數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計電子鐘設(shè)計

1、 課 程 設(shè) 計資 料 袋 電氣與信息工程 學(xué)院（系、部） 2011-2012 學(xué)年第 1 學(xué)期 課程名稱 電子技術(shù)課程設(shè)計 指導(dǎo)教師 職稱 講師 學(xué)生姓名 專業(yè)班級 電自094 學(xué)號 09401300417 題 目 電子鐘設(shè)計 成 績 起止日期 2012 年 01 月 03 日 2012 年 01 月 07 日目 錄 清 單序號材 料 名 稱資料數(shù)量備 注1課程設(shè)計任務(wù)書1份2課程設(shè)計說明書1份3課程設(shè)計圖紙5張4總計資料756 課程設(shè)計任務(wù)書2011年 2012 學(xué)年第 1 學(xué)期 電氣與信息工程 學(xué)院（系、部） 電氣工程及其自動化 專業(yè) 電自094 班級課程名稱： 電子技術(shù)課程設(shè)計 設(shè)計題

2、目： 電子鐘設(shè)計 完成期限：自 2012 年 01 月 03 日至 2012 年 01 月 07 日共 1 周內(nèi)容及任務(wù)一、設(shè)計目的數(shù)字鐘是一種用數(shù)字電路技術(shù)實現(xiàn)時、分、秒計時的裝置，與機械式時鐘相比具有更高的準確性和直觀性，且無機械裝置，具有更更長的使用壽命，因此得到了廣泛的使用。數(shù)字鐘從原理上講是一種典型的數(shù)字電路，其中包括了組合邏輯電路和時序電路。因此，我們此次設(shè)計與制做數(shù)字鐘就是為了了解數(shù)字鐘的原理，從而學(xué)會制作數(shù)字鐘。而且通過數(shù)字鐘的制作進一步的了解各種在制作中用到的中小規(guī)模集成電路的作用及實用方法，且由于數(shù)字鐘包括組合邏輯電路和時序電路，通過它可以進一步學(xué)習(xí)與掌握各種組合邏輯電路與

3、時序電路的原理與使用方法。二、設(shè)計要求（1）設(shè)計指標時間以24小時為一個周期；顯示時、分、秒；具有校時功能，可以分別對時及分進行單獨校時，使其校正到標準時間；計時過程具有報時功能，當(dāng)時間到達的秒數(shù)為你的學(xué)號17時進行燈光報時；脈沖信號由555震蕩電路提供，選擇合適的元件參數(shù)。（2）設(shè)計要求畫出電路原理圖（或仿真電路圖）；元器件及參數(shù)選擇；電路仿真與調(diào)試（用EWB軟件）；（3）編寫設(shè)計報告寫出設(shè)計的全過程，附上有關(guān)資料和圖紙，有心得體會。三、設(shè)計工作量電子鐘電路設(shè)計說明書一份；電子鐘電路原理總圖一份。進度安排起止日期工作內(nèi)容2012.01.03講授設(shè)計的一般步驟和方法、設(shè)計的要求、布置設(shè)計題目。

4、2012.01.0406學(xué)生進行設(shè)計2012.01.07學(xué)生修改、打印設(shè)計報告主要參考資料（1）康華光 電子技術(shù)基礎(chǔ) 數(shù)字部分（第五版） 高等教育出版社 2007年（2）彭容修 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) 武漢：華中理工大學(xué)出版社 2000年 （3）瞿安連 應(yīng)用電子技術(shù) 北京：科學(xué)出版社 2003年（4）ewb中文教程 指導(dǎo)教師（簽字）： 年 月 日系（教研室）主任（簽字）： 年 月 日電子技術(shù)課程設(shè)計設(shè)計說明書電子鐘設(shè)計起止日期： 2012 年 01 月 03 日 至 2012 年 01 月 07 日學(xué)生姓名 班級電自094學(xué)號09401300417成績指導(dǎo)教師 電氣與信息工程學(xué)院（部）電子鐘設(shè)計1)

