數字時鐘電路設計書

1、吉林建筑工程學院數字電子技術課程設計報告課題名稱：數字時鐘課程設計 20112012學年第二學期 專 業(yè)電氣工程及自動化班 級101班姓 名陳貴君學 號10110130指導教師王銳 魏大慧2012年6月 目錄一前言3二設計要求3三設計目的3四電路設計方案4五.單元電路設計及參數計算55.1.譯碼顯示電路設計55.2.計數器電路設計75.3.脈沖發(fā)生電路設計8六電路原理圖及工作原理10數字時鐘電路總原理圖11數字時鐘電路總仿真圖11秒電路仿真12分電路仿真13脈沖發(fā)生器仿真13校對電路仿14七電路的安裝與測試14八心得體會14九參考文獻15附錄元件清單15一前言 鐘表作為一種定時工具被廣泛的使用

2、在生產生活的各方面。人類最初依靠太陽的角度來進行定時，所以受天氣的影響比較大，為了克服依靠自然現象定時的缺點人們發(fā)明的機器鐘表，電子鐘表一系列的定時工具。自改革開放以來我國科技得以高速發(fā)展，尤其是電子技術的飛速發(fā)展。各種各樣的電器器材憑空而出。 下面我們就以數字鐘為例簡單介紹一下。數字鐘我們聽到這幾個字，第一反應就是我們所說的數字，不錯數字鐘就是以數字顯示取代模擬表盤的鐘表，數字電子鐘是一種用數字電路技術實現時、分、秒計時的裝置，與機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，電子鐘表具有價格便宜，質量輕，定時誤差小等優(yōu)點，被廣泛的應用在生產，生活的各個方面。由于電

3、子鐘能提供精確又被廣泛的運用在各種測量之中。二設計要求1. 設計一個能直接顯示“分”、“秒”的數字電子鐘,要求60分鐘為一計時周期。2. 電路具有校時(分)功能。三設計目的 此次實驗設計目的在于培養(yǎng)學生們的操作實踐能力。通過對數字時鐘原理的學習，增強同學們的理論知識以及思維能力。此次實驗設計不單是理論的實現，相反的，更多的在于操作能力的鍛煉。通過對數字時鐘的實踐操作，讓同學們從中收獲甚多。學會元器件識別、測試和安裝的方法，掌握萬用表的使用方法，學會利用軟、硬件獨立進行電子設備的整機裝配、調試方法，并達到產品的質量要求，從而鍛煉和提高學生的動手能力，鞏固和加深對電子學理論知識的理解和掌握，為以后

4、專業(yè)設計、課程設計及畢業(yè)設計準備必要的工藝知識和操作技能。培養(yǎng)學生綜合運用理論知識解決實際問題的能力。掌握電子線路的基本原理、基本方法，掌握焊接的基本技能，達到焊點大小適中、均勻、圓潤、光亮、無虛焊的要求，通過簡單電器的安裝制作，熟悉電子儀器的安裝制作過程和電路的調試及簡單故障排除的技能。四電路設計方案多功能數字鐘原理框架如圖所示，電路包括以下幾個部分：標準秒信號發(fā)生器、顯示電路、分秒計數器、校時電路。脈沖發(fā)生電路秒校對電路分校對電路秒計數器器分計數器秒譯碼器分譯碼器顯 示 電 路 此次數字數字設計利用所給的芯片設計完成。利用4個數碼管完成顯示電路的設計，所用數碼管為共陰性。 CD4511是一

5、個用于驅動共陰極 LED （數碼管）顯示器的 BCD 碼七段碼譯碼器，所以CD4511用做此次數字時鐘的譯碼器。本實驗用到的計數器是74LS90,74LS90是二五十進制計數器，它有兩個時鐘輸入端CKA和CKB。其中，CKA和組成一位二進制計數器；CKB和組成五進制計數器。設計中用了兩個開關，分別用做分、秒校對。最后數碼管跳動一秒所用的脈沖由555提供。五.單元電路設計及參數計算 5.1.譯碼顯示電路設計由于計數器輸出的是一個8421BCD碼，所以可以用CD4511譯碼器和共陰數碼管來組成譯碼顯示電路。CD4511是一個用于驅動共陰極 LED （數碼管）顯示器的 BCD 碼七段碼譯碼器，特點如

6、下：具有BCD轉換、消隱和鎖存控制、七段譯碼及驅動功能的CMOS電路能提供較大的拉電流?？芍苯域寗覮ED顯示器。用CD4511實現LED與接口方法如表5-1所示： 表5-1CD4511的工作真值表如表5-2所示： 輸        入輸        出LEBILIDCBAabcdefg顯示XX0XXXX11111118X01XXXX0000000消隱01100001111110001100010110000101100101101101201100111

7、111001301101000110011401101011011011501101100011111601101111110000701110001111111801110011110011901110100000000消隱01110110000000消隱01111000000000消隱01111010000000消隱01111100000000消隱0111111000000消隱111XXXX鎖       存鎖存表3-2 CD 4511的真值表 5.2.計數器電路設計本次電路設計所采用的計數器為74LS90。74LS90是二五十進

8、制計數器，它有兩個時鐘輸入端CKA和CKB。其中，CKA和組成一位二進制計數器；CKB和組成五進制計數器；若將與CKB相連接，時鐘脈沖從輸入，則構成了8421BCD碼十進制計數器。74LS90有兩個清零端R0（1）、R0（2），兩個置9端R9（1）和R9（2），其BCD碼十進制計數時序如表5-4。74LS90的管腳圖如圖5-3。R0(1)2R0(2)3R9(1)6R9(2)7CKA14QA12CKB1QB9QC8QD1174LS90圖5-3表5-4 BCD碼十進制計數時序 CK00000100012001030011401005010160110701118100091001 74LS90的功

9、能： (1)異步清零功能。當R0=R0(2),R0(1)=0時，若R9=R9(1),R9(2)=0時，則計數器清零，并與CK無關。(2)異步置9功能。當R0=R0(2),R0(1)=1時，計數器置9，即被置成1001的狀態(tài)，置9功能也于CK無關。(3)計數功能，當R0=0,R9=0時計數器計數。根據不同接法，還可實現二進制、五進制。5.3.脈沖發(fā)生電路設計555定時器的集成電路引腳如5-5圖所示1腳為接地端（GND）、2腳為低觸發(fā)端（ ）、3腳為輸出端 （OUT）、4腳為復位端（）、5腳為控制電壓端（CO）、6腳為高觸發(fā)端（TH）、7腳為放電端（D）、8腳為電源端（VCC）。圖2-1 555定

10、時器電路引腳圖表5-6 555定時器的功能表輸入中間狀態(tài)輸出放電管狀態(tài)高觸發(fā)端低觸發(fā)端直接復位Q××0××0導通>>1010導通<>111保持保持不變<<1101截止表5-7555定時器的輸入、輸出關系復位端控制電壓端CO高出發(fā)端VTH低觸發(fā)端VTR輸出端OUTT的狀態(tài)00*UOL導通10UOL導通不變不變*UOH截止1>VCOUOL導通<VCOUOL不變*不變截止 555定時器1HZ脈沖輸出的計算：由NE555的特性參數可知，當電源電壓去5V時，在100mA的輸出電流下輸出電壓的典型值為3.3V，所以取V

11、cc=5V可以滿足對輸出脈沖幅度的要求。若采用如下圖所示的電路，則： 故得R1=R2.又由公式可知： T=（R1+2R2）Cln2=1若去C=10uf，則代入上式得到： 3R1Cln2=1 =48k因R1=R2，所以取兩只47k的電阻與一個2k的電位器串聯，即得到1HZ的輸出脈沖。六電路原理圖及工作原理數字時鐘電路總原理圖數字時鐘電路總仿真圖秒電路仿真分電路仿真脈沖發(fā)生器仿真校對電路仿七電路的安裝與測試 測試：電路設計好之后需要經過測試確認電路可行性后，方可安裝焊接電路。測試順序為：分頻電路模塊、計數器模塊、譯碼顯示電路模塊、校對模塊。每個模塊進行測試都確認無誤后，即可把每個模塊連接好，組成一

12、個完整的數字時鐘。根據軟件對電路仿真后得出的結論是沒有問題的，在一般情況下接線后不會有問題，但是測試時接線不能出錯。安裝焊接：首先應把芯片整體的排布有一個概念，盡量做到整齊、容易檢查、走線、飛線簡單。注意各個芯片的接地端和電源端要焊接好，不要出現虛焊等情況。由于電路比較復雜，焊接完成后若出現問題，需要反復檢查，盡量解決問題。八心得體會 通過此次的數字時鐘課程設計，無疑的一點：我學到了很多。早在大一的時候我就在問自己我學電路分析究竟拿來干什么，學數字電子技術基礎拿來干什么，媒體啊摹都埋頭苦干在書本上，一點興趣都沒有，一點趣味都沒有，以至于花了時間在課本上，卻沒讓自己得到更多的收獲?？蛇@次不一樣了

13、，我對專業(yè)的興趣來了，我對專業(yè)的熱情燃燒了，此次的數字時鐘課程設計就是我對專業(yè)熱情燃燒的導火線。通過此次的數字時鐘課程設計，不僅讓我對專業(yè)重新了解，也讓我在其中學到了很多，從理論學習到實踐學習，其理論、實踐的完美結合更讓我知道了電子信息工程的本質。九參考文獻【1】閻石 數字電子技術基礎（第五版） 北京：高等教育出版社 2006【2】張克農 數字電子技術基礎 北京：高等教育出版社 2003【3】趙淑范等 電子技術實驗與課程設計 北京：清華大學出版社 2006【4】陳光明等 電子技術課程設計與綜合實訓北京：北京航空航天大學出版社 2007【5】李銀華等 電子線路設計指導北京：北京航空航天大學出版社

14、 2006【6】黃智偉 全國大學生電子設計競賽制作實訓北京：北京航空航天大學出版社 2007.8【7】楊志忠 數字電子技術基礎北京：高等教育出版社 2004【8】彭介華 電子技術課程設計指導北京：高等教育出版社 2004【9】路勇 電子電路實驗及仿真北京：清華大學出版社 2004附錄元件清單CommentDescriptionDesignatorFootprintLibRefQuantity電容 10ufCapacitorC1CAPR5-4X5Cap21電容 10ufCapacitorC3RAD-0.1Cap1電容 0.01ufCapacitorC4RAD-0.3Cap1數碼管Dpy Blue

15、-CC12.5*19*7.8 mm General Purpose Blue 7-Segment Display: CC, RH DP, Gray SurfaceDS3, DS4, DS5, DS6LEDDIP-10/C15.24RHDDpy Blue-CC4電源插座PWR2.5Low Voltage Power Supply ConnectorJ1KLD-0202PWR2.51電阻 68KResistorR1AXIAL-0.3Res11Tapped ResistorR2TO-220-ABRes Tap1電阻 20KResistorR3AXIAL-0.3Res11電阻 1KResistorR5, R6AXIAL-0.3Res12開關SW-DPST6*6mm Single-Throw SwitchS2, S3KEYSW-DPST2譯碼器CD4511BCNBCD-to-7 Segment Latch/Decoder/DriverU4, U5, U7N16ECD4511BCN