整點(diǎn)報(bào)時(shí)數(shù)字鐘課程設(shè)計(jì)

1、信息工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)課程設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)（20092009 /2010/2010 學(xué)年第二學(xué)期）學(xué)年第二學(xué)期）課程名稱 ： 電子技術(shù)課程設(shè)計(jì) 題 目 ： 能整點(diǎn)報(bào)時(shí)的電子表 專業(yè)班級(jí) ： 自動(dòng)化 111 學(xué)生姓名 ： 胡義海 學(xué) 號(hào)： 6100311301 指導(dǎo)教師 ： 康耀明 設(shè)計(jì)成績(jī) ： 01 1 課程設(shè)計(jì)目的課程設(shè)計(jì)目的.12 2 系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì).13 3 系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計(jì).23.1 脈沖產(chǎn)生和分頻電路.23.1.1 脈沖產(chǎn)生和分頻電路的設(shè)計(jì).23.1.2 館建器件 74 LS74 的介紹.33.1.3 關(guān)鍵器件 CD4060 的介紹.33.2 計(jì)時(shí)電路.53.

2、2.1 分，秒計(jì)時(shí)電路的設(shè)計(jì).53.2.2 小時(shí)計(jì)時(shí)電路的設(shè)計(jì).73.2.3 關(guān)鍵器件 CD4510 的介紹.83.3 顯示譯碼電路.103.3.1 顯示譯碼電路的設(shè)計(jì).103.3.2 關(guān)鍵器件 CD4511 和數(shù)碼管的介紹.113.4 校時(shí)電路.133.4.1 校時(shí)的電路的詳細(xì)設(shè)計(jì).133.4.2 關(guān)鍵器件 RS 觸發(fā)器的詳細(xì)介紹.143.5 整點(diǎn)報(bào)警電路.164 4 心得體會(huì)心得體會(huì).215 5 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).2111 課程設(shè)計(jì)目的讓學(xué)生掌握組合邏輯電路、時(shí)序邏輯電路及數(shù)字邏輯電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、測(cè)試方法；進(jìn)一步鞏固所學(xué)的理論知識(shí)，提高運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力；提高電路布

3、局布線及檢查和排除故障的能力；培養(yǎng)書(shū)寫(xiě)綜合實(shí)驗(yàn)報(bào)告的能力。2 系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)21 簡(jiǎn)述簡(jiǎn)述數(shù)字電子鐘是一種用數(shù)字顯示秒分時(shí)日的記時(shí)裝置，與傳統(tǒng)的機(jī)械鐘相比，他具有走時(shí)準(zhǔn)確顯示直觀無(wú)機(jī)械傳動(dòng)裝置等優(yōu)點(diǎn)，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(chǎng)等公共場(chǎng)所的大型數(shù)顯電子鐘。22 課程設(shè)計(jì)題目描述和要求課程設(shè)計(jì)題目描述和要求（1）設(shè)計(jì)一個(gè)有“時(shí)” 、 “分” 、 “秒” （12 小時(shí) 59 分 59 秒）顯示，且有校時(shí)功能的電子鐘；（2）用中小規(guī)模集成電路組成電子鐘，并在實(shí)驗(yàn)箱上進(jìn)行組裝、調(diào)試；（3）畫(huà)出框圖和邏輯電路圖，寫(xiě)出設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)總結(jié)報(bào)告；（4）選做：整點(diǎn)報(bào)時(shí)。在

4、59 分 50 秒輸出一高電平驅(qū)動(dòng)鳴聲器發(fā)生。2.32.3 數(shù)字電子鐘基本原理數(shù)字電子鐘基本原理 2.3.1 數(shù)字電子鐘的邏輯圖如圖 1 所示由振蕩電路、分頻器、計(jì)數(shù)器、顯示器和校時(shí)電路組成。振構(gòu)成的振蕩電路產(chǎn)生的信號(hào)經(jīng)過(guò)分頻器作為秒脈沖，秒脈沖送入秒計(jì)數(shù)器，秒計(jì)數(shù)結(jié)果通過(guò)秒譯碼器譯碼并且通過(guò)顯示器顯示出來(lái)，當(dāng)達(dá)到 60 時(shí)向分位進(jìn)位，分位和十位也是如此。2.3.2 可手動(dòng)校正：能分別進(jìn)行秒分時(shí)日的校正。只要將開(kāi)關(guān)置于手動(dòng)位置，可分別對(duì)秒分時(shí)日進(jìn)行手動(dòng)脈沖輸入調(diào)整或連續(xù)脈沖輸入的校正。2.3.3 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。2圖 1 數(shù)字鐘邏輯電路圖3 系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計(jì)3.1 脈

