數(shù)字電子鐘 課程設(shè)計

1、大連海洋大學(xué)數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計題目：數(shù)字電子鐘姓 名：學(xué) 號： 班 級：院系：指導(dǎo)教師： 起 止 日 期：大 連 海 洋 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計 報 告 紙學(xué)院: 專業(yè)班級: 姓名: 學(xué)號:目 錄一 摘要2二 課程設(shè)計任務(wù)及要求 2三 秒脈沖信號發(fā)生器5四 設(shè)計原理及其框圖5五 設(shè)計總結(jié)9六 參考文獻(xiàn)10數(shù)字電子鐘課程設(shè)計摘要數(shù)字電子鐘是一種用數(shù)字顯示秒分時的記時裝置，與傳統(tǒng)的機(jī)械鐘相比，他具有走時準(zhǔn)確顯示直觀無機(jī)械傳動裝置等優(yōu)點，因而得到了廣泛的應(yīng)用：小到人們的日常生活中的電子手表，大到車站碼頭機(jī)場等公共場所的大型數(shù)顯電子鐘。本課程設(shè)計要用通過簡單的邏輯芯片實現(xiàn)數(shù)字電子鐘。要點在于用555

2、芯片連接輸出為一秒的多諧振蕩器用于時鐘的秒脈沖,用74LS160(10進(jìn)制計數(shù)器)74LS00(與非門芯片)等連接成60和24進(jìn)制的計數(shù)器,再通過七段數(shù)碼管顯示，構(gòu)成了簡單數(shù)字電子鐘。一 課程設(shè)計任務(wù)及要求一、 設(shè)計目的1、熟悉鞏固所學(xué)的理論知識與實踐技能。2、培養(yǎng)學(xué)生查閱技術(shù)資料的能力，培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)理論知識和實踐知識獨立完成課題的工作能力。二、設(shè)計任務(wù)1、設(shè)計一個有“時”，“分”，“秒”（23小時59分59秒）顯示且有校 時功能的電子鐘；2、 用中小規(guī)模集成電路組成電子鐘。三、設(shè)計要求1用555定時器設(shè)計一個秒鐘脈沖發(fā)生器，輸入1HZ的時鐘；（對已有1kHz頻率時鐘脈沖進(jìn)行分頻）；2

3、能顯示時、分、秒，24小時制；3. 設(shè)計晶體震蕩電路來輸入時鐘脈沖；4.用同步十進(jìn)制集成計數(shù)器74LS160設(shè)計一個分秒鐘計數(shù)器,即六十進(jìn)制計數(shù)器；5.用同步十進(jìn)制集成計數(shù)器74LS160設(shè)計一個24小時計數(shù)器,6. 譯碼顯示電路顯示時間。四、參考資料1.楊志忠 衛(wèi)樺林 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) 高等教育出版社.2.繆新穎 曹立杰 叢吉遠(yuǎn) 數(shù)字電子技術(shù)實驗指導(dǎo)書 大連海洋大學(xué)自編教材.二 電路設(shè)計原理工作原理數(shù)字電子鐘由信號發(fā)生器、“時、分、秒”計數(shù)器、譯碼器及顯示器、校時電路、整點報時電路等組成。秒信號產(chǎn)生器是整個系統(tǒng)的時基信號，它直接決定計時系統(tǒng)的精度，一般用555構(gòu)成的振蕩器加分頻器來實現(xiàn)。將標(biāo)

4、準(zhǔn)秒脈沖信號送入“秒計數(shù)器”，該計數(shù)器采用60進(jìn)制計數(shù)器，每累計60秒發(fā)出一個“分脈沖”信號，該信號將作為“分計數(shù)器”的時鐘脈沖。“分計數(shù)器”也采用60進(jìn)制計數(shù)器，每累計60分，發(fā)出一個“時脈沖”信號，該信號將被送到“時計數(shù)器”?！皶r計數(shù)器”采用24進(jìn)制計數(shù)器，可以實現(xiàn)一天24h的累計。譯碼顯示電路將“時、分、秒”計數(shù)器的輸出狀態(tài)經(jīng)七段顯示譯碼器譯碼，通過六位LED顯示器顯示出來。整點報時電路是根據(jù)計時系統(tǒng)的輸出狀態(tài)產(chǎn)生一個脈沖信號，然后去觸發(fā)音頻發(fā)生器實現(xiàn)報時。校時電路是來對“時、分、秒”顯示數(shù)字進(jìn)行校對調(diào)整。其數(shù)字電子鐘系統(tǒng)框圖如下:數(shù)字電子鐘系 統(tǒng) 框 圖三 秒脈沖信號發(fā)生器秒脈沖信號發(fā)

