數(shù)電課程設(shè)計(jì)--數(shù)字電子鐘

1、精品文檔 CHANGSHA UNIVERSITY OF SCIENCE & TECHNOLOGY電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)題目： 數(shù)字電子鐘 學(xué)生姓名：學(xué) 號(hào)：班 級(jí): 專 業(yè)：電子信息工程指導(dǎo)教師：徐理英 吳一帆 唐國紅 2021 年 12 月長 沙 理 工 大 學(xué)課程設(shè)計(jì)論文報(bào)告書課程： _數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)_題目：_數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)_電氣與信息工程 學(xué)院 _電子與信息工程_專業(yè) 電子班任務(wù)起止日期：2012年12月10日至2021年12月31日學(xué) 生 姓 名 唐振國 學(xué)號(hào)指 導(dǎo) 教 師_徐理英、吳一帆、唐國紅_ 教研室主任_ 年 月 日審查 院長(系主任) _ 年 月 日批準(zhǔn)數(shù)字電子鐘摘要

2、數(shù)字鐘被廣泛用于個(gè)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)字集成電路的開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(yùn)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?cái)U(kuò)展了鐘表原先的報(bào)時(shí)功能。諸如定時(shí)自動(dòng)報(bào)警、按時(shí)自動(dòng)打鈴、時(shí)間程序自動(dòng)控制、定時(shí)播送、自動(dòng)起閉路燈、定時(shí)開關(guān)烘箱、通斷動(dòng)力設(shè)備、甚至各種定時(shí)電氣的自動(dòng)啟用等，所有這些，都是以鐘表數(shù)字化為根底的。因此，研究數(shù)字鐘及擴(kuò)大其應(yīng)用，有著非?，F(xiàn)實(shí)的意義。本文設(shè)計(jì)中采用了組合邏輯電路和時(shí)序電路的設(shè)計(jì)，芯片采用了2-5-10異步計(jì)數(shù)器74LS390，74LS00與非門、555時(shí)鐘芯片

3、等，實(shí)現(xiàn)時(shí)間的計(jì)時(shí)。根本功能：能顯示時(shí)、分、秒的數(shù)字鐘。擴(kuò)展功能：實(shí)現(xiàn)校時(shí)、校分、校秒；整點(diǎn)報(bào)時(shí)。關(guān)鍵詞：數(shù)字鐘、自動(dòng)校時(shí)、整點(diǎn)報(bào)時(shí)目錄1數(shù)字電子鐘的根本工作原理.22主體電路的設(shè)計(jì).3 2.1、振蕩電路的設(shè)計(jì).3 2.2、分頻電路的設(shè)計(jì).5 2.3、計(jì)數(shù)電路的設(shè)計(jì).7 2.4、校時(shí)電路的設(shè)計(jì).9 2.5、整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路的設(shè)計(jì).93調(diào)試過程.11 3.1、振蕩電路.11 3.2、分頻電路.11 3.3、計(jì)數(shù)電路.11 3.4校時(shí)電路.123.5、整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路.134心得體會(huì).15參考文獻(xiàn).16附錄A：整體仿真電路附錄B：元器件清單 1 數(shù)字電子鐘的根本工作原理數(shù)字電子鐘的原理方框圖如下列圖所示：

4、時(shí)顯示器時(shí)譯碼器時(shí)計(jì)數(shù)器分顯示器分譯碼器分計(jì)數(shù)器秒顯示器秒譯碼器秒計(jì)數(shù)器校時(shí)電路振蕩器分頻器仿電臺(tái)報(bào)時(shí)報(bào)整點(diǎn)時(shí)數(shù)定時(shí)控制 圖 數(shù)字電子鐘的原理電路系統(tǒng)由秒信號(hào)發(fā)生器、“時(shí)、分、秒計(jì)數(shù)器、譯碼器及顯示器、校時(shí)電路、整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路組成。秒信號(hào)產(chǎn)生器是整個(gè)系統(tǒng)的時(shí)基信號(hào)，它直接決定計(jì)時(shí)系統(tǒng)的精度，一般用石英晶體振蕩器加分頻器來實(shí)現(xiàn)，本文采用555定時(shí)器產(chǎn)生相應(yīng)脈沖，將標(biāo)準(zhǔn)秒信號(hào)送入“秒計(jì)數(shù)器，“秒計(jì)數(shù)器采用60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，每累計(jì)60秒發(fā)出一個(gè)“分脈沖信號(hào)，該信號(hào)將作為“分計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘脈沖?！胺钟?jì)數(shù)器也采用60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，每累計(jì)60分鐘，發(fā)出一個(gè)“時(shí)脈沖信號(hào)，該信號(hào)將被送到“時(shí)計(jì)數(shù)器?！皶r(shí)計(jì)數(shù)器采用24

