數(shù)字電子鐘課程設(shè)計報告

1、電 子 技 術(shù) 課 程 設(shè) 計 報 告 書題 目 數(shù)字電子鐘設(shè)計 專業(yè)班級 學(xué)號 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 2012年 11 月 15 日數(shù)字電子鐘課程設(shè)計 一、設(shè)計任務(wù)與要求 （1）設(shè)計一個有“時”、“分”、“秒”（23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。（5）整點報時（選作）。在59分51秒、53秒、55秒、57秒輸出500Hz音頻信號，在59分59秒時輸出1000Hz信號，音頻持續(xù)1s，在1000Hz熒屏結(jié)束時刻為整點。二、方案設(shè)計與論證方案一：采用實時時鐘芯片。實時時

2、鐘芯片具備年、月、日、時、分、秒計時功能和多點定時功能，計時數(shù)據(jù)的更新每秒自動進行一次，但需要通過程序讀取。計算機可通過中斷或查詢方式讀取計時數(shù)據(jù)進行顯示 。此外，實時時鐘芯片多數(shù)帶有鋰電池做后備電源，具備永不停止的計時功能；具有可編程方波輸出功能，可用做實時測控系統(tǒng)的采樣信號等；有的實時時鐘芯片內(nèi)部還帶有非易失性RAM，可用來存放需長期保存但有時也需變更的數(shù)據(jù)。由于功能完善，精度高，軟件程序設(shè)計相對簡單，且計時不占用CPU時間，因此，在工業(yè)實時測控系統(tǒng)中多采用這一類專用芯片來實現(xiàn)實時時鐘功能。方案二：采用計數(shù)器芯片，在要求不是很精確的條件下可以利用計數(shù)器芯片搭建一個簡單的時鐘電路。電路一般包

3、括以下幾個部分：振蕩器、分頻器、譯碼顯示電路、時分秒計數(shù)器、校時電路、報時電路。對于各個部分而言 數(shù)字鐘計時的標準信號應(yīng)該是頻率相當穩(wěn)定的1HZ秒脈沖，所以要設(shè)置 時間源。 數(shù)字鐘計時周期是24小時，因此必須設(shè)置24小時計數(shù)器，他應(yīng)由模為60的秒計數(shù)器和分計數(shù)器及模為24的時計數(shù)器組成，秒、分、時由七段數(shù)碼管顯示。 為使數(shù)字鐘走時與標準時間一致，校時電路是必不可少的。設(shè)計中采用開關(guān)控制校時直接用秒脈沖先后對“時”“分”“秒”計數(shù)器進行校時操作。 本課程設(shè)計主要目的是加深對模數(shù)電課本知識的理解，基于對以上兩種方案的分析，且在精度要求不高的情況下，故選擇方案二。 三、單元電路設(shè)計與參數(shù)計算1.振蕩

4、器 石英晶體振蕩器的特點是振蕩頻率準確、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。一般來說，般來說，振蕩器的頻率越高，計時精度越高，但耗電量將增大。如果精度要求不高也可以采用由集成電路定時器555與RC組成的多諧振蕩器。如圖所示。設(shè)振蕩頻率f=1KHz，R為可調(diào)電阻，微調(diào)R1可以調(diào)出1KHz輸出。2.分頻器 由于振蕩器產(chǎn)生的頻率很高，要得到秒脈沖需要分頻，本實驗采

5、用一片74LS90和兩片74LS160實現(xiàn)，得到需要的秒脈沖信號。3.計數(shù)器 秒脈沖信號經(jīng)過計數(shù)器，分別得到“秒”個位、十位、“分”個位、十位以及“時”個位、十位的計時?！懊搿薄胺帧庇嫈?shù)器為六十進制，小時為二十四進制。（1）六十進制計數(shù)由分頻器來的秒脈沖信號，首先送到“秒”計數(shù)器進行累加計數(shù)，秒計數(shù)器應(yīng)完成一分鐘之內(nèi)秒數(shù)目的累加，并達到60秒時產(chǎn)生一個進位信號。本作品選用一片74LS161和一片74LS160采取同步置數(shù)的方式組成六十進制的計數(shù)器。（2）二十四進制計數(shù)“24翻1”小時計數(shù)器按照“00010222230001”規(guī)律計數(shù)。與生活中計數(shù)規(guī)律相同。二十四進制計數(shù)同樣選用74LS161和

6、74LS160計數(shù)芯片。但清零方式采用的是異步清零方式。4譯碼器譯碼是指把給定的代碼進行翻譯的過程。計數(shù)器采用的碼制不同，譯碼電路也不同。74LS48驅(qū)動器是與8421BCD編碼計數(shù)器配合用的七段譯碼驅(qū)動器。74LS48配有燈測試LT、動態(tài)滅燈輸入RBI，滅燈輸入/動態(tài)滅燈輸出BI/RBO,當LT=0時，74LS48出去全1。5顯示器本系統(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。74LS48譯碼器對應(yīng)的顯示器是共陰極顯示器。6校時電路當數(shù)字鐘走時出現(xiàn)誤差時，需要校正時間。校時電路實現(xiàn)對“時”“分”“秒”的校準。在電路中設(shè)有正常計時和校對位置。本實驗實現(xiàn)

