數字電子鐘實習報告

1、數字電子鐘課程設計學院：電氣信息工程學院專業(yè)、班級：自動化11-02姓名：周振學號:54110101025918目錄摘 要21.設計目的32.設計任務33.數字電子鐘的電路系統(tǒng)設計33.1 設計原理43.2 方案確定43.2.1 設計方案43.2.2 設計方案的確定53.3 數字電子鐘的電路設計63.3.2 整點報時電路的設計73.3.3校時電路的設計83.3.4 秒信號發(fā)生器的設計93.3.5 譯碼驅動顯示電路103.3.6 數字電子鐘的整體電路114.電路的裝配過程134.1 電路模擬仿真調試134.2 電路焊接134.3 實物的實際調試134.3.1總體的調試步驟134.3.2蜂鳴器功能

2、測試134.4誤差分析145. 課程設計的收獲、體會和建議14參 考 文 獻15附錄116附錄217摘 要電子數字鐘是一種用數字電路技術實現時、分、秒計時的裝置，與機械式時鐘相比具有更高的準確性和直觀性，因此得到了廣泛的使用。電子數字鐘從原理上講是一種典型的數字電路，其中包括了組合邏輯電路和時序電路。因此，此次設計與制做電子數字鐘就是可以了解電子數字鐘的原理，學會制作電子數字鐘。通過電子數字鐘的制作能進一步的了解各種在制作中用到的中小規(guī)模集成電路的作用及實用方法，通過它可以進一步學習與掌握各種組合邏輯電路與時序電路的原理與使用方法。這次電子數字鐘的設計主要是利用74LS90的計數功能來實現電子

3、鐘時、分、秒的跳變，整個設計主要分為六個模塊：時模塊、分模塊、秒模塊、分頻模塊、校時校分模塊、整點報時模塊。時、分、秒模塊分別用兩塊74LS90實現，并且分別將它們設置為60進制，60進制，24進制。秒信號的產生用石英晶體振蕩器加分頻器來實現，將秒信號送入秒模塊，每累計60秒發(fā)出一個分脈沖信號，分模塊每累計60分鐘，發(fā)出一個時脈沖信號，時模塊實現對24小時的累計，通過六個七段LED顯示器顯示出來。整點報時電路根據計時系統(tǒng)的輸出狀態(tài)產生一脈沖信號，然后加上一個高頻或低頻信號送到蜂鳴器實現報時。校時電路是直接加一個脈沖信號到時計數器或者分計數器或者秒計數器來對“時”、“分”、“秒”顯示數字進行校對

4、調整。關鍵詞：CD4511 74LS90 分頻器 晶體振蕩器 校時校分電路 數字電路1.設計目的數字電子鐘是一種用數字電路技術實現時、分、秒計時的裝置，與機械鐘相比具有更高的準確性和直觀性，且具有無機械傳動裝置等特點，因此得到了廣泛的使用。 數字電子鐘從原理上看是一種典型的數字電路，其中包括了組合邏輯電路和時序電路。設計與制做數字電子鐘可以使我們了解數字電子鐘的原理，并且學會制作數字電子鐘.而且通過數字電子鐘的制作進一步地了解各種在制作中用到的中小規(guī)模集成電路的作用及使用方法.且由于數字電子鐘包括組合邏輯電路和時序電路.通過此次課程設計可以進一步學習與掌握各種組合邏輯電路與時序電路的原理與使用

5、方法.2.設計任務設計制作一個數字電子鐘指標：（1）時間計數電路采用24進制，從00開始到23后再回到00；（2）各用2位數碼管顯示時、分、秒；（3）具有手動校時、校分功能，可以分別對時及分進行單獨校時，使其校正到標準時間； （4）計時過程具有報時功能，當時間到達整點前10秒開始，蜂鳴器1秒響1秒停地響5次；（5）為保證計時器的穩(wěn)定性及準確性，由晶體振蕩器提供時間基準信號。3.數字電子鐘的電路系統(tǒng)設計下面將介紹數字電子鐘的整個電路系統(tǒng)設計的過程。包括數字電子鐘的設計原理，設計方案的確定，數字電子鐘的電路設計計算機仿真，電路的設計、焊接與調試幾大部分。3.1 設計原理數字電子鐘是一個對標準頻率（

