電子鐘課程設(shè)計(jì)

1、電子技術(shù)課程設(shè)計(jì) 題 目 電子鐘設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 專業(yè)班級(jí) 學(xué) 號(hào) 院 （系） 電氣信息工程學(xué)院 指導(dǎo)教師 完成時(shí)間 鄭州輕工業(yè)學(xué)院課程設(shè)計(jì)任務(wù)書題目 電子鐘設(shè)計(jì) 專業(yè) 自動(dòng)化11級(jí) 學(xué)號(hào) 姓名 主要內(nèi)容、基本要求、主要參考資料等：主要內(nèi)容1閱讀相關(guān)科技文獻(xiàn)。2學(xué)習(xí)protel軟件的使用。3學(xué)會(huì)整理和總結(jié)設(shè)計(jì)文檔報(bào)告。4學(xué)習(xí)如何查找器件手冊及相關(guān)參數(shù)。技術(shù)要求1. 要求電路能夠產(chǎn)生定時(shí)脈沖。2. 要求電路能夠根據(jù)對(duì)定時(shí)脈沖的計(jì)數(shù)得到時(shí)、分、秒。3. 要求電路能夠顯示時(shí)、分、秒。主要參考資料1何小艇，電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)，浙江大學(xué)出版社，2001年6月2姚福安，電子電路設(shè)計(jì)與實(shí)踐，山東科學(xué)技術(shù)出版社，20

2、01年10月3王澄非，電路與數(shù)字邏輯設(shè)計(jì)實(shí)踐，東南大學(xué)出版社，1999年10月4李銀華，電子線路設(shè)計(jì)指導(dǎo)，北京航空航天大學(xué)出版社，2005年6月5康華光，電子技術(shù)基礎(chǔ)，高教出版社，2003完 成 期 限： 2013年6月30日 指導(dǎo)教師簽章： 專業(yè)負(fù)責(zé)人簽章： 2013年6月22日電子鐘設(shè)計(jì)電子鐘設(shè)計(jì)摘 要 電子鐘已成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢缮俚谋匦杵?，給人們的生活，學(xué)習(xí)，工作帶來極大的方便。數(shù)字鐘是一種利用數(shù)字電路來顯示時(shí)、分、秒的裝置，與傳統(tǒng)的機(jī)械鐘相比，它具有走時(shí)準(zhǔn)確，性能穩(wěn)定，顯示直觀，無機(jī)械傳動(dòng)裝置等特點(diǎn)。 電子鐘由振蕩電路、分頻器、計(jì)數(shù)器、顯示器。振蕩電路產(chǎn)生的信號(hào)經(jīng)過分頻器作為秒脈沖

3、，秒脈沖送入計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)結(jié)果通過“時(shí)”、“分”、“秒”譯碼器顯示時(shí)間。本次課程設(shè)計(jì)的主題是數(shù)字電子鐘。秒信號(hào)產(chǎn)生器是整個(gè)系統(tǒng)的時(shí)基信號(hào)，它直接決定計(jì)時(shí)系統(tǒng)的精度，這里用多諧振蕩器加分頻器來實(shí)現(xiàn)。將標(biāo)準(zhǔn)秒信號(hào)送入“秒計(jì)數(shù)器”，“秒計(jì)數(shù)器”采用60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，每累計(jì)60秒發(fā)出一個(gè)“分脈沖”信號(hào)，該信號(hào)將作為“分計(jì)數(shù)器”的時(shí)鐘脈沖。“分計(jì)數(shù)器”也采用60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，每累計(jì)60分鐘，發(fā)出一個(gè)“時(shí)脈沖”信號(hào)，該信號(hào)將被送到“時(shí)計(jì)數(shù)器”?！皶r(shí)計(jì)數(shù)器”采用24進(jìn)制計(jì)時(shí)器，可實(shí)現(xiàn)對(duì)一天24小時(shí)的累計(jì)。譯碼顯示電路將“時(shí)”、“分”、“秒”計(jì)數(shù)器的輸出狀態(tài)送到七段顯示譯碼器譯碼，通過七位LED七段顯示器顯示出來。

