電子技術(shù)課程設(shè)計

1、電子技術(shù)課程設(shè)計 數(shù)字電子鐘的設(shè)計電子技術(shù)課程設(shè)計設(shè)計題目：數(shù)字電子鐘的設(shè)計院 系：自動化工程系專 業(yè)：建筑電氣與智能化班 級：學 號：姓 名：指導(dǎo)老師：完成時間：2015年1月19日成績目錄目錄1摘要3Abstract4第一章 緒論51.1數(shù)字時鐘的發(fā)展歷史51.2可實現(xiàn)方案61.3本實驗采用的方案7 第二章 系統(tǒng)硬件設(shè)計82.1 系統(tǒng)硬件的組成82.2 脈沖單元82.3 74LS90N的介紹82.4 顯示器102.5 實驗室電路接線圖11第三章 系統(tǒng)軟件設(shè)計123.1 Multisim軟件的介紹123.2軟件設(shè)計13第四章 系統(tǒng)調(diào)試與仿真144.1時位計時電路144.2 秒位計時電路（與分

2、位計時電路相同）154.3總計時電路17總結(jié)18參考文獻19摘要數(shù)字時鐘是用數(shù)字集成電路構(gòu)成，用數(shù)碼顯示的一種現(xiàn)代化計數(shù)器，由振蕩器、分頻器、校時電路、計數(shù)器、譯碼器、和顯示器六個部分組成。振蕩器和分頻器組成標準秒信號發(fā)生器，不同進制的計數(shù)器、譯碼器、和顯示器組成計時系統(tǒng)，通過校時電路實現(xiàn)對時、分的校準。由于采用純數(shù)字硬件設(shè)計與制作，與傳統(tǒng)機械表相比，具有走時準確、顯示直觀、無機械傳動裝置等特點。由石英晶體振蕩器產(chǎn)生的信號經(jīng)過分頻器作為秒脈沖，秒脈沖送入計數(shù)器計數(shù)，計數(shù)結(jié)果通過“時”、“分”、“秒”譯碼器顯示時間。其中，晶體振蕩器和分頻器組成標準秒信號發(fā)生器，由不同進制的計數(shù)器、譯碼器和顯示器

3、組成計時系統(tǒng)。秒信號送入計數(shù)器進行計數(shù)，把累計的結(jié)果以“時”、“分”、“秒”的數(shù)字顯示出來?！皶r”顯示由二十四進制計數(shù)器、譯碼器、顯示器構(gòu)成，“分”、“秒”顯示分別由六十進制計數(shù)器、譯碼器、顯示器構(gòu)成。關(guān)鍵字：數(shù)字時鐘 計數(shù)器 譯碼器Abstract Digital clock is composed with digital integrated circuit, with digital display counter, a modernization by the oscillator, frequency divider, school circuit, counter, decode

4、r, and the display of six parts. Oscillator and a frequency divider standard signal generator, a different hexadecimal counter, decoder, and display of timing system, through the school circuit implementation, points of calibration for fashion. Due to a pure digital hardware design and production, c

5、ompared with the traditional mechanical watch, walking with accurate and direct display, no mechanical transmission device, etc. Produced by quartz crystal oscillator signal after frequency divider as a second pulse, pulse into counter count, counting result through the "when", "point

6、s" and "second" decoder show time. Among them, the crystal oscillator and a frequency divider standard signal generator, by different base of counter, decoder and display timing system. Second signal is sent to the counter to count, the cumulative to the result of the "when"

7、, "points", "seconds" digital display. "When" show by 24 a binary counter, decoder, a display, "points", "seconds" display respectively by six decimal counter, decoder and display. 。Key words: Digital clock Counter Decoder 第一章 緒論1.1數(shù)字時鐘的發(fā)展歷史有關(guān)鐘表的發(fā)展歷史

8、，大致可以分為三個演變階段，那就是：一、從大型鐘向小型鐘演變。二、從小型鐘向袋表過渡。三、從袋表向腕表發(fā)展。每一階段的發(fā)展都是和當時的技術(shù)發(fā)明分不開的。公元1088年，當時我國宋朝的科學家蘇頌和韓工廉等制造了水運儀象臺，它是把渾儀、渾象和機械計時器組合起來的裝置。它以水力作為動力來源，具有科學的擒縱機構(gòu)，高約12米，七米見方，分三層：上層放渾儀，進行天文觀測；中層放渾象，可以模擬天體作同步演示；下層是該儀器的心臟，計時、報時、動力源的形成與輸出都在這一層中。雖然幾十年后毀于戰(zhàn)亂，但它在世界鐘表史上具有極其重要的意義。由此，我國著名的鐘表大師、古鐘表收藏家矯大羽提出了“中國人開創(chuàng)鐘表史”的觀點。

9、 第一只石英鐘出現(xiàn)在二十世紀二十年代，從三十年代開始得到了推廣，從六十年代開始，由于應(yīng)用半導(dǎo)體技術(shù)，成功地解決了制造日用石英鐘問題，石英電子技術(shù)在計時領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。并取代機械鐘做了更精確的時間標準。早在1880年，法國人皮埃爾居里和保羅雅克居里就發(fā)現(xiàn)了石英晶體有壓電的特性，這是制造鐘表“心臟”的良好材料。科學家以石英晶體制成的振蕩計時器和電子鐘組合制成了石英鐘。經(jīng)過測試，一只高精度的石英鐘表，每年的誤差僅為3-5秒。1942年，著名的英國格林尼治天文臺也開始采用了石英鐘作為計時工具。在許多場合，它還經(jīng)常被列為頻率的基本標準，用于日常測量與檢測。大約在 1970 年前后，石英鐘表開始進入

10、市場，風靡全球。隨著科學的進步，精密的電子元件不斷涌現(xiàn)，石英鐘表也開始變得小巧精致，它既是實用品，也是裝飾品。它為人們的生活提供方便，更為人們的生活增添了新的色彩。 在現(xiàn)行情況下根據(jù)簡單實用強的、走時準確進行設(shè)計。而實驗證明，鐘表的振蕩部分采用石英晶體作為時基信號源時，走時更精確、調(diào)整更方便。鐘是一種計時的器具，它的出現(xiàn)開拓了時間計量的新里程。提起時鐘大家都很熟悉，它是給我們指明時間的一種計時器，并且我們每天都要用到它。二十世紀八十年代中國的鐘表業(yè)經(jīng)歷了一場翻天覆地的大轉(zhuǎn)折。其表現(xiàn)在三個方面：（1）從生產(chǎn)機械表轉(zhuǎn)為石英電子表； （2）曾占據(jù)中國消費市場四十多年的大型國有企業(yè)突然被剛剛冒起的“組

11、業(yè)”所取代，鐘表生產(chǎn)中心轉(zhuǎn)向中國南方沿海一帶；（3）中國鐘表業(yè)發(fā)展從以機芯為龍頭改為以手表外觀件為龍頭。這場轉(zhuǎn)折以迅雷不及掩耳的速度，沖擊著傳統(tǒng)的中國鐘表工業(yè)。中國的鐘表業(yè)從技術(shù)簡單、零件少的石英鐘機芯制造入手。最初石英鐘機芯全靠從日本、德國進口，1989年開始完全自己生產(chǎn)，包括模具的制造加工。近十余年，逐漸提高機芯質(zhì)量的穩(wěn)定性，同時轉(zhuǎn)向?qū)κ直頇C芯研制與開發(fā)。目前石英鐘表機芯生產(chǎn)主要在福建省福州、廣東東莞、番禺；機械鐘表機芯在上海、山東等地?，F(xiàn)在我國的電子業(yè)發(fā)展快速，電子業(yè)的發(fā)展有利于鐘表業(yè)的發(fā)展。在中國鐘表發(fā)展史上，國產(chǎn)機芯研制的失敗已經(jīng)成為過去，“組裝業(yè)”作為新興鐘表工業(yè)的起步階段也已成為

