揚州大學數(shù)電課程設計 數(shù)字時鐘電路

1、揚州大學能源與動力工程學院本科生課程設計題 目： 數(shù)字時鐘電路 課 程： 數(shù)字電子技術基礎 專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 班 級： 電氣1101 學 號： 姓 名： 指導教師： 年漪蓓 蔣步軍 完成日期： 2013.6.13 總 目 錄第一部分：任務書 第二部分：課程設計報告第三部分：設計圖紙第 一 部 分任務書一、課程設計的目的 本課程是在學完數(shù)字電子技術基礎、數(shù)字電子技術實驗之后，集中一周時間，進行的復雜程度較高、綜合性較強的設計課題的實踐環(huán)節(jié)，通過該教學環(huán)節(jié)，要求達到以下目的： 1. 使學生進一步掌握數(shù)字電子技術的理論知識，培養(yǎng)學生工程設計能力和綜合分析問題、解決問題的能力； 2. 使學

2、生基本掌握常用電子電路的一般設計方法，提高電子電路的設計和實驗能力； 3. 熟悉并學會選用電子元器件，為以后從事生產(chǎn)和科研工作打下一定的基礎。二、設計題目及內(nèi)容數(shù)字時鐘電路（1）、具有“時”“分”的數(shù)字顯示時鐘（2）、“秒”不作數(shù)字顯示，只使“時”和“分”之間“：”間隔內(nèi)亮（3）、具有校時和校分功能（4）、具有整點報時功能（因部分器件本實驗軟件中不具備，故用小燈代替整點報時）三、設計要求1、 用中小型規(guī)模集成電路設計出所要求的電路；2、 在實驗箱上安裝、調試出所設計的電路；3、 寫出設計、調試、總結報告。四、使用儀器設備1、 PC機（裝有MULTISIM軟件）；2、 GW48 EDA編程系統(tǒng)等

3、。五、參考文獻1、“模擬電子技術基礎”和“數(shù)字電子技術基礎”教材；2、有關“電子技術課程設計指導書”；3、“集成電路特性應用手冊”；4、 其他。第 二 部 分課程設計報告目 錄1設計任務及要求52系統(tǒng)總體設計方案72.1總體設計方案72.2方案特點73控制電路設計83.1控制電路工作原理83.2參數(shù)計算83.3器件選型84 振蕩電路設計94.1振蕩電路工作原理94.2參數(shù)計算104.3器件選型105 計數(shù)電路設計115.1計數(shù)電路工作原理115.2參數(shù)計算125.3器件選型126 譯碼顯示電路設計136.1譯碼顯示電路工作原理136.2參數(shù)計算136.3器件選型137系統(tǒng)總體電路設計147.1

4、系統(tǒng)總體電路147.2 電路說明148電路調試168.1振蕩電路調試及實驗結果分析168.2 計數(shù)電路調試及實驗結果分析168.3 譯碼顯示電路調試及實驗結果分析168.4 控制電路調試及實驗結果分析168.5 系統(tǒng)聯(lián)調及實驗結果分析169改進意見及收獲體會1710器件明細清單18參 考 文 獻191設計任務及要求設計任務：數(shù)字時鐘電路（1）、具有“時”“分”的數(shù)字顯示時鐘；（2）、“秒”不作數(shù)字顯示，只使“時”和“分”之間“：”間隔閃亮；（3）、具有校分和校時功能；（4）、具有整點報時功能（59分50秒開始間歇報時）。設計要求：（1）用中小型規(guī)模集成電路設計出所要求的電路；（2）在實驗箱上安

5、裝、調試出所設計的電路；（3）寫出設計、調試、總結報告。2系統(tǒng)總體設計方案2.1總體設計方案數(shù)字時鐘鐘的總體框圖如下圖所示，它由顯示、譯碼、計數(shù)電路、整點報時電路、手動校時校分電路和開機清零電路五部分組成。圖1 數(shù)字時鐘鐘的總體框圖2.2方案特點 當時鐘開機時時、分、秒清零，數(shù)碼管顯示為0；脈沖電路由外部電路提供，在信號的作用下，時鐘鐘開始計時，秒分均為六十進制，時為二十四進制。秒閃爍六十秒產(chǎn)生的進位信號作為分的脈沖信號，分的進位信號作為時的脈沖信號；同時可以手動校時校分；當時間為59分時，報時電路整點報時（小燈閃爍）。3控制電路設計3.1控制電路工作原理圖65 校時校分原理 當需要校分時打開

