數(shù)電課程設計報告-多功能數(shù)字鐘

1、-PAGE . z課題名稱： 多功能數(shù)字鐘 所在院系： 機械電子工程學院 班 級：*自動化*班 學 號： 2021*姓 名：*宜杰指導教師：*時 間：瓷學院數(shù)字電子技術課程設計任務書班級： 11自動化1班 ：*指導教師：* 2021年12月17 日設計題目：設計制作多功能數(shù)字鐘。設計任務設計任務和要求時鐘顯示功能，能夠十進制顯示時、分、秒;小時高位具有零熄滅功能;具有整點報時功能;具有快速校準時間的功能。設計要求調(diào)研、查找并收集資料?？傮w設計。撰寫設計說明書字數(shù)約3000字左右。參考資料目錄參考資料1、電子技術根底第五版，康華光主編，高等教育20062、電子線路設計、實驗、測試第二版，自美主編

2、，華中理工大學20003、電子線路設計應用手冊，友漢主編，科學技術20004、555集成電路實用大全，郝鴻安等主編，科學普及5、電子技術根底實驗研究與設計，兆仁主編，電子工業(yè)20006、畢滿清主編，電子技術實驗與課程設計，機械工業(yè)。7、數(shù)字與邏輯電路 芳森 電子工業(yè)教研室主任簽字： 年 月 日目 錄引言4第一章方案設計 5第二章單元電路設計 7第三章總體電路圖13第四章 課程設計總結(jié)15附表元件清單16附錄參考文獻17TOC o 1-3 h z u引言隨著社會的開展，科學技術的不斷進步，對電子產(chǎn)品的性能要求也更高。我們做為21世紀的一名學電子的大學生，不僅要將理論知識學會，更應該將其應用與我們

3、的日常生活中去，使理論與實踐很好的結(jié)合起來。電子課程設計是電子技術學習中的一個非常重要的實踐環(huán)節(jié)，能夠真正表達我們是否完全吸收了所學的知識。數(shù)字電子時鐘是一個對標準頻率1HZ進展計數(shù)的計數(shù)電路。通常使用石英 晶體振蕩器電路構(gòu)成數(shù)字鐘，以保證其頻率的穩(wěn)定。以 10 進制計數(shù)器 74HC390 來 實現(xiàn)時間計數(shù)單元的計數(shù)功能。用4518作為計數(shù)電路，采用 CD4511 作為顯示譯碼電路。選擇數(shù)碼管作為顯示電路。由 CD4511 把輸進來的二進制信號翻譯成十進制數(shù)字，再由 數(shù)碼管顯示出來。用 S 與或非門實現(xiàn)的時或分校時電路。該電路還有在整點前 10 秒鐘開場整點報時的功能。報時電路可選 74HC3

4、0 來構(gòu)成。時間以 24 為一個 周期。數(shù)字鐘采用數(shù)字電路實現(xiàn)對時分秒數(shù)字顯示的計時裝置。具有時間顯示、鬧鐘設置、報時功能、校時的功能。走時準確、顯示直觀、精度高、穩(wěn)定等優(yōu)點。第一章方案設計設計制作一多功能數(shù)字鐘設計任務：設計一個電子電路系統(tǒng)時，首先必須明確系統(tǒng)的設計任務，根據(jù)任務進展方案選擇，然后對方案中的各局部進展單元的設計和器件選擇，最后將各局部連接在一起，設計出一個符合設計要求的完整系統(tǒng)電路設計要求：(1) 時鐘顯示功能，能夠十進制顯示時、分、秒;(2) 小時高位具有零熄滅功能;(3) 具有整點報時功能;(4) 具有快速校準時間的功能。二、設計方案在設計一個電子電路系統(tǒng)時，首先必須明確

5、系統(tǒng)的設計任務，根據(jù)任務進展方案選擇，然后對方案中的各局部進展單元電路的設計、參數(shù)計算和器件選擇，最后將各局部連接在一起，畫出一個符合設計要求的系統(tǒng)電路圖。一、明確系統(tǒng)的設計任務要求對系統(tǒng)的設計任務進展具體分析，充分了解系統(tǒng)的性能、指標、容及要求，以便明確系統(tǒng)應完成的任務。二、方案選擇把系統(tǒng)要完成的任務分解為假設干個單元電路，并畫出一個能表示各單元功能的整機原理框圖。方案選擇的重要任務是根據(jù)掌握的知識和資料，針對系統(tǒng)提出的任務、要求和條件，完成系統(tǒng)的功能設計。在此過程中要敢于探索，勇于創(chuàng)新，爭取方案的設計合理、可靠、經(jīng)濟、功能齊全、技術先進。并且對方案要不斷進展可行性和優(yōu)缺點的分析，最后設計出

