)試，各級(jí)計(jì)數(shù)顯示電路工作正常。8.4 控制電路調(diào)試及實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析接整點(diǎn)報(bào)時(shí)信號(hào)的時(shí)候，開始時(shí)蜂鳴器一直會(huì)叫，只有在59分50秒到整點(diǎn)的時(shí)候才不叫，與要求正好相反，于是在蜂鳴器前面加了一個(gè)反相器，然后繼續(xù)調(diào)試，最終電路正常了。8.5 系統(tǒng)聯(lián)調(diào)及實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析在實(shí)驗(yàn)箱上組裝電子鐘，注意器件管腳的連接一定要準(zhǔn)確，“懸空端”、“清零端”、“置1端”要正確處理。當(dāng)所有器件調(diào)試正

12、常以后，觀察電子鐘是否準(zhǔn)確正常工作。結(jié)果表明得到了滿足要求的數(shù)字鐘。9改進(jìn)意見及收獲體會(huì)1、 改進(jìn)意見實(shí)驗(yàn)室提供的元件較少，脈沖發(fā)生電路并沒有接，控制電路太簡陋操作不夠方便，不能做出實(shí)用性的電子鐘來。建議下次提供更多的材料供我們搭建電路。2、 收獲體會(huì)這次試驗(yàn)讓我印象深刻，平時(shí)學(xué)習(xí)的理論知識(shí)發(fā)現(xiàn)在實(shí)際使用時(shí)收到了很大的考驗(yàn)，一開始在multisim上搭建電路是遇到了極大的阻礙。一方面大家都不熟悉電子鐘的工作原理，二是我們都沒有多少實(shí)際電路的搭建經(jīng)驗(yàn)，所以電路搭建地特別慢。我記得很清楚，第二天就要完成電路圖，前一天我和同學(xué)一直奮戰(zhàn)到深夜一點(diǎn)多才基本完成了工作。我們查閱了網(wǎng)上的很多篇資料，再結(jié)合課

13、本，終于把基本原理都搞的比較清楚了，但搭建實(shí)際電路時(shí)還是遇到了很大的阻礙。電子鐘電路雖然邏輯教清晰，但走線很多很繁瑣，那么多線要設(shè)計(jì)好位置，看的眼睛都花了，很多同學(xué)連好又發(fā)現(xiàn)不對，復(fù)查的很累。最后，我們終于算是完成了電路搭建，心中的成就感是非常強(qiáng)烈的！ 可以說如果沒有書本和百度文庫，那我就真的不知道該如把實(shí)驗(yàn)完成了。這次課程設(shè)計(jì)雖然很短，但我學(xué)會(huì)了獨(dú)立思考，尋找書本上有用的知識(shí)，學(xué)會(huì)了自己查資料分析解決問題，鍛煉了思維能力以及動(dòng)手能力得到了很大的收獲。10器件明細(xì)清單LED共陰數(shù)碼管BS2074片BCD七段譯碼器74LS484片十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS16012片四2輸入與非門74LS003片雙4輸入與非門74LS201片六反相器74LS041片雙上升沿D觸發(fā)器74LS741片石英晶體4MHz1個(gè)發(fā)光二極管2只開關(guān)K1、K22只電阻1千歐5只電容001微法1只電容10皮法1只參 考 文 獻(xiàn) 1 閻石主編數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第四版）北京：高教出版社， 20002 于衛(wèi)主編現(xiàn)代數(shù)字電路與系統(tǒng)綜合實(shí)訓(xùn)教程北京：北京郵電大學(xué)出版社，2010第 三 部 分設(shè)計(jì)圖紙