電子鐘課程設計

1、電子技術課程設計 題 目 電子鐘設計 學生姓名 專業(yè)班級 學 號 院 （系） 電氣信息工程學院 指導教師 完成時間 鄭州輕工業(yè)學院課程設計任務書題目 電子鐘設計 專業(yè) 自動化11級 學號 姓名 主要內容、基本要求、主要參考資料等：主要內容1閱讀相關科技文獻。2學習protel軟件的使用。3學會整理和總結設計文檔報告。4學習如何查找器件手冊及相關參數。技術要求1. 要求電路能夠產生定時脈沖。2. 要求電路能夠根據對定時脈沖的計數得到時、分、秒。3. 要求電路能夠顯示時、分、秒。主要參考資料1何小艇，電子系統(tǒng)設計，浙江大學出版社，2001年6月2姚福安，電子電路設計與實踐，山東科學技術出版社，20

2、01年10月3王澄非，電路與數字邏輯設計實踐，東南大學出版社，1999年10月4李銀華，電子線路設計指導，北京航空航天大學出版社，2005年6月5康華光，電子技術基礎，高教出版社，2003完 成 期 限： 2013年6月30日 指導教師簽章： 專業(yè)負責人簽章： 2013年6月22日電子鐘設計電子鐘設計摘 要 電子鐘已成為人們日常生活中不可少的必需品，給人們的生活，學習，工作帶來極大的方便。數字鐘是一種利用數字電路來顯示時、分、秒的裝置，與傳統(tǒng)的機械鐘相比，它具有走時準確，性能穩(wěn)定，顯示直觀，無機械傳動裝置等特點。 電子鐘由振蕩電路、分頻器、計數器、顯示器。振蕩電路產生的信號經過分頻器作為秒脈沖

3、，秒脈沖送入計數器，計數結果通過“時”、“分”、“秒”譯碼器顯示時間。本次課程設計的主題是數字電子鐘。秒信號產生器是整個系統(tǒng)的時基信號，它直接決定計時系統(tǒng)的精度，這里用多諧振蕩器加分頻器來實現(xiàn)。將標準秒信號送入“秒計數器”，“秒計數器”采用60進制計數器，每累計60秒發(fā)出一個“分脈沖”信號，該信號將作為“分計數器”的時鐘脈沖?！胺钟嫈灯鳌币膊捎?0進制計數器，每累計60分鐘，發(fā)出一個“時脈沖”信號，該信號將被送到“時計數器”?！皶r計數器”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、關鍵詞 電子鐘/時分秒/進制/計數器目 錄1 方案設計與選擇.12 原理設計和功能述.2 2.1 數字計時器的設計思.22.2 數字電子鐘總體框架圖.2 2.3 單元電路的設計.32.3.1 數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 時間計數器電路.8 2.3.5 數碼管.102.4 元器件清單.113 數字電子鐘仿真.12結束語.13致謝.14參考文獻.15附錄(1）.16附錄(2）.181 方案與選擇數字電子技術的復雜性和靈活性決定了數字電子鐘的設計方案有多種，如下是我總結的部分方案:方案一 采用中小規(guī)模集成電路實現(xiàn) &#

5、160; 采用集成邏輯電路設計具有能實現(xiàn)，時、分、秒計時功能和定點報時功能，計時模塊采用時鐘信號觸發(fā)，不需要程序控制。 方案二 EDA技術實現(xiàn)   采用EDA作為主控制器外圍電路進行電壓，時鐘控制、鍵盤和LED控制。但此方案邏輯電路復雜，外圍設備多，靈活性較低，不利于擴展 方案三 單片機編程實現(xiàn)   此方案采用單片機編程來設計和控制。  綜上，根據自身的知識和方案比較，采用方案一，因為方案一簡便靈活，擴展性好，同時符合此次數子電子知識設計的要求。脈沖信號源的選擇。用555定時器制作的多諧振蕩器，

6、信號發(fā)生器，脈沖芯片等方式都可以作為脈沖信號源，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。當然也可以用石英振蕩器，不過這個較為復雜，而且不穩(wěn)定。 時分秒計數器的選擇。時分秒計數器的選擇同樣有多種，74160N和74161N都是不錯的選擇，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 原理設計和功能描述2.1 數字計時器的設計思想干電路系統(tǒng)由秒信號發(fā)生器、“時、分、

7、秒”計數器、譯碼器及顯示器組成。秒信號產生器是整個系統(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或555加分頻器來實現(xiàn)。將標準秒信號送入“秒計數器”，“秒計數器”采用60進制計數器，每累計60秒發(fā)現(xiàn)一個“分脈沖”信號，該信號將作為“分計數器”的時鐘脈沖?！胺钟嫈灯鳌币膊捎?0進制計數器，每累計60分鐘，發(fā)出一個“時脈沖”信號，該信號將被送到“時計數器”?！皶r計數器”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”顯示數字進行校對調整

8、的。2.2 數字電子鐘總體框架圖 圖2-1 數字電子鐘總體框架圖 由圖可見：本數字鐘電路主要由震蕩器、分頻器、時分秒計數器、譯碼顯示器構成。它們的工作原理是：由震蕩器產生的高頻脈沖信號作為數字鐘的時間基準，再經過分頻器輸出標準“秒脈沖”送入秒計數器，秒計數器采用60進制計數器，每累計60秒發(fā)出一個“分脈沖”信號，該信號作為分計數器的脈沖信號，分計數器也采用60進制計數器，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器，時計數器采用12進制計數器。譯碼顯示電路將時、分、秒計數器的輸出狀態(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 單元電路的設計2.3.1 數字電子

9、鐘原理效果圖圖2-3-1 數字電子鐘原理效果圖2.3.2 晶體振蕩器電路 震蕩器電路是數字鐘的核心，主要用來產生時間標準信號，數字鐘的精度，主要取決于時間標準信號的頻率及穩(wěn)定度。一般來說，震蕩器的頻率越高，計時精度越高。通常采用石英晶體震蕩器經過分頻得到這一信號，也可采用由門電路或555定時器構成的多諧震蕩器作為時間標準信號源。 本設計方案采用的是集成電路定時器555與RC組成的多諧震蕩器。 555定時器是通過外接電阻R和電容C構成充、放電回路電路，并由兩個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管的通斷，這就很方便地構成從微妙到數十分鐘的延時電路，以及多謝振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

10、、施密特觸發(fā)器等脈沖波形產生和整形電路。 接通電源后，電容C1被充電，Vc1上升，當Vc1上升到2/3Vcc時，觸發(fā)器被復位，同時放電BJTT導通，此時Vo為低電平，電容C1通過R和T放電，使Vc1下降。當Vc1下降到1/3Vcc時，觸發(fā)器又被復位，Vo翻轉為高電平，電容C1放電所需要的時間為： t1=RC1ln2=0.7RC1 當C1放電結束是，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所需要的時間為： t2=(R1+R2)C1ln2=0.7(R1+R2)C1 當Vc上升到2/3Vcc是，觸發(fā)器又發(fā)生翻轉。如此周而復始，在輸出端就得到一個周期性的

11、方波，其頻率為： f=1/(t1=t2)=1.43/(R1+R2)C1 這里設震蕩頻率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，數字鐘的晶體振蕩器輸出頻率較高，為了得到z的秒信號輸入，需要對振蕩器的輸出信號進行分頻。 通常實現(xiàn)分頻器的電路是計數器電路，一般采用多級進制計數器來實現(xiàn)。 圖2-3-3 74160N原件圖74160N是同步十進制計數器，計數狀態(tài) 00001001共10個，從0000開始計數，直圖2-3-3（a） 74160N原件圖到第九個計數脈沖為止，重新開始計數，當EP=ET=1,RD=0時，電路工作在工作狀態(tài)，從0000開

12、始計數，連續(xù)輸入10個計數脈沖。 使用74160N總體來說比較方便，上圖即為此原件圖。 下表為十進制計數器74160的功能表和狀態(tài)轉換表十進制計數器74160的功能表CLKRD工作狀態(tài)x0xx x置零10 x x預置數x11 0 1保持x11 x 0保持（但C=0）111 1計數十進制計數器74160的狀態(tài)轉換表計數順序電 路 狀 態(tài)等效十進制數輸出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74160N組成的50進制計數器。則輸出端的頻率則是將原來的50Hz分成1Hz的頻率輸出，實現(xiàn)分頻效果。圖2-3-3(b) 50進制計數器2.3.4 時間計數器電路時間計數電路由秒個位和秒十位計數器、分個位和分十位計數器、時個位和時十位計數器電路構成，其中秒個位和秒十位計數器、分個位和分十位計數器為60進制計數器，時個位和時十位計數器為24進制計數器。秒、分、時分別為60、60、24進制計數器、秒、分均為60進制，即顯示0059，它們的個位為十進制，十位為六進制。時為二十四進制計數器，顯示為0023，個位仍為十進制，而十位為三進制，但當十進位計到2，而個位計到4時清零，就為二十

