電子鐘課程設(shè)計數(shù)字電子鐘的設(shè)計

1、數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計報告設(shè)計題目： 數(shù)字電子鐘的設(shè)計 一、設(shè)計目的：數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計是在學(xué)習(xí)完數(shù)字電子電路課程之后，按照課程教學(xué)的要求，對學(xué)生進行綜合性訓(xùn)練的一個實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。主要目的是培養(yǎng)學(xué)生綜合運用理論知識能力， 分析問題和解決問題的能力， 以及根據(jù)實際要求進行獨立設(shè)計的能力； 了解數(shù)字電子電路的 一般設(shè)計方法，初步掌握數(shù)字電子線路安裝、布線、焊接、調(diào)試等基本技能；熟練掌握電子 電路基本元器件的使用方法，訓(xùn)練、提高讀圖能力；掌握組裝、調(diào)試方法。二、設(shè)計題目及內(nèi)容 1、設(shè)計題目：數(shù)字電子時鐘 2、內(nèi)容和要求： （）時間以 24 小時為一個周期； （2）顯示時、分、秒； （3）有校時功能

2、，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）根據(jù)要求閱讀數(shù)字時鐘電路原理圖，閱讀教材及查找相關(guān)資料，敘述工作原理； （5） 畫出包含+5 伏的穩(wěn)壓電源在內(nèi)的原理電路圖， 根據(jù)原理圖畫出對應(yīng)的印刷電路圖， 并在圖中標(biāo)出元器件的符號及代碼； （6）安裝、焊接、連線、調(diào)試電路； （7）最后提交調(diào)試好的設(shè)計作品，撰寫并提交實驗、調(diào)試報告，解答思考題。三、功能及簡單工作原理數(shù)字電子鐘的原理方框圖如下圖（1）所示。干電路系統(tǒng)由秒信號發(fā)生器、 “時、分、秒” 計數(shù)器、譯碼器及顯示器、校時電路組成。秒信號產(chǎn)生器是整個系統(tǒng)的時基信號，它直接決 定計時系統(tǒng)的精度，一般用石英晶體振蕩器加分頻器來實現(xiàn)

3、。將標(biāo)準(zhǔn)秒信號送入“秒計數(shù)器” ， “秒計數(shù)器”采用 60 進制計數(shù)器，每累計 60 秒發(fā)現(xiàn)一個“分脈沖”信號，該信號將作為“分計數(shù) 器”的時鐘脈沖。 “分計數(shù)器”也采用 60 進制計數(shù)器，每累計 60 分鐘，發(fā)出一個“時脈沖”信號， 該信號將被送到“時計數(shù)器” “時計數(shù)器”采用 24 進制計時器，可實現(xiàn)對一天 24 小時的累計。 。 譯碼顯示電路將“時” “分” “秒” 計數(shù)器的輸出狀態(tài)由七段顯示譯碼器譯碼，通過六位 led 七段顯示器顯示出來。校時電路是用來對“時” “分” “秒”顯示數(shù)字進行校對調(diào)整的。 本電路由 cd4060、74ls74 產(chǎn)生秒時鐘信號；由 cd4518、74ls00

4、 組成 60 進制計數(shù) 器；cd4511 為顯示譯碼及驅(qū)動電路；與非門組成校時電路。四、主要部分的實現(xiàn)方案 1.秒脈沖電路 由晶振 32768hz 經(jīng) cd4060 分頻為 2hz，再經(jīng)過74ls74 一次分頻，即得 1hz 標(biāo)準(zhǔn)秒脈 沖，提供給時鐘計數(shù)脈沖。如圖示： 2.時間計數(shù)器電路 由 cd4518 計數(shù)器和 74ls00 組成時分秒的計數(shù)電路。 74ls00 是 4 位二進制同步加計數(shù)器，它的設(shè)置為多片集成計數(shù)器的級聯(lián)提供方便。它具有 異步清零，同步并行預(yù)置數(shù)，保持和計數(shù)的功能。引腳圖如下cd4518 計數(shù)器為 d 型觸發(fā)器，具有內(nèi)部可交換 cp 和 en 線，用于在時鐘上升沿下降 降

5、沿加計數(shù)。其引出端排列和功能表分別見圖表所示。cd4518 雖無專用的進位信號，但在脈動模式可將 q3 連接至下一計數(shù)器的 en 輸入端 實現(xiàn)級聯(lián)，同時后者的 cp 輸入保持低電平。cd4518 的波形圖如圖所示由圖可見，由于單個單元運算是在 cp 上升沿觸發(fā)，如將低位的 q3，作為進位信號直 接送至高位計數(shù)器的 cp 輸入端，將在低位逢 8 時就提供進位信號，如要實現(xiàn)“逢十進一” ， 需將 q3 經(jīng)過非門送至高位計數(shù)器的 cp 輸入端，顯然煩瑣、浪費。經(jīng)濟、簡捷、正確的方 案應(yīng)是保持高位計數(shù)器的 cp 輸入端為低電平，將低位的 q3 作為進位信號直接送至高位計 數(shù)器的 en 輸入端，用 q3

