數(shù)字時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)書(shū)

1、吉林建筑工程學(xué)院數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告課題名稱：數(shù)字時(shí)鐘課程設(shè)計(jì) 20112012學(xué)年第二學(xué)期 專 業(yè)電氣工程及自動(dòng)化班 級(jí)101班姓 名陳貴君學(xué) 號(hào)10110130指導(dǎo)教師王銳 魏大慧2012年6月 目錄一前言3二設(shè)計(jì)要求3三設(shè)計(jì)目的3四電路設(shè)計(jì)方案4五.單元電路設(shè)計(jì)及參數(shù)計(jì)算55.1.譯碼顯示電路設(shè)計(jì)55.2.計(jì)數(shù)器電路設(shè)計(jì)75.3.脈沖發(fā)生電路設(shè)計(jì)8六電路原理圖及工作原理10數(shù)字時(shí)鐘電路總原理圖11數(shù)字時(shí)鐘電路總仿真圖11秒電路仿真12分電路仿真13脈沖發(fā)生器仿真13校對(duì)電路仿14七電路的安裝與測(cè)試14八心得體會(huì)14九參考文獻(xiàn)15附錄元件清單15一前言 鐘表作為一種定時(shí)工具被廣泛的使用

2、在生產(chǎn)生活的各方面。人類最初依靠太陽(yáng)的角度來(lái)進(jìn)行定時(shí)，所以受天氣的影響比較大，為了克服依靠自然現(xiàn)象定時(shí)的缺點(diǎn)人們發(fā)明的機(jī)器鐘表，電子鐘表一系列的定時(shí)工具。自改革開(kāi)放以來(lái)我國(guó)科技得以高速發(fā)展，尤其是電子技術(shù)的飛速發(fā)展。各種各樣的電器器材憑空而出。 下面我們就以數(shù)字鐘為例簡(jiǎn)單介紹一下。數(shù)字鐘我們聽(tīng)到這幾個(gè)字，第一反應(yīng)就是我們所說(shuō)的數(shù)字，不錯(cuò)數(shù)字鐘就是以數(shù)字顯示取代模擬表盤(pán)的鐘表，數(shù)字電子鐘是一種用數(shù)字電路技術(shù)實(shí)現(xiàn)時(shí)、分、秒計(jì)時(shí)的裝置，與機(jī)式時(shí)鐘相比具有更高的準(zhǔn)確性和直觀性，且無(wú)機(jī)械裝置，具有更更長(zhǎng)的使用壽命，電子鐘表具有價(jià)格便宜，質(zhì)量輕，定時(shí)誤差小等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛的應(yīng)用在生產(chǎn)，生活的各個(gè)方面。由于電

3、子鐘能提供精確又被廣泛的運(yùn)用在各種測(cè)量之中。二設(shè)計(jì)要求1. 設(shè)計(jì)一個(gè)能直接顯示“分”、“秒”的數(shù)字電子鐘,要求60分鐘為一計(jì)時(shí)周期。2. 電路具有校時(shí)(分)功能。三設(shè)計(jì)目的 此次實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)目的在于培養(yǎng)學(xué)生們的操作實(shí)踐能力。通過(guò)對(duì)數(shù)字時(shí)鐘原理的學(xué)習(xí)，增強(qiáng)同學(xué)們的理論知識(shí)以及思維能力。此次實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)不單是理論的實(shí)現(xiàn)，相反的，更多的在于操作能力的鍛煉。通過(guò)對(duì)數(shù)字時(shí)鐘的實(shí)踐操作，讓同學(xué)們從中收獲甚多。學(xué)會(huì)元器件識(shí)別、測(cè)試和安裝的方法，掌握萬(wàn)用表的使用方法，學(xué)會(huì)利用軟、硬件獨(dú)立進(jìn)行電子設(shè)備的整機(jī)裝配、調(diào)試方法，并達(dá)到產(chǎn)品的質(zhì)量要求，從而鍛煉和提高學(xué)生的動(dòng)手能力，鞏固和加深對(duì)電子學(xué)理論知識(shí)的理解和掌握，為以后