4、關(guān)鍵詞 電子鐘/時(shí)分秒/進(jìn)制/計(jì)數(shù)器目 錄1 方案設(shè)計(jì)與選擇.12 原理設(shè)計(jì)和功能述.2 2.1 數(shù)字計(jì)時(shí)器的設(shè)計(jì)思.22.2 數(shù)字電子鐘總體框架圖.2 2.3 單元電路的設(shè)計(jì).32.3.1 數(shù)字電子鐘原理效果圖.3 2.3.2 晶體振蕩器電路.4 2.3.3 分頻器電路. 5 2.3.4 時(shí)間計(jì)數(shù)器電路.8 2.3.5 數(shù)碼管.102.4 元器件清單.113 數(shù)字電子鐘仿真.12結(jié)束語.13致謝.14參考文獻(xiàn).15附錄(1）.16附錄(2）.181 方案與選擇數(shù)字電子技術(shù)的復(fù)雜性和靈活性決定了數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)方案有多種，如下是我總結(jié)的部分方案:方案一 采用中小規(guī)模集成電路實(shí)現(xiàn) &#

5、160; 采用集成邏輯電路設(shè)計(jì)具有能實(shí)現(xiàn)，時(shí)、分、秒計(jì)時(shí)功能和定點(diǎn)報(bào)時(shí)功能，計(jì)時(shí)模塊采用時(shí)鐘信號(hào)觸發(fā)，不需要程序控制。 方案二 EDA技術(shù)實(shí)現(xiàn)   采用EDA作為主控制器外圍電路進(jìn)行電壓，時(shí)鐘控制、鍵盤和LED控制。但此方案邏輯電路復(fù)雜，外圍設(shè)備多，靈活性較低，不利于擴(kuò)展 方案三 單片機(jī)編程實(shí)現(xiàn)   此方案采用單片機(jī)編程來設(shè)計(jì)和控制。  綜上，根據(jù)自身的知識(shí)和方案比較，采用方案一，因?yàn)榉桨敢缓啽沆`活，擴(kuò)展性好，同時(shí)符合此次數(shù)子電子知識(shí)設(shè)計(jì)的要求。脈沖信號(hào)源的選擇。用555定時(shí)器制作的多諧振蕩器，

6、信號(hào)發(fā)生器，脈沖芯片等方式都可以作為脈沖信號(hào)源，在此我選擇的是多諧振蕩器，主要考慮的是它的易于制作和很好的穩(wěn)定性。當(dāng)然也可以用石英振蕩器，不過這個(gè)較為復(fù)雜，而且不穩(wěn)定。 時(shí)分秒計(jì)數(shù)器的選擇。時(shí)分秒計(jì)數(shù)器的選擇同樣有多種，74160N和74161N都是不錯(cuò)的選擇，74LS160和 74LS161, 74LS190和74LS191等等也都可以，考慮到其簡單易用，在此我們選擇的是74160N。 譯碼顯示器的選擇。DCD_HEX或7448加上SEVEN_SEG_COM_K等也是多種方案，這里我選擇的是DCD_HEX。2 原理設(shè)計(jì)和功能描述2.1 數(shù)字計(jì)時(shí)器的設(shè)計(jì)思想干電路系統(tǒng)由秒信號(hào)發(fā)生器、“時(shí)、分、

7、秒”計(jì)數(shù)器、譯碼器及顯示器組成。秒信號(hào)產(chǎn)生器是整個(gè)系統(tǒng)的時(shí)基信號(hào)，它直接決定計(jì)時(shí)系統(tǒng)的精度，一般用石英晶體振蕩器或555加分頻器來實(shí)現(xiàn)。將標(biāo)準(zhǔn)秒信號(hào)送入“秒計(jì)數(shù)器”，“秒計(jì)數(shù)器”采用60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，每累計(jì)60秒發(fā)現(xiàn)一個(gè)“分脈沖”信號(hào)，該信號(hào)將作為“分計(jì)數(shù)器”的時(shí)鐘脈沖?！胺钟?jì)數(shù)器”也采用60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，每累計(jì)60分鐘，發(fā)出一個(gè)“時(shí)脈沖”信號(hào)，該信號(hào)將被送到“時(shí)計(jì)數(shù)器”?！皶r(shí)計(jì)數(shù)器”采用24進(jìn)制計(jì)時(shí)器，可實(shí)現(xiàn)對(duì)一天24小時(shí)的累計(jì)。譯碼顯示電路將“時(shí)”、“分”、“秒”、計(jì)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(shí)電路是用來對(duì)“時(shí)”、“分”、“秒”顯示數(shù)字進(jìn)行校對(duì)調(diào)整