6、開關A使之和2接，這時秒進位信號關斷，分校時信號進入充當分控制信號。同理，校時電路開關接6，分進位信號關斷，時校時信號進入充當控制信號。這時便可實現(xiàn)校時校分功能。（同時引入開關J3、J4詳見電路總體設計分析），減少了分時偏差。3.2參數(shù)計算見原理部分3.3器件選型三端開關2個4 振蕩電路設計4.1振蕩電路工作原理振蕩器是計時器的核心，其作用是產(chǎn)生一個標準頻率的脈沖信號。振蕩頻率的精度和穩(wěn)定度決定了數(shù)字鐘的質量。采用集成電路555定時器與RC組成的多諧振蕩器。輸出的脈沖頻率為fs=1/(R1+2R2)C1ln2=1KHZ，周期T=1/fs=1ms。若參數(shù)選擇：R1=R2=10K歐姆，C1=47u

7、F時，可以得到秒脈沖信號。雖然直接得到了秒脈沖，但從計時精度的角度考慮，振蕩器的振蕩頻率越高，鐘表計時的精度就越高，所以一般不直接輸出秒脈沖信號。本次設計采用的是用555輸出1KHZ的脈沖，然后通過3個同步十進制計數(shù)器74LS160將1KHZ的脈沖變成1HZ適用。使用74LS160分頻時，將進位與下一個160中的Cp相連，產(chǎn)生1/10的分頻。4.2參數(shù)計算輸出的脈沖頻率為fs=1/(R1+2R2)C1ln2=1KHZ，周期T=1/fs=1ms 。若參數(shù)選擇：R1=R2=10K歐姆，C1=47uF時，可以得到秒脈沖信號。4.3器件選型一片74LS04，六片74LS160，一片74LS74。5 計

8、數(shù)電路設計5.1計數(shù)電路工作原理1)60進制原理圖通過兩片74160的串行連接來實現(xiàn)六十進制。時鐘信號加在低位的時鐘信號端，個位的進位端反相再接到十位的時鐘端。其中，秒到分，分到時的進位是將復位信號脈沖作為進位信號接到下一級的時鐘脈沖端。2）24進制原理圖通過兩片74160的串行進位異步置零的連接方式來設計的24進制計數(shù)器，其中個位的時鐘端為六十進制中十位的復位信號反相輸出，個位的進位反相接到十位的時鐘端。輸出再統(tǒng)一接到顯示器。5.2參數(shù)計算見原理圖部分5.3器件選型同步十進制計數(shù)器74LS160N 兩塊 74LS4D兩塊七段譯碼器 74LS48D 兩塊 74LS40D1塊。6 譯碼顯示電路設

9、計6.1譯碼顯示電路工作原理譯碼是將給定的代碼進行翻譯。計數(shù)器實現(xiàn)了對時間的累計以8421BCD碼形式輸出，為了將計數(shù)器輸出的8421BCD碼顯示出來，需用顯示譯碼電路將計數(shù)器的輸出數(shù)碼轉換為數(shù)碼顯示器件所需要的輸出邏輯和一定的電流，一般這種譯碼器通常稱為7段譯碼顯示驅動器。74LS48譯碼器對應的顯示器是共陰（接地）顯示器。6.2參數(shù)計算見原理部分6.3器件選型七段譯碼器74LS48 4片LED共陰七段數(shù)碼管BS207 4片7系統(tǒng)總體電路設計7.1系統(tǒng)總體電路7.2 電路說明1、秒計數(shù)器到六十進一位，進位接在分的時鐘端，分就計一次數(shù)；分也如此；時計數(shù)器從0到23循環(huán)技數(shù)。2、秒不顯示輸出數(shù)字