4、專業(yè)設(shè)計(jì)、課程設(shè)計(jì)及畢業(yè)設(shè)計(jì)準(zhǔn)備必要的工藝知識(shí)和操作技能。培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用理論知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。掌握電子線路的基本原理、基本方法，掌握焊接的基本技能，達(dá)到焊點(diǎn)大小適中、均勻、圓潤(rùn)、光亮、無(wú)虛焊的要求，通過(guò)簡(jiǎn)單電器的安裝制作，熟悉電子儀器的安裝制作過(guò)程和電路的調(diào)試及簡(jiǎn)單故障排除的技能。四電路設(shè)計(jì)方案多功能數(shù)字鐘原理框架如圖所示，電路包括以下幾個(gè)部分：標(biāo)準(zhǔn)秒信號(hào)發(fā)生器、顯示電路、分秒計(jì)數(shù)器、校時(shí)電路。脈沖發(fā)生電路秒校對(duì)電路分校對(duì)電路秒計(jì)數(shù)器器分計(jì)數(shù)器秒譯碼器分譯碼器顯 示 電 路 此次數(shù)字?jǐn)?shù)字設(shè)計(jì)利用所給的芯片設(shè)計(jì)完成。利用4個(gè)數(shù)碼管完成顯示電路的設(shè)計(jì)，所用數(shù)碼管為共陰性。 CD4511是一

5、個(gè)用于驅(qū)動(dòng)共陰極 LED （數(shù)碼管）顯示器的 BCD 碼七段碼譯碼器，所以CD4511用做此次數(shù)字時(shí)鐘的譯碼器。本實(shí)驗(yàn)用到的計(jì)數(shù)器是74LS90,74LS90是二五十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，它有兩個(gè)時(shí)鐘輸入端CKA和CKB。其中，CKA和組成一位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器；CKB和組成五進(jìn)制計(jì)數(shù)器。設(shè)計(jì)中用了兩個(gè)開(kāi)關(guān)，分別用做分、秒校對(duì)。最后數(shù)碼管跳動(dòng)一秒所用的脈沖由555提供。五.單元電路設(shè)計(jì)及參數(shù)計(jì)算 5.1.譯碼顯示電路設(shè)計(jì)由于計(jì)數(shù)器輸出的是一個(gè)8421BCD碼，所以可以用CD4511譯碼器和共陰數(shù)碼管來(lái)組成譯碼顯示電路。CD4511是一個(gè)用于驅(qū)動(dòng)共陰極 LED （數(shù)碼管）顯示器的 BCD 碼七段碼譯碼器，特點(diǎn)如

6、下：具有BCD轉(zhuǎn)換、消隱和鎖存控制、七段譯碼及驅(qū)動(dòng)功能的CMOS電路能提供較大的拉電流。可直接驅(qū)動(dòng)LED顯示器。用CD4511實(shí)現(xiàn)LED與接口方法如表5-1所示： 表5-1CD4511的工作真值表如表5-2所示： 輸        入輸        出LEBILIDCBAabcdefg顯示XX0XXXX11111118X01XXXX0000000消隱01100001111110001100010110000101100101101101201100111

7、111001301101000110011401101011011011501101100011111601101111110000701110001111111801110011110011901110100000000消隱01110110000000消隱01111000000000消隱01111010000000消隱01111100000000消隱0111111000000消隱111XXXX鎖       存鎖存表3-2 CD 4511的真值表 5.2.計(jì)數(shù)器電路設(shè)計(jì)本次電路設(shè)計(jì)所采用的計(jì)數(shù)器為74LS90。74LS90是二五十進(jìn)

