整點報時數(shù)字鐘課程設(shè)計

1、信息工程學(xué)院課程設(shè)計報告書（2009 /2010 學(xué)年第二學(xué)期）課程名稱 ： 電子技術(shù)課程設(shè)計 題 目 ： 能整點報時的電子表 專業(yè)班級 ： 自動化111 學(xué)生姓名 ： 胡義海 學(xué) 號： 6100311301 指導(dǎo)教師 ： 康耀明 設(shè)計成績 ： 1課程設(shè)計目的12系統(tǒng)的方案設(shè)計13 系統(tǒng)的詳細設(shè)計23.1脈沖產(chǎn)生和分頻電路2脈沖產(chǎn)生和分頻電路的設(shè)計2館建器件74 LS74的介紹3關(guān)鍵器件CD4060的介紹33.2計時電路5分，秒計時電路的設(shè)計5小時計時電路的設(shè)計7關(guān)鍵器件CD4510的介紹83.3顯示譯碼電路10顯示譯碼電路的設(shè)計10關(guān)鍵器件CD4511和數(shù)碼管的介紹113.4校時電路13校時

2、的電路的詳細設(shè)計13關(guān)鍵器件RS觸發(fā)器的詳細介紹143.5整點報警電路164 心得體會215 參考文獻211課程設(shè)計目的讓學(xué)生掌握組合邏輯電路、時序邏輯電路及數(shù)字邏輯電路系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、測試方法；進一步鞏固所學(xué)的理論知識，提高運用所學(xué)知識分析和解決實際問題的能力；提高電路布局布線及檢查和排除故障的能力；培養(yǎng)書寫綜合實驗報告的能力。2系統(tǒng)的方案設(shè)計21簡述數(shù)字電子鐘是一種用數(shù)字顯示秒分時日的記時裝置，與傳統(tǒng)的機械鐘相比，他具有走時準(zhǔn)確顯示直觀無機械傳動裝置等優(yōu)點，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，大到車站碼頭機場等公共場所的大型數(shù)顯電子鐘。22課程設(shè)計題目描述和要求（1）設(shè)

3、計一個有“時”、“分”、“秒”（12小時59分59秒）顯示，且有校時功能的電子鐘；（2）用中小規(guī)模集成電路組成電子鐘，并在實驗箱上進行組裝、調(diào)試；（3）畫出框圖和邏輯電路圖，寫出設(shè)計、實驗總結(jié)報告；（4）選做：整點報時。在59分50秒輸出一高電平驅(qū)動鳴聲器發(fā)生。2.3數(shù)字電子鐘基本原理 數(shù)字電子鐘的邏輯圖如圖1所示由振蕩電路、分頻器、計數(shù)器、顯示器和校時電路組成。振構(gòu)成的振蕩電路產(chǎn)生的信號經(jīng)過分頻器作為秒脈沖，秒脈沖送入秒計數(shù)器，秒計數(shù)結(jié)果通過秒譯碼器譯碼并且通過顯示器顯示出來，當(dāng)達到60時向分位進位，分位和十位也是如此?？墒謩有Ｕ耗芊謩e進行秒分時日的校正。只要將開關(guān)置于手動位置，可分別對秒

4、分時日進行手動脈沖輸入調(diào)整或連續(xù)脈沖輸入的校正。整點報時。整點報時電路要求在每個整點前鳴叫。圖1數(shù)字鐘邏輯電路圖3 系統(tǒng)的詳細設(shè)計3.1脈沖產(chǎn)生和分頻電路脈沖產(chǎn)生和分頻電路的設(shè)計石英晶體振蕩器的特點是振蕩頻率準(zhǔn)確、電路結(jié)構(gòu)簡單、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，則在與此垂直的方向產(chǎn)生機械振動，有了機械振動，就會在相應(yīng)的垂直面上產(chǎn)生電場，從而機械振動和電場互為因果，這種循環(huán)過程一直持續(xù)到晶體的機械強度限止時，才達到最后穩(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。圖2 石英振蕩電路圖館建器件74 LS74的介紹在晶振產(chǎn)生震蕩進行第二次分頻時用到分

5、頻器件74LS74。其引腳圖如圖3所示。圖3 74LS74引腳圖3.1.3關(guān)鍵器件CD4060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)過整形分頻獲得1Hz的秒脈沖。如晶振為32768Hz，通過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。圖4 CD4060引腳圖和真值表圖5 CD4060連接方式3.2計時電路分，秒計時電路的設(shè)計秒分為6060進制計數(shù)器。秒分均為60進制，即顯示0059，它們的各位為十進制，十位為六進制。數(shù)字鐘采用計數(shù)器使用的是CD4510加減計數(shù)器，數(shù)字鐘采用的是加計

6、數(shù)功能。其其連接圖如圖6。整個系統(tǒng)由脈沖電流從CLK端輸入，驅(qū)動計數(shù)器CD4510計數(shù)，CD4510以8421BCD碼進行十進制計數(shù)，并接把結(jié)果傳輸給譯碼器CD4511，CD4511將其譯碼驅(qū)動共陰極數(shù)碼管顯示出數(shù)字。其中秒的各位直接向十位進位，其進位信號直接輸給十位的CLK端。秒的十位為六進制計數(shù)器，只要將其輸出的11.14角接入與門回送到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，其各位的脈沖信號要接秒十位的進位信號，其他都一樣。圖6 CD4510連接圖圖7 秒分進位連接圖小時計時電路的設(shè)計小時為24進制計數(shù)器。小時為24進制，即顯示0023，它們的各位為

7、十進制，十位為2進制。數(shù)字鐘采用計數(shù)器使用的是CD4510加減計數(shù)器，數(shù)字鐘采用的是加計數(shù)功能。其連接方法是十位的11角和個位的14角接入一個與門回送到十位和個位的RST端，其連接圖如圖8。圖8 小時進位連接圖關(guān)鍵器件CD4510的介紹表一 十進制同步加減計數(shù)器CC45113.3顯示譯碼電路顯示譯碼電路的設(shè)計CD4510與CD4511相連，CD4511的連接方式為3.4角接電源。5角接地。.6角分別接計數(shù)器來的信號。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)光二極管來顯示譯碼器輸出的數(shù)字，顯示器有兩種：共陽極顯示器或共陰極顯示器。連接圖如圖10所示。圖1

8、0 CD4511以顯示管連接圖關(guān)鍵器件CD4511和數(shù)碼管的介紹CD4511 是一組用來作為BCD 對共陰極LED 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：做燈泡測試用，當(dāng)LT=0，則不論其它輸入狀態(tài)為何，其輸出abcdefg=1111111，使七段顯示器全亮，即顯示8，以便觀測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) 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有效數(shù)據(jù)譯碼，避免在無意義的數(shù)據(jù)輸入時顯示出來造成字型的系亂。CD451

9、1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(LT=1 且 BI=1)，DCBA 數(shù)據(jù)會被送入IC 的緩存器中保存，以供譯碼器碼；當(dāng)LE=1 時，則IC 中的暫存器會關(guān)閉，僅保存原來在LE=0 時的DCBA數(shù)據(jù)供譯碼器譯碼。換句話說當(dāng)LE=1 時，不論DCBA 的輸入數(shù)據(jù)為何，皆不影響其輸出，其輸出abcdefg 仍保留原來在LE 由0 轉(zhuǎn)為1 以前的資料。3.4校時電路校時的電路的詳細設(shè)計在剛剛開機接通電源時，由于時分秒均為任意值，所以，需進行調(diào)整。置開關(guān)在手動位置，

10、分別對時分秒日進行單獨計數(shù)，計數(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74LS00和74LS08兩個集成電路塊，用到了其內(nèi)部兩個與非門和兩個與門。其連接方法如圖14：圖14 校時電路圖其中，當(dāng)正常計時時S1、S2、S3都打向右側(cè)。讓進位信號能夠正常進位，當(dāng)需要調(diào)整時，只需將要調(diào)整的位的開關(guān)打向左側(cè)然后控制S4即可。關(guān)鍵器件RS觸發(fā)器的詳細介紹在開關(guān)S4后加一個有兩個與非門構(gòu)成的RS觸發(fā)器，其目的是消除因操縱開關(guān)而產(chǎn)生的抖動，防止干擾。電路結(jié)構(gòu) 把兩個與非門G1、G2的輸入、輸出端交叉連接，即可構(gòu)成基本RS觸發(fā)器，其邏輯電路如圖15所示。它有兩個輸入端R、S和兩個輸出端Q、Q。 工作

11、原理 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，則Q=0,Q=1,觸發(fā)器置1。 2.當(dāng)R=0、S=1時，則Q=1,Q=0,觸發(fā)器置0。 如上所述，當(dāng)觸發(fā)器的兩個輸入端加入不同邏輯電平時，它的兩個輸出端Q和Q有兩種互補的穩(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)，實際是指它的Q端的狀態(tài)。Q=1、Q=0時，稱觸發(fā)器處于1態(tài)，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，使觸發(fā)器置0，或稱復(fù)位。 同理，稱R端為置0

12、端或復(fù)位端。若觸發(fā)器原來為1態(tài)，欲使之變?yōu)?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（低電平）稱為觸發(fā)信號，由它們導(dǎo)致的轉(zhuǎn)換過程稱為翻轉(zhuǎn)。由于這里的觸發(fā)信號是電平,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。其邏輯符號如圖(b)所示。由于置0或置1都是觸發(fā)信號低電平有效，因此，S端和R端都畫有小圓圈。 3.當(dāng)R=S=1時，觸發(fā)器狀態(tài)保持不變。 觸發(fā)器保持狀態(tài)時，輸入端都加非有效電平（高電平），需要觸發(fā)翻轉(zhuǎn)時，要求在某一輸入端加一負脈沖，例如在S端加負脈沖使觸發(fā)器置1，該脈沖信號回到

13、高電平后，觸發(fā)器仍維持1狀態(tài)不變，相當(dāng)于把S端某一時刻的電平信號存儲起來，這體現(xiàn)了觸發(fā)器具有記憶功能。 4.當(dāng)R=S=0時，觸發(fā)器狀態(tài)不確定 在此條件下，兩個與非門的輸出端Q和Q全為1，在兩個輸入信號都同時撤去（回到1）后，由于兩個與非門的延遲時間無法確定，觸發(fā)器的狀態(tài)不能確定是1還是0,因此稱這種情況為不定狀態(tài)，這種情況應(yīng)當(dāng)避免。從另外一個角度來說，正因為R端和S端完成置0、置1都是低電平有效，所以二者不能同時為0。3.5整點報警電路當(dāng)時計數(shù)器在每次計到整點前十秒時，需要報時，這可用譯碼電路來解決，即當(dāng)分為59時，則秒在計數(shù)到50時，輸出一延時高電平，直至秒計數(shù)器計到60時，結(jié)束這高電平脈沖

14、，輸出的高電平驅(qū)動鳴聲器鳴叫。在數(shù)字鐘采用鳴聲器作為發(fā)聲器件，由于與門輸出電壓太小所以接一三極管放大電流驅(qū)動鳴聲器。報時電路開頭分別將秒的十位的6 、14角接入與門分的個位2 、 6角十位的6、 14角分別接入與門，并且將其輸出全部接入一與門，之后連一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)動鳴聲器。其電路圖16、17所示。圖16 報時電路1圖17 報時電路2圖18 電路原理圖圖19 電路pcb版圖4 心得體會我的課程設(shè)計是“具有整點報時功能的數(shù)字鐘”，通過本次設(shè)計我樂在其中。數(shù)字鐘的硬件設(shè)計是數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計傳統(tǒng)的課題之一，其生命力就在于知識的綜合化。數(shù)字鐘的設(shè)計課題雖然是

15、一個很小的課題，但是它確是一個完整的系統(tǒng)，所謂“麻雀雖小，五臟俱全”。 我重點研究的是振蕩、分頻、校正和整點報時四部分，其它的計數(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)計中非常重要的一部分。我使用的芯片是555定時器，它的功能很強大，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的信號作為分頻器的輸入信號，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制同步計數(shù)器CC4518完成的，它提供整個電路所使用的頻率，如，校正所用的2Hz以及整點報時所用的500Hz和1KHz。 再有就是校正部分和整點報時部分，校正使數(shù)字鐘在實際工作中更加的準(zhǔn)確，而報時是數(shù)字鐘中最常見的功能。 對于數(shù)字鐘的設(shè)計，各個功能的實現(xiàn)都使用的是硬件，它對于每個人的動手能力是一次巨大的考驗。 設(shè)計時，發(fā)現(xiàn)還有許多不足的地方需要改進。雖然簡單的功能都能實現(xiàn)，但它在使用上還不夠人性化，比如，不能實現(xiàn)定點報時的功能，鬧鈴的聲音需要設(shè)置成人們喜歡的類型，人們在使用時經(jīng)常需要定鬧鈴，這給人們帶來了不便。 在做課程設(shè)計的過程中，我深深地感受到了自己所學(xué)到知識的有限，明白了只學(xué)好課本上的知識是不夠的，要通過圖書館和互聯(lián)網(wǎng)等各種渠道來擴充自己的知識。所有的這些心得會對我以后的學(xué)習(xí)和工作有幫助作用。 非常感謝同學(xué)給予的幫助