數(shù)字電子鐘設(shè)計(jì)說明書

1、中北大學(xué)中北大學(xué)電子線路電子線路 課程設(shè)計(jì)說明書課程設(shè)計(jì)說明書學(xué)生姓名： 于 斌 班級學(xué)號： 08050743X36 學(xué)生姓名： 孫寶華 班級學(xué)號： 08050743X38 學(xué)生姓名： 王 慧 班級學(xué)號： 08050743X50 學(xué) 院： 信息商務(wù)學(xué)院 專 業(yè)： 通信工程專業(yè) 題 目： 數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師： 辛潔辛潔 李沅李沅 2011 年 1 月 4 日 中北大學(xué)電子線路課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 2010/2011 學(xué)年第 一 學(xué)期學(xué) 院： 信息商務(wù)學(xué)院 專 業(yè)： 通信工程 學(xué) 生 姓 名： 于 斌 學(xué) 號： 36 學(xué) 生 姓 名： 孫寶華 學(xué) 號： 38 學(xué) 生 姓 名： 王 慧

2、學(xué) 號： 50 課程設(shè)計(jì)題目： 數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì) 起 迄 日 期：2011 年 1 月 4 日2011 年 1 月 14 日課程設(shè)計(jì)地點(diǎn)： 通信工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)室 指 導(dǎo) 教 師： 辛潔 李沅 系 主 任： 趙冬娥 下達(dá)任務(wù)書日期: 2011 年 1 月 4 日課課 程程 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì) 任任 務(wù)務(wù) 書書1設(shè)計(jì)目的：1）綜合運(yùn)用所學(xué)的理論知識，掌握一般電子線路分析和設(shè)計(jì)的基本方法和步驟；2）培養(yǎng)一定的獨(dú)立分析問題、解決問題的能力；3）實(shí)踐利用 EDA 軟件繪制電子線路原理圖、PCB 圖及仿真；4）學(xué)會說明書的規(guī)范整理和書寫。2設(shè)計(jì)內(nèi)容（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)參數(shù)、條件、設(shè)計(jì)要求等）：1. 時間以 12 小

3、時為一個周期；2. 顯示時、分、秒；3. 具有校時功能，可以分別對時及分進(jìn)行單獨(dú)校時，使其校正到標(biāo)準(zhǔn)時間；4. 計(jì)時過程具有報(bào)時功能，當(dāng)時間到達(dá)整點(diǎn)前 10 秒進(jìn)行蜂鳴報(bào)時；5. 為了保證計(jì)時的穩(wěn)定及準(zhǔn)確須由晶體振蕩器提供表針時間基準(zhǔn)信號。3設(shè)計(jì)工作任務(wù)及工作量的要求1）分析設(shè)計(jì)任務(wù)，查閱相關(guān)資料；2）確定系統(tǒng)方案，設(shè)計(jì)各模塊電路，計(jì)算參數(shù)，分析其特性，使其滿足題目要求；3）利用 EDA 軟件繪制所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的原理圖及 PCB 圖及仿真；4）按格式要求撰寫課程設(shè)計(jì)說明書。4設(shè)計(jì)要求：1. 方案論證與選擇，元器件及參數(shù)選擇；2. 畫出仿真電路圖并調(diào)試；3. 編寫設(shè)計(jì)報(bào)告，寫出設(shè)計(jì)的全過程，附元器件

4、列表、參考資料和心得體會。5主要參考文獻(xiàn)：1 畢滿清主編電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)第 3 版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20052 陳曉文主編電子線路課程設(shè)計(jì) 第 1 版.北京：電子工業(yè)出版社，20043 謝自美主編電子線路綜合設(shè)計(jì) 第 1 版.武漢：華中科技大學(xué)出版社，20066設(shè)計(jì)成果形式及要求：1) 用計(jì)算機(jī)仿真軟件制圖或仿真；2) 課程說明書用計(jì)算機(jī)打印，并裝訂；7工作計(jì)劃及進(jìn)度：2011 年 1 月 4 日 1 月 5 日 分析設(shè)計(jì)任務(wù)書，查閱相關(guān)資料及設(shè)計(jì)手冊；2011 年 1 月 6 日 1 月 9 日 確定系統(tǒng)方案，組成模塊框圖，設(shè)計(jì)各模塊電路；2011 年 1 月 10 日 1 月

5、12 日 分析電路各參數(shù)及其特性并繪制電子線路原理圖、2011 年 1 月 12 日 1 月 13 日 按格式要求完成課程設(shè)計(jì)說明書；PCB 圖及仿真分析，并撰寫課程設(shè)計(jì)說明書；2011 年 1 月 14 日 成績考核系主任審查意見： 簽字： 目 錄1 引言.62 數(shù)字電子鐘設(shè)計(jì)方案.62.1 數(shù)字計(jì)時器的設(shè)計(jì)思想.62.2 數(shù)字電路設(shè)計(jì)及元器件參數(shù)選擇 .667計(jì)數(shù)顯示電路.89整點(diǎn)報(bào)時電路.10102.3 安裝與調(diào)試.11113 設(shè)計(jì)單元原理說明.113.1 555 定時器原理 .123.2 計(jì)數(shù)器原理.123.3 譯碼和數(shù)碼顯示電路原理.123.4 校時電路原理.124 心得與體會.12

6、年 月 日 1 1 引引 言言數(shù)字鐘是一種用數(shù)字電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)時，分，秒計(jì)時的裝置，具有較高的準(zhǔn)確性和直觀性等各方面的優(yōu)勢，而得到廣泛的應(yīng)用。此次設(shè)計(jì)數(shù)字電子鐘是為了了解數(shù)字鐘的原理，在設(shè)計(jì)數(shù)字電子鐘的過程中，用 數(shù)字電子技術(shù)的理論和制作實(shí)踐相結(jié)合，進(jìn)一步加深數(shù)字電子技術(shù)課程知識的理解和應(yīng)用，同時學(xué)會使用 Multisim 電子設(shè)計(jì)軟件。2數(shù)字電子鐘設(shè)計(jì)方案2.12.1 數(shù)字計(jì)時器的設(shè)計(jì)思想數(shù)字計(jì)時器的設(shè)計(jì)思想要想構(gòu)成數(shù)字鐘，首先應(yīng)選擇一個脈沖源能自動地產(chǎn)生穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)時間脈沖信號。而脈沖源產(chǎn)生的脈沖信號地頻率較高，因此，需要進(jìn)行分頻，使得高頻脈沖信號變成適合于計(jì)時的低頻脈沖信號，即“秒脈沖信號”

7、 （頻率為1Hz） 。經(jīng)過分頻器輸出的秒脈沖信號到計(jì)數(shù)器中進(jìn)行計(jì)數(shù)。由于計(jì)時的規(guī)律是：60 秒=1 分，60 分=1 小時，24 小時=1 天，就需要分別設(shè)計(jì) 60 進(jìn)制，24 進(jìn)制計(jì)數(shù)器，并發(fā)出驅(qū)動信號。各計(jì)數(shù)器輸出信號經(jīng)譯碼器、驅(qū)動器到數(shù)字顯示器，是“時” 、 “分” 、 “秒”得以數(shù)字顯示出來。值得注意的是：任何記時裝置都有誤差，因此應(yīng)考慮校準(zhǔn)時間電路。校時電路一般采用自動快速調(diào)整和手動調(diào)整, “自動快速調(diào)整”可利用分頻器輸出的不同頻率的脈沖使顯示時間自動迅速調(diào)整時間。 “手動調(diào)整”可利用手動的節(jié)拍調(diào)準(zhǔn)顯示時間。2.22.2 數(shù)字電路設(shè)計(jì)及元器件參數(shù)選擇數(shù)字電路設(shè)計(jì)及元器件參數(shù)選擇2.2

8、.12.2.1 秒信號電路秒信號電路 它是數(shù)字電子鐘的核心部分，它的精度和穩(wěn)定度決定于數(shù)字中的質(zhì)量.通常晶體振蕩器發(fā)出的脈沖經(jīng)過整形、分頻獲得 1Hz 的秒脈沖。多諧振蕩器電路與分頻電路如圖 1.1 所示。多諧振蕩器與分頻電路為計(jì)數(shù)器提供計(jì)數(shù)脈沖和為計(jì)數(shù)器提供校時脈沖。圖 2.1 多諧振蕩器電路與分頻電路f=1/0.7(Rw+2R)C多諧振蕩器的頻率設(shè)計(jì)為 2Hz，R 為 50k,C 為 4.7F。f=1/0.7(Rw+2R)C=1/0.7(50+2*51)*103*4.7*10-62Hz調(diào)節(jié)電位器 Rw，使多諧振蕩器產(chǎn)生頻率為 2Hz 的方波信號。多諧振蕩器產(chǎn)生的 2Hz 脈沖信號經(jīng)過 CD

9、4013 組成的分頻器，進(jìn)行 2 分頻，輸出 1Hz 的秒脈沖為計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)脈沖。秒信號經(jīng)秒計(jì)數(shù)器、分計(jì)數(shù)器、時計(jì)數(shù)器之后。分別得到顯示電路，以便實(shí)現(xiàn)用數(shù)字顯示時、分、秒的要求。 “秒”和“分”計(jì)數(shù)器應(yīng)為六十進(jìn)制，而“時”計(jì)數(shù)器應(yīng)為二十四進(jìn)制。要實(shí)現(xiàn)這一要求，可選用的中規(guī)模集成計(jì)數(shù)器較多，這里推薦 74LS160（1）采用兩片十進(jìn)制計(jì)數(shù)器 74LS160N 擴(kuò)展連接，設(shè)計(jì) 60 進(jìn)制的計(jì)數(shù)器，顯示 0 到 59，在 59 時采用置數(shù)的方法，將兩片 74LS160N 同時置數(shù)至 0，以循環(huán)顯示 0 到 59。 圖 2.2 兩塊 74LS160 構(gòu)成的六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器（2）24 進(jìn)制亦采用兩片十進(jìn)制

10、計(jì)數(shù)器 74LS160N 擴(kuò)展連接，設(shè)計(jì) 24 進(jìn)制的計(jì)數(shù)器，顯示 0 到 23，在 23 時采用置數(shù)的方法，將兩片 74LS160N 同時置數(shù)至 0，以循環(huán)顯示 0 到 23。圖 2.3 兩塊 74LS160 構(gòu)成的二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器（3）利用秒鐘的置數(shù)信號（為低電平） ，取反后作為分鐘各位的使能端（EP 和 ET）的控制信號，以實(shí)現(xiàn)分秒之間的進(jìn)位功能。同理可以實(shí)現(xiàn)分時之間的進(jìn)位功能。（4）顯示功能 采用 Multisim 里面的 DCD_HEX 顯示管進(jìn)行時分秒的顯示。將 DCD_HEX 顯示管的四個針腳對應(yīng)接到 74LS160N 的四個輸出端。計(jì)數(shù)顯示電路計(jì)數(shù)顯示電路選用器件時應(yīng)當(dāng)注意譯碼

11、器和顯示器件相互配合。一是驅(qū)動功率要足夠大，二是邏輯電平要匹配秒計(jì)數(shù)器、分計(jì)數(shù)器、和時計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)分別輸送給各自的顯示譯碼器CD4511，在數(shù)送給各自的數(shù)碼管，顯示出時、分、秒的計(jì)時。電路如圖 1.7 所示為計(jì)數(shù)、譯碼顯示電路。圖 2.4 計(jì)數(shù)顯示電路在剛接通電源或者時鐘走時出現(xiàn)誤差時，則需要進(jìn)行時間的校準(zhǔn)。置開關(guān)在手動位置，分別對時、分、秒進(jìn)行單獨(dú)計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)脈沖由單次脈沖或連續(xù)脈沖輸入。校時電路如圖 1.12 所示為校時電路。由與非門和二個開關(guān)組成，實(shí)現(xiàn)對“時” 、 “分”的校準(zhǔn)。圖 2.5 校時.分電路當(dāng)校時開關(guān) J1、J2 扳到下端時，校時的 2Hz 脈沖輸送到時計(jì)數(shù)器和分計(jì)數(shù)器個位的

12、CP 端，進(jìn)行時計(jì)數(shù)器和分計(jì)數(shù)器“時” 、 “分”的校準(zhǔn)。當(dāng)校時開關(guān)J1、J2 扳到上端時，時計(jì)數(shù)器和分計(jì)數(shù)器的進(jìn)位脈沖輸送到時計(jì)數(shù)器和分計(jì)數(shù)器個位的 CP 端，時鐘正常計(jì)時。整點(diǎn)報(bào)時電路圖 2.6 報(bào)時電路圖 2.7 數(shù)字鐘總體電路2.32.3 安裝與調(diào)試安裝與調(diào)試1 首先調(diào)試多諧振蕩器。用示波器觀察多諧振蕩器輸出波形，確定多諧振蕩器是否正常工作，振蕩頻率是否是 2Hz。調(diào)節(jié)電位器 Rw，使多諧振蕩器產(chǎn)生頻率為 2Hz 的方波信號。2 調(diào)試分頻器。用示波器觀察分頻器輸出波形，確定信號頻率是否是 1Hz。3 調(diào)試計(jì)數(shù)、譯碼顯示電路。將秒信號輸送給秒計(jì)數(shù)器、分計(jì)數(shù)器、和時計(jì)數(shù)器，觀察各計(jì)數(shù)器是否