5、進(jìn)制計(jì)時(shí)器，可實(shí)現(xiàn)對(duì)一天24小時(shí)的累計(jì)。譯碼顯示電路將“時(shí)、“分、“秒計(jì)數(shù)器的輸出送到七段顯示譯碼驅(qū)動(dòng)器譯碼驅(qū)動(dòng)，通過六個(gè)七段LED顯示器顯示出來。整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路根據(jù)計(jì)時(shí)系統(tǒng)的輸出狀態(tài)產(chǎn)生一脈沖信號(hào)，然后加上一個(gè)高頻或和低頻信號(hào)送到放大電路驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)聲實(shí)現(xiàn)報(bào)時(shí)。校時(shí)電路是直接加一個(gè)脈沖信號(hào)到時(shí)計(jì)數(shù)器或者分計(jì)數(shù)器來對(duì)“時(shí)、“分顯示數(shù)字進(jìn)行校對(duì)調(diào)整。 2 主體電路的設(shè)計(jì) 主體電路局部的電路主要由振蕩電路、計(jì)數(shù)電路、顯示電路以及校時(shí)電路四大局部組成。下面將對(duì)各局部電路進(jìn)行設(shè)計(jì)。2.1 振蕩電路的設(shè)計(jì)在實(shí)驗(yàn)電路設(shè)計(jì)中，改由555構(gòu)成的多諧振蕩器來產(chǎn)生的脈沖信號(hào)，再經(jīng)級(jí)分頻電路輸出的基準(zhǔn)信號(hào)。555構(gòu)成

6、的振蕩電路如下列圖： 圖2.1.1 555振蕩電路555組成多諧振蕩器的工作原理如下：接通電源Vcc后，Vcc經(jīng)電阻R1和R2對(duì)電容C充電，其電壓UC由0按指數(shù)規(guī)律上升。當(dāng)UC2/3VCC時(shí)，電壓比擬器C1和C2的輸出分別為UC1=0、UC2=1，根本RS觸發(fā)器被置0，Q=0、Q=1,輸出u0躍到低點(diǎn)平Uol。與此同時(shí)，放電管V導(dǎo)通，電容C經(jīng)電阻R2和放電管V放電，電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)。隨著電容C放電，uc下降到uc1/3Vcc時(shí)，那么電壓比擬器C1和C2的輸出為uc1=1、uc2=0，根本RS 觸 發(fā)器被置1，Q=1，Q=0，輸出u0 由低點(diǎn)平Uol躍到高電平Uoh。同時(shí)，因Q=0，放電管V截止，

7、電源Vcc又經(jīng)過電阻R1和R2對(duì)電容C充電。電路又返回前一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。因此，電容C上的電壓uc將在2/3Vcc和1/3Vcc之間來回充電和放電，從而使電路產(chǎn)生了振蕩，輸出矩形脈沖。由下列圖可得多諧震蕩周T為： T=tw1+tw2。tw1為電容C上的電壓由1/3Vcc充到2/3Vcc所需的時(shí)間，充電回路的時(shí)間常數(shù)為R2C。tw2可用下式估算tw1=R1+R2Cln0.7R1+R2Ctw2為電容C上的電壓由2/3Vcc下降到1/3Vcc所需的時(shí)間，放電回路的時(shí)間常數(shù)為R2C。tw2可用下式估算 tw2=R2Cln0.7R2C所以，多諧振蕩器的振蕩頻率周期T為 T =tw1+tw20.7R1+R2C