8、的。2.2 數(shù)字電子鐘總體框架圖 圖2-1 數(shù)字電子鐘總體框架圖 由圖可見：本數(shù)字鐘電路主要由震蕩器、分頻器、時(shí)分秒計(jì)數(shù)器、譯碼顯示器構(gòu)成。它們的工作原理是：由震蕩器產(chǎn)生的高頻脈沖信號(hào)作為數(shù)字鐘的時(shí)間基準(zhǔn)，再經(jīng)過分頻器輸出標(biāo)準(zhǔn)“秒脈沖”送入秒計(jì)數(shù)器，秒計(jì)數(shù)器采用60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，每累計(jì)60秒發(fā)出一個(gè)“分脈沖”信號(hào)，該信號(hào)作為分計(jì)數(shù)器的脈沖信號(hào)，分計(jì)數(shù)器也采用60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，每累計(jì)60分鐘發(fā)出一個(gè)“時(shí)脈沖”信號(hào)，該信號(hào)將被送到時(shí)計(jì)數(shù)器，時(shí)計(jì)數(shù)器采用12進(jìn)制計(jì)數(shù)器。譯碼顯示電路將時(shí)、分、秒計(jì)數(shù)器的輸出狀態(tài)送到七段譯碼顯示器，通過六位LED七段顯示器顯示出來。2.3 單元電路的設(shè)計(jì)2.3.1 數(shù)字電子

9、鐘原理效果圖圖2-3-1 數(shù)字電子鐘原理效果圖2.3.2 晶體振蕩器電路 震蕩器電路是數(shù)字鐘的核心，主要用來產(chǎn)生時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，數(shù)字鐘的精度，主要取決于時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的頻率及穩(wěn)定度。一般來說，震蕩器的頻率越高，計(jì)時(shí)精度越高。通常采用石英晶體震蕩器經(jīng)過分頻得到這一信號(hào)，也可采用由門電路或555定時(shí)器構(gòu)成的多諧震蕩器作為時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源。 本設(shè)計(jì)方案采用的是集成電路定時(shí)器555與RC組成的多諧震蕩器。 555定時(shí)器是通過外接電阻R和電容C構(gòu)成充、放電回路電路，并由兩個(gè)比較器來檢測電容上得電壓，以確定輸出電平的高低和放電開關(guān)管的通斷，這就很方便地構(gòu)成從微妙到數(shù)十分鐘的延時(shí)電路，以及多謝振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

10、、施密特觸發(fā)器等脈沖波形產(chǎn)生和整形電路。 接通電源后，電容C1被充電，Vc1上升，當(dāng)Vc1上升到2/3Vcc時(shí)，觸發(fā)器被復(fù)位，同時(shí)放電BJTT導(dǎo)通，此時(shí)Vo為低電平，電容C1通過R和T放電，使Vc1下降。當(dāng)Vc1下降到1/3Vcc時(shí)，觸發(fā)器又被復(fù)位，Vo翻轉(zhuǎn)為高電平，電容C1放電所需要的時(shí)間為： t1=RC1ln2=0.7RC1 當(dāng)C1放電結(jié)束是，T截止，Vcc將通過R1，R2向電容器C1沖電，Vcc由1/3Vcc 上升到2/3Vcc所需要的時(shí)間為： t2=(R1+R2)C1ln2=0.7(R1+R2)C1 當(dāng)Vc上升到2/3Vcc是，觸發(fā)器又發(fā)生翻轉(zhuǎn)。如此周而復(fù)始，在輸出端就得到一個(gè)周期性的

11、方波，其頻率為： f=1/(t1=t2)=1.43/(R1+R2)C1 這里設(shè)震蕩頻率f=1KHz。 圖2-3-2（a） 555 圖2-3-2（b） 波形圖2.3.3 分頻器電路 通常，數(shù)字鐘的晶體振蕩器輸出頻率較高，為了得到z的秒信號(hào)輸入，需要對(duì)振蕩器的輸出信號(hào)進(jìn)行分頻。 通常實(shí)現(xiàn)分頻器的電路是計(jì)數(shù)器電路，一般采用多級(jí)進(jìn)制計(jì)數(shù)器來實(shí)現(xiàn)。 圖2-3-3 74160N原件圖74160N是同步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)狀態(tài) 00001001共10個(gè)，從0000開始計(jì)數(shù)，直圖2-3-3（a） 74160N原件圖到第九個(gè)計(jì)數(shù)脈沖為止，重新開始計(jì)數(shù)，當(dāng)EP=ET=1,RD=0時(shí)，電路工作在工作狀態(tài)，從0000開

