數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計_數(shù)字鐘的設(shè)計

1、武漢理工大學(xué)數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計說明書目錄1緒論12設(shè)計方案概述22.1系統(tǒng)設(shè)計思路與總體方案 22.2總體工作過程22.3各功能塊的劃分和組成 33單元電路設(shè)計與分析33.1秒信號的發(fā)生電路 33.2時、分、秒計數(shù)電路 4I武漢理工大學(xué)數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計說明書321秒部分5322分部分53.2.3時部分63.3校正時、分電路73.3.1校分電路 73.3.2校時電路83.4整點報時電路83.5鬧鐘功能電路95電路的調(diào)試與仿真94總體電路原理圖 116元器件清單127設(shè)計體會及心得12參考文獻(xiàn)141緒論電子技術(shù)是21世紀(jì)發(fā)展最為迅速的領(lǐng)域之一，這主要得益于集成電路和計算機(jī) 技術(shù)的迅速發(fā)展。這

2、兩項技術(shù)既是電子技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，又是電子技術(shù)持續(xù)發(fā)展的 推動力。集成電路和計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，將人類社會帶入信息時代，在這樣的 時代背景下，掌握電子技術(shù)對我們來說是非常重要的。要掌握一門技術(shù)，不僅要具 有理論的知識，還要經(jīng)過不斷實踐，而課程設(shè)計對我們來說就是一種很好的實踐方法。時間對人們來說總是那么寶貴，工作的忙碌性和繁雜性容易使人忘記當(dāng)前的時 間。忘記了要做的事情，當(dāng)事情不是很重要的時候，這種遺忘無傷大雅。但是，一 旦重要事情，一時的耽誤可能釀成大禍。例如，許多火災(zāi)都是由于人們一時忘記了 關(guān)閉煤氣或是忘記充電時間。尤其在醫(yī)院，每次護(hù)士都會給病人作皮試，測試病人 是否對藥物過敏。注射后，一般

3、等待5分鐘，一旦超時，所作的皮試試驗就會無效。 手表當(dāng)然是一個好的選擇，但是，隨著接受皮試的人數(shù)增加，到底是哪個人的皮試 到時間卻難以判斷。所以，要制作一個定時系統(tǒng)，隨時提醒這些容易忘記時間的人。鐘表的數(shù)字化給人們生產(chǎn)生活帶來了極大的方便，而且大大地擴(kuò)展了鐘表原先 的報時功能。諸如定時自動報警、按時自動打鈴、時間程序自動控制、定時廣播、 定時啟閉電路、定時開關(guān)烘箱、通斷動力設(shè)備，甚至各種定時電氣的自動啟用等， 所有這些，都是以鐘表數(shù)字化為基礎(chǔ)的。因此，研究數(shù)字鐘及擴(kuò)大其應(yīng)用，有著非 ?，F(xiàn)實的意義。本報告就是對這次課程設(shè)計的總結(jié)。主要包含了以下內(nèi)容：簡單介紹了系統(tǒng)設(shè) 計思路和方案，詳細(xì)介紹各單元

4、電路的原理，介紹了在調(diào)試過程中碰到的問題和解 決方法，總結(jié)了課程設(shè)計的收獲和體會。本次課程設(shè)計的題目是設(shè)計一個數(shù)字鐘，要求具有以下功能：顯示時、分、秒（如11： 52 : 45）;可實現(xiàn)手動或自動的對時、分進(jìn)行校正；計時過程具有報時功 能，當(dāng)時間到達(dá)整點時進(jìn)行報時；有鬧鐘功能，在達(dá)到鬧鐘時間，鬧鐘開始起鬧并 持續(xù)一分鐘。2設(shè)計方案概述2.1系統(tǒng)設(shè)計思路與總體方案一個最簡單的數(shù)字鐘由秒信號發(fā)生電路，時、分、秒計數(shù)電路，譯碼顯示電路 組成，要求有校正時、分和整點報時，鬧鐘功能，故要加入校時電路和報時電路，鬧鐘功能電路。因此其原理可由如下的框圖表示出來:顯示電路校時電路報時電路鬧鑰4電路秒信號產(chǎn)生電

5、路秒 計 數(shù) 器圖2-1原理框圖2.2總體工作過程一、時間的前進(jìn)和顯示的實現(xiàn)首先由秒信號產(chǎn)生電路生產(chǎn)秒信號，將此信號接到秒計數(shù)器的信號輸入端。接著，在這個秒信號的驅(qū)動下， 秒計數(shù)器向分計數(shù)器進(jìn)位，分計數(shù)器向時計數(shù)器進(jìn)位,最后通過譯碼器將計數(shù)器中的狀態(tài)以時間的形式顯示出來，這樣就實現(xiàn)了時間的前 進(jìn)和顯示功能。二、整點報時的實現(xiàn)在時、分計數(shù)器的輸出端接收整點的信號，既驅(qū)動蜂鳴器的頻率信號，從而推 動執(zhí)行部件（蜂鳴器）的工作。三、校正時、分的實現(xiàn)在秒向分進(jìn)位的路徑中加入一條用手動產(chǎn)生信號的路徑，并通過開關(guān)來選擇接 通兩條中的手動信號，從而實現(xiàn)對分的校正。對時的校正的方法與此相同。四、鬧鐘功能的實現(xiàn)由

