電子技術(shù)課程設(shè)計數(shù)字顯示電子時鐘

1、電子技術(shù)課程設(shè)計總結(jié)報告課題名稱：數(shù)字顯示電子時鐘 專 業(yè)：電氣工程及其自動化班 級： 學(xué) 號： 姓 名： 指導(dǎo)教師： 摘要3第一章設(shè)計指標(biāo)41.1設(shè)計題目41.2設(shè)計任務(wù)和要求41.3設(shè)計原理4第二章系統(tǒng)方案52.1 系統(tǒng)模塊及框圖52.2 單元電路設(shè)計62.2.1 秒基準(zhǔn)信號發(fā)生器62.2.2 計數(shù)器72.2.3 數(shù)碼顯示82.2.3 校時切換電路82.2.3 校時切換電路92.2.4 整體電路圖92.2.5 部分芯片實際引腳圖及功能112.3 multisim 仿真12第三章方案總結(jié)123.1 元件清單123.2電路及方案的特點123.3 心得體會13參考文獻：13摘要時鐘是生活中必不可

2、少的工具，實際生活中，時鐘小巧精致甚至很多是作為另一個工具的附加物（如手機、收音機等）。但實際上時鐘的原型脈沖源是時序邏輯電路完成其邏輯功能的基礎(chǔ)。如果電源是數(shù)字電路的發(fā)動機的話，那么時鐘源就是它的輪胎使它能向前運行，所以幾乎所有電子產(chǎn)品都離不開時鐘源。本設(shè)計目的不在制作生活用的電子時鐘，而是希望通過對電子鐘的分模塊設(shè)計，加深對震蕩電路、波形轉(zhuǎn)換、分頻器、計數(shù)器、數(shù)據(jù)選擇器、譯碼器、數(shù)碼管等的理解，加強對實際集成器件的應(yīng)用，鍛煉電路焊接技術(shù)和檢查排錯能力。本設(shè)計通過32768Hz晶體和14位二進制分頻器4060產(chǎn)生2Hz的脈沖信號，再通過JK觸發(fā)器4027組成的二分頻器產(chǎn)生1Hz秒脈沖，比基于

3、555定時器的時鐘源精確和穩(wěn)定。顯示部分采用CD4511驅(qū)動共陰極7段數(shù)碼管。校時部分采用四二選一數(shù)據(jù)選擇器74157芯片選擇正常走時或手動校時。設(shè)計過程中先使用multisim11.0進行仿真設(shè)計，后又進行實際焊接。第一章 設(shè)計指標(biāo)1.1設(shè)計題目數(shù)字電子時鐘1.2設(shè)計任務(wù)和要求1、時鐘的“時”要求用兩位顯示，采用24進制。2、時鐘的“分”、“秒”要求各用兩位顯示。3、整個系統(tǒng)要有校時部分，校時時不能產(chǎn)生進位。1.3設(shè)計原理1、由石英晶體多諧振蕩器和分頻器產(chǎn)生1HZ標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖。2、“秒電路”、“分電路”均為0059的六十進制計數(shù)、譯碼、顯示電路。3、“時電路”為0023的二十四進制計數(shù)、譯碼、

4、顯示電路。第二章 系統(tǒng)方案2.1 系統(tǒng)模塊及框圖數(shù)字顯示電子鐘系統(tǒng)包括秒脈沖發(fā)生器、秒60進制計數(shù)器、分60進制計數(shù)器、時24進制計數(shù)器、6個數(shù)碼管及數(shù)字顯示譯碼器、校時與正常走時選擇電路、手動校時脈沖發(fā)生電路。系統(tǒng)總體框圖如下。譯碼器顯示秒基準(zhǔn)信號發(fā)生器24進制計數(shù)器60進制計數(shù)器60進制計數(shù)器譯碼器譯碼器譯碼器譯碼器譯碼器顯示顯示顯示顯示顯示校時脈沖數(shù)據(jù)選擇器/模擬開關(guān)1HZ秒分時控制開關(guān)1HZ清零其中通過控制開關(guān)控制數(shù)據(jù)選擇器可以選擇將1HZ秒脈沖信號送給秒計數(shù)器并且斷開校時脈沖對分、時計數(shù)器的控制，或斷開1HZ對秒計數(shù)器的控制給之清零信號并接通校時電路與分、時計數(shù)器的通道。2.2 單元

