電子數(shù)字時鐘課程設(shè)計.doc

數(shù)字鐘的設(shè)計與制作摘要：本次的課程設(shè)計是關(guān)于一款高精度低功耗成本的實用數(shù)字時鐘的。數(shù)字時鐘在人們的生活中也被廣泛應(yīng)用。例如：電子手表，電子計時器等。所謂數(shù)字時鐘，是指利用電子電路構(gòu)成的計時器。相對機械中而言數(shù)字鐘能達到準確計時，并顯示小時、分、秒，同時能對該鐘進行調(diào)整。在此基礎(chǔ)上，還能夠?qū)崿F(xiàn)整點報時，定時報鬧等功能。 設(shè)計的過程采用系統(tǒng)設(shè)計的方法，先分析任務(wù)書，得到系統(tǒng)要求，然后進行總體設(shè)計，劃分子系統(tǒng)，然后進行詳細設(shè)計，決定各個功能子系統(tǒng)中的內(nèi)部電路，最后進行測試。 本文針對簡易數(shù)字時鐘的設(shè)計要求，提出了兩種整體方案。經(jīng)過詳細設(shè)計，我們的一種方案進行了用元器件在電路板上實現(xiàn)了。而另一鐘方案在produes下仿真。研究目的：為了方便人們的生活研究方法：（1）文獻研究法 ：搜索相關(guān)的文獻資料（2）實驗法：通過實際的動手實驗，發(fā)現(xiàn)相應(yīng)的不足和難點，然后加以完善和補充。結(jié)果：完成了一個數(shù)字電子時鐘關(guān)鍵詞：數(shù)字電子時鐘；校時；子系統(tǒng)一、設(shè)計的目的1、鞏固和加深學生對模擬電子技術(shù)，數(shù)字電子技術(shù)等課程基本知識的理解，綜合運用課程中所學到的理論知識去獨立完成本設(shè)計課題。 2、針對設(shè)計任務(wù)的要求，學會查閱手冊和文獻資料，培養(yǎng)學生獨立分析和解決實際問題的能力。 3、通過對設(shè)計任務(wù)中“功能要求、技術(shù)要求、工藝要求”的分析，比較并選擇最佳方案，對最佳方案進行論證，計算和選用元器件。通過電路組裝，調(diào)試和檢測環(huán)節(jié)，完善設(shè)計方案并掌握電路的分析方法和設(shè)計方法。 4、熟悉常用電子元、器件的類型和特性，并掌握合理選型的原則。 5、掌握運用Protel DXP2004來設(shè)計電路原理圖、PCB圖的方法，學會電路的安裝與調(diào)試。 6、掌握常用電子儀器、儀表的使用方法，學會電路整機指標的測試方法。二、設(shè)計的要求1、數(shù)字鐘的功能要求：以數(shù)字形式醒目顯示時、分、秒的時間，小時計時要求為“滿12進1”，分和秒的計時要求為“滿60進1”，要有時間校準功能。2、技術(shù)參數(shù)要求： (1)24小時的計時誤差優(yōu)于0.5秒; (2)十位數(shù)字顯示有滅零功能，整機工作電流低于150 mA。 (3) 整機制作成本低于25元。3、工藝要求：（1）重量較大的元、器件，安裝時應(yīng)留足固定支架的空間，或裝在底板上，對一些發(fā)熱元、器件應(yīng)考慮散熱的方法，熱敏元件應(yīng)遠離發(fā)熱元件。（2）在印制板上應(yīng)留出定位孔及固定支架所占用的位置。（3）按照電路的信號流程來安排各個功能電路單元的位置，使布局便于信號流通，并使信號盡可能保持方向一致。元、器件之間的連線應(yīng)盡可能縮短，以減少它們間的分布參數(shù)和相互間的電磁干擾。（4）對某些電位差較大的元、器件或?qū)Ь€，應(yīng)加大它們之間的距離，以避免放電引出意外短路，帶高電壓的元、器件應(yīng)盡量布置在調(diào)試時手不易觸及到的地方。（5）對可調(diào)元、器件的布局應(yīng)考慮到整機的結(jié)構(gòu)要求，其位置布局應(yīng)方便于調(diào)整操作。（6）印制導線的拐角應(yīng)彎成圓角或450角，直角或尖角在高頻電路和布線密度高的情況下會影響電氣性能。（7）電路中的輸入及輸出印制導線應(yīng)盡量避免相鄰平行，以免發(fā)生干擾，在這些導線之間的空間最好安裝一根隔離線接地。三、設(shè)計的內(nèi)容1. 電路的工作原理 4000系列CMOS門電路芯片具有零靜態(tài)功耗和電源電壓范圍寬（315V）、輸出電壓可以達到全擺幅、輸入端幾乎不取電流、抗干擾能力強、價格低廉等優(yōu)點。一款由4000系列CMOS門電路芯片構(gòu)成的“高精度低功耗低成本數(shù)字時鐘”可使整機元器件成本降低到不足15元的水平，其電路原理框圖、電路原理圖和單面印制電路板（PCB）圖分別如圖1（a）、（b）、（c）所示。從圖1（a）知，電路由1HZ脈沖產(chǎn)生電路，60分頻的“秒/分” 計數(shù)電路、12分頻的“小時”計數(shù)、譯碼、驅(qū)動、顯示電路，時間校準電路，數(shù)碼管“小時/分”與“秒”循環(huán)顯示控制及夜間工作在節(jié)電模式時的亮度自動控制電路等6部分組成。從圖1（b）知，本設(shè)計使用芯片數(shù)最少、計時準確、動態(tài)顯示的節(jié)電工作方式（耗電量僅為靜態(tài)顯示模式的1.8）、調(diào)試方便、時間校準方便。電路中的振蕩器XT為目前多數(shù)石英晶體電子表中使用的頻率為215=32768HZ的石英晶體，經(jīng)IC2（CC4060）組成的14級2分頻和IC3A（CD4518）組成的一級2分頻后可得到1HZ的“秒”脈沖信號。它具有特別高的精度，誤差為5ppm，24小時計時誤差小于0.5秒鐘。60進制的“秒”和”分”計數(shù)、譯碼、鎖存、驅(qū)動及顯示電路分別由IC11（CD4033）、IC10（CD4033）、IC4A（CD4518）、IC5A（1/4CD4081）、數(shù)碼管DS5、DS6和IC8（CD4033）、IC9（CD4033）、IC4B（CD4518）、IC5B（1/4CD4081）、數(shù)碼管DS3、DS4構(gòu)成。12進制的“小時”計數(shù)、譯碼、鎖存、驅(qū)動及顯示電路由IC6（CD4033）、IC7（CD4033）、IC1（CD4518）、IC5C（1/4CD4081）和數(shù)碼管DS1、DS2構(gòu)成。賽 （b）電路原理圖數(shù)碼管低功耗循環(huán)顯示模式控制電路的設(shè)計 1、系統(tǒng)描述本方案采用兩個進制同步遞增器完成秒、分計數(shù)，由一個同步24進制同步遞增計數(shù)器完成小時計數(shù)。秒、分、時分別都以兩個74LS160同步級聯(lián)而成、秒、分、時計數(shù)器采用異步級聯(lián)方式。開關(guān)SW1和SW2分別是控制分、時的校時開關(guān)。2、proteus仿真圖（總體圖） 上半部分仿真圖： 三、所采用的器件1、本次設(shè)計的分和秒采用：芯片74LS160十進制計數(shù)器和74LS13與非門組成。時是采用：芯片74LS160與74LS10與非門組成。同步十進制計數(shù)器74LS160作用：實現(xiàn)計時的功能，為脈沖分配器做好準備。 74LS160結(jié)構(gòu)和功能 160為十進制計數(shù)器，直接清零。 簡要說明:160為可預置的十進制計數(shù)器，共有54/74160 和54/74LS160 兩種線路結(jié)構(gòu)型式, 160的預置是同步的。當置入控制器/PE為低電平時，在CP上升沿作用下，輸出端Q0-Q3與數(shù)據(jù)輸入端P0-P3一致。對于54/74160，當CP由低至高跳變或跳變前，如果計數(shù)器控制端CEP、CET為高電平，則/PE應(yīng)避免由低至高電平的跳變，而54/74LS160無此種限制。 160的計數(shù)是同步的，靠CP同時加在四個觸發(fā)器上而實現(xiàn)的。 當CEP、CET均為高電平時，在CP上升沿作用下Q0-Q3同時變化，從而消除了異步計數(shù)器中出現(xiàn)的計數(shù)尖峰。對于54/74LS160的CEP、CET跳變與CP無關(guān)。 160有超前進位功能。當計數(shù)溢出時，進位輸出端（TC）輸出一個高電平脈沖，其寬度為Q0的高電平部分。 在不外加門電路的情況下，可級聯(lián)成N位同步計數(shù)器。 對于54/74LS160，在CP出現(xiàn)前，即使CEP、CET、/MR發(fā)生變化，電路的功能也不受影響。74LS90功能：十進制計數(shù)器（2 和5）原理說明：本電路是由4 個主從觸發(fā)器和用作除2 計數(shù)器及計數(shù)周期長度為除5 的3 位2 進制計數(shù)器所用的附加選通所組成。有選通的零復位和置9 輸入。為了利用本計數(shù)器的最大計數(shù)長度（十進制），可將B 輸入同QA 輸出連接，輸入計數(shù)脈沖可加到輸入A 上，此時輸出就如相應(yīng)的功能表上所要求的那樣。LS90 可以獲得對稱的十分頻計數(shù)，辦法是將QD 輸出接到A 輸入端，并把輸入計數(shù)脈沖加到B 輸入端，在QA 輸出端處產(chǎn)生對稱的十分頻方波。555多諧振蕩器： 石英晶體振蕩器具有體積小、重量輕、可靠性高、頻率穩(wěn)定等優(yōu)點，被應(yīng)用于家用電器和通信設(shè)備中。因其具有極高的頻率穩(wěn)定性，故主要在要求頻率十分穩(wěn)定的振蕩電路中飯做諧振元件。用石英晶體振蕩器作為脈沖產(chǎn)生器，能夠使數(shù)字時鐘達到很高的精度。同時成本也相對較高。 這里時采用的是有555芯片組成的多諧振蕩器來作為頻率脈沖產(chǎn)生器，其輸出的脈沖頻率為1KHZ.千分頻器由3個74LS90級聯(lián)而成，每級分頻將頻率為上一級的十分之一。三級級聯(lián)組成千分頻器，把555多歇振蕩器產(chǎn)生的1kHz脈沖降低到1Hz,用以供計數(shù)器計數(shù)達到時鐘效果。仿真部分如下所示：反向器：與非門：根據(jù)要反饋值的不同選取不同引腳數(shù)的與非門。74LS13與非門：74LS10與非門：六、總結(jié)本次的電子課程設(shè)計分為了兩部分，第一部分是焊板實現(xiàn)數(shù)字時鐘，第二部分是通過三人一組設(shè)計一個數(shù)字時鐘，proteus上實現(xiàn)仿真。本次的課程設(shè)我們花了不少額時間，無論是在悍板還是設(shè)計的過程中，我們都遇到了不少的問題。不過我們在遇到問題時都積極想辦法取解決，不懂的會去請教老師或同學。在此次的課程設(shè)計中讓我們收貨了很多知識，同時也提高了我們合作的能力。感謝進過這一個多月的學習設(shè)計，我覺的自己受益匪淺。再此，我要感謝孜孜不倦指導我的某某老師，感謝在我有疑惑、困難的時候給與我?guī)椭耐瑢W們，感謝學校給我們這個動手動腦的機會，使我們在理論與實踐相結(jié)合方面又的到了一次很好的鍛煉，讓我們的到