8、振蕩頻率為f =1/T=1/0.7R1+2R2C 555集成定時(shí)器功能表輸入輸出閾值輸入端6觸發(fā)輸入端2復(fù)位端4輸出端 3放電管T端7××00導(dǎo)通<2/3Vcc<1/3Vcc11截止>2/3Vcc>1/3Vcc10導(dǎo)通<2/3Vcc>1/3Vcc1不變不變55原理圖如下： 圖2.1.2 555原理圖2.2 分頻電路的設(shè)計(jì)分頻器的作用是將由555定時(shí)器體產(chǎn)生的高頻信號(hào)分頻成基時(shí)鐘脈沖信號(hào)和擴(kuò)展局部所需的頻率。在此電路中，分頻器的功能主要有兩個(gè)：一是產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)脈沖信號(hào)；二是功能擴(kuò)展電路所需的信號(hào)。在此電路中作為分頻器的元件是:74LS390。電

9、路經(jīng)過十分頻后將555定時(shí)器差生的1KHZ的振蕩脈沖變?yōu)?Hz的脈沖信號(hào)，該信號(hào)作為計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)脈沖使用。74LS390各個(gè)引腳及工作原理： 圖2.2.1 74LS390引腳圖 圖2.2.2 74LS390原理圖分頻電路原理圖如下： 圖2.2.3 分頻電路原理圖2.3 計(jì)數(shù)電路的設(shè)計(jì)計(jì)數(shù)器是一種計(jì)算輸入脈沖的時(shí)序邏輯網(wǎng)絡(luò)，被計(jì)數(shù)的輸入信號(hào)就是時(shí)序網(wǎng)絡(luò)的時(shí)鐘脈沖，它不僅可以計(jì)數(shù)而且還可以用來完成其他特定的邏輯功能，如測量、定時(shí)控制、數(shù)字運(yùn)算等等。數(shù)字鐘的計(jì)數(shù)電路是用兩個(gè)六十進(jìn)制計(jì)數(shù)電路和二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)電路實(shí)現(xiàn)的。數(shù)字鐘的計(jì)數(shù)電路的設(shè)計(jì)可以用反應(yīng)清零法。當(dāng)計(jì)數(shù)器正常計(jì)數(shù)時(shí)，反應(yīng)門不起作用，只有當(dāng)進(jìn)

10、位脈沖到來時(shí)，反應(yīng)信號(hào)將計(jì)數(shù)電路清零，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)模的循環(huán)計(jì)數(shù)。以六十進(jìn)制為例，當(dāng)計(jì)數(shù)器從00，01，02，59計(jì)數(shù)時(shí)，反應(yīng)門不起作用，只有當(dāng)?shù)?0個(gè)秒脈沖到來時(shí)，反應(yīng)信號(hào)隨即將計(jì)數(shù)電路清零，實(shí)現(xiàn)模為60的循環(huán)計(jì)數(shù)。 時(shí)計(jì)數(shù)器采用74LS90構(gòu)成進(jìn)制計(jì)數(shù)器，其信號(hào)來自分計(jì)數(shù)器的進(jìn)位輸出，因?yàn)榈?的下一個(gè)狀態(tài)要自動(dòng)清零，將時(shí)的個(gè)位和十位的清零端相連，再與24的BCD碼相連轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的二進(jìn)制，從而實(shí)現(xiàn)0023的循環(huán)。兩片74LS90的輸出端QAQD分別驅(qū)動(dòng)段LED顯示器顯示計(jì)數(shù)狀態(tài)。分計(jì)數(shù)器和秒計(jì)數(shù)器也都采用74LS90構(gòu)成60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，可以將十位的QB和QC輸出狀態(tài)送清零端，同事送到一與門，與門的

11、信號(hào)作為十位進(jìn)位信號(hào)送往下一個(gè)計(jì)數(shù)，這樣當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到59的時(shí)候，下一個(gè)狀態(tài)的到來將使其清零，從而實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器的復(fù)位。74LS90引腳及原理如下： 圖 74LS90引腳及原理圖時(shí)的電路原理圖： 圖 時(shí)的電路圖分、秒的電路原理圖如下: 圖 分、秒電路圖2.4 校時(shí)電路的設(shè)計(jì)當(dāng)數(shù)字鐘接通電源或者出現(xiàn)誤差時(shí)，校正時(shí)間。校時(shí)是數(shù)字鐘應(yīng)具有的根本功能。一般電子表都具有時(shí)、分、秒等校時(shí)功能。為了使電路簡單，在此設(shè)計(jì)中只進(jìn)行分和小時(shí)的校時(shí)。校時(shí)是通過開關(guān)控制使計(jì)數(shù)器對(duì)1Hz校時(shí)脈沖計(jì)數(shù)。原理圖如下： 圖 校時(shí)電路圖2.5 整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路的設(shè)計(jì) 整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路要在每個(gè)整點(diǎn)發(fā)出音響。因此，需要對(duì)每個(gè)整點(diǎn)進(jìn)行時(shí)間譯碼，

