報(bào)時(shí)電子鐘 數(shù)字電子課程設(shè)計(jì).doc

目錄一.設(shè)計(jì)總體思路、基本原理和框圖21.框圖22設(shè)計(jì)總體思路3二.單元模塊設(shè)計(jì)31.秒信號(hào)發(fā)生器32.單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器63.時(shí)、分、秒計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)8（1）60進(jìn)制計(jì)數(shù)器9（2）24進(jìn)制計(jì)數(shù)器104.校時(shí)電路105.整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路11三.仿真及總電路圖13四硬件調(diào)試15五心得體會(huì)16六附錄19七參考文獻(xiàn)21一.設(shè)計(jì)總體思路、基本原理和框圖顯 示顯 示 顯 示1.框圖 譯 碼 譯 碼 譯 碼24進(jìn)制時(shí)計(jì)數(shù)器60進(jìn)制分計(jì)數(shù)器60進(jìn)制秒計(jì)數(shù)器 整點(diǎn)報(bào)時(shí) 校分校時(shí)秒振蕩器 電子鐘原理框圖2設(shè)計(jì)總體思路該電路系統(tǒng)由秒振蕩器時(shí)分秒計(jì)數(shù)器，譯碼器，顯示器,校正電路,整點(diǎn)報(bào)時(shí)器等組成.HZ的秒信號(hào)是整個(gè)系統(tǒng)的時(shí)基信號(hào),它直接決定著計(jì)時(shí)的精準(zhǔn).將秒信號(hào)送入秒計(jì)時(shí)器,秒計(jì)數(shù)器利用74LS160和74LS00組成六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器,每六十秒發(fā)出一個(gè)分脈沖信號(hào),該信號(hào)作為分計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘脈沖.分計(jì)數(shù)器也采用六十進(jìn)制計(jì)數(shù),每計(jì)六十分鐘發(fā)出一個(gè)時(shí)脈沖信號(hào),該信號(hào)用作時(shí)計(jì)數(shù)器的時(shí)動(dòng)脈沖,時(shí)計(jì)數(shù)器采用二十四制計(jì)數(shù)器.顯示譯碼電路將時(shí)、分、秒計(jì)數(shù)器的輸出狀態(tài)經(jīng)四段顯示譯碼器顯示出來(lái).整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路是根據(jù)計(jì)時(shí)系統(tǒng)的輸出狀態(tài)整點(diǎn)前10秒內(nèi)每?jī)擅氘a(chǎn)生一脈沖信號(hào),然后去驅(qū)動(dòng)一個(gè)LED發(fā)光二極管,讓其閃動(dòng)五次.校時(shí)電路是用來(lái)對(duì)時(shí)、分、秒顯示數(shù)字進(jìn)行校對(duì)調(diào)整的.二.單元模塊設(shè)計(jì)1.秒信號(hào)發(fā)生器秒信號(hào)發(fā)生器是數(shù)字電子時(shí)鐘的核心部分,它的精度和穩(wěn)定度決定了數(shù)字鐘的質(zhì)量.本系統(tǒng)采用555定時(shí)器來(lái)實(shí)現(xiàn)1HZ的秒信號(hào).555定時(shí)器功能表:輸 入輸 出復(fù)位R0TRTHQ三極管的狀態(tài)011111X1/3VCC1/3VCC1/3VCC1/3VCC1/3VCCX2/3 VCC2/3 VCC2/3 VCC2/3 VCC011001導(dǎo)通截止截止導(dǎo)通導(dǎo)通截止電路圖如下：產(chǎn)生秒信號(hào)的電路有多種，該試驗(yàn)由555定時(shí)器組成多諧振蕩器，輸出為秒脈沖，如圖2所示。