5、生器是數(shù)字電子鐘的核心部分，它的精度和穩(wěn)定度決定了數(shù)字鐘的質(zhì)量。由振蕩器與分頻器組合產(chǎn)生秒脈沖信號。 振蕩器: 通常用555定時器與RC構(gòu)成的多諧振蕩器，經(jīng)過調(diào)整輸出1000Hz脈沖。 分頻器: 分頻器功能主要有兩個，一是產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖信號，一是提供功能擴(kuò)展電路所需要的信號。四、設(shè)計原理及其框圖數(shù)字鐘是一個簡單的時序組合邏輯電路，數(shù)字鐘的電路系統(tǒng)主要包括主體電路系統(tǒng)和擴(kuò)展電路兩大部分所組成，其中，主體電路完成數(shù)字鐘的基本功能，包括振蕩器、分頻器、計數(shù)器、譯碼器、顯示器等幾個部分組成，這些都是數(shù)字電路中常用的電路。它主要是用來完成時分秒的計數(shù)功能。一般來說，一個數(shù)字鐘要有振蕩器來產(chǎn)生脈沖，分頻器

6、來完成標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖的生成，計數(shù)器的計數(shù)功能，譯碼器的譯碼和顯示器的顯示功能。 體振蕩器電路晶體振蕩器電路給數(shù)字鐘提供一個頻率穩(wěn)定準(zhǔn)確的32768z的方波信號，可保證數(shù)字鐘的走時準(zhǔn)確及穩(wěn)定。不管是指針式的電子鐘還是數(shù)字顯示的電子鐘都使用了晶體振蕩器電路。 頻器電路分頻器電路將32768z的高頻方波信號經(jīng)32768（15）次分頻后得到1Hz的方 波信號供秒計數(shù)器進(jìn)行計數(shù)。分頻器實際上也就是計數(shù)器。 時間計數(shù)器電路 時間計數(shù)電路由秒個位和秒十位計數(shù)器、分個位和分十位計數(shù)器及時個位和時十位計數(shù)器電路構(gòu)成，其中秒個位和秒十位計數(shù)器、分個位和分十位計數(shù)器為60進(jìn)制計數(shù)器，而根據(jù)設(shè)計要求，時個位和時十位計數(shù)器

7、為12進(jìn)制計數(shù)器。 譯碼驅(qū)動電路譯碼驅(qū)動電路將計數(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。 數(shù)碼管數(shù)碼管通常有發(fā)光二極管（LED）數(shù)碼管和液晶（LCD）數(shù)碼管，本設(shè)計提供的為LED數(shù)碼管。2數(shù)字鐘的工作原理 ）晶體振蕩器電路晶體振蕩器是構(gòu)成數(shù)字式時鐘的核心，它保證了時鐘的走時準(zhǔn)確及穩(wěn)定。 圖3-2所示電路通過非門構(gòu)成的輸出為方波的數(shù)字式晶體振蕩電路，這個電路中，非門與晶體、電容和電阻構(gòu)成晶體振蕩器電路，實現(xiàn)整形功能，將振蕩器輸出的近似于正弦波的波形轉(zhuǎn)換為較理想的方波。輸出反饋電 阻為非門提供偏置，使電路工作于放大區(qū)域，即非門的功能近似于一

8、個高增益的反相放大器。電容、與晶體構(gòu)成一個諧振型網(wǎng)絡(luò)，完成對振蕩頻率的控制功能，同時提供了一個度相移，從而和非門構(gòu)成一個正反饋網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)了振蕩器的功能。由于晶體具有較高的頻率穩(wěn)定性及準(zhǔn)確性，從而保證了輸出頻率的穩(wěn)定和準(zhǔn)確。晶體XTAL的頻率選為32768HZ。該元件專為數(shù)字鐘電路而設(shè)計，其頻率較低，有利于減少分頻器級數(shù)。從有關(guān)手冊中，可查得C1、C2均為30pF。當(dāng)要求頻率準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度更高時，還可接入校正電容并采取溫度補(bǔ)償措施。由于CMOS電路的輸入阻抗極高，因此反饋電阻R1可選為10M。較高的反饋電阻有利于提高振蕩頻率的穩(wěn)定性，非門電路可選74HC00。）分頻器電路通常，數(shù)字鐘的晶體振蕩器

9、輸出頻率較高，為了得到z的秒信號輸入，需要對振蕩器的輸出信號進(jìn)行分頻。通常實現(xiàn)分頻器的電路是計數(shù)器電路，一般采用多級進(jìn)制計數(shù)器來實現(xiàn)。例如，將z的振蕩信號分頻為Z的分頻倍數(shù)為（），即實現(xiàn)該分頻功能的計數(shù)器相當(dāng)于極進(jìn)制計數(shù)器。常用的進(jìn)制計數(shù)器有等。本實驗中采用CD4060來構(gòu)成分頻電路。CD4060在數(shù)字集成電路中可實現(xiàn)的分頻次數(shù)最高，而且CD4060還包含振蕩電路所需的非門，使用更為方便。 計數(shù)為級進(jìn)制計數(shù)器，可以將Z的信號分頻為Z，其內(nèi)部框圖如圖3-3所示，從圖中可以看出，的時鐘輸入端兩個串接的非門，因此可以直接實現(xiàn)振蕩和分頻的功能。時間計數(shù)單元有時計數(shù)、分計數(shù)和秒計數(shù)等幾個部分。時計數(shù)單元

10、一般為進(jìn)制計數(shù)器計數(shù)器，其輸出為兩位碼形式；分計數(shù)和秒計數(shù)單元為進(jìn)制計數(shù)器，其輸出也為碼。 一般采用10進(jìn)制計數(shù)器74HC390來實現(xiàn)時間計數(shù)單元的計數(shù)功能。為減少器件使用數(shù)量，可選，其內(nèi)部邏輯框圖如圖 .所示。該器件為雙異步計數(shù)器，并且每一計數(shù)器均提供一個異步清零端（高電平有效）。9秒個位計數(shù)單元為進(jìn)制計數(shù)器，無需進(jìn)制轉(zhuǎn)換，只需將與（下降沿有效）相連即可。（下降沒效）與Z秒輸入信號相連，可作為向上的進(jìn)位信號與十位計數(shù)單元的相連。秒十位計數(shù)單元為進(jìn)制計數(shù)器，需要進(jìn)制轉(zhuǎn)換。將進(jìn)制計數(shù)器轉(zhuǎn)換為進(jìn)制計數(shù)器的電路連接方法如圖3-5所示，其中可作為向上的進(jìn)位信號與分個位的計數(shù)單元的相連。圖3-5 10進(jìn)

11、制6進(jìn)制計數(shù)器轉(zhuǎn)換電路分個位和分十位計數(shù)單元電路結(jié)構(gòu)分別與秒個位和秒十位計數(shù)單元完全相同，只不過分個位計數(shù)單元的作為向上的進(jìn)位信號應(yīng)與分十位計數(shù)單元的相連，分十位計數(shù)單元的作為向上的進(jìn)位信號應(yīng)與時個位計數(shù)單元的相連。4）譯碼驅(qū)動及顯示單元計數(shù)器實現(xiàn)了對時間的累計以8421BCD碼形式輸出，選用顯示譯碼電路將計數(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，選用CD4511作為顯示譯碼電路，選用LED數(shù)碼管作為顯示單元電路。5）校時電源電路當(dāng)重新接通電源或走時出現(xiàn)誤差時都需要對時間進(jìn)行校正。通常，校正時間的方法是：首先截斷正常的計數(shù)通路，然后再進(jìn)行人工出觸發(fā)計數(shù)或?qū)㈩l率較高的方波信