12、始計(jì)數(shù)，連續(xù)輸入10個(gè)計(jì)數(shù)脈沖。 使用74160N總體來說比較方便，上圖即為此原件圖。 下表為十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74160的功能表和狀態(tài)轉(zhuǎn)換表十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74160的功能表CLKRD工作狀態(tài)x0xx x置零10 x x預(yù)置數(shù)x11 0 1保持x11 x 0保持（但C=0）111 1計(jì)數(shù)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74160的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表計(jì)數(shù)順序電 路 狀 態(tài)等效十進(jìn)制數(shù)輸出CQ3 Q2 Q1 Q00123456789100 0 0 00 0 0 10 0 1 00 0 1 10 1 0 00 1 0 10 1 1 00 1 1 11 0 0 01 0 0 10 0 0 0 0123456789000000000010

13、 分頻器是由兩個(gè)74160N組成的50進(jìn)制計(jì)數(shù)器。則輸出端的頻率則是將原來的50Hz分成1Hz的頻率輸出，實(shí)現(xiàn)分頻效果。圖2-3-3(b) 50進(jìn)制計(jì)數(shù)器2.3.4 時(shí)間計(jì)數(shù)器電路時(shí)間計(jì)數(shù)電路由秒個(gè)位和秒十位計(jì)數(shù)器、分個(gè)位和分十位計(jì)數(shù)器、時(shí)個(gè)位和時(shí)十位計(jì)數(shù)器電路構(gòu)成，其中秒個(gè)位和秒十位計(jì)數(shù)器、分個(gè)位和分十位計(jì)數(shù)器為60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，時(shí)個(gè)位和時(shí)十位計(jì)數(shù)器為24進(jìn)制計(jì)數(shù)器。秒、分、時(shí)分別為60、60、24進(jìn)制計(jì)數(shù)器、秒、分均為60進(jìn)制，即顯示0059，它們的個(gè)位為十進(jìn)制，十位為六進(jìn)制。時(shí)為二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器，顯示為0023，個(gè)位仍為十進(jìn)制，而十位為三進(jìn)制，但當(dāng)十進(jìn)位計(jì)到2，而個(gè)位計(jì)到4時(shí)清零，就為二十

14、四進(jìn)制了。1） 60進(jìn)制60進(jìn)制計(jì)數(shù)器是由兩個(gè)74160N十進(jìn)制計(jì)數(shù)器經(jīng)過一定的方式連接組成的。具體連接是這樣的，一片74LS160用低位，另一片設(shè)計(jì)成六進(jìn)制計(jì)數(shù)器做為高位。其連線圖如下所示：圖2-3-4（a） 60進(jìn)制2) 24進(jìn)制24進(jìn)制計(jì)數(shù)器也是由兩片74LS160組成的，當(dāng)各位計(jì)數(shù)狀態(tài)為Q3Q2Q1Q0=0100,十位計(jì)數(shù)狀態(tài)為Q3Q3Q1Q0=0010時(shí)，計(jì)數(shù)器歸零。通過把個(gè)位Q2、十位Q1接入與非門，然后接入個(gè)位、十位的MR端。令計(jì)數(shù)器清零，從而實(shí)現(xiàn)二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器的功能。其連線圖如下所示：圖2-3-4（b） 24進(jìn)制3）計(jì)數(shù)部分原理圖其總時(shí)間原理圖如下： 圖2-3-4（c） 原理

15、圖2.3.5 數(shù)碼管數(shù)碼管通常有發(fā)光二極管（LED）數(shù)碼管和液晶（LCD）數(shù)碼管，本設(shè)計(jì)提供的為LED數(shù)碼管DCD_HEX，其已內(nèi)含譯碼器功能，所以不用再另加譯碼器。圖2-3-5 數(shù)碼管2.4 元器件清單表2-4元件名稱數(shù)量(個(gè))DCD_HEX74160N555_VIRTUAL 4049BT_5V74LS00D57.72k電阻115.4k電阻5V直流電源BUZZER100nF電容10nF電容導(dǎo)線68133111111若干3 數(shù)字電子鐘仿真 下圖為仿真結(jié)果，仿真開始時(shí)，多諧振蕩器產(chǎn)生50Hz的正弦脈沖信號(hào)，然后經(jīng)過分頻器后其輸出的頻率變?yōu)?Hz。計(jì)數(shù)器接收到脈沖信號(hào)后開始計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)結(jié)果顯示在數(shù)碼