工作原理：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)，電壓比較器C1和C2的輸出分別為UC1=0、UC2=1，基本RS觸發(fā)器被置0，Q=0、=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)，則電壓比較器C1和C2的輸出為uc1=1、uc2=0，基本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=0，放電管V截止，電源Vcc又經(jīng)過(guò)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(lái)回充電和放電，從而使電路產(chǎn)生了振蕩，輸出矩形脈沖。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+R2）Cln20.7（R1+R2）Ctw2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(mén) =tw1+tw20.7（R1+2R2）C振蕩頻率為f =1/T=1/0.7（R1+2R2）C2.單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的特點(diǎn)是電路有一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)和一個(gè)暫穩(wěn)狀態(tài)。在觸發(fā)信號(hào)作用下，電路將由穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到 暫穩(wěn)態(tài)，暫穩(wěn)態(tài)是一個(gè)不能長(zhǎng)久保持的狀態(tài)，由于電路中RC延時(shí)環(huán)節(jié)的作用，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，電路會(huì)自 動(dòng)返回到穩(wěn)態(tài)，并在輸出端獲得一個(gè)脈沖寬度為tw的矩形波。在單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器中，輸出的脈沖寬度tw，就 是暫穩(wěn)態(tài)的維持時(shí)間，其長(zhǎng)短取決于電路的參數(shù)值。由555構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路及工作波形如圖1所示。圖中R，C為外接定時(shí)元件，輸人的觸發(fā)信號(hào)ui接 在低電平觸發(fā)端（2腳）。穩(wěn)態(tài)時(shí)，輸出uo為低電平，即無(wú)觸發(fā)器信號(hào)（ui為高電平）時(shí)，電路處于穩(wěn)定狀態(tài)輸出低電平。在 ui負(fù)脈沖作用下，低電平觸發(fā)端得到低于（1/3）Vcc，觸發(fā)信號(hào)，輸出uo為高電平，放電管VT截止，電 路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)，定時(shí)開(kāi)始。在暫穩(wěn)態(tài)期間，電源VccRC地，對(duì)電容充電，充電時(shí)間常數(shù)TRC，uc按指數(shù)規(guī)律上升。當(dāng)電容 兩端電壓uc上升到（2/3）Vcc后，6端為高電平，輸出uo變?yōu)榈碗娖剑烹姽躒T導(dǎo)通，定時(shí)電容C充電結(jié)束 ，即暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束。電路恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)uo為低電平的狀態(tài)。當(dāng)?shù)诙€(gè)觸發(fā)脈沖到來(lái)時(shí)，又重復(fù)上述過(guò)程?？梢?jiàn)，輸人一個(gè)負(fù)脈沖，就可以得到一個(gè)寬度一定的正脈沖輸出，其脈沖寬度tw取決于電容器由0充電到 （2/3）Vcc，所需要的時(shí)間。可得 這種電路產(chǎn)生的脈沖寬度莎w與定時(shí)元件R，C大小有關(guān)，通常R的取值為幾百歐至幾兆歐，電容取值為幾 百皮法到幾百微法。3.時(shí)、分、秒計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)秒、分都是六十進(jìn)制,時(shí)卻是二十四進(jìn)制.實(shí)現(xiàn)這些不同的進(jìn)制采用中規(guī)模集成計(jì)數(shù)器74LS160來(lái)設(shè)計(jì).采用74LS160的“置零”功能，當(dāng)置零端接低電平時(shí)，可實(shí)現(xiàn)十進(jìn)制的計(jì)數(shù)器。74160功能表：它的主要功能為：異步清除：當(dāng)CLK=0時(shí)，無(wú)論有無(wú)CLK，計(jì)數(shù)器立即清零，QD-QA均為0，稱(chēng)為異步清除。 同步預(yù)置：當(dāng)LOAD=0時(shí)，在時(shí)鐘脈沖上升沿的作用下，QD=D，QC=C，QB=B，QA=A。 當(dāng)使能端ENP=ENT=1時(shí)，計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)。 鎖存：當(dāng)使能端ENP=0或ENT=0時(shí)，計(jì)數(shù)器禁止計(jì)數(shù)，為鎖存狀態(tài)。（1）.60進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路圖如下:先用兩片74LS160接成100進(jìn)制計(jì)數(shù)器.即高位使能端ENP,ENT都接低位的進(jìn)位輸出RCO.兩片160的置數(shù)端LOAD都接高電位,使其無(wú)效.置零端CLR也接在一起使其同時(shí)置零，再接60進(jìn)制計(jì)數(shù)器.將高位接成六進(jìn)制即可.具體說(shuō)來(lái),當(dāng)QDQCQBQA=0110(6)時(shí),把為高電位的QCQB通過(guò)一與非門(mén)輸出一個(gè)低電位給CLR|,從而把輸出端都為置0.從而高位由0到5,低位由0到9 ,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了00到59的六十進(jìn)制的計(jì)數(shù)器.(2).24進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路圖如下:同樣,24進(jìn)制計(jì)數(shù)器也是先接成100進(jìn)制的,然后也是再通過(guò)置零實(shí)現(xiàn)24進(jìn)制的.就是當(dāng)高位QB=1時(shí)且低位QCQBQA=100時(shí),置零端工作,使計(jì)數(shù)器輸出端為0.即從00到23,實(shí)現(xiàn)了時(shí)的二十四制.4.校時(shí)電路此電路主要實(shí)現(xiàn)電子鐘每個(gè)位上的校時(shí)，主要原理是通過(guò)與非門(mén)的0，1特性，在校時(shí)脈沖和進(jìn)位脈沖間轉(zhuǎn)換。秒進(jìn)位秒振蕩器上圖為分的校時(shí)電路?？刂崎_(kāi)關(guān)與輸入信號(hào)CP與非后與秒的進(jìn)位輸出接入一與非門(mén)，接入計(jì)數(shù)脈沖，在正常計(jì)數(shù)時(shí)，開(kāi)關(guān)2應(yīng)斷開(kāi)。由于74160為10進(jìn)制計(jì)數(shù)器，當(dāng)計(jì)數(shù)到9時(shí)，會(huì)在RCO端產(chǎn)生一個(gè)1的脈沖（RCO平時(shí)為0）。將這個(gè)信號(hào)反向后，同開(kāi)關(guān)和校時(shí)脈沖的與非結(jié)果進(jìn)行與非，輸出信號(hào)再度反向后作為下一級(jí)的輸入信號(hào)。時(shí)的校時(shí)電路類(lèi)似。5.整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路本系統(tǒng)也有簡(jiǎn)單的報(bào)時(shí)電路。當(dāng)整點(diǎn)前10秒，電路使發(fā)光二極管閃爍5次，周期為2秒。即當(dāng)分鐘到達(dá)59分時(shí)，秒到達(dá)50秒時(shí)，到整點(diǎn)的十秒內(nèi)，秒個(gè)位QA電位變化為0101010101，恰好出現(xiàn)了5次1，于是可利用這點(diǎn)，用一與門(mén)記下這五次，然后去驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管LED發(fā)光五次。當(dāng)59分59秒時(shí)，用以與非門(mén)幾下此點(diǎn)，接入555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，使最后一次發(fā)光時(shí)間延時(shí)為兩秒。從而又實(shí)現(xiàn)了整點(diǎn)前10秒發(fā)光二極管閃爍5次，四短一長(zhǎng)的任務(wù)。真值表如下：長(zhǎng)音部分接線圖如下59分58秒三.仿真及總接線圖打開(kāi)EWB512仿真軟件，調(diào)出設(shè)計(jì)的電路圖，點(diǎn)擊右上角開(kāi)關(guān)鍵，即可看到結(jié)果。具體電路圖見(jiàn)下面總接線圖。在EWB上可以清楚見(jiàn)到一個(gè)理想情況下的數(shù)字時(shí)鐘。當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，秒鐘以1HZ的頻率跳動(dòng)，顯示00到59。每計(jì)完六十個(gè)脈沖后，分鐘就跳動(dòng)一次，也顯示00到59。分鐘計(jì)完一次六十后，時(shí)鐘也開(kāi)始跳動(dòng)，計(jì)時(shí)開(kāi)始！當(dāng)調(diào)分開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，分針以1HZ的頻率跳動(dòng)，快速調(diào)整到標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，再斷開(kāi)開(kāi)關(guān)，即完成了校分。調(diào)時(shí)也一樣。當(dāng)顯示時(shí)間到達(dá)整點(diǎn)前十秒內(nèi)時(shí)，即分針到達(dá)59且秒針到達(dá)50時(shí)，報(bào)時(shí)電路開(kāi)始工作，分別在50、52、54、56、58秒時(shí)驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管閃爍五次，前四次發(fā)光時(shí)間為一秒，最后一次為兩秒，完成報(bào)時(shí)功能！總接線圖四硬件調(diào)試實(shí)驗(yàn)箱接線圖做完了仿真，便可以開(kāi)始接線了，這是困難才真正開(kāi)始！實(shí)物接線可是需要極大的耐心、不斷的重復(fù)與嘗試。首先要考慮怎樣合理布局芯片，電子鐘需要的芯片特別多，僅74160就需要6個(gè)，還有與非門(mén)、或非門(mén)、或門(mén)等。大概安排好芯片的布局，就要耐心的測(cè)試每根線沒(méi)個(gè)插孔是否能用，以避免有壞線壞孔影響整個(gè)電路。對(duì)照電路圖，由秒計(jì)數(shù)器開(kāi)始，分模塊檢測(cè)是否正確顯示，才能開(kāi)始下一步的接線。因?yàn)閷?duì)電路圖很熟悉，接線也很快，問(wèn)題在于某些插孔不緊，線很容易松動(dòng)，稍不留心就會(huì)弄亂之前接好的線，越往后面越是小心翼翼，擔(dān)心一粗心就前功盡棄，真是件費(fèi)心的事情啊。接到分計(jì)數(shù)器時(shí)遇到了很大的問(wèn)題，分的接線與秒完全相同，但顯示就是不穩(wěn)定，我們不停地?fù)Q線換孔，重接了許多遍也沒(méi)解決，實(shí)在不知道問(wèn)題出在哪里。后來(lái)無(wú)心地把兩片160的置零端都接到高電平，顯示器的跳動(dòng)竟然穩(wěn)定下來(lái)了?？紤]到進(jìn)度，我們先把這個(gè)問(wèn)題擱置了下來(lái)，繼續(xù)接時(shí)計(jì)數(shù)器。等時(shí)、分、秒都接完，拔下之前分接高電平的線，六個(gè)顯示器的跳動(dòng)都正常了，也很穩(wěn)定，看來(lái)之前的不穩(wěn)定是干擾造成的。五心得體會(huì)為期兩個(gè)星期的數(shù)字電子實(shí)習(xí)結(jié)束了，這兩周里我過(guò)的非常充實(shí)。從設(shè)計(jì)電路圖到接線，我付出了很多，也收獲了。最高興的是圓滿完成了任務(wù)，付出的努力獲得了回報(bào)。剛剛接到任務(wù)書(shū)，聽(tīng)到做電子鐘，覺(jué)得挺簡(jiǎn)單，但著手畫(huà)電路圖卻不知從何下手。