5、沖產(chǎn)生和分頻電路脈沖產(chǎn)生和分頻電路3.1.13.1.1 脈沖產(chǎn)生和分頻電路的設(shè)計(jì)脈沖產(chǎn)生和分頻電路的設(shè)計(jì)石英晶體振蕩器的特點(diǎn)是振蕩頻率準(zhǔn)確、電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、頻率易調(diào)整。它還具有壓電效應(yīng)，在晶體某一方向加一電場(chǎng)，則在與此垂直的方向產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，有了機(jī)械振動(dòng)，就會(huì)在相應(yīng)的垂直面上產(chǎn)生電場(chǎng)，從而機(jī)械振動(dòng)和電場(chǎng)互為因果，這種循環(huán)過(guò)程一直持續(xù)到晶體的機(jī)械強(qiáng)度限止時(shí)，才達(dá)到最后穩(wěn)定。這用壓電諧振的頻率即為晶體振蕩器的固有頻率。石英振蕩電路圖如圖 2 所示。3圖 2 石英振蕩電路圖3.1.23.1.2 館建器件館建器件 7474 LS74LS74 的介紹的介紹在晶振產(chǎn)生震蕩進(jìn)行第二次分頻時(shí)用到分頻器件 74L

6、S74。其引腳圖如圖 3 所示。圖 3 74LS74 引腳圖3.1.33.1.3 關(guān)鍵器件關(guān)鍵器件 CD4060CD4060 的介紹的介紹秒脈沖發(fā)生器是數(shù)字鐘的核心部分，它的精度和穩(wěn)度決定了數(shù)字鐘的質(zhì)量，通常用晶體振蕩器發(fā)出的脈沖經(jīng)過(guò)整形分頻獲得 1Hz 的秒脈沖。如晶振為 32768Hz，通過(guò) 15 次二分頻后可獲得 1Hz的脈沖輸出。CD4060 引腳圖和真值表如圖 4 所示，連接方式如圖 5 所示。4圖 4 CD4060 引腳圖和真值表5圖 5 CD4060 連接方式3.2 計(jì)時(shí)電路計(jì)時(shí)電路3.2.13.2.1 分，秒計(jì)時(shí)電路的設(shè)計(jì)分，秒計(jì)時(shí)電路的設(shè)計(jì)秒分為 6060 進(jìn)制計(jì)數(shù)器。秒分均

7、為 60 進(jìn)制，即顯示 0059，它們的各位為十進(jìn)制，十位為六進(jìn)制。數(shù)字鐘采用計(jì)數(shù)器使用的是 CD4510 加減計(jì)數(shù)器，數(shù)字鐘采用的是加計(jì)數(shù)功能。其其連接圖如圖 6。整個(gè)系統(tǒng)由脈沖電流從 CLK 端輸入，驅(qū)動(dòng)計(jì)數(shù)器 CD4510 計(jì)數(shù)，CD4510 以8421BCD 碼進(jìn)行十進(jìn)制計(jì)數(shù)，并接把結(jié)果傳輸給譯碼器 CD4511，CD4511 將其譯碼驅(qū)動(dòng)共陰極數(shù)碼管顯示出數(shù)字。其中秒的各位直接向十位進(jìn)位，其進(jìn)位信號(hào)直接輸給十位的 CLK 端。秒的十位為六進(jìn)制計(jì)數(shù)器，只要將其輸出的 11.14 角接入與門(mén)回送到 RST 端即可。僅為連接圖如圖 7 分位其功能和秒位類似，在此就不一一列出了，不過(guò)，其各位