6、一個完整框圖。 三、單元電路的設計、參數(shù)計算和器件選擇根據(jù)系統(tǒng)的指標和功能框圖，明確各局部任務，進展各單元電路設計、參數(shù)計算和器件選擇。1單元電路的設計單元電路是整機的一局部，只有把單元電路設計好才能提高整機設計水平。每個單元電路設計前都需明確本單元電路的任務，詳細擬訂出單元電路的性能指標，與前后級之間的聯(lián)系，分析電路的組成形式。具體設計時，可以模仿成熟的先進的電路，也可以創(chuàng)新或改良，但都必須保證性能要求。而且，不僅單元電路本身要求設計合理，各單元電路間也要互相配合，注意各局部的輸入、輸出信號和控制信號的關系。2參數(shù)計算為保證單元電路到達功能指標要求，就需要用電子技術知識對參數(shù)進展計算，例如放

7、大電路中各電阻值、放大倍數(shù)；振蕩器中電阻、電容、振蕩頻率等參數(shù)。只有很好地理解電路的工作原理，正確利用計算公式，計算的參數(shù)才能滿足設計要求。計算參數(shù)時，同一個電路可能有幾組數(shù)據(jù)，注意選擇一組能完成電路設計功能、在實踐中真正可行的參數(shù)。3器件選擇1 阻容元件的選擇注意功耗、容量、頻率和耐壓圍是否滿足要求。2 分立元件的選擇包括二極管、雙極型三極管、場效應管、光電二三極管等。根據(jù)他們的用途分別進展選擇。3 集成電路的選擇根據(jù)電路功能、性能指標選擇集成電路。注意集成電路的功耗、電源電壓、工作速度是否滿足設計要求。通過查閱有關設計手冊，進展元器件的選擇。4、電路圖的繪制電路圖通常是在系統(tǒng)框圖、單元電路

8、設計、參數(shù)計算和器件選擇的根底上繪制的，它是電路組裝、調(diào)試和維修的依據(jù)。繪制電路圖時，注意以下幾點：1 元器件布局合理、排列均勻、圖面清晰、便于閱讀。2 注意信號流向。一般從輸入端或信號源開場，由左至右或上至下按信號的流向依次畫出各單元電路，而反應通路的信號流向則與此相反。3 圖形符號標準，適當標注。4 連線應為直線，盡量少穿插和折彎。第二章 單元電路設計根本設計思路：數(shù)字鐘實際上是一個對標準頻率(1HZ)進展計數(shù)的計數(shù)電路.由于計數(shù)的起始時間不可能與標準時間(如時間)一致,故需要在電路上加一個校時電路,同時標準的1HZ時間信號必須做到準確穩(wěn)定.通常使用石英晶體振蕩器電路構(gòu)成數(shù)字鐘.上圖所示為

9、數(shù)字鐘的一般構(gòu)成框圖功能模塊的設計：秒信號產(chǎn)生模塊晶體振蕩器是構(gòu)成數(shù)字式時鐘的核心，它保證了時鐘的走時準確及穩(wěn)定。圖1 S晶體振蕩器圖2 CD4046部框圖圖1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。輸出反應電 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，完成對振蕩頻率的控制功能，同時提供了一個180度相移，從而和非門構(gòu)成一個正反應網(wǎng)絡，實現(xiàn)了振蕩器的功能。由于晶體具有較高的頻率穩(wěn)定性及準確性

10、，從而保證了輸出頻率的穩(wěn)定和準確。晶體*TAL的頻率選為32768Hz。該元件專為數(shù)字鐘電路而設計，其頻率較低，有利于減少分頻器級數(shù)。從有關手冊中，可查得C1、C2均為22pF。當要求頻率準確度和穩(wěn)定度更高時，還可接入校正電容并采取溫度補償措施。由于CMOS電路的輸入阻抗極高，因此反應電阻R1可選為22M。較高的反應電阻有利于提高振蕩頻率的穩(wěn)定性。通常，數(shù)字鐘的晶體振蕩器輸出頻率較高，為了得到1Hz的秒信號輸入，需要對振蕩器的輸出信號進展分頻。通常實現(xiàn)分頻器的電路是計數(shù)器電路，一般采用多級2進制計數(shù)器來實現(xiàn)。例如，將32768Hz的振蕩信號分頻為1Hz的分頻倍數(shù)為32768215，即實現(xiàn)該分頻