6、 級聯(lián)有利于取得較大滿值，計數(shù)到滿值后隨著時鐘上跳 q3 產(chǎn)生 下跳就可引起高位計數(shù)器計數(shù)。 （）秒計數(shù)器 秒個位的方案應(yīng)是保持秒十位計數(shù)器的 cp 輸入端為低電平，將秒個位的 q3 作為進位 信號直接送至秒十位計數(shù)器的 en 輸入端。秒十位計數(shù)單元為 6 進制，當(dāng) q3q2q1q0 變成 0110 時，通過與非門把它的清零端變成 0，計數(shù)器的輸出被置零，跳過 0111 到 1111 的狀 態(tài)， 又從 0000 開始， 如此就是 60 進制。 同時秒十位上的 0110 時， 要把進位信號傳輸給“分” 個位的計數(shù)單元。 cd4518 利用條件反饋清零的方法可實現(xiàn)60進制。其中的與非門使用 74l

7、s00 （2）分計數(shù)器 分的個位和十位計數(shù)單元的狀態(tài)轉(zhuǎn)換和秒的是一樣的， 只是它要把進位信號傳輸給時的 個位計數(shù)單元。 （3）時計數(shù)器 當(dāng)“時”十位的 q3q2q1q0 為 0000 或 0001 時， “時”的個位計數(shù)單元是十進制計數(shù)器，當(dāng) 他的 q3q2q1q0 到 1010 時，通過與非門使得個位 4518 上的清零端為 0，則計數(shù)器的輸出 直接置零，從 0000 有開始。當(dāng)十位的 q3q2q1q0 為 0010 時，通過與非門使得該 4518 的 清零端為 0， “時”的十位有重新從 0000 開始，此時的個位計數(shù)單元變成 4 進制，即當(dāng)個位計 數(shù)單元的 q3q2q1q0 為 0100

8、 時，就要又從 0000 開始計數(shù)。這樣就實現(xiàn)了“時”24 進制的計 數(shù)其中的與非門用 74ls003.譯碼顯示電路 譯碼電路采用 cd4511 譯碼器。其功能是將“時” “分” “秒”計數(shù)器中計數(shù)的輸出狀態(tài)（8421bcd）翻譯成七段數(shù)碼管能顯示十進制數(shù)所要求的電信號，然后經(jīng)數(shù)碼顯示器，把數(shù)字顯示出來。 顯示器件選用發(fā)光二極管數(shù)碼管，可選用共陰數(shù)碼管。 cd4511 是一種 bcd-7 段顯示譯碼器， 它屬于 cmos 器件， 高電平輸出電流可達 25ma。 其管腳排列見圖所示。該器件用于驅(qū)動共陰極 7 段 led 數(shù)碼管。4.較時電路當(dāng)數(shù)字鐘剛接通電源或走時出現(xiàn)誤差時， 需要對其進行時間的

9、校準(zhǔn)， 實用校時電路很多。 校時電路包括校準(zhǔn)小時電路和校準(zhǔn)分鐘電路 （也可包括校準(zhǔn)秒電路， 但校準(zhǔn)信號頻率必 須大于 1hz） ，可手動較時或脈沖校時，可用普通機械開關(guān)或由機械開關(guān)與門電路構(gòu)成無抖 動開關(guān)來實現(xiàn)校時。 下圖為設(shè)計校時電路五、數(shù)字鐘“秒”的裝調(diào) 數(shù)字鐘1.總裝配圖2.元器件清單3.數(shù)字鐘的裝配與調(diào)試 1、檢查印刷電路板有無斷路、短路，若有，首先處理好。 2、焊接順序：電阻、二極管、ic 插座、三極管、電容器，逐一焊接。先焊平面的，后 焊立體的，原則是有利于焊接。要求臥裝水平、豎裝垂直、相同元件等高。 3、焊接要點：將元件整形后插入對應(yīng)位置，電路板平放在臺面上，一手握烙鐵對焊盤 和

10、引腳同時接觸預(yù)熱，另一手持焊錫絲與焊盤處烙鐵接觸，使錫絲熔化，當(dāng)錫絲熔化一定量 時，立即將錫絲離去，烙鐵繼續(xù)保持少許時間，讓焊錫圍繞焊盤自由流動，形成一個鐘形焊 點。 4、按照接線要求位置，將連接線焊接到對應(yīng)的插孔。 5、剪腳：元件焊好后，將多余引腳剪掉，剪腳后的焊點應(yīng)露出引腳 0.5-1mm。 6、檢查元件及 ic 插座有無錯焊、漏焊，方向是否正確無誤，將集成電路插入插座。 7、通電測試：將連接線分別與對應(yīng)電源接線柱一一連接。 8、首先清零，然后觀察 led 數(shù)碼管變化狀態(tài)。 六、思考題 1、本電路中 n 進制計數(shù)器是如何實現(xiàn)的？ 答：是由 cd4518 計數(shù)器和 74ls00 組成的計數(shù)電