12、以其輸出控制音響電路，本設(shè)計(jì)是每一整點(diǎn)發(fā)出5低音1高音報(bào)時(shí)，一次是對(duì)59分50秒59分59秒進(jìn)行時(shí)間譯碼。59分50秒時(shí)，秒個(gè)位為0，2,4,6,8時(shí)U37A下邊的輸入為1，蜂鳴器發(fā)出5次低音，當(dāng)為59秒時(shí)，通過D觸發(fā)器的D端，其CP端加秒脈沖，那么數(shù)字鐘再計(jì)一秒到達(dá)整點(diǎn)時(shí)，蜂鳴器發(fā)出高音。其邏輯電路圖如下： 圖 整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路 3 調(diào)試過程3.1 振蕩電路按電路圖連接好后，用示波器檢測輸出的波形，通過調(diào)動(dòng)滑動(dòng)變阻器，是輸出產(chǎn)生要求的波形3.2 分頻電路用示波器分別測試每次分頻后的的波形，觀察是否為預(yù)想的波形，再通過四綜示波器觀察波形各個(gè)分頻產(chǎn)生的波形如下： 圖 分頻后產(chǎn)生的波形圖3.3 計(jì)數(shù)電

13、路由于仿真的局限性，如果采用1HZ的秒脈沖，出來的效果將需要大量的時(shí)間，所以最后改用信號(hào)發(fā)生器給定400HZ的信號(hào)作為秒脈沖。秒、分計(jì)數(shù)器的個(gè)位能準(zhǔn)確以十進(jìn)制形式計(jì)數(shù)；十位也能準(zhǔn)確以六進(jìn)制的形式計(jì)數(shù)。當(dāng)個(gè)位計(jì)數(shù)到9后自動(dòng)向十位計(jì)數(shù)。3.4 校時(shí)電路當(dāng)開關(guān)斷開時(shí)，分計(jì)數(shù)電路，小時(shí)計(jì)數(shù)電路正常計(jì)數(shù)，當(dāng)開關(guān)閉合時(shí)，校時(shí)電路進(jìn)行校時(shí)。只是有時(shí)松開按鍵時(shí)，較時(shí)數(shù)會(huì)有點(diǎn)誤變化，經(jīng)過仔細(xì)分析，是由于在松按鍵時(shí)產(chǎn)生了抖動(dòng)。當(dāng)按下調(diào)時(shí)開關(guān)JB2時(shí)，時(shí)會(huì)自動(dòng)增加，如下列圖： 圖 圖3.5 整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路該電路用500HZ的作為低音，1KHZ的作為高音，每一整點(diǎn)發(fā)出5低音1高音報(bào)時(shí)。整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路要求在每個(gè)整點(diǎn)發(fā)出音響

14、。因此，需要對(duì)每個(gè)整點(diǎn)進(jìn)行時(shí)間譯碼，以其輸出控制音響電路。每一整點(diǎn)發(fā)出5低音1高音報(bào)時(shí)，分別對(duì)59分50秒59分59秒進(jìn)行是時(shí)間譯碼，同時(shí)輸入不同頻率的方波，如下列圖： 圖 整點(diǎn)報(bào)時(shí)仿真 四、心得體會(huì)這次課程設(shè)計(jì)是使用仿真軟件進(jìn)行的，剛開始老師給了課題，感覺一頭霧水不知所措，老師把以前同學(xué)們遇到的困難跟我們大體講述了一下，通過自己不斷查資料，終于形成了一個(gè)框架，再經(jīng)過屢次的試驗(yàn)，終于設(shè)計(jì)出了一個(gè)比擬完善的電路。在這次課程設(shè)計(jì)中，我學(xué)到了許多東西。第一次感覺到平時(shí)所學(xué)的東西真正起到作用了，從理論到實(shí)踐是一次飛躍，從而擁有更豐富的經(jīng)驗(yàn)，為以后的實(shí)踐操作打下了根底。最后感謝老師對(duì)我們的精心輔導(dǎo)。參考文獻(xiàn)：1閻石.數(shù)字電子技術(shù)