數(shù)字電子鐘課程設(shè)計實驗報告課案

1、中北大學(xué)信息與通信工程學(xué)院通信工程專業(yè)電子線路及系統(tǒng)課程設(shè)計任務(wù)書2016/2017學(xué)年第 一 學(xué)期學(xué)生 姓名： 張濤 學(xué) 號： 1405024119李子鵬 學(xué) 號： 1405024125課程設(shè)計題目： 數(shù)字電子鐘的設(shè)計起迄日期：2017年1月4日2017年7月10日課程設(shè)計地點：科學(xué)樓指導(dǎo)教師：姚愛琴2017課程設(shè)計任務(wù)書1. 設(shè)計目的：1）綜合運用所學(xué)的理論知識，掌握一般微機和電子線路分析和設(shè)計的基本方法和步驟；2）培養(yǎng)一定的獨立分析問題、解決問題的能力；3）實踐利用EDA軟件繪制電子線路原理圖及仿真；4）學(xué)會說明書的規(guī)范整理和書寫。2. 設(shè)計內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)參數(shù)、條件、設(shè)計

2、要求等）：1）時間以12小時為一個周期；2）顯示時、分、秒；3）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(biāo)準(zhǔn)時間；4）計時過程具有報時功能，當(dāng)時間到達整點前 10秒進行蜂鳴報時；5）為了保證計時的穩(wěn)定及準(zhǔn)確須由晶體振蕩器提供表針時間基準(zhǔn)信號。3. 設(shè)計工作任務(wù)及工作量的要求1）分析設(shè)計任務(wù)，查閱相關(guān)資料；2）確定系統(tǒng)方案，設(shè)計各模塊電路，計算參數(shù)，分析其特性，使其滿足題目要求;3）用相關(guān)軟件進行仿真；4）按格式要求撰寫課程設(shè)計說明書。4. 設(shè)計成果形式及要求：1）用計算機仿真軟件制圖或仿真；2）課程說明書用計算機打印，并裝訂;3 ）電子文檔一份。5. 主要參考文獻：1畢滿清主編.

3、電子技術(shù)實驗與課程設(shè)計第4版.北京：機械工業(yè)出版社，20132陳曉文主編.電子線路課程設(shè)計第1版.北京：電子工業(yè)出版社，20043謝自美主編電子線路綜合設(shè)計第1版.武漢：華中科技大學(xué)出版社，20066.工作計劃及進度：2017年1月3日分析設(shè)計任務(wù)書，查閱相關(guān)資料及設(shè)計手冊；2017年1月6日確定系統(tǒng)方案，組成模塊框圖，提交開題報告；2017年6月12日設(shè)計各模塊電路，分析電路各參數(shù)及其特性并繪制電子線路原理圖及仿真分析并撰寫課程設(shè)計說明書；2017年6月19日按格式要求完成課程設(shè)計說明書；2017年6月23日成績考核系主任審查意見簽字：年 月日1中北大學(xué)信息與通信工程學(xué)院通信工程專業(yè)電子線路

4、及系統(tǒng)課程設(shè)計開題報告2016/2017 學(xué)年第一 學(xué)期題 目：數(shù)字電子鐘的設(shè)計學(xué)生姓名：張濤 學(xué) 號： 1405024119李子鵬 學(xué) 號： 1405024125指導(dǎo)教師：姚愛琴2017 年 1 月 6 日中北大學(xué)信息與通信工程學(xué)院通信工程專業(yè)電子線路及系統(tǒng)課程設(shè)計說明書2016/2017 學(xué)年第二 學(xué)期題目:數(shù)字電子鐘的設(shè)計學(xué)生姓名：張濤學(xué)號：1405024119李子鵬學(xué) 號：1405024125指導(dǎo)教師：姚愛琴2017年月日目錄1 引言 62 數(shù)字電子鐘設(shè)計方案 62.1 數(shù)字計時器的設(shè)計思想 62.2 數(shù)字電路設(shè)計及元器件參數(shù)選擇 . 62.2.1 秒信號電路 62.2.2 時、分、秒

5、計數(shù)器 72.2.3 計數(shù)顯示電路 82.2.4 校時電路 92.2.5 整點報時電路 102.2.6 總體電路 102.3 安裝與調(diào)試 112.3.1 數(shù)字電子鐘 PCB圖 113 設(shè)計單元原理說明 113.1 555 定時器原理 123.2 計數(shù)器原理 123.3 譯碼和數(shù)碼顯示電路原理 123.4 校時電路原理 124 心得與體會 12數(shù)字鐘是一種用數(shù)字電子技術(shù)實現(xiàn)時，分，秒計時的裝置，具有較高的準(zhǔn)確性和直 觀性等各方面的優(yōu)勢，而得到廣泛的應(yīng)用。此次設(shè)計數(shù)字電子鐘是為了了解數(shù)字鐘的原 理，在設(shè)計數(shù)字電子鐘的過程中，用數(shù)字電子技術(shù)的理論和制作實踐相結(jié)合，進一步加深數(shù)字電子技術(shù)課程知識的理解

6、和應(yīng)用，同時學(xué)會使用Multisim 電子設(shè)計軟件。2 數(shù)字電子鐘設(shè)計方案2.1數(shù)字計時器的設(shè)計思想要想構(gòu)成數(shù)字鐘，首先應(yīng)選擇一個脈沖源一一能自動地產(chǎn)生穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)時間脈沖信 號。而脈沖源產(chǎn)生的脈沖信號地頻率較高，因此，需要進行分頻，使得高頻脈沖信號變 成適合于計時的低頻脈沖信號，即“秒脈沖信號”（頻率為1Hz）。經(jīng)過分頻器輸出的秒脈沖信號到計數(shù)器中進行計數(shù)。由于計時的規(guī)律是：60秒=1分，60分=1小時，24小時=1天，就需要分別設(shè)計60進制，24進制計數(shù)器，并發(fā)出驅(qū)動信號。各計數(shù)器輸出信號 經(jīng)譯碼器、驅(qū)動器到數(shù)字顯示器，是“時”、“分”、“秒”得以數(shù)字顯示出來。值得注意的是：任何記時裝置都有

7、誤差，因此應(yīng)考慮校準(zhǔn)時間電路。校時電路一般 采用自動快速調(diào)整和手動調(diào)整，“自動快速調(diào)整”可利用分頻器輸出的不同頻率的脈沖 使顯示時間自動迅速調(diào)整時間?！笆謩诱{(diào)整”可利用手動的節(jié)拍調(diào)準(zhǔn)顯示時間。2.2數(shù)字電路設(shè)計及元器件參數(shù)選擇2.2.1秒信號電路它是數(shù)字電子鐘的核心部分，它的精度和穩(wěn)定度決定于數(shù)字中的質(zhì)量通常晶體振蕩器發(fā)出的脈沖經(jīng)過整形、分頻獲得 1Hz的秒脈沖。多諧振蕩器電路與分頻電路如圖1.1所示。多諧振蕩器與分頻電路為計數(shù)器提供計數(shù)脈 沖和為計數(shù)器提供校時脈沖。圖1.1多諧振蕩器電路與分頻電路f=1/0.7(Rw+2R)C多諧振蕩器的頻率設(shè)計為2Hz, R為50k Q ,C為4.7卩F。

8、f=1/0.7(Rw+2R)C=1/0.7(50+2*51)*103*4.7*10-62Hz調(diào)節(jié)電位器Rw使多諧振蕩器產(chǎn)生頻率為2Hz的方波信號。多諧振蕩器產(chǎn)生的2Hz 脈沖信號經(jīng)過CD4013組成的分頻器，進行2分頻，輸出1Hz的秒脈沖為計數(shù)器的計數(shù) 脈沖。222時、分、秒計數(shù)器秒信號經(jīng)秒計數(shù)器、分計數(shù)器、時計數(shù)器之后。分別得到顯示電路，以便實現(xiàn)用數(shù) 字顯示時、分、秒的要求?！懊搿焙汀胺帧庇嫈?shù)器應(yīng)為六十進制，而“時”計數(shù)器應(yīng)為 二十四進制。要實現(xiàn)這一要求，可選用的中規(guī)模集成計數(shù)器較多，這里推薦74LS160(1) 采用兩片十進制計數(shù)器 74LS160NT展連接，設(shè)計60進制的計數(shù)器，顯示0

9、到59,在59時采用置數(shù)的方法，將兩片 74LS160N同時置數(shù)至0,以循環(huán)顯示0到59。(2) 24進制亦采用兩片十進制計數(shù)器 74LS160NT展連接，設(shè)計24進制的計數(shù)器， 顯示0到23,在23時采用置數(shù)的方法，將兩片 74LS160N同時置數(shù)至0,以循環(huán)顯示0 到23。圖1.3 兩塊74LS160構(gòu)成的二十四進制計數(shù)器（3） 禾U用秒鐘的置數(shù)信號（為低電平），取反后作為分鐘各位的使能端（EP和ET 的控制信號，以實現(xiàn)分秒之間的進位功能。同理可以實現(xiàn)分時之間的進位功能。（4） 顯示功能 采用Multisim 里面的DCD_HE濕示管進行時分秒的顯示。將 DCD_HE顯示管的四個針腳對應(yīng)接

10、到 74LS160N的四個輸出端。2.2.3計數(shù)顯示電路選用器件時應(yīng)當(dāng)注意譯碼器和顯示器件相互配合。一是驅(qū)動功率要足夠大，二是邏 輯電平要匹配秒計數(shù)器、分計數(shù)器、和時計數(shù)器的計數(shù)分別輸送給各自的顯示譯碼器CD4511在數(shù)送給各自的數(shù)碼管，顯示出時、分、秒的計時。電路如圖 1.4所示為計數(shù)、譯碼顯 示電路。MLSIBdHYfuirnLFILIEO1! UT4LS1gM Ui7JL&HEJII u-Efl號匕圖1.4 計數(shù)顯示電路IM224校時電路在剛接通電源或者時鐘走時出現(xiàn)誤差時， 則需要進行時間的校準(zhǔn)。置開關(guān)在手動位 置，分別對時、分、秒進行單獨計數(shù)，計數(shù)脈沖由單次脈沖或連續(xù)脈沖輸入。校時電路

11、 如圖1.5所示為校時電路。由與非門和二個開關(guān)組成，實現(xiàn)對“時”、“分”的校準(zhǔn)。IJUASftR 1 secOS MiG 1 験jc1.R3 . -AMr J7kO圖1.5校時.分電路當(dāng)校時開關(guān)J1、J2扳到下端時，校時的2Hz脈沖輸送到時計數(shù)器和分計數(shù)器個位 的CP端，進行時計數(shù)器和分計數(shù)器“時”、“分”的校準(zhǔn)。當(dāng)校時開關(guān)J1、J2扳到上端 時，時計數(shù)器和分計數(shù)器的進位脈沖輸送到時計數(shù)器和分計數(shù)器個位的CP端，時鐘正常計時。2.2.5整點報時電路甘口口VDD12VVsrLf50kQROUTR.STDISTHRc二Cf555 VIRTUAL. = Timer|l111.L11111ITRICO

12、NGND-226總體電路圖1.7數(shù)字鐘總體電路2.3安裝與調(diào)試1首先調(diào)試多諧振蕩器。用示波器觀察多諧振蕩器輸出波形，確定多諧振蕩器是否 正常工作，振蕩頻率是否是2Hz。調(diào)節(jié)電位器Rw使多諧振蕩器產(chǎn)生頻率為2Hz的方波 信號。2調(diào)試分頻器。用示波器觀察分頻器輸出波形，確定信號頻率是否是1Hz。3調(diào)試計數(shù)、譯碼顯示電路。將秒信號輸送給秒計數(shù)器、分計數(shù)器、和時計數(shù)器，觀 察各計數(shù)器是否工作正常。4調(diào)試校時電路。觀察校時電路是否起到校時作用。5整體調(diào)試。各部分電路連接起來，觀察電子鐘是否正常工作。2.3.1 數(shù)字電子鐘PCB圖用EDA技術(shù)來實現(xiàn)，生成的PCB如下圖所示：圖1.8數(shù)字電子鐘PCB圖3 設(shè)

13、計單元原理說明數(shù)字鐘以成為人們常生活中數(shù)字電子鐘一般由振蕩器，分頻器，譯碼器，顯示器等 部分組成。數(shù)字鐘的應(yīng)用非常廣泛，應(yīng)用于人家庭以及車站。碼頭。劇場，辦公室等公 共場所，給人們的生活，學(xué)習(xí)，工作，娛樂帶來極大的方便，由于數(shù)字集成電路技術(shù)的 發(fā)展和采用了先進的石英技術(shù)，使數(shù)字鐘具有走時準(zhǔn)確，性能穩(wěn)定，攜帶方便等特點， 它還用于計時，自動報時及自動控制等各個領(lǐng)域。盡管目前市場上以有現(xiàn)成數(shù)字鐘集成電路芯片，價格便宜這些都是數(shù)字電路中最基本的，應(yīng)用最廣的電路。數(shù)字電子鐘的 基本邏輯功能框圖如下：它是一個將“時”，“分”，“秒”顯示于人的視覺器官的計時裝 置。他的計時裝置的周期為24小時，顯示滿刻度

14、為23時59分59秒，另外應(yīng)有校時功 能。因此，一個基本數(shù)字鐘主要由五部分組成。3.1 555定時器原理晶體震蕩器的作用是產(chǎn)生時間標(biāo)準(zhǔn)信號。數(shù)字鐘的精度，主要取決于時間標(biāo)準(zhǔn)信號 的頻率及其穩(wěn)定度。因此，一般用石英震蕩器經(jīng)過分得到。雙極型555定時器由電阻分壓器、比較器、基本RS觸發(fā)器、雙極型三極管T和輸出緩沖器組成。3.2計數(shù)器原理有了時間標(biāo)準(zhǔn)：“秒”信號后，就可以根據(jù)60秒為1分，60分為1小時，24小時為 一天的計數(shù)周期，分別組成兩個 60進制，一個24進制的計數(shù)器。將這些計數(shù)器適當(dāng)連 接，就可以夠成秒，分時的計數(shù)器，實現(xiàn)計時功能。3.3 譯碼和數(shù)碼顯示電路原理譯碼和數(shù)碼顯示電路是將數(shù)字鐘

15、的計時狀態(tài)直觀清晰地反映出來，被人們的視覺器 官所接受。顯示器件選用LED數(shù)碼管。在譯碼及數(shù)碼顯示電路輸出信號的驅(qū)動下，顯示 出清晰直觀的數(shù)字符號。3.4 校時電路原理實際的數(shù)字鐘電路由于秒信號的精確性和不可能做到完全準(zhǔn)確無誤，加之電路中其 他原因，數(shù)字鐘總會產(chǎn)生其他原因，數(shù)字鐘總會產(chǎn)生走時誤差的現(xiàn)象，因此，電路中就 應(yīng)該有校準(zhǔn)時間的功能的電路。4 心得與體會我們學(xué)習(xí)了數(shù)字電子電路和模擬電子電路，對電子技術(shù)有了一些初步了解，但那都 是一些理論的東西。通過這次數(shù)字電子鐘的課程設(shè)計，我們才把學(xué)到的東西與實踐相結(jié) 合。從中對我們學(xué)的知識有了更進一步的理解。在此次的數(shù)字鐘設(shè)計過程中，更進一步地熟悉了芯

16、片的結(jié)構(gòu)及掌握了各芯片的工作 原理和其具體的使用方法。 也鍛煉了自己獨立思考問題的能力和通過查看相關(guān)資料來解 決問題的習(xí)慣。雖然這只是一次簡單的課程設(shè)計，但通過這次課程設(shè)計我們了解了課程 設(shè)計的一般步驟，和設(shè)計中應(yīng)注意的問題。設(shè)計本身并不是有很重要的意義，而是我們 對待問題時的態(tài)度和處理事情的能力。各個芯片能夠完成什么樣的功能，使用芯片時應(yīng) 該注意那些要點。同一個電路可以用那些芯片實現(xiàn)，各個芯片實現(xiàn)同一個功能的區(qū)別。 另外，我們設(shè)計要從市場需求出發(fā)，既要有強大的功能，又要在價格方面比同等檔次的 便宜。同時對普通計數(shù)器如何構(gòu)成 n 進制計數(shù)器有了更深的了解和掌握，對自我的實際 操作能力也有了很高的提升。