11、路， 60 位計數(shù)器是是保持十位計數(shù)器的 cp 輸入端為低電平， 將個位的 q3 作為進位信號直 接送至十位計數(shù)器的 en 輸入端， 。十位計數(shù)單元為 6 進制，當(dāng) q3q2q1q0 變成 0110 時， 通過與非門把它的清零端變成 0，計數(shù)器的輸出被置零，跳過 0111 到 1111 的狀態(tài)，又從 0000 開始，如此就是 60 進制。 24 位計數(shù)器是當(dāng)十位的 q3q2q1q0 為 0000 或 0001 時， 個位計數(shù)單元是十進制計數(shù)器， 當(dāng)他的 q3q2q1q0 到 1010 時，通過與非門使得個位上的清零端為 0，則計數(shù)器的輸出直接 置零，從 0000 有開始。當(dāng)十位的 q3q2q1

12、q0 為 0010 時，通過與非門使得該 4518 的清零 端為 0，十位又重新從 0000 開始，此時的個位計數(shù)單元變成 4 進制，即當(dāng)個位計數(shù)單元的 q3q2q1q0 為 0100 時，就要又從 0000 開始計數(shù)。這樣就實現(xiàn)了 24 進制的計數(shù) 2、校時電路中的三個開關(guān)有什么作用? 答：當(dāng)開關(guān)閉合時，會接上電容，可以緩解抖動，為去抖動開關(guān) 3、如果用 74ls161 組成計數(shù)器，則個位到十位的進位怎樣實現(xiàn)？ 答： 在1hz 的 cp 時鐘信號下， 74ls161(1)的 pe、 ld、 都接高電平， te、 cr 74ls161(1) 正常工作，進行記數(shù)，當(dāng)計數(shù)到1010時，通過與非門將

13、 q3q1與非后接到清零端 cr，即在 此時將第一個74ls161（1）清零。同時接到74ls161(2)的脈沖端 cp(因為當(dāng) cr 等于0時， 等于1所以時鐘脈沖 cp 有效),于是它顯示的是（0-9） 。因為時鐘脈沖是74ls161(1)給出， 將74ls161(2)的 pe、te、ld、cr 都接高電平，74ls161(2)正常工作，進行計數(shù)，當(dāng)計 數(shù)到0110時，通過與非門將 q2q1與非后接到清零端-cr，將74ls161（2）清零，于是實 現(xiàn)了顯示（0-5）的進制，同時接到下一個74ls161的時鐘脈沖端 cp。 七、實驗總結(jié) 1. 實驗過程中遇到的問題及解決方法 （1）、本次試

14、驗由于只顯示60秒進制，制作起來相對簡單。總算是沒費多大的周折，遇到的一個問題就是可以顯示，但不是很正常的秒顯。走一會，然后又停一會。解決方法：我們首先檢查了電路了連線情況，發(fā)現(xiàn)完全與protel繪制的一樣，沒有錯誤。干脆就讓他走會吧。（2）既然不能正常的顯示，也這就怪了，理論與實際有那么大的差距嗎。經(jīng)過第二次的檢查，終于了發(fā)現(xiàn)了cd4060的12引腳沒有拉到低電平。解決方法:接上不就ok了。終于完工，一切正常。呵呵。2.收獲和體會 （1）、通過實驗，我們更能理解實踐的重要性。正確的理論也得接受實踐的考驗才可認為是真理。所以有時死啃課本還不如做點東西出來，對我們這種應(yīng)用型的本科學(xué)校。我們應(yīng)該以應(yīng)用為目的，結(jié)合生活實際，把所學(xué)理論應(yīng)用到生活學(xué)習(xí)實際中去。實踐才是檢驗真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。本次實驗雖然是老師把電路圖、原理分析都給了我們。但沒有在具體的電路里去運行，很難自信的說本電路沒有問題。當(dāng)然了，這個實驗比較簡單，電路肯定是沒問題的了。要是在比較復(fù)雜的系統(tǒng)里，理論還得聯(lián)系實際才能凸顯實踐是多么的重要。在做電子產(chǎn)品開發(fā)的時候，里面多是原創(chuàng)性的東西，這時就更能要理解實踐的重要了 。自主開發(fā)的，沒有得到實踐的認可，連自己都不能完全信任的產(chǎn)品，誰會相信呢。 （2）、簡單談一下電子的愛好者之路。 焊電路板這是一件苦差，而且有時候費力不討好，焊了半天，最后居然沒有結(jié)果。一時的高漲激情完全沒