8、的脈沖信號(hào)要接秒十位的進(jìn)位信號(hào)，其他都一樣。6圖 6 CD4510 連接圖7圖 7 秒分進(jìn)位連接圖3.2.23.2.2 小時(shí)計(jì)時(shí)電路的設(shè)計(jì)小時(shí)計(jì)時(shí)電路的設(shè)計(jì)小時(shí)為 24 進(jìn)制計(jì)數(shù)器。小時(shí)為 24 進(jìn)制，即顯示 0023，它們的各位為十進(jìn)制，十位為 2 進(jìn)制。數(shù)字鐘采用計(jì)數(shù)器使用的是 CD4510 加減計(jì)數(shù)器，數(shù)字鐘采用的是加計(jì)數(shù)功能。其連接方法是十位的 11 角和個(gè)位的 14 角接入一個(gè)與門(mén)回送到十位和個(gè)位的 RST 端，其連接圖如圖 8。8圖 8 小時(shí)進(jìn)位連接圖3.2.33.2.3 關(guān)鍵器件關(guān)鍵器件 CD4510CD4510 的介紹的介紹表一 十進(jìn)制同步加減計(jì)數(shù)器 CC45119103.3

9、顯示譯碼電路顯示譯碼電路3.3.13.3.1 顯示譯碼電路的設(shè)計(jì)顯示譯碼電路的設(shè)計(jì)CD4510 與 CD4511 相連，CD4511 的連接方式為 3.4 角接電源。5 角接地。7.1.2.6 角分別接計(jì)數(shù)器來(lái)的信號(hào)。9 到 15 分別接顯示器的各角。其連接圖如圖 9。圖 9 CD4511 連接圖本系統(tǒng)用七段發(fā)光二極管來(lái)顯示譯碼器輸出的數(shù)字，顯示器有兩種：共陽(yáng)極顯示器或共陰極顯示器。連接圖如圖 10 所示。11圖 10 CD4511 以顯示管連接圖3.3.23.3.2 關(guān)鍵器件關(guān)鍵器件 CD4511CD4511 和數(shù)碼管的介紹和數(shù)碼管的介紹CD4511 是一組用來(lái)作為 BCD 對(duì)共陰極 LED

10、 七段顯示器譯碼的包裝。其引腳圖如圖 11 所示。 圖 11 CD4511 引腳圖在 CD4511 中 LT：做燈泡測(cè)試用，當(dāng) LT=0，則不論其它輸入狀態(tài)為何，其輸出12abcdefg=1111111，使七段顯示器全亮，即顯示 8，以便觀測(cè)七段顯示器是否正常。當(dāng) LT=1，則正常*。BI：空白輸入控制，當(dāng) BI=0 (LT 為 1 時(shí)) 則不論 DCBA 之輸入為何，其輸出 abcdefg 皆為 0，即七段顯示器完全不亮，此腳可供使用者控制僅對(duì)有效數(shù)據(jù)譯碼，避免在無(wú)意義的數(shù)據(jù)輸入時(shí)顯示出來(lái)造成字型的系亂。CD4511 和數(shù)碼管的鏈接原理圖如圖 12圖 12 CD4511 和數(shù)碼管的鏈接原理圖

11、LE：數(shù)據(jù)栓鎖致能控制；在 CD4511 中，不但具譯碼功能，更具有數(shù)據(jù)栓鎖的記憶功能。當(dāng)LE=0 時(shí)(LT=1 且 BI=1)，DCBA 數(shù)據(jù)會(huì)被送入 IC 的緩存器中保存，以供譯碼器碼；當(dāng) LE=1 時(shí)，則 IC 中的暫存器會(huì)關(guān)閉，僅保存原來(lái)在 LE=0 時(shí)的 DCBA 數(shù)據(jù)供譯碼器譯碼。換句話說(shuō)當(dāng)LE=1 時(shí)，不論 DCBA 的輸入數(shù)據(jù)為何，皆不影響其輸出，其輸出 abcdefg 仍保留原來(lái)在 LE 由0 轉(zhuǎn)為 1 以前的資料。133.4 校時(shí)電路校時(shí)電路3.4.13.4.1 校時(shí)的電路的詳細(xì)設(shè)計(jì)校時(shí)的電路的詳細(xì)設(shè)計(jì)在剛剛開(kāi)機(jī)接通電源時(shí)，由于時(shí)分秒均為任意值，所以，需進(jìn)行調(diào)整。置開(kāi)關(guān)在手

12、動(dòng)位置，分別對(duì)時(shí)分秒日進(jìn)行單獨(dú)計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)脈沖由單次脈沖或連續(xù)脈沖輸入。在數(shù)字鐘中采用了一個(gè)74LS00 和 74LS08 兩個(gè)集成電路塊，用到了其內(nèi)部?jī)蓚€(gè)與非門(mén)和兩個(gè)與門(mén)。其連接方法如圖 14：圖 14 校時(shí)電路圖其中，當(dāng)正常計(jì)時(shí)時(shí) S1、S2、S3 都打向右側(cè)。讓進(jìn)位信號(hào)能夠正常進(jìn)位，當(dāng)需要調(diào)整時(shí)，只需將要調(diào)整的位的開(kāi)關(guān)打向左側(cè)然后控制 S4 即可。143.4.23.4.2 關(guān)鍵器件關(guān)鍵器件 RSRS 觸發(fā)器的詳細(xì)介紹觸發(fā)器的詳細(xì)介紹在開(kāi)關(guān) S4 后加一個(gè)有兩個(gè)與非門(mén)構(gòu)成的 RS 觸發(fā)器，其目的是消除因操縱開(kāi)關(guān)而產(chǎn)生的抖動(dòng)，防止干擾。電電路路結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu) 把兩個(gè)與非門(mén) G1、G2 的輸入、輸出端

13、交叉連接，即可構(gòu)成基本RS 觸發(fā)器，其邏輯電路如圖 15 所示。它有兩個(gè)輸入端 R、S 和兩個(gè)輸出端 Q、Q。 工工作作原原理理 圖 15 RS 觸發(fā)器基本 RS 觸發(fā)器的邏輯方程為： 根據(jù)上述兩個(gè)式子得到它的四種輸入與輸出的關(guān)系: 1.當(dāng) R=1、S=0 時(shí)，則 Q=0,Q=1,觸發(fā)器置 1。 2.當(dāng) R=0、S=1 時(shí)，則 Q=1,Q=0,觸發(fā)器置 0。 如上所述，當(dāng)觸發(fā)器的兩個(gè)輸入端加入不同邏輯電平時(shí)，它的兩個(gè)輸出端Q 和 Q 有兩種互補(bǔ)的穩(wěn)定狀態(tài)。一般規(guī)定觸發(fā)器Q 端的狀態(tài)作為觸發(fā)器的狀態(tài)。通常稱觸發(fā)器處于某種狀態(tài)，實(shí)際是指它的 Q 端的狀態(tài)。 Q=1、Q=0 時(shí)，稱觸發(fā)器處于 1 態(tài)

14、，反之觸發(fā)器處于 0 態(tài)。S=0,R=1 使觸發(fā)器置 1，或稱置位。因置位的決定條件是S=0,故稱 S 端為置 1 端。R=0,S=1 時(shí)，使觸發(fā)器置 0，或稱復(fù)位。 同理，稱 R 端為置 0 端或復(fù)位端。若觸發(fā)器原來(lái)為1 態(tài)，欲使之變?yōu)?0 態(tài)，必須令 R端的電平由 1 變 0，S 端的電平由 0 變 1。這里所加的輸入信號(hào)（低電平）稱為觸發(fā)信號(hào)，15由它們導(dǎo)致的轉(zhuǎn)換過(guò)程稱為翻轉(zhuǎn)。由于這里的觸發(fā)信號(hào)是電平,因此這種觸發(fā)器稱為電平控制觸發(fā)器。從功能方面看，它只能在S 和 R 的作用下置 0 和置 1，所以又稱為置 0 置 1 觸發(fā)器，或稱為置位復(fù)位觸發(fā)器。其邏輯符號(hào)如圖7.2.1(b)所示。由

15、于置 0 或置 1 都是觸發(fā)信號(hào)低電平有效，因此， S 端和 R 端都畫(huà)有小圓圈。 3.當(dāng) R=S=1 時(shí)，觸發(fā)器狀態(tài)保持不變。 觸發(fā)器保持狀態(tài)時(shí)，輸入端都加非有效電平（高電平），需要觸發(fā)翻轉(zhuǎn)時(shí)，要求在某一輸入端加一負(fù)脈沖，例如在 S 端加負(fù)脈沖使觸發(fā)器置 1，該脈沖信號(hào)回到高電平后，觸發(fā)器仍維持 1 狀態(tài)不變，相當(dāng)于把 S 端某一時(shí)刻的電平信號(hào)存儲(chǔ)起來(lái)，這體現(xiàn)了觸發(fā)器具有記憶功能。 4.當(dāng) R=S=0 時(shí)，觸發(fā)器狀態(tài)不確定 在此條件下，兩個(gè)與非門(mén)的輸出端Q 和 Q 全為 1，在兩個(gè)輸入信號(hào)都同時(shí)撤去（回到1）后，由于兩個(gè)與非門(mén)的延遲時(shí)間無(wú)法確定，觸發(fā)器的狀態(tài)不能確定是1 還是 0,因此稱這種

16、情況為不定狀態(tài)，這種情況應(yīng)當(dāng)避免。從另外一個(gè)角度來(lái)說(shuō)，正因?yàn)镽 端和 S 端完成置0、置 1 都是低電平有效，所以二者不能同時(shí)為0。3.5 整點(diǎn)報(bào)警電路整點(diǎn)報(bào)警電路當(dāng)時(shí)計(jì)數(shù)器在每次計(jì)到整點(diǎn)前十秒時(shí)，需要報(bào)時(shí)，這可用譯碼電路來(lái)解決，即當(dāng)分為 59 時(shí)，則秒在計(jì)數(shù)到 50 時(shí)，輸出一延時(shí)高電平，直至秒計(jì)數(shù)器計(jì)到 60 時(shí)，結(jié)束這高電平脈沖，輸出的高電平驅(qū)動(dòng)鳴聲器鳴叫。在數(shù)字鐘采用鳴聲器作為發(fā)聲器件，由于與門(mén)輸出電壓太小所以接一三極管放大電流驅(qū)動(dòng)鳴聲器。報(bào)時(shí)電路開(kāi)頭分別將秒的十位的 6 、14 角接入與門(mén)分的個(gè)位 2 、 6 角十位的 6、 14 角分別接入與門(mén)，并且將其輸出全部接入一與門(mén)，之后連一

17、電阻減小電流輸入到三極管，最后由三極管組成的放大電路驅(qū)動(dòng)鳴聲器。其電路圖 16、17 所示。16圖 16 報(bào)時(shí)電路 117圖 17 報(bào)時(shí)電路 218圖 18 電路原理圖19圖 19 電路 pcb 版圖204 心得體會(huì)我的課程設(shè)計(jì)是“具有整點(diǎn)報(bào)時(shí)功能的數(shù)字鐘” ，通過(guò)本次設(shè)計(jì)我樂(lè)在其中。數(shù)字鐘的硬件設(shè)計(jì)是數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)傳統(tǒng)的課題之一，其生命力就在于知識(shí)的綜合化。數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)課題雖然是一個(gè)很小的課題，但是它確是一個(gè)完整的系統(tǒng)，所謂“麻雀雖小，五臟俱全” 。 我重點(diǎn)研究的是振蕩、分頻、校正和整點(diǎn)報(bào)時(shí)四部分，其它的計(jì)數(shù)、譯碼和顯示三部分則由我的同組人某某同學(xué)完成。 首先是振蕩部分，它是數(shù)字鐘設(shè)計(jì)

18、中非常重要的一部分。我使用的芯片是 555 定時(shí)器，它的功能很強(qiáng)大，可以構(gòu)成施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器。它產(chǎn)生的 1KHz 的信號(hào)作為分頻器的輸入信號(hào)，其他芯片協(xié)同工作。 其次是分頻部分，它是用兩塊雙二十進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器 CC4518 完成的，它提供整個(gè)電路所使用的頻率，如，校正所用的 2Hz 以及整點(diǎn)報(bào)時(shí)所用的 500Hz 和 1KHz。 再有就是校正部分和整點(diǎn)報(bào)時(shí)部分，校正使數(shù)字鐘在實(shí)際工作中更加的準(zhǔn)確，而報(bào)時(shí)是數(shù)字鐘中最常見(jiàn)的功能。 對(duì)于數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)，各個(gè)功能的實(shí)現(xiàn)都使用的是硬件，它對(duì)于每個(gè)人的動(dòng)手能力是一次巨大的考驗(yàn)。 設(shè)計(jì)時(shí)，發(fā)現(xiàn)還有許多不足的地方需要改進(jìn)。雖然簡(jiǎn)單的功能都能實(shí)現(xiàn)，但它在使用上還不夠人性化，比如，不能實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)報(bào)時(shí)的功能，鬧鈴的聲音需要設(shè)置成人們喜歡的類型，人們?cè)谑褂脮r(shí)經(jīng)常需要定鬧鈴，這給人們帶來(lái)了不便。 在做課程設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我深深地感受到了自己所學(xué)到知識(shí)的有限，明白了只學(xué)好課本上的知識(shí)是不夠的，要