7、“時”“分”的校對。對校時的要求是，在小時校正時不影響分和秒的正常計數(shù)；在分校正時不影響秒和小時的正常計數(shù)。需要注意的時，校時電路是由與非門構(gòu)成的組合邏輯電路，開關(guān)S1或S2為“0”或“1”時，可能會產(chǎn)生抖動，為防止這一情況的發(fā)生我們接入一個由RS觸發(fā)器組成的防抖動電路來控制。 校時開關(guān)功能表S1S2功能11計數(shù)01校分10校時7.電源本作品芯片均采用TTL電平，故選用7805穩(wěn)壓芯片進行供電，其輸入電壓: 740 V ；輸出電壓:4.85V5.00V5.15V (最小值-典型值-最大值) ；壓差：22.5V（典型值最大值）；靜態(tài)電流：3.98mA（典型值最大值）8.功能擴展電路整點報時電路整

8、點報時電路的功能要求是，每當數(shù)字鐘計時快要到整點時發(fā)出聲響，通常按照4低音1高音的順序發(fā)出間斷聲響，以最后一聲高音結(jié)束的時刻為整點時刻。 設(shè)4聲低音（約500Hz）分別發(fā)生在59分51秒、53秒、55秒及57秒，最后一聲高音（約1KHz）發(fā)生在59分59秒，它們的持續(xù)時間均為1秒。CP（秒）Q3S1Q2S1Q1S1Q0S1功能500000510001鳴低音520010停530011鳴低音540100停550101鳴低音560110停570111鳴低音581000低591001鳴高音000000停四、總原理圖及元器件清單1總原理圖 1元件清單元件序號型號主要參數(shù)數(shù)量備注 74LS1603十進制計

9、數(shù)器 74LS1613四二進制計數(shù)器 74LS486譯碼器74LS005四二輸入與非門74LS041六反相器74LS201四輸入與非門74LS901二五十進制計數(shù)器NE5551七段共陰數(shù)碼管67805芯片1紅色發(fā)光LED4自鎖開關(guān)4按鍵開關(guān)4電阻、電容、導(dǎo)線若干五、安裝與調(diào)試由圖所示的數(shù)字中系統(tǒng)組成框圖按照信號的流向分級安裝，逐級級聯(lián)。這里的每一級是指組成數(shù)字中的各個功能電路。級聯(lián)時如果出現(xiàn)時序配合不同步，或劍鋒脈沖干擾，引起的邏輯混亂，可以增加多級邏輯門來延時。如果顯示字符變化很快，模糊不清，可能是由于電源電流的跳變引起的，可在集成電路器件的電源端Vcc加退藕濾波電容。通常用幾十微法的大電容

10、與0.01F的小電容相并聯(lián)。六、性能測試與分析 經(jīng)指導(dǎo)老師的測試，本小組的作品達到了課題要求，成功完成了24小時制顯示、校時功能和整點報時功能。但因在校時時需進行開關(guān)選擇，偶爾會因為一些不定因素導(dǎo)致數(shù)碼管顯示不正常。此時按下復(fù)位鍵重新校時就可以了。七、結(jié)論與心得兩周課程設(shè)計結(jié)束了?？粗约涸O(shè)計、連線、調(diào)試成功的數(shù)字電子鐘，很有成就感。真的很有收獲，體會到了什么是學(xué)以致用，理論與實踐的差別到底有多大。以前上課都是上一些最基本的東西而現(xiàn)在卻可以將以前學(xué)的東西做出有實際價值的東西。在這個過程中，我的確學(xué)得到很多在書本上學(xué)不到的東西，如：怎么設(shè)計一個六十、十二進制計數(shù)器，如何實現(xiàn)校時的防抖動等等。但也

11、遇到了不少的挫折。在學(xué)習(xí)中的小問題在課堂上不可能犯，在動手的過程中卻很有可能犯。特別是在接電路時，一不小心就會犯錯，而且很不容易檢查出來。在調(diào)試主板電路時，十位不進位，檢查電路，以為沒有什么問題，后來一步一步的檢查，發(fā)現(xiàn)總的地線沒接，接上總的地線，一切正常。第二，我們的校時電路連接正確，可是每次校時，開關(guān)S1或S2為“0”或“1”時，會產(chǎn)生抖動，無法正常校時。針對這兩個問題，我們進行了分析，進而轉(zhuǎn)化為實際的操作。我們在+5V電壓和地線之間分別加了兩個電容，通過濾波，選擇我們需要的1Hz脈沖信號。對于無法正常校時的問題，在設(shè)計中接入一個由RS觸發(fā)器組成的防抖動電路來控制校時。把時間調(diào)59分，等59分51秒、53秒、55秒及57秒都發(fā)出4聲低音，最后一聲高音發(fā)生在59分59秒。，持續(xù)時間都是一秒鐘。數(shù)字電子鐘已經(jīng)成功完成了。經(jīng)過本次的課程設(shè)計我的動手能力又有了進一步的提高，我感到十分的高興。同時學(xué)到了課本上沒有的東西，也鍛煉了自己獨立解決問題的能力。這在以后的學(xué)習(xí)和生活中會有很大的用處。但是我還有不足，按照電路連接實物時，器件的擺放不夠科學(xué)，最終導(dǎo)致了，只有自己能看懂電路的走向。不過我會在以后的學(xué)習(xí)中逐步提高，做一個動手能力強的大學(xué)生。十分感謝機電學(xué)院給我們提供這么好的機會，讓我們把學(xué)到的知識應(yīng)用到實踐中，同時謝謝王洪艷老師的耐心指導(dǎo)。八、參考文獻【1】楊