13、工作正常。4 調(diào)試校時電路。觀察校時電路是否起到校時作用。5 整體調(diào)試。各部分電路連接起來，觀察電子鐘是否正常工作。數(shù)字電子鐘數(shù)字電子鐘 PCB 圖圖用 EDA 技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，生成的 PCB 如下圖所示:圖 2.9 數(shù)字電子鐘 PCB 圖3 3設(shè)計(jì)單元原理說明設(shè)計(jì)單元原理說明數(shù)字鐘以成為人們常生活中數(shù)字電子鐘一般由振蕩器，分頻器，譯碼器，顯示器等部分組成。數(shù)字鐘的應(yīng)用非常廣泛，應(yīng)用于人家庭以及車站。碼頭。劇場，辦公室等公共場所，給人們的生活，學(xué)習(xí)，工作，娛樂帶來極大的方便，由于數(shù)字集成電路技術(shù)的發(fā)展和采用了先進(jìn)的石英技術(shù)，使數(shù)字鐘具有走時準(zhǔn)確，性能穩(wěn)定，攜帶方便等特點(diǎn)，它還用于計(jì)時，自動報(bào)時及自

14、動控制等各個領(lǐng)域。 盡管目前市場上以有現(xiàn)成數(shù)字鐘集成電路芯片，價(jià)格便宜這些都是數(shù)字電路中最基本的，應(yīng)用最廣的電路。數(shù)字電子鐘的基本邏輯功能框圖如下：它是一個將“時” ， “分” ， “秒”顯示于人的視覺器官的計(jì)時裝置。他的計(jì)時裝置的周期為 24 小時，顯示滿刻度為 23 時 59 分 59 秒，另外應(yīng)有校時功能。因此，一個基本數(shù)字鐘主要由五部分組成。3.13.1 555555 定時器原理定時器原理晶體震蕩器的作用是產(chǎn)生時間標(biāo)準(zhǔn)信號。數(shù)字鐘的精度，主要取決于時間標(biāo)準(zhǔn)信號的頻率及其穩(wěn)定度。因此，一般用石英震蕩器經(jīng)過分得到。雙極型 555定時器由電阻分壓器、比較器、基本 RS 觸發(fā)器、雙極型三極管

15、T 和輸出緩沖器組成。3.23.2 計(jì)數(shù)器原理計(jì)數(shù)器原理有了時間標(biāo)準(zhǔn)：“秒”信號后，就可以根據(jù) 60 秒為 1 分，60 分為 1 小時，24 小時為一天的計(jì)數(shù)周期，分別組成兩個 60 進(jìn)制，一個 24 進(jìn)制的計(jì)數(shù)器。將這些計(jì)數(shù)器適當(dāng)連接，就可以夠成秒，分時的計(jì)數(shù)器 ，實(shí)現(xiàn)計(jì)時功能。3.33.3 譯碼和數(shù)碼顯示電路原理譯碼和數(shù)碼顯示電路原理譯碼和數(shù)碼顯示電路是將數(shù)字鐘的計(jì)時狀態(tài)直觀清晰地反映出來，被人們的視覺器官所接受。顯示器件選用 LED 數(shù)碼管。在譯碼及數(shù)碼顯示電路輸出信號的驅(qū)動下，顯示出清晰直觀的數(shù)字符號。3.43.4 校時電路原理校時電路原理實(shí)際的數(shù)字鐘電路由于秒信號的精確性和不可能做

16、到完全準(zhǔn)確無誤，加之電路中其他原因，數(shù)字鐘總會產(chǎn)生其他原因，數(shù)字鐘總會產(chǎn)生走時誤差的現(xiàn)象，因此，電路中就應(yīng)該有校準(zhǔn)時間的功能的電路。4 4 心得與體會心得與體會我們學(xué)習(xí)了數(shù)字電子電路和模擬電子電路，對電子技術(shù)有了一些初步了解，但那都是一些理論的東西。通過這次數(shù)字電子鐘的課程設(shè)計(jì)，我們才把學(xué)到的東西與實(shí)踐相結(jié)合。從中對我們學(xué)的知識有了更進(jìn)一步的理解。在此次的數(shù)字鐘設(shè)計(jì)過程中，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。也鍛煉了自己獨(dú)立思考問題的能力和通過查看相關(guān)資料來解決問題的習(xí)慣。雖然這只是一次簡單的課程設(shè)計(jì)，但通過這次課程設(shè)計(jì)我們了解了課程設(shè)計(jì)的一般步驟，和設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題。設(shè)計(jì)本身并不是有很重要的意義，而是我們對待問題時的態(tài)度和處理事情的能力。各個芯片能夠完成什么樣的功能，使用芯片時應(yīng)該注意那些要點(diǎn)。同一個電路可以用那些芯片實(shí)現(xiàn)，各個芯片實(shí)現(xiàn)同一個功能的區(qū)別。另外，我們設(shè)計(jì)要從市場需求出發(fā)，既要有強(qiáng)大的功能，又要在價(jià)格方面比同等檔次的便宜。同時對普通計(jì)數(shù)器如何構(gòu)成 n 進(jìn)制計(jì)數(shù)器有了更深的了解和掌握，對自我的實(shí)