6、門電路將計數(shù)電路和鬧鐘電路連接起來，由蜂鳴器實現(xiàn)鬧鐘功能。2.3各功能塊的劃分和組成一、秒信號產(chǎn)生電路這部分電路由集成電路 555定時器與RC組成的多諧振蕩器。二、時、分、秒計數(shù)電路及譯碼、顯示電路這部分電路包括 6個BCD碼計數(shù)器，其中兩組接成 60進(jìn)制，剩下一組接成12進(jìn)制，及相應(yīng)的譯碼顯示器。之所以要用BCD碼計數(shù)器，是因為時、分、秒都是要用兩位十進(jìn)制數(shù)表示的，因而時、分、秒的個位和十位所對應(yīng)的計數(shù)器的狀態(tài) 輸出都應(yīng)該是BCD碼。又因為時的顯示方式是 12進(jìn)制的，故3個計數(shù)器分別要接 成12、60、60進(jìn)制的。所用芯片都為 74IS290。三、時、分的校正電路這部分電路由產(chǎn)生調(diào)節(jié)信號的裝

7、置和數(shù)據(jù)選擇器組成，用單刀雙擲開關(guān)控制。四、整點報時電路這部分電路由控制音響的頻率信號采集電路、蜂鳴器組成。五、鬧鐘功能電路這部分電路由門電路將時分秒計數(shù)電路和鬧鐘電路組合起來，產(chǎn)生的信號接到蜂鳴器而構(gòu)成鬧鐘電路。3單元電路的設(shè)計和分析3.1秒信號的發(fā)生電路由前面介紹知道，秒信號發(fā)生電路由集成電路555定時器與RC組成的多諧振蕩器構(gòu)成。需要的芯片有集成電路 555定時器，還有電阻和電容。下圖為其電路圖：si圖3-1秒信號發(fā)生電路振蕩電路是數(shù)字鐘的核心部分，它的頻率和穩(wěn)定性直接關(guān)系到表的精度。因此選擇555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器，其中電容C1為47微法，C2為0.01微法，兩個電阻r1=R2=i

8、ok歐姆。此時在電路的輸出端就得到了一個周期性的矩形波，其振蕩頻率為：(3-1)f=1.43/( Ri+2 R2)C由公式（3-1）代入R1，R2和C的值得，f=1Hz。即其輸出頻率為 1Hz的矩形 波信號。3.2時、分、秒計數(shù)電路顯然，這部分電路可分成三小塊組成，分別為秒部分、分部分和時部分，在將 這三部分進(jìn)行一定的連接就可得到完整的時、分、秒計數(shù)電路。3.2.1、秒部分該部分的實質(zhì)是一個 60進(jìn)制的計數(shù)器，它的CP脈沖是前面生成的秒信號，它的清零信號可以作為向分進(jìn)位的進(jìn)位信號。它需要的元件有74LS290。下面是電路連接圖：圖3-2-1秒計數(shù)電路3.2.2、分部分這部分電路與秒部分電路很相

9、似，只是它的輸入的CP是秒部分電路產(chǎn)生的進(jìn)位信號，它的清零信號作為向時進(jìn)位時的進(jìn)位信號。需要元件和電路圖也一樣，如下：17!=*R9Q)VCCNDRCX2R邸R(X1QGCLCL田二ccCECLKA工(MD.宀INCR9C2) 0C圖 3-2-3小時計數(shù)電路VCi. -ROCP -QCCLKEiOB巾匚加6MP13T112L血7VCCRCXL)QA QD3MD1U3圖3-3-1校分電路可以用下表來表示它的工作情況：表2校時電路工作狀態(tài)電鍵狀態(tài)選擇的輸入信號電路的工作狀態(tài)打開S4（接 1手動脈沖校正狀態(tài)斷開S4 （接0秒進(jìn)位脈沖正常計數(shù)狀態(tài)332、校時電路該電路與校正分的思路完全一致，只是它的正

10、常輸入信號是分的進(jìn)位信號而已,此時開關(guān)S3與S4功能一樣。以下為電路圖:3.4整點報時電路這部分電路的要求是： 在距離整點還有1秒（即分和秒都達(dá)到 59的時刻）的時候鳴叫，持續(xù)時間為一秒。其電路包括控制門電路部分和音響電路部分。其中控制門電路的功能是從時、分、秒計數(shù)電路中取出頻率信號，輸給音響電路。音響電路圖3-4整點報時電路此時當(dāng)分和秒都達(dá)到 59時，圖3-4中蜂鳴器鳴叫，并且指示燈亮，表示整點報 時。3.5鬧鐘功能電路實現(xiàn)鬧鐘功能的基本思路是：用4片74IS290構(gòu)成的計數(shù)電路通過單刀雙擲開關(guān)控制進(jìn)行鬧鐘時間的設(shè)置，然后用必要的門電路將時、分計數(shù)電路與鬧鐘設(shè)置電路連起來構(gòu)成輸入，接入蜂鳴器