14、四進制了。1） 60進制60進制計數器是由兩個74160N十進制計數器經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，另一片設計成六進制計數器做為高位。其連線圖如下所示：圖2-3-4（a） 60進制2) 24進制24進制計數器也是由兩片74LS160組成的，當各位計數狀態(tài)為Q3Q2Q1Q0=0100,十位計數狀態(tài)為Q3Q3Q1Q0=0010時，計數器歸零。通過把個位Q2、十位Q1接入與非門，然后接入個位、十位的MR端。令計數器清零，從而實現(xiàn)二十四進制計數器的功能。其連線圖如下所示：圖2-3-4（b） 24進制3）計數部分原理圖其總時間原理圖如下： 圖2-3-4（c） 原理

15、圖2.3.5 數碼管數碼管通常有發(fā)光二極管（LED）數碼管和液晶（LCD）數碼管，本設計提供的為LED數碼管DCD_HEX，其已內含譯碼器功能，所以不用再另加譯碼器。圖2-3-5 數碼管2.4 元器件清單表2-4元件名稱數量(個)DCD_HEX74160N555_VIRTUAL 4049BT_5V74LS00D57.72k電阻115.4k電阻5V直流電源BUZZER100nF電容10nF電容導線68133111111若干3 數字電子鐘仿真 下圖為仿真結果，仿真開始時，多諧振蕩器產生50Hz的正弦脈沖信號，然后經過分頻器后其輸出的頻率變?yōu)?Hz。計數器接收到脈沖信號后開始計數，計數結果顯示在數碼

16、管上。當分秒計數器達到59分59秒。下面為其中的一張仿真圖。圖3-1 原理圖結 束 語通過這次課程設計，我學到了很多，也感謝老師和朋友在這次設計上的幫助。由于自己知識上的匱乏，許多知識點不得不上網找。我很喜歡模電數電，因為感覺這些東西很絞腦汁兒、很好玩，總想著什么時候能用這些知識做點什么東西出來。當剛拿到題目時很興奮，心想總算有機會做點東西出來了?？墒钱斦嬲_始做的時候卻發(fā)現(xiàn)不知從何下手，不能很好將書上所學連貫起來也就是從這時我才真正的明白理論知識學得好，或者說是應試能力練得好與真正的能力是有差距的。這次課程設計一路走來讓我學了好多東西。一、我想最重要的就是讓我明白了理論和實踐的關系。二、學會

17、了如何使用Altium軟件。三、記住了很多元件的標準的名稱。四、在實踐中了解了多種元件的功能和參數。五、從仿真實踐中不僅學會了如何去分析問題和解決問題，也體會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計圖的能力?？傊?，這次課程設計讓我學到了好多東西，這種課程設計對一個大學生是非常重要的，建議學校應該多多舉辦類似的學習活動。致 謝 通過一周的努力，終于將數字電子鐘課程設計完成了，在完成課程設計的這一周中，老師給予了我很大的幫助。他不僅是指導我完成了設計，還教會了我做設計的一般步驟、設計思想和設計方法。當我對此課程設計無從下手的時候，老師專心地為我講解，為我解決了很多實際存在的

18、困難和問題。他為我們梳理流程，講解原理，使我對此次的課程設計能圓滿完成增添了很多信心，真正的從心理和解決實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，每每對課程設計的撰寫產生疑問時，他為我提綱挈領、梳理脈絡，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，也要感謝教會我知識的學校為我提供實踐的場所和實踐器材，還要感謝那些耐心幫助我的同學們的同學們。通過這次的課程設計，不僅使我學到了很多專業(yè)方面的知識，也讓我明白了不畏困難、勇于攀登艱難的重要性，這對我未來的學習和生活產生很大的影響。在此，再次感謝我的學校、老師和同學們。參考文獻1 康華光編：數字電子技術基礎. 北京:高等教育出版社，2000，221602 任為民編：電子技術基礎課程設計.北京:中央廣播電視大學出版社，1997，56723 王子儀、殷廣信編：電子技術下冊.北京: