電子課課程設(shè)計(jì)數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)與制作

1、電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告課題名稱：數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)與制作小組成員： 051010328 陳俊康051010331 馮圣軍日期：2012年6月3日2012年6月6日數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告一、設(shè)計(jì)目的數(shù)字鐘是一種以數(shù)字顯示秒分時(shí)日的計(jì)時(shí)裝置，與傳統(tǒng)的機(jī)械鐘相比，它具有走時(shí)準(zhǔn)顯示直觀無機(jī)械傳動(dòng)裝置等優(yōu)點(diǎn)，因而得到了廣泛的應(yīng)用。數(shù)字鐘從原理上講是一種典型的數(shù)字電路，其中包括了組合邏輯電路和時(shí)序電路。因此，我們此次設(shè)計(jì)與制作數(shù)字鐘就是為了了解數(shù)字鐘的原理，從而學(xué)會(huì)制作數(shù)字鐘.而且通過數(shù)字鐘的制作進(jìn)一步的了解各種在制作中用到的中小規(guī)模集成電路的作用及實(shí)用方法.且由于數(shù)字鐘包括組合邏輯電路和時(shí)敘電路.通過它可

2、以進(jìn)一步學(xué)習(xí)與掌握各種組合邏輯電路與時(shí)序電路的原理與使用方法.二、設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求（1）設(shè)計(jì)內(nèi)容 由晶振電路產(chǎn)生1HZ標(biāo)準(zhǔn)秒信號； 秒分為0059六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器； 時(shí)為0023二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器； 周顯示從1日為七進(jìn)制計(jì)數(shù)器； 可手動(dòng)校正 能分別進(jìn)行秒分時(shí)日的校正。只要將開關(guān)置于手動(dòng)位置，即可分別對秒分時(shí)日進(jìn)行手動(dòng)脈沖輸入的調(diào)整或連續(xù)脈沖輸入的校正。 整點(diǎn)報(bào)時(shí) 整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路要求在每個(gè)整點(diǎn)前鳴叫5次低音（500Hz），整點(diǎn)時(shí)再鳴叫一次高音(1000Hz)。（2）設(shè)計(jì)要求 畫出電路原理圖（或仿真電路圖）； 元器件及參數(shù)選擇； 電路仿真與調(diào)試。（3）制作要求 自行裝配和調(diào)試，并能發(fā)現(xiàn)問題和解決問題。（4

3、）編寫設(shè)計(jì)報(bào)告 寫出設(shè)計(jì)與制作的全過程，附上有關(guān)資料和圖紙，有心得體會(huì)。三、原理框圖數(shù)字鐘實(shí)際上是一個(gè)對標(biāo)準(zhǔn)頻率（1HZ）進(jìn)行計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)電路。由于計(jì)數(shù)的起始時(shí)間不可能與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間一致，故需要在電路上加一個(gè)校時(shí)電路，同時(shí)標(biāo)準(zhǔn)的1HZ時(shí)間信號必須做到準(zhǔn)確穩(wěn)定。通常使用石英晶體振蕩器電路構(gòu)成數(shù)字鐘。數(shù)字電子鐘的總體圖如下所示。由圖可見，數(shù)字電子鐘由以下幾部分組成：石英晶體振蕩器和分頻器組成的秒脈沖發(fā)生器；校對電路；六十進(jìn)制秒、分計(jì)數(shù)器、二十進(jìn)制時(shí)計(jì)數(shù)器及七十進(jìn)制日計(jì)數(shù)器；以及秒、分、時(shí)的譯碼顯示部分等。四單元電路的設(shè)計(jì) 1 秒脈沖發(fā)生器秒脈沖發(fā)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)字電子

4、鐘的質(zhì)量，通常由石英晶體振蕩器發(fā)出的脈沖經(jīng)過整形分頻獲得1Hz的秒脈沖。石英晶體的主頻為32768Hz，通過15次2分頻后即可獲得1Hz的脈沖，電路圖如下：20pF74LS7410 Q1Hz CD4060Q C1320pF 1D 11 R 32768Hz 22M 12 秒脈沖發(fā)生器 2 時(shí)間計(jì)數(shù)器電路由6個(gè)74LS90 計(jì)數(shù)器組成時(shí)分秒的計(jì)數(shù)電路，74LS90 是4位二進(jìn)制同步加計(jì)數(shù)器，它的設(shè)置為多片集成計(jì)數(shù)器的級聯(lián)提供方便。它具有異步清零，同步并行預(yù)置數(shù)，保持和計(jì)數(shù)的功能。 （）秒計(jì)數(shù)器 秒的個(gè)位計(jì)數(shù)單元為10進(jìn)制計(jì)數(shù)器，當(dāng)QDQCQBQA變成1010時(shí)，通過與非門把它的清零端變成0，計(jì)數(shù)器

5、的輸出被置零，跳過1011到1111的狀態(tài)，又從0000開始，如此重復(fù)。秒的十為計(jì)數(shù)單元為6進(jìn)制，當(dāng)QDQCQBQA變成0101時(shí)，通過與非門把它的清零端變成0，計(jì)數(shù)器的輸出被置零，跳過0110到1111的狀態(tài)，又從0000開始，如此就是60進(jìn)制。同時(shí)秒十位上的0101時(shí)，要把進(jìn)位信號傳輸給“分”個(gè)位的計(jì)數(shù)單元。 （2）分計(jì)數(shù)器 分的個(gè)位和十位計(jì)數(shù)單元的狀態(tài)轉(zhuǎn)換和秒的是一樣的，只是它要把進(jìn)位信號傳輸給時(shí)的個(gè)位計(jì)數(shù)單元。 （3）時(shí)計(jì)數(shù)器 當(dāng)“時(shí)”十位的QDQCBA為0000或0001時(shí)，“時(shí)”的個(gè)位計(jì)數(shù)單元是十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，當(dāng)他的QDQCQBQA到1010時(shí)，通過與非門使得個(gè)位74LS90上的清零

6、端為0，則計(jì)數(shù)器的輸出直接置零，從0000有開始。當(dāng)十位的QDQCQBQA為0010時(shí)，通過與非門使得該74LS90的清零端為0，“時(shí)”的十位有重新從0000開始，此時(shí)的個(gè)位計(jì)數(shù)單元變成4進(jìn)制，即當(dāng)個(gè)位計(jì)數(shù)單元的QDQCQBQA為0100時(shí)，就要又從0000開始計(jì)數(shù)。這樣就實(shí)現(xiàn)了“時(shí)”24進(jìn)制的計(jì)數(shù) ( 4 ) 日計(jì)數(shù)器日計(jì)數(shù)器由兩個(gè)74LS74，四個(gè)TTL 和一個(gè) 74LS20 構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)了七定制的功能。每個(gè)74LS74控制一個(gè)輸入，即控制QDQCQBQA中的一個(gè)。當(dāng)從0000到0111 時(shí)，顯示是按照74LS74集成們電路的邏輯功能來實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)為0111的時(shí)候，QCQBQA各為1 1 1

7、，他們?nèi)齻€(gè)通過74LS74 與非門輸出為0 。再與QD 所控的0 通過 TTL集成門電路輸出了0 ，如此循環(huán)，使得四個(gè)TTL 輸出都為 0000。即使得輸出變?yōu)榱恕爸昧恪睜顟B(tài)。從而實(shí)現(xiàn)了七禁止循環(huán)。如下圖所示：Q4 Q3 Q2 Q1 顯 示 1 0 0 0 日 0 0 0 1 1 0 0 1 0 2 0 0 1 1 3 0 1 0 0 4 0 1 0 1 5 0 1 1 0 63數(shù)字鐘的譯碼及顯示單元電路 譯碼顯示采用共陽極LED八段數(shù)碼管和譯碼器74SL247組成。 4.整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路 電路應(yīng)在整點(diǎn)前10秒鐘內(nèi)開始整點(diǎn)報(bào)時(shí)，即當(dāng)時(shí)間在59分54秒到59分59秒期間時(shí)，報(bào)時(shí)電路報(bào)時(shí)控制信號。 當(dāng)

8、時(shí)間在59分50秒到59分59秒期間時(shí)，分十位、分個(gè)位和秒十位均保持不變，分別為5、9和5，因此可將分計(jì)數(shù)器十位的QC和QA 、個(gè)位的QD和QA及秒計(jì)數(shù)器十位的QC和QA相與，從而產(chǎn)生報(bào)時(shí)控制信號。 報(bào)時(shí)電路由74LS08高音和74LS04低音通過74LS32來構(gòu)成。 5.鳴叫電路如下圖所示，鳴叫電路由高低兩種頻率信號通過或驅(qū)動(dòng)一個(gè)三極管，帶動(dòng)喇叭鳴叫。1kHz和500Hz從晶振分頻器近似獲得。CD4060分頻器的輸出端Q5的輸出頻率為1024Hz，Q6為512Hz。整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路五、元器件 1四連面包板1塊 2鑷子1把 3剪刀1把 4共陽八段數(shù)碼管7個(gè) 5硬導(dǎo)線若干 674LS90 集成塊6塊

9、 7CD4060集成塊1塊 874LS247集成塊7塊 974LS20 集成塊2塊 1074LS00 集成塊1塊 1174LS08集成塊2塊 1274LS32 集成塊 1塊1374LS04 集成塊 1塊14 74LS74 集成塊 4塊 1532.768k時(shí)鐘晶體1個(gè) 1622pF和20pF可調(diào)電容各一個(gè)17三極管8050一個(gè)183007個(gè) 22M一個(gè) 1K一個(gè) 六、總體電路圖（見手繪電路圖紙）七.實(shí)驗(yàn)過程中遇到的問題及解決方法在連接電路圖的時(shí)候常常發(fā)現(xiàn)越到后面連線越來越困難，而且用線量也會(huì)增多，給我們帶來很大的麻煩。所以連接一小塊后我們立即停下來，對整體進(jìn)行布局，元件之間按遠(yuǎn)近親疏排好位，充分

10、利用好面包板，連線時(shí)盡可能選擇最近路線，拐彎時(shí)盡量成直角，這樣不僅節(jié)約導(dǎo)線，還便于檢查線路與修改線路。在調(diào)試周顯示電路時(shí)，接入脈沖發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管并不是七進(jìn)制，對照參考圖檢查條條線路，原來是Q4那端的1D未接地，調(diào)整后，顯示正常。八.心得體會(huì)通過這次數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)與制作，使我受益匪淺。我不僅僅了解了數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)與制作過程，而且還明白了凡事都得循序漸進(jìn)，切忌焦躁，多些耐心與細(xì)心，我們才能把事情做好。數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)與制作脫離課本卻源于課本，它將理論的知識(shí)以現(xiàn)實(shí)的感官表現(xiàn)出來，增添了許多樂趣。為我們打開一道敞亮的大門。理論存在于思想，實(shí)踐通過現(xiàn)實(shí)表現(xiàn)出來，這過程不可能一帆風(fēng)順，因?yàn)槎喾N因素會(huì)影響我們的判斷與選擇，最后得到的結(jié)果可能與我們所想象的大相徑庭。但是我們一旦打通通往成功的隧道，那種快樂將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過我們直接從課本上所獲取的。在實(shí)踐中我