5、電路設(shè)計 秒基準(zhǔn)信號發(fā)生器秒基準(zhǔn)信號發(fā)生器實質(zhì)上是1Hz的時鐘信號源，數(shù)字電路中的時鐘是由振蕩器產(chǎn)生的，振蕩器是數(shù)字鐘的核心。振蕩器的穩(wěn)定度及頻率的精度決定了數(shù)字鐘計時的準(zhǔn)確程度，一般來說，振蕩器的頻率越高，計時精度越高。它利用某種反饋方式產(chǎn)生時鐘信號。對數(shù)字電路來說，振蕩器的輸出的幅度范圍為0v5v的方波信號而不是鋸齒波、三角波或其他形式。利用555定時器和電容電阻可以產(chǎn)生時鐘脈沖但是其精確度和穩(wěn)定性不高。而通過32768Hz石英晶體和非門構(gòu)成的振蕩器穩(wěn)定性和精度都很高，但其頻率太高需要多15級二分頻器才能產(chǎn)生1Hz的秒基準(zhǔn)信號。所以考慮使用含有非門和14級二進制串行分頻器的集成塊CD406

6、0，既可以提供非門又可以進行14級二分頻產(chǎn)生2Hz的信號，其中反相器并聯(lián)電阻可使反相器工作在，電壓跳變的轉(zhuǎn)折區(qū)，利于起振，阻值不能太小否則無法起振。如圖1。再將2Hz的信號經(jīng)由雙JK觸發(fā)器4027芯片組成的二分頻器進行二分頻得到1Hz的秒基準(zhǔn)信號。如下圖2：2.2.2計數(shù)器秒、分計數(shù)器都是60進制計數(shù)器，時計數(shù)器為24進制?？紤]到成本，采用2-5-10計數(shù)器74ls90，共需六個。每個7490的引腳1和12相接構(gòu)成十進制計數(shù)器再由兩個10進制計數(shù)器配上與門構(gòu)成60進制和10進制計數(shù)器如圖3（60進制）和圖4（24進制）。2.2.3數(shù)碼顯示顯示模塊采用7段顯示共陰極數(shù)碼管，使用CD4511BE譯

7、碼并驅(qū)動，330電阻限流，4511的試燈和消隱都接高電平，鎖定接地，電路圖如圖5（顯示電路） 校時切換電路校時電路的核心是四二選一數(shù)選器74157，相當(dāng)于四個同步切換單刀雙擲開關(guān)，切換開關(guān)通過與非門改造的反相器把信號送給74157的地址輸入端，加個反相器可以有效控制控制開關(guān)切換時對已經(jīng)校準(zhǔn)過的分、時產(chǎn)生干擾。分脈沖輸入時接的與非門也是為了防止控制開關(guān)切回正常走時時對已經(jīng)校準(zhǔn)的分的干擾。注：由于仿真軟件的限制，輕觸開關(guān)用單刀單擲開關(guān)代替。 整體電路圖注：由于仿真軟件的限制，輕觸開關(guān)用單刀雙擲開關(guān)代替。數(shù)碼管已經(jīng)內(nèi)置譯碼器。2.2.5部分芯片實際引腳圖及功能引腳3和引腳4分別為試燈和消隱，低電平有

8、效，故本設(shè)計使用時接高電平。引腳5為鎖定功能，高電平有效，使用時接低電平。74LS157引腳1為地址端，用于選擇將A送給Y或者將B送給Y2.3 multisim 仿真在仿真妙基準(zhǔn)信號發(fā)生器時，發(fā)現(xiàn)用CD4060和晶體模擬晶振并不能出現(xiàn)脈沖信號。在網(wǎng)上查閱資料后發(fā)現(xiàn)，可能是模擬晶振需要耗費大量計算資源，所以一般仿真軟件無法仿真晶振。但可以用單獨的反相器和晶體等仿真出振蕩電路。 小時的高位能顯示0、1、2三個數(shù)，屬于三進制，剛開始誤以為它是二進制故最初時計數(shù)器的高位7490芯片沒有將引腳1和12相接構(gòu)成十進制，結(jié)果仿真時發(fā)現(xiàn)高位出現(xiàn)2就自動清零，此問題才得以發(fā)現(xiàn)并更正。 剛開始沒有考慮，校時切換開

9、關(guān)動作對分、時的影響。仿真結(jié)果是，校時切換時，分和時都自動出現(xiàn)進位，后經(jīng)改進控制開關(guān)串聯(lián)一個與非門構(gòu)成的反相器，并使用與非門將校時切換時送給秒的清零信號反饋給分的時鐘輸入端抑制其進位。第三章方案總結(jié)3.1 元件清單名稱/型號數(shù)量/個備注七段共陰極數(shù)碼管6顯示譯碼器CD4511BE6驅(qū)動數(shù)碼管計數(shù)器74ls906構(gòu)成60進制和24進制計數(shù)器四二選一數(shù)選器74ls1571構(gòu)成校時切換電路與門74ls081幫助計數(shù)器清零計數(shù)與非門74hc001單刀雙擲開關(guān)1控制校時電路的切換輕觸開關(guān)2產(chǎn)生校時脈沖晶體1一起構(gòu)成2Hz,時鐘信號發(fā)生電路CD4060110m電阻120pf陶瓷電容2雙JK觸發(fā)器CD402