11、，使其鳴叫而實現(xiàn)鬧鐘功能。以下為其電路圖:圖3-5鬧鐘功能電路此時，圖3-5中，開關(guān)S1, S2分別控制鬧鐘的時、分的調(diào)節(jié)，開關(guān)S1合上，前兩片計數(shù)器 74290開始計數(shù)，從而調(diào)節(jié)小時部分；開關(guān) S2合上，后兩片計數(shù)器 74290工作，從而調(diào)節(jié)分鐘部分；通過必要的門電路將時、分計數(shù)器和鬧鐘設(shè)置電 路連接起來的信號當(dāng)作輸入，使蜂鳴器工作一分鐘，從而實現(xiàn)鬧鐘功能，開關(guān)S5控制蜂鳴器，控制鬧鐘是否發(fā)出聲音。5電路的調(diào)試及仿真首先是對秒信號發(fā)生電路進(jìn)行調(diào)試仿真，要使其輸出頻率為1Hz的矩形方波。仿真結(jié)果為:-4T10.0000ST20.6333 sT2-T13 . 6 0 sVD10.0000UMD2

12、 VD1Channel BnlimeX postian OffiIrjgjer Edge bevfilQ3B * b &tChamd AY 円湘g |qjqoReduceRevers：&Save圖5-1秒信號產(chǎn)生電路波形仿真接著對時、分、秒電路仿真：接秒、分電路部分的60進(jìn)制、接時電路部分的 12進(jìn)制，同時接上相應(yīng)的譯碼和顯示電路，并進(jìn)行測試，測試方法為給各部分電路一個手動的CP,通過觀察顯示管的讀數(shù)來確定電路是否正確，若不正確，就對電路 進(jìn)行檢查，直到正確為止。再接著就是接校時電路， 并對其功能進(jìn)行仿真， 方法為調(diào)節(jié)電鍵為不同的狀態(tài), 觀察能否完成手動校時和正常的計數(shù)功能，反復(fù)的檢驗和修改，

13、直到正確完成指定 功能為止。再接報時電路，測試的方法為將時間調(diào)到59分，觀察當(dāng)秒鐘走到 59秒時是否開始報時，在59秒時蜂鳴器是否鳴叫，指示燈是否變亮。當(dāng)所有的接線都完成后，驗證所有的功能，看是否符合要求。4總體電路原理圖R亠一一亠幗圖4總體電路原理圖6元器件清單表3兀器件清單序號名稱型號參數(shù)數(shù)量1單刀雙擲開關(guān)S1 , S2, S3, S4, S552555定時器13數(shù)碼顯示管104二五十進(jìn)制計數(shù)器74LS290105同或門（2輸入）136與門（2輸入）74LS0857與門（3輸入）74LS1128與門（5輸入）19與門（8輸入）110反向器74LS04211JK觸發(fā)器112電容47uF113

14、電容0.01uF114電阻10K歐姆215蜂鳴器27設(shè)計體會及心得在實際的操作過程中，能把理論中所學(xué)的知識靈活地運(yùn)用起來，并在調(diào)試中會 遇到各種各樣的問題，電路的調(diào)試提高了我們解決問題的能力，學(xué)會了在設(shè)計中獨(dú) 立解決問題，也包括怎樣去查找問題。似乎所有的事都得自己新手去操作才會在腦 海中留下深刻的印象，這個小小的課程設(shè)計讓我可以熟練的操作EWB軟件，也了解了不少器件的功能的應(yīng)用，也加深了對數(shù)字電路認(rèn)識和理解。通過這次課程設(shè)計，得到了很多收獲和體會。第一，鞏固和加深了對電子線路基本知識和理解，提高了綜合運(yùn)用所學(xué)知識的能力。第二，增強(qiáng)了根據(jù)課程需要選 學(xué)參考資料，查閱手冊，圖表和文獻(xiàn)資料的自學(xué)能力。通過獨(dú)立思考，深入研究有 關(guān)問題，學(xué)會自己分析解決問題的方法。第三，通過實際電路方案的分析比較，設(shè) 計計算，元件選取，安裝調(diào)試等環(huán)節(jié)，初步掌握了簡單實用電路的分析方法和工程 設(shè)計方法。第四，掌握了比較常用的儀器的使用方法，提高了動手能力。第五，培 養(yǎng)了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)和科學(xué)態(tài)度。為了很好的完成本次課程設(shè)計，對題目進(jìn)行了詳細(xì)的分析，同時參考了很多有關(guān)的書籍，并且和同學(xué)進(jìn)行了討論。之后根據(jù)方案用EWB軟件進(jìn)行仿真，調(diào)整元件的參數(shù)，改進(jìn)電路的性能，使之達(dá)到設(shè)計的指標(biāo)和要求，較