12、過去。一支新的充滿智慧的鐘表精英在成長。我們相信在科技高速發(fā)展的今天，鐘表運用當今材料工業(yè)、電子工業(yè)和其他領(lǐng)域的最新技術(shù)，一定會生產(chǎn)出代表中國科學水平的產(chǎn)品。我們希望鐘表業(yè)的精英們在提高制造技術(shù)水平中不斷創(chuàng)新，培育出擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的品牌。這正是中國鐘表業(yè)發(fā)展的希望。數(shù)字鐘被廣泛用于個人家庭,車站, 碼頭、辦公室等公共場所,成為人們?nèi)粘Ｉ钪械谋匦杵?。由于?shù)字集成電路的發(fā)展和石英晶體振蕩器的廣泛應(yīng)用,使得數(shù)字鐘的精度,運用超過老式鐘表, 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、自動起閉路燈、定時

13、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)字鐘及其應(yīng)用，有著非?，F(xiàn)實的意義。 1.2可實現(xiàn)方案方案一：選用74LS90集成塊來實現(xiàn)六十進制和二十四進制計數(shù)器，實現(xiàn)的方法采用反饋清零法。方案二：六個74LS247集成電路構(gòu)成數(shù)字鐘的七段數(shù)碼顯示譯碼器。74LS247七段顯示譯碼器輸出高電平有效，將8421BCD碼譯成七段（a、b、c、d、e、f、g）輸出，用以直接驅(qū)動LED七段數(shù)碼顯示對應(yīng)的十進制數(shù)。譯碼驅(qū)動電路將計數(shù)器輸出的BCD碼轉(zhuǎn)換成數(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。方案三：采用74160設(shè)計數(shù)字鐘

14、電路，通過七段數(shù)碼管顯示出來。1.3本實驗采用的方案根據(jù)圖1.1可清楚知道，顯示“時”、“分”、“秒”需要六片計數(shù)器。“時”計時為二十四進制計數(shù)器，“分”、“秒”都為六十進制計數(shù)器，六十進制計數(shù)器和二十四進制計數(shù)器都選用74LS90N集成塊來實現(xiàn)。圖1.1數(shù)字電子鐘的邏輯框圖 第二章 系統(tǒng)硬件設(shè)計2.1 系統(tǒng)硬件的組成數(shù)字式計數(shù)器一般都由振蕩器、分頻器、計數(shù)器、譯碼器及顯示器等幾部分組成。其中振蕩器和分頻器組成標準信號發(fā)生器，接成各種不同進制的計數(shù)器、譯碼器和顯示器組成計時系統(tǒng)。秒信號送入計數(shù)器進行計數(shù)，并把累計結(jié)果的“時”、“分”、“秒”的數(shù)字顯示出來。在“時”、“分”、“秒”的電路中都有計

15、數(shù)器，可見計數(shù)器在數(shù)字鐘里起著十分重要的作用。作為計數(shù)器，“秒”、“分”的六十進制計時器可由一個十進制半加器和易個接成六進制形式的任意進制加法計數(shù)器串聯(lián)來實現(xiàn)。而時位的二十四時制計數(shù)電路也由兩個計數(shù)器串接而成，在時十位0和1期間，要求時的個位按十進制方式工作，而在時的十位為2期間，則要求時的各位按四進制方式工作。實現(xiàn)的方案是很多的。2.2 脈沖單元此設(shè)計所用的時數(shù)字脈沖信號，其輸出電壓為5V，頻率為100HZ，其圖見2.1圖2.1 數(shù)字脈沖信號2.3 74LS90N的介紹本實驗采用二-五-十中規(guī)模集成計數(shù)器74LS90N，其內(nèi)部邏輯電路引腳排列如圖2.2和2.3。由74LS90N的邏輯可知，它

16、實際上是由兩個計數(shù)器構(gòu)成，通常不同的連接方式，可以實現(xiàn)四種計數(shù)功能，當計數(shù)脈沖從CPA輸入，從QA輸出時為二進制計數(shù)器（一位）：當計數(shù)脈沖從CPB輸入，從QDQCQB輸出時，為五進制計數(shù)器：當QA和CPB在外部相連接，計數(shù)脈沖從CPA輸入，從QDQCQBQA輸出時，為8-4-2-1碼十進制計數(shù)器；若把QD與CPA在外部相連接，計數(shù)脈沖從CPB輸出，從QAQBQCQD輸出時，則為5-4-2-1碼十進制計數(shù)器。此外，它還具有置0和置9的功能：R0（1），R0（2）為置零端，S9(1)，S9(2)為置9端，他們分別通過與非門控制各觸發(fā)器的預(yù)制端，以實現(xiàn)置0和置9的功能。圖2.2 74LS90內(nèi)部元件

17、圖圖2.3 74LS90引腳圖輸入輸出CPACPBR0（1）R0（2）S9(1)S9(2)QDQCQBQAØØ110Ø0000ØØ11Ø00000ØØØØ1110010Ø0Ø0QA輸出(二進制)接QA0Ø0ØQD QC QB QA輸出（8421碼）00ØØ0QD QC QB輸出(五進制)接QDØ00ØQA QD QC QB輸出（5421碼）表2.4 74LS90邏輯功能表2.4 顯示器 發(fā)光二極管簡稱為LED。當電子

18、與空穴復(fù)合時能輻射出可見光，因而可以用來制成發(fā)光二極管。在電路及儀器中作為指示燈，或者組成文字或數(shù)字顯示。砷化鎵二極管發(fā)紅光，磷化鎵二極管發(fā)綠光，碳化硅二極管發(fā)黃光。因化學性質(zhì)又分有機發(fā)光二極管OLED和無機發(fā)光二極管LED。圖2.5 LED 顯示器示意圖2.5 實驗室電路接線圖圖2.6第三章 系統(tǒng)軟件設(shè)計3.1 Multisim軟件的介紹 Multisim軟件是一款功能齊全、使用靈活、仿真結(jié)果接近于實際的電子設(shè)計自動化軟件。它是加拿大圖像交互技術(shù)公司（Interactive Image Technoligics，簡稱IIT）推出的以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于模擬電路、數(shù)字電路、M

19、CU電路等的仿真設(shè)計工作。該軟件后被美國國家儀器公司（National Instruments,簡稱NI）收購，更名為NI Multisim,軟件的運行速度和設(shè)計完備性得到了更好的提升。Multisim軟件特點(1)用戶界面靈活、直觀：Multisim提供了人性化的仿真設(shè)計開發(fā)平臺，軟件使用靈活、直觀、方便，元器件選取方便，需要電子元器件只需要幾次點擊就可以，節(jié)點連線方便，讓電路設(shè)計更加高效。它還提供了三維元器件和虛擬面包板，讓虛擬和真實的距離更接近。 (2)豐富的元器件庫：Multisim軟件運行速度快，電子類器件幾乎100%都包括在內(nèi)，所以設(shè)計電路得心應(yīng)手，大大提高了工程人員設(shè)計電路的速度

20、、效率和質(zhì)量。Multisim軟件還提供了豐富的虛擬儀器，包括函數(shù)信號發(fā)生器、萬用表、頻譜儀等，在設(shè)計好的電路中加入這些虛擬儀器，通過虛擬儀器分析系統(tǒng)輸入輸出，檢測電路是否達到設(shè)計要求。 (3)軟件的兼容性：Muitisim軟件與SPICE、LabVIEW或VerilogHDL等可以兼容，可以利用SPICE語言來創(chuàng)建、仿真電路，也可以直接對電子電路進行SPICE仿真，用戶不必擔心SPICE復(fù)雜的語句，方便了設(shè)計。Multisim還支持調(diào)用LaoVIEW虛擬儀器，更加擴展了軟件的功能。 (4)完備的分析手段：除了EWB提供的直流工作點分析、交流分析、瞬態(tài)分析、傅里葉分析、噪聲分析、失真分析、參數(shù)

21、掃描分析、溫度掃描分析、極點一零點分析、傳輸函數(shù)分析、靈敏度分析、最壞情況分析和蒙特卡羅分析外，Multisim 新增了直流掃描分析、批處理分析、用戶定義分析、噪聲圖形分析和射頻分析等，基本上能滿足一般電子電路的分析設(shè)計要求。(5)強大的仿真能力：Multisim 既可對模擬電路或數(shù)字電路分別進行仿真，也可進行數(shù)?；旌戏抡?，尤其是新增了射頻(RF) 電路的仿真功能。仿真失敗時會顯示出錯信息、提示可能出錯的原因，仿真結(jié)果可隨時儲存和打印。（6）功能全面：Multisim是一款集成了電路的設(shè)計、仿真、電路特性分析、后處理、輸出PCB布線圖等多種功能的軟件，功能全面，能夠滿足工程、研發(fā)或教學人員設(shè)計

22、一般電路的需要。(7) Multisim頁面展示：3.2軟件設(shè)計設(shè)計步驟：1畫出系統(tǒng)框圖，進行初步設(shè)計。2設(shè)計單元電路，計算參數(shù)，選擇元器件。顯示器所用的Sources庫中的Indicators的DCD-HEX-BLUE器件。集成計數(shù)器所用的是TTL庫中的74LS的74LS90N器件。輸入信號源所用的是Sources庫中SIGNAL-VOLTAGE-SOURCES的CLOCK-VOLTAGE的器件，其輸出電壓為5V，頻率為100Hz。第四章 系統(tǒng)調(diào)試與仿真4.1時位計時電路圖4.1 時位顯示器說明：實現(xiàn)小時計時的電路如圖4.1它的時個位為十進制計數(shù)，時十位為四進制計數(shù)，分別用兩個74LS90N

23、組成，并將輸出QA、QB、QC、QD分接到實驗箱中的數(shù)碼顯示器的輸入端X1、X2、X4、X8，U32的輸入端與數(shù)字脈沖輸入端相接，R91、R92、都接地。U31的2端接U32的2端，U32與U31的3端相接。該電路設(shè)計所用的是Multisim軟件；顯示器所用的Sources庫中的Indicators的DCD-HEX-BLUE器件。集成計數(shù)器所用的是TTL庫中的74LS的74LS90N器件。輸入信號源所用的是Sources庫中SIGNAL-VOLTAGE-SOURCES的CLOCK-VOLTAGE的器件，其輸出電壓為5V，頻率為100Hz。4.2 秒位計時電路（與分位計時電路相同）圖4.2 秒位

24、顯示器說明：實現(xiàn)秒計時的電路如圖4.2。它由兩級二-五-十進制計數(shù)器74LS90N組成。在實驗箱中，將個位計數(shù)器接成8421碼的十進制計數(shù)器，并將輸出QA、QB、QC、QD分接到實驗箱中的數(shù)碼顯示器的輸入端X1、X2、X4、X8，將（十位）計數(shù)器接成六進制的計數(shù)器，輸出QA、QB、QC、QD接實驗箱中另一數(shù)碼顯示器的輸入端Y1、Y2、Y4、Y8。CP信號可采用手動脈沖信號，也可以采用實驗箱中提供的連續(xù)脈沖信號。對照圖3.2檢查無誤后，接通電源，驗證電路的秒計時功能。該電路設(shè)計所用的是Multisim軟件；顯示器所用的Sources庫中的Indicators的DCD-HEX-BLUE器件。集成計數(shù)器所用的是TTL庫中的74LS的74LS90N器件。輸入信號源所用的是Sources庫中SIGNAL-VOLTAGE-SOURCES的CLOCK-VOLTAGE的器件，其輸出電壓為5V，頻率為100Hz。4.3總計時電路圖4.3總接線圖說明：將上述說明的時、分、秒計時電路串接起來就組