5、 設(shè)計目的數(shù)字鐘是一種用數(shù)字電路技術(shù)實現(xiàn)時、分、秒計時的裝置，與機械式時鐘相比具有更高的準確性和直觀性，且無機械裝置，具有更更長的使用壽命，因此得到了廣泛的使用。數(shù)字鐘從原理上講是一種典型的數(shù)字電路，其中包括了組合邏輯電路和時序電路。因此，我們此次設(shè)計與制做數(shù)字鐘就是為了了解數(shù)字鐘的原理，從而學(xué)會制作數(shù)字鐘。而且通過數(shù)字鐘的制作進一步的了解各種在制作中用到的中小規(guī)模集成電路的作用及實用方法，且由于數(shù)字鐘包括組合邏輯電路和時序電路，通過它可以進一步學(xué)習(xí)與掌握各種組合邏輯電路與時序電路的原理與使用方法。2) 設(shè)計要求（1）設(shè)計指標時間以24小時為一個周期；顯示時、分、秒；具有校時功能，可以分別對時

6、及分進行單獨校時，使其校正到標準時間；計時過程具有報時功能，當(dāng)時間到達的秒數(shù)為你的學(xué)號時進行燈光報時；脈沖信號由555震蕩電路提供，選擇合適的元件參數(shù)。（2）設(shè)計要求畫出電路原理圖（或仿真電路圖）；元器件及參數(shù)選擇；電路仿真與調(diào)試（用EWB軟件）；（3）編寫設(shè)計報告寫出設(shè)計的全過程，附上有關(guān)資料和圖紙，有心得體會。3) 設(shè)計任務(wù)1、 設(shè)計思路圖如下 2、選用芯片說明74290芯片說明a.外部管腳圖b.芯片簡要說明異步清零端MR1,MR2為高電平時，只要置9端MS1,MS2有一個為低電平，就可以完成清零功能。當(dāng)MS1,MS2均為高電平時，不管其他輸入端狀態(tài)如何，就可以完成置9功能。當(dāng)MR1,MR

7、2 中有一個以及MS1,MS2中有一個同時為低電平時，在時鐘端/CP0,/CP1脈沖下降沿作用下進行計數(shù)操作：a) 十進制計數(shù)。應(yīng)將/CP1與Q0連接，計數(shù)脈沖由/CP0輸入。b) 二、五混合進制計數(shù)。應(yīng)將/CP0與Q1連接，計數(shù)脈沖由/CP1輸入。c) 二分頻、五分頻計數(shù)。Q0為二分頻輸出，Q1Q3為五分頻輸出。引出端符號：/CP0 二分頻時鐘輸入端（下降沿有效）/CP1 五分頻時鐘輸入端（下降沿有效）Q0Q3 輸出端MR1,MR2 異步復(fù)位端MS1.MS2 異步置9端c.74290的功能表復(fù)位輸入置位輸入時鐘輸出MR1MR2MS1MS2CPQA QB QC QDHHLXXL L L LHH

8、XLXL L L LXXHHXH L L HLXLX計數(shù)LXXL計數(shù)XLLX計數(shù)XLXL計數(shù)555定時器芯片介紹555定時器是一種中規(guī)模集成電路，外形為雙列直插8腳結(jié)構(gòu)，體積很小，使用起來方便。只要在外部配上幾個適當(dāng)?shù)淖枞菰涂梢詷?gòu)成史密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及自激多諧振蕩器等脈沖信號產(chǎn)生與變換電路。它在波形的產(chǎn)生與變換、測量與控制、定時電路、家用電器、電子玩具、電子樂器等方面有廣泛的應(yīng)用。集成555定時器有雙極性型和CMOS型兩種產(chǎn)品。一般雙極性型產(chǎn)品型號的最后三位數(shù)都是555，CMOS型產(chǎn)品型號的最后四位數(shù)都是7555.它們的邏輯功能和外部引線排列完全相同。器件電源電壓推薦為4512V