在網(wǎng)上找了很多資料，復(fù)習(xí)了數(shù)子電子技術(shù)基礎(chǔ)里常用元器件知識(shí)，腦海里才漸漸有了大概的框架。一步步的連線，也一次次的遇到不同的困難。EWB有個(gè)很大的缺陷，就是不能撤銷(xiāo)，這樣用起來(lái)很不方便也不習(xí)慣，耽誤了很多時(shí)間。不斷地重復(fù)與嘗試后，基本的總電路圖終于完成了，按下開(kāi)關(guān)，看到顯示器正常的跳動(dòng)，非常的有成就感，之前遇到困難時(shí)郁悶的心情也全忘了。接下來(lái)做報(bào)時(shí)功能，我按自己之前設(shè)計(jì)好的思路接線，不久就完成了，心里急切的想大功告成。按下開(kāi)關(guān)，秒顯示器開(kāi)始跳動(dòng)，我小心地調(diào)到59分，等待整點(diǎn)前報(bào)時(shí)功能的實(shí)現(xiàn)，有點(diǎn)漫長(zhǎng)，有點(diǎn)緊張。秒一下一下的跳到了50，亮啦！發(fā)光二極管開(kāi)始閃了，一、二、三、四、五，怎么回事呢？最后一下應(yīng)該亮兩秒的，怎么好像沒(méi)有變化。重新仿真了一遍，果然是這樣，我心里有點(diǎn)失落，但立刻提起信心，開(kāi)始思考是否思路設(shè)計(jì)出了問(wèn)題。問(wèn)題只能出在555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路上，我把這個(gè)模塊單獨(dú)拿來(lái)仿真，果然無(wú)法完成延時(shí)功能。接線是正確的，為什么無(wú)法實(shí)現(xiàn)功能呢?我想了很久，還是不知問(wèn)題出在哪里，心里開(kāi)始煩躁起來(lái)?？吹缴磉叺耐瑢W(xué)紛紛完成了任務(wù)，又急又煩，更加靜不下心查錯(cuò)了。這時(shí)我想到找人求助，把思路和電路圖給別人分析解釋后，同學(xué)也是同樣的迷惑?！笆遣皇悄莻€(gè)點(diǎn)沒(méi)接在那根線上啊?”，他問(wèn)。我一查，果然如此！我真是太粗心了，以致耽誤了這么多時(shí)間。改好后，仿真。終于出來(lái)了正確的結(jié)果，之前的思路是正確的?？吹阶约旱脑O(shè)計(jì)有了理論上的成果，我心里很安慰很高興。完成電路圖后就是領(lǐng)取實(shí)驗(yàn)箱實(shí)驗(yàn)器件開(kāi)始接線。我想著電路圖已經(jīng)畫(huà)好了，仿真也沒(méi)有問(wèn)題，再加上對(duì)電路圖的熟悉，接線應(yīng)該是很輕松簡(jiǎn)單的。周末就沒(méi)有像其他同學(xué)一樣去加班接線，而是做其他事情去了。到了周一，看到其他人的成果，心里的緊迫感又冒出來(lái)了。接受之前的教訓(xùn)，我虛心的向同學(xué)請(qǐng)教，很快就熟悉了實(shí)驗(yàn)箱的使用。著手接線了。接線真是需要相當(dāng)多的耐心與細(xì)心，不僅要一個(gè)個(gè)的檢查插孔和線，還要留意接好的線是否有松動(dòng)、錯(cuò)位等等。因?yàn)榫€越接越多，問(wèn)題就越難檢測(cè)到，只能步步為營(yíng)，小心翼翼的進(jìn)展。接實(shí)物圖比用軟件畫(huà)圖有更多的困難與不穩(wěn)定因素，有時(shí)明明理論上是絕對(duì)正確的，實(shí)際上卻沒(méi)有成果。在之前的磨難下，我們有了堅(jiān)定的信念與持續(xù)耐心，細(xì)心接線，遇到問(wèn)題不氣餒不妥協(xié)，不斷的重復(fù)與嘗試，成果也一點(diǎn)點(diǎn)的展露在我們面前。終于，在無(wú)數(shù)次失敗后，我們的付出得到了回報(bào)，任務(wù)書(shū)中要求的功能都圓滿的實(shí)現(xiàn)了。大功告成，我們拍下照片留念，高興的拆線，心里很滿足很充實(shí)。這次實(shí)習(xí)不僅讓我鞏固了以前的知識(shí)，學(xué)習(xí)了新的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，而且讓我更堅(jiān)信了合作的力量。相信自己，相信別人，才能讓我們互相學(xué)習(xí)，互相進(jìn)步，有更多的發(fā)展空間。感謝學(xué)校給我這次寶