10、，而是將秒作為單獨的點，以閃爍計時3、功能鍵不按時，時鐘正常工作，按一次校時工作，按兩次校分工作。4、校時校分狀態(tài)時，按一次校準脈沖，時或者分就相應的加一，直至到相應時間為止，再按功能鍵使它正常工作。5、校時校分狀態(tài)時，閃爍電路工作，相應的顯示數(shù)碼管根據(jù)秒脈沖閃爍。6、當達到59分時，整點報時電路工作，到50秒開始間歇發(fā)聲報時。8電路調試8.1振蕩電路調試及實驗結果分析將振蕩電路的輸出端接一個發(fā)光二極管看是否得到理想的秒脈沖信號。結果發(fā)光二極管正常閃爍且頻率正確，可見得到了理想的秒脈沖。8.2 計數(shù)電路調試及實驗結果分析將1秒信號分別送人“時”、“分”計數(shù)器，通過譯碼顯示電路，檢查各級計數(shù)器的

11、工作情況。8.3 譯碼顯示電路調試及實驗結果分析結合計數(shù)電路觀察，起初“時”十位的顯示器在開始時總會出現(xiàn)“4”即不能清零，經(jīng)過反復檢查及老師的指導最終發(fā)現(xiàn)是所用電源有干擾造成的，在啟動電路時只需將電源先斷開即可，排除問題之后，繼續(xù)調試，各級計數(shù)顯示電路工作正常。8.4 控制電路調試及實驗結果分析接整點報時信號的時候，開始時蜂鳴器一直會叫，只有在59分50秒到整點的時候才不叫，與要求正好相反，于是在蜂鳴器前面加了一個反相器，然后繼續(xù)調試，最終電路正常了。8.5 系統(tǒng)聯(lián)調及實驗結果分析在實驗箱上組裝電子鐘，注意器件管腳的連接一定要準確，“懸空端”、“清零端”、“置1端”要正確處理。當所有器件調試正

12、常以后，觀察電子鐘是否準確正常工作。結果表明得到了滿足要求的數(shù)字鐘。9改進意見及收獲體會1、 改進意見實驗室提供的元件較少，脈沖發(fā)生電路并沒有接，控制電路太簡陋操作不夠方便，不能做出實用性的電子鐘來。建議下次提供更多的材料供我們搭建電路。2、 收獲體會這次試驗讓我印象深刻，平時學習的理論知識發(fā)現(xiàn)在實際使用時收到了很大的考驗，一開始在multisim上搭建電路是遇到了極大的阻礙。一方面大家都不熟悉電子鐘的工作原理，二是我們都沒有多少實際電路的搭建經(jīng)驗，所以電路搭建地特別慢。我記得很清楚，第二天就要完成電路圖，前一天我和同學一直奮戰(zhàn)到深夜一點多才基本完成了工作。我們查閱了網(wǎng)上的很多篇資料，再結合課

13、本，終于把基本原理都搞的比較清楚了，但搭建實際電路時還是遇到了很大的阻礙。電子鐘電路雖然邏輯教清晰，但走線很多很繁瑣，那么多線要設計好位置，看的眼睛都花了，很多同學連好又發(fā)現(xiàn)不對，復查的很累。最后，我們終于算是完成了電路搭建，心中的成就感是非常強烈的！ 可以說如果沒有書本和百度文庫，那我就真的不知道該如把實驗完成了。這次課程設計雖然很短，但我學會了獨立思考，尋找書本上有用的知識，學會了自己查資料分析解決問題，鍛煉了思維能力以及動手能力得到了很大的收獲。10器件明細清單LED共陰數(shù)碼管BS2074片BCD七段譯碼器74LS484片十進制計數(shù)器74LS16012片四2輸入與非門74LS003片雙4輸入與非門74LS201片六反相器74LS041片雙上升沿D觸發(fā)器74LS741片石英晶體4MHz1個發(fā)光二極管2只開關K1、K22只電阻1千歐5只電容001微法1只電容10皮法1只參 考 文 獻 1 閻石主編數(shù)字電子技術基礎（第四版）北京：高教出版社， 20002 于衛(wèi)主編現(xiàn)代數(shù)字電路與系統(tǒng)綜合實訓教程北京：北京郵電大學出版社，2010第 三 部 分設計圖紙