9、，最大輸出電流200mA以內(nèi)，并能與TTL、CMOS邏輯電平相兼容。其主要參數(shù)見表8.1。555定時器的內(nèi)部電路框圖及邏輯符號和管腳排列分別如圖2.1和圖2.2所示。圖2.2 555定時器邏輯符號和引腳圖2.1 555定時器內(nèi)部結(jié)構(gòu)引腳功能Vi1（TH）：高電平觸發(fā)端，簡稱高觸發(fā)端，又稱閾值端，標志為TH。Vi2（）：低電平觸發(fā)端，簡稱低觸發(fā)端，標志為。VCO：控制電壓端。VO：輸出端。Dis：放電端。：復(fù)位端。Vcc：外接電源VCC，雙極型時基電路VCC的范圍是4.5 16V，CMOS型時基電路VCC的范圍為3 18V。一般用5V。GND: 外接電源負端VSS或接地，一般情況下接地。555定

10、時器內(nèi)含一個由三個阻值相同的電阻R組成的分壓網(wǎng)絡(luò)，產(chǎn)生VCC和VCC兩個基準電壓；兩個電壓比較器C1、C2；一個由與非門G1、G2組成的基本RS觸發(fā)器（低電平觸發(fā)）；放電三極管T和輸出反相緩沖器G3。是復(fù)位端，低電平有效。復(fù)位后, 基本RS觸發(fā)器的端為1（高電平），經(jīng)反相緩沖器后，輸出為0（低電平）。分析圖8.1的電路：在555定時器的VCC端和地之間加上電壓，并讓VCO懸空，則比較器C1的同相輸入端接參考電壓VCC，比較器C2反相輸入端接參考電壓VCC ，為了學(xué)習(xí)方便，我們規(guī)定：當(dāng)TH端的電壓VCC時，寫為VTH=1，當(dāng)TH端的電壓VCC時，寫為VTR=1，當(dāng)端的電壓VCC時，寫為VTR=0

11、。低觸發(fā)：當(dāng)輸入電壓Vi2VCC 且Vi1VCC 且Vi1VCC，則VTH=1，比較器C1輸出為低電平，無論C2輸出何種電平，基本RS觸發(fā)器因=0，使1，經(jīng)輸出反相緩沖器后，VO0；T導(dǎo)通。這時稱555定時器“高觸發(fā)”。 555定時器功能表輸 入輸 出THVODisVCCVCCVCCVCCLHHHLH不變L導(dǎo)通截止不變導(dǎo)通3.各個分電路說明用555定時器構(gòu)成多諧振蕩器用555定時器構(gòu)成多諧振蕩器，輸出穩(wěn)定的秒脈沖，作為時間基準。如下圖555定時器組成的振蕩器電路給數(shù)字鐘提供一個頻率為1Hz的方波信號。其中OUT為輸出。電路采用電阻、電容組成RC定時電路，用于設(shè)定脈沖的周期和寬度。調(diào)節(jié)RW或電容

12、C，可得到不同的時間常數(shù)；還可產(chǎn)生周期和脈寬可變的方波輸出。T1=0.7R2C,T2=0.7(R1+R2)C所以振蕩周期計算公式：T=T1+T20.7(R1+2R2)C圖3.1 自激多諧振蕩器電路和波形圖時間計數(shù)器電路時間計數(shù)電路由秒個位和秒十位計數(shù)器,分個位和分十位計數(shù)器及時個位和時十位計數(shù)器電路構(gòu)成,其中秒個位和秒十位計數(shù)器、分個位和分十位計數(shù)器為60進制計數(shù)器,而根據(jù)設(shè)計要求,時個位和時十位計數(shù)器為24進制計數(shù)器.a. 用兩片74290組成24進制遞增計數(shù)器在設(shè)計中，我們使用的是74290異步十進制計數(shù)器，來實現(xiàn)計數(shù)的功能，實驗中主要用到了74290的反饋清零功能。個位接成十進制形式，十