10、71構(gòu)成二分頻器5V直流電源1試驗臺等提供330電阻42作為數(shù)碼管限流電阻5k電阻3用于手動開關(guān)切換高電平限流3.2電路及方案的特點該電子時鐘電路，采用32768Hz晶體和CD4060內(nèi)部的反相器構(gòu)成振蕩器，晶體生產(chǎn)工藝成熟，頻率精確穩(wěn)定，而且反相器可對其波形整形，故可產(chǎn)生精確穩(wěn)定的脈沖信號，通過CD4060的14級分頻器和JK觸發(fā)器改造的二分頻器將脈沖變成1Hz的妙基準(zhǔn)脈沖。所用器件不多就可產(chǎn)生妙基準(zhǔn)時鐘。該電路還通過四二選一數(shù)選器構(gòu)成，校時和正常走時切換電路，校時的時候切斷了秒脈沖并將秒計數(shù)器清零不會產(chǎn)生進位。正常走時的時候切斷了校時脈沖，校時輕觸開關(guān)不起作用。同時利用與非門構(gòu)成的反相器消

11、除開關(guān)動作和抖動對分、時計數(shù)器的影響。由于成本的原因，選用7490作為10進制計數(shù)器，需要先將2-5進制連接成10進制，造成連線增多不利于實際焊接。由于譯碼器限制未考慮數(shù)碼管無效零消隱，增加了電路功耗。由于時間原因，未設(shè)計整點報時電路。改進方向是增加無效零消隱功能，利用減法計數(shù)器觸發(fā)555定時器并驅(qū)動蜂鳴器實現(xiàn)整點前報時相應(yīng)次數(shù)。3.3 心得體會 通過此次數(shù)字顯示電子時鐘的設(shè)計，熟悉了課程設(shè)計的基本原則和一般過程。強化了將復(fù)雜系統(tǒng)分功能塊設(shè)計的思想。設(shè)計時很大程度上利用了計算機的模擬仿真技術(shù)，幫助發(fā)現(xiàn)和解決了許多問題，例如通過仿真異步清零法實現(xiàn)的60進制計數(shù)器，徹底弄清楚了同步清零與異步清零的

12、不同，和實際應(yīng)用中的使用方法。但有時仿真軟件也帶來了一些問題，比如仿真時采用方波電源提供1Hz秒脈沖，結(jié)果走了好長時間也沒出現(xiàn)走秒，用示波器測其波形，結(jié)果好長時間才出現(xiàn)一次跳變，于是發(fā)現(xiàn)仿真的頻率比實際頻率低的多，后來將頻率提高到幾千赫茲才出現(xiàn)了接近走秒頻率。而且通過了解還發(fā)現(xiàn)不同的計算機仿真的結(jié)果還不一樣，有的同學(xué)將頻率調(diào)為幾百赫茲就能得到接近秒的頻率。這讓我對仿真軟件有了更深的認(rèn)識。理論和仿真上沒問題后，開始了實際焊接。焊接可是花費了大量時間，一方面實際管腳圖與仿真管腳不同，而且芯片正面與反面管腳位置分布相反很容易搞混；另一方面初次焊接電路板，由于電子鐘所用元件多，受限于萬用板面積，芯片排布很緊密，更增加了管腳識別和焊接難度。焊接時不是焊接不牢固就是焊接短路，真是花費了好長時間才逐漸掌握。 但可惜的是最終焊出來的板，后面的線占滿了板，小時部分顯示與校準(zhǔn)也有問題，管腳和連線實在太多，檢查多次找不到問題。而且由于使用網(wǎng)線里面的細線作為連接用線，后來才發(fā)現(xiàn)這種比較硬的線不敢多次掰動檢查，否則很容易折斷，于是最終放棄了檢查小時部分。雖然實物沒有做成功，但還是在焊接過程中學(xué)了不少東西。比如用萬用表檢查連通性，可有效的檢查出短路和虛焊，這是我焊板時使用最多的排錯方法。有時候不得不接通電源，測量特定點的電壓，可檢查出某些線路沒有完全短路但絕緣性不好，造成電位不高不低。這也幫