6、1Hz）進行計數的計數電路。主要由振蕩器、分配器、計數器、譯碼器和顯示器電路功能模塊組成。振蕩器產生的時鐘信號經過分頻器形成秒脈沖信號，秒脈沖信號輸入計數器進行計數，并把累計結果通過顯示器以“時”、“分”、“秒”的順序以數字形式顯示出來。秒計數器電路計滿60后觸發(fā)分計數器電路，分計數器電路計滿60后觸發(fā)時計數器電路，當計滿24小時后又開始下一輪的循環(huán)計數?？梢酝ㄟ^校時電路對分和時進行校時，且具有整點報時功能，當時間到達整點前10秒開始，蜂鳴器將以1秒響1秒停的形式響5次。3.2 方案確定通過在互聯網網和圖書館查找資料和對電子技術基礎（數字部分）的學習，討論確定一個既符合本設計要求又具有比較強的

7、操作性的方案作為此次設計的對象。3.2.1 設計方案本電路系統(tǒng)由晶體振蕩電路，時間計數電路，校時電路，譯碼驅動電路組成。其中，時間計數電路用六個74LS90組成。校時電路主要由74LS00P組成RS觸發(fā)器，而且加入消抖電路，達到了自動校時的效果。電路原理方框示意圖如下：4511譯碼驅動4511譯碼驅動4511譯碼驅動4511譯碼驅動4511譯碼驅動4511譯碼驅動時十位計數時個位計數分十位計數分個位計數秒十位計數秒個位計數具有消抖動的校分、校時控制電路32768晶體振蕩電路 CD4060分頻器2Hz 二分頻電路（74LS90）1Hz 圖1 設計方案的設計原理圖3.2.2 設計方案的確定（1）利

8、用單片機實現的數字鐘具有編程靈活，便于數字鐘功能的擴充，即可用該數字鐘發(fā)出各種控制信號，精確度高等特點。（2）考慮到本學期所學的知識，這個課程設計給予的是一個實踐的機會，因此最終選擇了用數字邏輯電路來實現這個設計方案。3.3 數字電子鐘的電路設計下面將介紹設計電路。含時間計數電路的設計、整點報時電路的設計、校時電路的設計、秒信號發(fā)生器的設計、譯碼驅動顯示電路的設計幾個部分。3.3.1時間計數電路的設計時間計數電路由60進制的秒計數器，60進制的分計數器和24進制的計數器組成。圖2 60進制電路當分的74LS90芯片的進位輸入端11端的脈沖進位信號傳到時的脈沖輸入端時，時便計數一次，并且其十位和

9、個位的進位關系與分（秒）的十位和個位的進位關系一樣。24進制計數器如下圖所示：圖3 24進制電路3.3.2 整點報時電路的設計電路應在整點前10秒鐘內開始整點報時，即是當時間在59分50秒到59分59秒期間時，報時電路報時控制信號。當時間在59分50秒到59分59秒期間時，分十位、分個位和秒十位均保持不變，分別為5、9和5，因此可將分計數器十位的Q和Q 、個位的Q和Q及秒計數器十位的Q和Q相與，從而產生報時控制信號。數字鐘要求在差10s為整點時開始產生每隔1s鳴叫一次的響聲，共鳴五次，每次持續(xù)時間為1s。其電路如下圖所示。圖4 整點報時電路3.3.3校時電路的設計數字電子鐘開機時并不能立即顯示

10、當前時間，所以需要一個校時電路來調整到所需要的時間。根據設計要求，采用自動實現對時和分的校時，為了使校時不干擾計時，在校時電路中還加入了消抖電路，用于消除輸入脈沖的不穩(wěn)定性，確保校時和計時的穩(wěn)定與準確。其主要原理是：先截斷正常的計數通路，然后再將頻率為2Hz的方波信號加到需要校正的計數單元的輸入端，校正好后，再轉入正常計時狀態(tài)即可。根據要求，數字鐘應具有自動分校正和時校正功能，因此，應截斷分個位和時個位的直接計數通路，并采用正常計時信號與校正信號可以隨時切換的電路接入其中。其電路圖如下（圖5）。圖5 校時電路3.3.4 秒信號發(fā)生器的設計振蕩器是數字鐘的核心，振蕩器的穩(wěn)定度及頻率的精確度決定了

11、數字鐘計時的準確度。由集成電路定時器555與RC可組成多諧振蕩器，其振蕩頻率只有1KHz。為了獲取更高的計時精度，選用晶體振蕩器構成振蕩器電路。一般說來，振蕩器的頻率越高，計時精度越高。本次設計選用R14532的晶體振蕩器，其頻率為32768Hz，再經過分頻芯片4060BD， 其內部有15級2分頻集成電路，所以可以其中一個輸出端得到2Hz的信號脈沖。再經過二次分頻，方可得到1Hz的標準信號脈沖，即秒脈沖。其原理圖和電路圖分別入圖6和圖7。圖6 秒信號原理圖圖7 晶體振蕩電路3.3.5 譯碼驅動顯示電路譯碼顯示電路是將計數器輸出的8421 BCD碼譯成數碼管顯示所需要的高低電平。所以在譯碼電路和

12、數碼管的選擇上一定要注意配套。如我們采用陰極七段數碼管，則譯碼電路就應選接與它配套的共陰極七段數碼驅動器。譯碼顯示電路可采用CD4511BCD-7段譯碼驅動器，其芯片引腳如下圖所示。其中Qa、Qb、QC、Qd與十進制計數器的四個輸出端相連接，A、B、C、D、E、F、G即為驅動七段數碼顯示器的信號。由CD4511把輸進來的二進制信號翻譯成十進制數字，再由數碼管顯示出來。計數器實現了對時間的累計并以8421BCD碼的形式輸送到CD4511芯片，再由4511芯片把BCD碼轉變?yōu)槭M制數碼送到數碼管中顯示出來。譯碼驅動顯示電路如圖8。圖8 譯碼驅動顯示電路3.3.6 數字電子鐘的整體電路數字電子鐘的整

13、體電路原理圖如下（圖9）。引線圖見附錄。圖9 數字電子鐘的整體電路原理圖4.電路的裝配過程經過電路的模擬仿真調試后，進入實際組裝配置過程。其中包括電路模擬仿真調試、電路布線焊接和實物的實際調試三個階段。4.1 電路模擬仿真調試 在焊接電路前，先將設計在電腦上用軟件Multisim做了仿真，仿真成功后才開始電路的布線和焊接。4.2 電路焊接在焊接電路板的過程中，對于裸露在空氣中的電線或者芯片引腳，由于受氧化，表層附有一層很薄的氧化物，會導致其導電能力下降，因此須用砂紙擦去氧化層。焊接電路時要注意導線的連接準確與否，以及焊接在一起的結點的良性。實際焊接過程中，要保證焊筆不要碰到已經焊好的線，否則焊

14、好的線很容易脫落。4.3 實物的實際調試4.3.1總體的調試步驟（1）用示波器檢測石英晶振的輸出信號波形和頻率，輸出頻率應為32768Hz。（2）將32768Hz信號送入分頻電路，用示波器檢測輸出頻率是否符合要求。（3）將1Hz秒脈沖分別送入時、分、秒計數器，檢查各組計數器的工作情況。（4）觀察較時電路的功能是否滿足要求。（5）當分頻電路和計數器調試正常后，觀察電子鐘是否準確，正常工作。4.3.2蜂鳴器功能測試 使數字時鐘從00：59：00開始計時。當計數顯示為00：59：51時，蜂鳴器開始工作，發(fā)出一秒響一秒停的有規(guī)律聲音。具體是00：59：50響，00：59：52停；00：59：54響，0

15、0：59：56停；00：59：58響。 從以上測試結果可知，蜂鳴器工作完全正常，達到理論要求。4.4誤差分析經測試，故系統(tǒng)在運行時有一定的誤差，其原因是晶體振蕩的特點所決定的，同時與芯片的內部結構有關，同時存在人為按鍵誤差。從數據來看，最大誤差比較小，完全達到設計要求。該數字鐘具有較高的精確度，成功達到設計任務要求。5. 課程設計的收獲、體會和建議數電課程設計是一個很鍛煉動手能力的一次實踐性活動。要完成這一次設計任務，必須先做以下的準備：1.復習本學期所學的數電知識,弄懂設計要求和實現該功能的芯片，將局部功能的電路圖設計出來，并按照課程設計的要求設計出原理圖。2.自學仿真軟件Multisim，

16、將原理圖在電腦上進行仿真。3.焊接電路板。這一部分很重要，對我們對布線及焊接技術要求比較高。同時，運用了我們上學期電工工藝實習的知識。4.電路的調試。這基本是最后一步了，調試還是比較有難度的，因為設計出來的電路是理論上的，實際焊接會有什么問題我們不知道。要根據測試出現的問題一一找出問題根源，做出修改，直到完全符合設計要求。在這次課程設計中收獲很多。首先，以前在做數電實驗時只是按照實驗指導書上的步驟連接電路，并完成實驗。但這一次是完全要求手動。從電路原理圖的設計到布線焊接再到實現功能，都要求理解并熟悉芯片的內部結構及功能。在調試過程中要分析電路故障，一一排除，直到沒問題。根據題目要求設計好電路后，選擇好芯片后，在Multisim上進行仿真直到成功。同時，這次課程設計過程中所收獲的體會也是很深刻的。我們明白到，單有豐富的理論知識是不夠的，我們必須將理論運用到實踐當中，才能更好地解決實際問題。參 考 文 獻【1】電子技術實驗華南農業(yè)大學工程學院電工電子教研室 20