12、號加到需要校正的計數(shù)單元的輸入端，校正好后，再轉(zhuǎn)入正常計時狀態(tài)即可。 根據(jù)要求，數(shù)字鐘應(yīng)具有分校正和時校正功能，因此，應(yīng)截斷分個位和時個位的直接計數(shù)通路，并采用正常計時信號與校正信號可以隨時切換的電路接入其中。2.秒脈沖發(fā)生器秒脈沖發(fā)生器是電子電路最基本的單元之一，產(chǎn)生固定的頻率為1的秒脈沖信號。在整個電路中可以用元件庫中的時鐘源，也可以用555定時器改進(jìn)的秒脈沖發(fā)生器。如下圖所示是用555定時器改進(jìn)的秒脈沖發(fā)生器。用兩個74160芯片、兩個譯碼與數(shù)碼顯示器連接成六十進(jìn)制，通過M開關(guān)進(jìn)行對分鐘的校對，當(dāng)在59秒時在來一個秒脈沖分鐘向前進(jìn)一，秒清零重新計時。3. 60進(jìn)制秒計數(shù)器用兩個74160

13、芯片、兩個譯碼與數(shù)碼顯示器連接成六十進(jìn)制的秒計數(shù)器，時鐘源提供秒脈沖4. 60進(jìn)制分計數(shù)器用兩個74160芯片、兩個譯碼與數(shù)碼顯示器連接為六十進(jìn)制的分鐘計數(shù)器，通過M開關(guān)進(jìn)行對分鐘的校對，當(dāng)在59秒時在來一個秒脈沖分鐘向前進(jìn)一，秒清零重新計時。五、 設(shè)計總結(jié)轉(zhuǎn)眼間，為期一周的數(shù)字電路課程設(shè)計就結(jié)束了。通過這一周的課程設(shè)計，我拓寬了知識面，鍛煉了能力，綜合素質(zhì)得到較大提高。 設(shè)計，給人以創(chuàng)作的沖動。但凡涉及設(shè)計都是一件良好的事情，因為她能給人以美的幻想，因為她能給人以金般財富，因為她能給人以成就之感，更為現(xiàn)實的是她能給人以成長以及成長所需的營養(yǎng)，而這種營養(yǎng)更是一種福祉，一輩子消受不竭享用不盡。安

14、排課程設(shè)計的基本目的，在于通過理論與實際的結(jié)合、人與人的溝通，進(jìn)一步提高思想覺悟。尤其是觀察、分析和解決問題的實際工作能力，以便培養(yǎng)成為能夠主動適應(yīng)社會主義現(xiàn)代化建設(shè)需要的高素質(zhì)的復(fù)合型人才。 課程設(shè)計發(fā)端之始，思緒全無，舉步維艱，對于理論知識學(xué)習(xí)不夠扎實的我深感“書到用時方恨少”，于是想起圣人之言“溫故而知新”，便重拾教材與實驗手冊，對知識系統(tǒng)而全面進(jìn)行了梳理，遇到難處先是苦思冥想再向同學(xué)請教，終于熟練掌握了基本理論知識，而且領(lǐng)悟諸多平時學(xué)習(xí)難以理解掌握的較難知識，學(xué)會了如何思考的思維方式，找到了設(shè)計的靈感。 課程設(shè)計的過程中，由于對理論掌握的不熟練，或者是操作過程中發(fā)生失誤，都會導(dǎo)致最后結(jié)果出不來。至善至美，是人類永恒的追求。但是，不從忘卻“金無足赤，人無完人”，我們換種思維方式，去惡亦是至善，改錯亦為至美。在課程設(shè)計過程中，我們不斷發(fā)現(xiàn)錯誤，不斷改正，不斷領(lǐng)悟，不斷獲取。最終的檢測調(diào)試環(huán)節(jié)，本身就是在踐行“過而能改，善莫大焉”的知行觀。 對我們通信工程專業(yè)的本科生來說，實際能力的培養(yǎng)至關(guān)重要，而這種實際能力的培養(yǎng)單靠課堂教學(xué)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，必須從課堂走向?qū)嵺`。這也是一次預(yù)演和準(zhǔn)備畢業(yè)設(shè)計工作。通過課程設(shè)計，讓我們找出自身狀況與實際需要的差距，12 并在以后的學(xué)習(xí)期間及時補(bǔ)充相關(guān)知識，為求職與正式工作做好充