8、制計(jì)數(shù)器，它有兩個(gè)時(shí)鐘輸入端CKA和CKB。其中，CKA和組成一位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器；CKB和組成五進(jìn)制計(jì)數(shù)器；若將與CKB相連接，時(shí)鐘脈沖從輸入，則構(gòu)成了8421BCD碼十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。74LS90有兩個(gè)清零端R0（1）、R0（2），兩個(gè)置9端R9（1）和R9（2），其BCD碼十進(jìn)制計(jì)數(shù)時(shí)序如表5-4。74LS90的管腳圖如圖5-3。R0(1)2R0(2)3R9(1)6R9(2)7CKA14QA12CKB1QB9QC8QD1174LS90圖5-3表5-4 BCD碼十進(jìn)制計(jì)數(shù)時(shí)序 CK00000100012001030011401005010160110701118100091001 74LS90的功

9、能： (1)異步清零功能。當(dāng)R0=R0(2),R0(1)=0時(shí)，若R9=R9(1),R9(2)=0時(shí)，則計(jì)數(shù)器清零，并與CK無(wú)關(guān)。(2)異步置9功能。當(dāng)R0=R0(2),R0(1)=1時(shí)，計(jì)數(shù)器置9，即被置成1001的狀態(tài)，置9功能也于CK無(wú)關(guān)。(3)計(jì)數(shù)功能，當(dāng)R0=0,R9=0時(shí)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)。根據(jù)不同接法，還可實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制、五進(jìn)制。5.3.脈沖發(fā)生電路設(shè)計(jì)555定時(shí)器的集成電路引腳如5-5圖所示1腳為接地端（GND）、2腳為低觸發(fā)端（ ）、3腳為輸出端 （OUT）、4腳為復(fù)位端（）、5腳為控制電壓端（CO）、6腳為高觸發(fā)端（TH）、7腳為放電端（D）、8腳為電源端（VCC）。圖2-1 555定

10、時(shí)器電路引腳圖表5-6 555定時(shí)器的功能表輸入中間狀態(tài)輸出放電管狀態(tài)高觸發(fā)端低觸發(fā)端直接復(fù)位Q××0××0導(dǎo)通>>1010導(dǎo)通<>111保持保持不變<<1101截止表5-7555定時(shí)器的輸入、輸出關(guān)系復(fù)位端控制電壓端CO高出發(fā)端VTH低觸發(fā)端VTR輸出端OUTT的狀態(tài)00*UOL導(dǎo)通10UOL導(dǎo)通不變不變*UOH截止1>VCOUOL導(dǎo)通<VCOUOL不變*不變截止 555定時(shí)器1HZ脈沖輸出的計(jì)算：由NE555的特性參數(shù)可知，當(dāng)電源電壓去5V時(shí)，在100mA的輸出電流下輸出電壓的典型值為3.3V，所以取V

11、cc=5V可以滿足對(duì)輸出脈沖幅度的要求。若采用如下圖所示的電路，則： 故得R1=R2.又由公式可知： T=（R1+2R2）Cln2=1若去C=10uf，則代入上式得到： 3R1Cln2=1 =48k因R1=R2，所以取兩只47k的電阻與一個(gè)2k的電位器串聯(lián)，即得到1HZ的輸出脈沖。六電路原理圖及工作原理數(shù)字時(shí)鐘電路總原理圖數(shù)字時(shí)鐘電路總仿真圖秒電路仿真分電路仿真脈沖發(fā)生器仿真校對(duì)電路仿七電路的安裝與測(cè)試 測(cè)試：電路設(shè)計(jì)好之后需要經(jīng)過(guò)測(cè)試確認(rèn)電路可行性后，方可安裝焊接電路。測(cè)試順序?yàn)椋悍诸l電路模塊、計(jì)數(shù)器模塊、譯碼顯示電路模塊、校對(duì)模塊。每個(gè)模塊進(jìn)行測(cè)試都確認(rèn)無(wú)誤后，即可把每個(gè)模塊連接好，組成一

12、個(gè)完整的數(shù)字時(shí)鐘。根據(jù)軟件對(duì)電路仿真后得出的結(jié)論是沒(méi)有問(wèn)題的，在一般情況下接線后不會(huì)有問(wèn)題，但是測(cè)試時(shí)接線不能出錯(cuò)。安裝焊接：首先應(yīng)把芯片整體的排布有一個(gè)概念，盡量做到整齊、容易檢查、走線、飛線簡(jiǎn)單。注意各個(gè)芯片的接地端和電源端要焊接好，不要出現(xiàn)虛焊等情況。由于電路比較復(fù)雜，焊接完成后若出現(xiàn)問(wèn)題，需要反復(fù)檢查，盡量解決問(wèn)題。八心得體會(huì) 通過(guò)此次的數(shù)字時(shí)鐘課程設(shè)計(jì)，無(wú)疑的一點(diǎn)：我學(xué)到了很多。早在大一的時(shí)候我就在問(wèn)自己我學(xué)電路分析究竟拿來(lái)干什么，學(xué)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)拿來(lái)干什么，媒體啊摹都埋頭苦干在書(shū)本上，一點(diǎn)興趣都沒(méi)有，一點(diǎn)趣味都沒(méi)有，以至于花了時(shí)間在課本上，卻沒(méi)讓自己得到更多的收獲。可這次不一樣了

13、，我對(duì)專業(yè)的興趣來(lái)了，我對(duì)專業(yè)的熱情燃燒了，此次的數(shù)字時(shí)鐘課程設(shè)計(jì)就是我對(duì)專業(yè)熱情燃燒的導(dǎo)火線。通過(guò)此次的數(shù)字時(shí)鐘課程設(shè)計(jì)，不僅讓我對(duì)專業(yè)重新了解，也讓我在其中學(xué)到了很多，從理論學(xué)習(xí)到實(shí)踐學(xué)習(xí)，其理論、實(shí)踐的完美結(jié)合更讓我知道了電子信息工程的本質(zhì)。九參考文獻(xiàn)【1】閻石 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五版） 北京：高等教育出版社 2006【2】張克農(nóng) 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) 北京：高等教育出版社 2003【3】趙淑范等 電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì) 北京：清華大學(xué)出版社 2006【4】陳光明等 電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)與綜合實(shí)訓(xùn)北京：北京航空航天大學(xué)出版社 2007【5】李銀華等 電子線路設(shè)計(jì)指導(dǎo)北京：北京航空航天大學(xué)出版社

14、 2006【6】黃智偉 全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽制作實(shí)訓(xùn)北京：北京航空航天大學(xué)出版社 2007.8【7】楊志忠 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)北京：高等教育出版社 2004【8】彭介華 電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)北京：高等教育出版社 2004【9】路勇 電子電路實(shí)驗(yàn)及仿真北京：清華大學(xué)出版社 2004附錄元件清單CommentDescriptionDesignatorFootprintLibRefQuantity電容 10ufCapacitorC1CAPR5-4X5Cap21電容 10ufCapacitorC3RAD-0.1Cap1電容 0.01ufCapacitorC4RAD-0.3Cap1數(shù)碼管Dpy Blue

15、-CC12.5*19*7.8 mm General Purpose Blue 7-Segment Display: CC, RH DP, Gray SurfaceDS3, DS4, DS5, DS6LEDDIP-10/C15.24RHDDpy Blue-CC4電源插座PWR2.5Low Voltage Power Supply ConnectorJ1KLD-0202PWR2.51電阻 68KResistorR1AXIAL-0.3Res11Tapped ResistorR2TO-220-ABRes Tap1電阻 20KResistorR3AXIAL-0.3Res11電阻 1KResistorR5, R6AXIAL-0.3Res12開(kāi)關(guān)SW-DPST6*6mm Single-Throw SwitchS2, S3KEYSW-DPST2譯碼器CD4511BCNBCD-to-7 Segment Latch/Decoder/DriverU4, U5, U7N16ECD4511BCN