13、位通過QA與個位QD連接，組成24進制時鐘遞增計數(shù)器。如下圖b用兩片74290組成60進制遞增計數(shù)器利用兩片74290組成的60進制計數(shù)器如下圖所示，輸入計數(shù)脈沖CP加在CLKA端，把QA與與CPLB從外部連接起來，電路將對CP按照8421BCD碼進行異步加法計數(shù)。通過反饋端，控制清零端清零，其中個位接成十進制形式，十位接成六進制形式。秒和分計數(shù)均由60進制遞增計數(shù)器來完成。以上由計數(shù)器和七段顯示數(shù)碼管組成數(shù)字鐘的基本計數(shù)和顯示電路。校時功能的實現(xiàn)如電路圖，將時、分電路的計數(shù)器直接接到振蕩器，再分別由開關(guān)“H”及“M”控制電路的接通與斷開，實現(xiàn)調(diào)時、調(diào)分。在實驗實現(xiàn)過程中使用的是通過開關(guān)（普通

14、開關(guān)）來實現(xiàn)高低電平的切換，手動賦予需要的高低電平來實現(xiàn)脈沖的供給，將脈沖提供到所需要的輸入端口，實現(xiàn)校時，仿真過程中能夠正常校時并且在校時的時候達到了預(yù)定的效果。報時的實現(xiàn)報時功能的實現(xiàn)原理較為簡單，即對所需要報時的輸出量進行控制，并對控制產(chǎn)生的信號作為顯示的信號源。例如：當(dāng)時間到達的秒數(shù)為我的學(xué)號17時進行燈光報時，即輸出的結(jié)果為：0001 0111時，將“1”的部分接一個非門，再與或非門相連，“0”的部分直接接或非門，然后再接一個顯示燈。如下圖：4、總電路說明5.總電路圖及仿真結(jié)果圖4) 元器件清單元器件數(shù)量元器件數(shù)量元器件數(shù)量742906或非門1電阻（1K）2555定時器1非門4電容(

15、480uf)1數(shù)碼管6與門3電容（0.01uf）1燈1單刀雙擲開關(guān)2Vcc（電源）GND（地）5) 設(shè)計總結(jié)為期一周的數(shù)字電子課程設(shè)計結(jié)束了，此次設(shè)計的課題是電子鐘的設(shè)計，通過此次課程設(shè)計，收獲頗多。不但鞏固了自己的知識，而且培養(yǎng)了自己的實踐動手能力。在此次的電子鐘設(shè)計過程中，使我更進一步的熟悉了芯片的結(jié)構(gòu)，以及掌握了各芯片的工作原理及其相互聯(lián)系的作用。將以前學(xué)過的零散的數(shù)電知識有機的、系統(tǒng)的聯(lián)系起來，培養(yǎng)了自己分析和設(shè)計數(shù)字電路的能力。在時間計數(shù)器的設(shè)計中，連接六進制，十進制，六十進制的進位及二十四進制的接法中，要求熟悉邏輯電路及其各芯片的引腳功能，那么在電路出錯時能準確地找出錯誤并及時糾正。在分析和設(shè)計的思路過程中，培養(yǎng)了我的設(shè)計思維，使我在邏輯電路的分析和設(shè)計上有了很大的進步，加深了我對計數(shù)器，555定時器及振蕩器的認識，進一步增加了我對一些常見器件的了解，還使自己深刻的認識到數(shù)字電子技術(shù)這門課程的重要性。同時，通過查閱相關(guān)方面的書籍也培養(yǎng)了自己獨立思考的能力。此次電子鐘的課程設(shè)計立足于數(shù)字電子技術(shù)的實際應(yīng)用，通過不斷的實踐，開拓了自己的思維，通過課程搜集資料、確定設(shè)計思路、擬定方案、進行系統(tǒng)的規(guī)劃、仿真調(diào)試的流程，使我深刻的體會了在學(xué)習(xí)我們專業(yè)的過程中理論與實踐相結(jié)合的重要性，同時也解決了以前學(xué)習(xí)