11、功能的計數(shù)器相當于15極2進制計數(shù)器。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。CD4060計數(shù)為14級2進制計數(shù)器，可以將32768Hz的信號分頻為2Hz，其部框圖如下圖，從圖中可以看出，CD4060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。74HC74 D觸發(fā)器二分頻原理圖計時模塊計時進位與清零秒位上圖右局部是秒個位的進位與清零電路。由十進制計數(shù)器74LS74構(gòu)成秒位的個位，74LS160構(gòu)成十位。當7490的輸出是91001時，QA和QD的信號通過與非門7400輸出

12、低電平，則由7400的4Y端口產(chǎn)生下降沿脈沖，使得74160開場計數(shù)，實現(xiàn)進位功能。此時QA和AD的電平改變，與非門輸出高電平，產(chǎn)生一個上升沿，輸出給下一級的計數(shù)端，實現(xiàn)進位。上圖左局部是秒十位的警衛(wèi)與清零電路。當輸出是50101時，QA和QD的信號通過與非門輸出低電平，當輸出給自己的預置位端，實現(xiàn)自身的清零，此時QA和AD的電平改變，與非門輸出高電平，產(chǎn)生一個上升沿，輸出給下一級的計數(shù)端，實現(xiàn)進位。而由于分位的個位同樣是用7490構(gòu)成，其時鐘信號為下降沿有效，則秒位十位進位信號須經(jīng)過另一片與非門7400產(chǎn)生下降沿脈沖，實現(xiàn)進位功能。2分位分個位、分十位的進位與清零電路與秒個位、秒十位的電路原

13、理類似。3 時個位、時十位：如下列圖所示，當時個位為91001時，時十位清零，并且產(chǎn)生進位信號。當時十位為20010且時個位為40100時，與非門2Y端輸出低電平，給十個位、時十位計數(shù)器的清零端低電平，使十個位、時十位置零。圖3-103時高位零熄滅功能實現(xiàn)：如下列圖所示，當時十位輸出0即0000時，74LS160的QA和QB端通過或門74LS32輸出低電平至時的十位譯碼器的BI/RBO端口，使其不工作。當時十位輸出大于0時，通過或門輸出高電平，使其正常工作，從而實現(xiàn)時高位零熄滅功能。4整點報時模塊蜂鳴器局部實物電路，右為74HC305快速校時局部校時模塊開關校時電路方案論證：該方案構(gòu)造簡單，節(jié)

14、約本錢。但是只能從低位向高位逐步調(diào)整，以防止低位調(diào)整對高位的影響，靈活性差?？紤]到實際生活中，時鐘一旦調(diào)整之后就很少會再次調(diào)整，為了降低本錢，降低電路復雜度，所以采用此方案。第三章總電路圖分模塊時模塊秒模塊第四章 課程設計總結(jié)心得體會：經(jīng)過這次數(shù)字電子電路的課程設計，我的數(shù)電知識得到穩(wěn)固，并且有了一定程度的提高，對數(shù)字鐘的工作原理有了比擬深刻的理解，對數(shù)字電子設計的過程及其涉及的工具有更深入的認識。在這次課設中充分鍛煉了自己的動手能力，學會了如何查找資料是自己的設計到達合理的要求。雖然在在設計過程遇到一些困難，但是經(jīng)過自己查閱的資料和教師細心的指導，終于在最后把這個多功能數(shù)字鐘設計出來了。并通過此課程設計任務是我們加深了數(shù)電課程設計的了解。非常感這次數(shù)電課程設計時機，通過這次數(shù)字電子鐘的課程設計，我們才把學到的東西與實踐相結(jié)合。從中對我們學的知識有了更進一步的理解，并從中體會到了團隊協(xié)作的樂趣。最后感教師的耐心指導和各位同學給予的幫助。附表電子元件清單元件名稱型號及數(shù)量74LS00集成塊。74LS30集成塊。74LS32集成塊。74LS