16、管上。當(dāng)分秒計(jì)數(shù)器達(dá)到59分59秒。下面為其中的一張仿真圖。圖3-1 原理圖結(jié) 束 語通過這次課程設(shè)計(jì)，我學(xué)到了很多，也感謝老師和朋友在這次設(shè)計(jì)上的幫助。由于自己知識(shí)上的匱乏，許多知識(shí)點(diǎn)不得不上網(wǎng)找。我很喜歡模電數(shù)電，因?yàn)楦杏X這些東西很絞腦汁兒、很好玩，總想著什么時(shí)候能用這些知識(shí)做點(diǎn)什么東西出來。當(dāng)剛拿到題目時(shí)很興奮，心想總算有機(jī)會(huì)做點(diǎn)東西出來了?？墒钱?dāng)真正開始做的時(shí)候卻發(fā)現(xiàn)不知從何下手，不能很好將書上所學(xué)連貫起來也就是從這時(shí)我才真正的明白理論知識(shí)學(xué)得好，或者說是應(yīng)試能力練得好與真正的能力是有差距的。這次課程設(shè)計(jì)一路走來讓我學(xué)了好多東西。一、我想最重要的就是讓我明白了理論和實(shí)踐的關(guān)系。二、學(xué)會(huì)

17、了如何使用Altium軟件。三、記住了很多元件的標(biāo)準(zhǔn)的名稱。四、在實(shí)踐中了解了多種元件的功能和參數(shù)。五、從仿真實(shí)踐中不僅學(xué)會(huì)了如何去分析問題和解決問題，也體會(huì)到了成功的喜悅和失敗的憂郁。六、提高了自己的讀圖和分析圖還有設(shè)計(jì)圖的能力。總之，這次課程設(shè)計(jì)讓我學(xué)到了好多東西，這種課程設(shè)計(jì)對(duì)一個(gè)大學(xué)生是非常重要的，建議學(xué)校應(yīng)該多多舉辦類似的學(xué)習(xí)活動(dòng)。致 謝 通過一周的努力，終于將數(shù)字電子鐘課程設(shè)計(jì)完成了，在完成課程設(shè)計(jì)的這一周中，老師給予了我很大的幫助。他不僅是指導(dǎo)我完成了設(shè)計(jì)，還教會(huì)了我做設(shè)計(jì)的一般步驟、設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法。當(dāng)我對(duì)此課程設(shè)計(jì)無從下手的時(shí)候，老師專心地為我講解，為我解決了很多實(shí)際存在的

18、困難和問題。他為我們梳理流程，講解原理，使我對(duì)此次的課程設(shè)計(jì)能圓滿完成增添了很多信心，真正的從心理和解決實(shí)際問題上為我樹立了很好的榜樣，我為能有這樣的好老師而感覺到驕傲，每每對(duì)課程設(shè)計(jì)的撰寫產(chǎn)生疑問時(shí)，他為我提綱挈領(lǐng)、梳理脈絡(luò)，使我確立了本文的框架，為我的寫作指引了方向。在此我衷心的感謝一直不辭辛勞為我指明方向的老師，也要感謝教會(huì)我知識(shí)的學(xué)校為我提供實(shí)踐的場所和實(shí)踐器材，還要感謝那些耐心幫助我的同學(xué)們的同學(xué)們。通過這次的課程設(shè)計(jì)，不僅使我學(xué)到了很多專業(yè)方面的知識(shí)，也讓我明白了不畏困難、勇于攀登艱難的重要性，這對(duì)我未來的學(xué)習(xí)和生活產(chǎn)生很大的影響。在此，再次感謝我的學(xué)校、老師和同學(xué)們。參考文獻(xiàn)1 康華光編：數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ). 北京:高等教育出版社，2000，221602 任為民編：電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì).北京:中央廣播電視大學(xué)出版社，1997，56723 王子儀、殷廣信編：電子技術(shù)下冊.北京: