電子技術(shù)課程設(shè)計數(shù)字電子鐘

1、 課程設(shè)計說明書學生姓名：班級學號：學 院：專 業(yè)：題 目： 數(shù)字電子鐘 指導教師：2010 年 1 月 11 日 中北大學電子線路課程設(shè)計任務書 2009/2010 學年第 一 學期學 院： 信息與通信工程學院 專 業(yè)： 通信工程 學 生 姓 名：學 號：課程設(shè)計題目： 數(shù)字電子鐘 起 迄 日 期：2010年1 月 11日2010年 1月 22日課程設(shè)計地點：指 導 教 師：系 主 任：下達任務書日期: 2010 年 1 月11 日課 程 設(shè) 計 任 務 書1設(shè)計目的：1）綜合運用所學的理論知識，掌握一般電子線路分析和設(shè)計的基本方法和步驟；2）培養(yǎng)一定的獨立分析問題、解決問題的能力；3）實踐

2、利用EDA軟件繪制電子線路原理圖、PCB圖及仿真；4）學會說明書的規(guī)范整理和書寫。2設(shè)計內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)參數(shù)、條件、設(shè)計要求等）：設(shè)計任務與要求：（1） 設(shè)計一個具有時、分、秒顯示的電子鐘。應具有校時功能；（2） 用小規(guī)模集成電路組成電子鐘；（3） 設(shè)計顯示裝置。數(shù)字電子鐘的邏輯組成原理：它由石英晶體振蕩器、分頻器、計數(shù)器、譯碼器、顯示器和校時電路組成，石英晶體振蕩器產(chǎn)生的信號經(jīng)過分頻器作為秒脈沖，秒脈沖送入計數(shù)器計數(shù)，計數(shù)結(jié)果通過“時”、“分”、“秒”譯碼器顯示時間。3設(shè)計工作任務及工作量的要求1）分析設(shè)計任務，查閱相關(guān)資料；2）確定系統(tǒng)方案，設(shè)計各模塊電路，計算參數(shù)，分析其特

3、性，使其滿足題目要求；3）利用PROTEL或其他軟件繪制所設(shè)計系統(tǒng)的原理圖及PCB圖；4）按格式要求撰寫課程設(shè)計說明書。4設(shè)計成果形式及要求：1）課程設(shè)計說明書一份；2）電子文檔一份。課 程 設(shè) 計 任 務 書4主要參考文獻：1畢滿清主編電子技術(shù)實驗與課程設(shè)計.第3版.北京：機械工業(yè)出版社，20052 陳曉文主編電子線路課程設(shè)計.第1版.北京：電子工業(yè)出版社，20043 謝自美主編. 電子線路綜合設(shè)計. 第1版.武漢：華中科技大學出版社，20065設(shè)計成果形式及要求：1) 用計算機仿真軟件制圖或仿真；2) 課程說明書用計算機打印，并裝訂；6工作計劃及進度：2010年1月11日 1月13日 分析

4、設(shè)計任務書，查閱相關(guān)資料及設(shè)計手冊；2010年1月14日 1月17日確定系統(tǒng)方案，組成模塊框圖，設(shè)計各模塊電路；2010年1月18日 1月21日分析電路各參數(shù)及其特性并繪制電子線路原理圖、PCB圖及仿真分析，并撰寫課程設(shè)計說明書；2010年1月21日 1月22日按格式要求完成課程設(shè)計說明書；2010年1月22 日 成績考核系主任審查意見：簽字：年月日目錄引言71. 系統(tǒng)設(shè)計71.1 設(shè)計要求7總體設(shè)計方案8設(shè)計思路8方案論證與比較81.2.3 系統(tǒng)組成102.單元電路設(shè)計10多諧振蕩器電路10分頻器電路11計數(shù)器電路11秒計數(shù)器電路12分計數(shù)器電路13時計數(shù)器電路13譯碼驅(qū)動電路14顯示電路1

5、4校時電源電路153數(shù)字電子鐘整體電路圖16由Protel生成的電路圖17由MAX+plusII生成的整體仿真圖184安裝與調(diào)試185 參數(shù)計算196電路生成的PCB圖197心得與體會20附錄一元器件明細表21引言數(shù)字鐘已成為人們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚谋匦杵?，廣泛用于個人家庭以及 辦公室等公共場所，給人們的生活、學習、工作、娛樂帶來極大的方便。由于數(shù)字集成電路技術(shù)的發(fā)展和采用了先進的石英技術(shù)，使數(shù)字鐘具有走時準確、性能穩(wěn)定、攜帶方便等優(yōu)點，它還用于計時、自動報時及自動控制等各個領(lǐng)域。盡管目前市場上已有現(xiàn)成的數(shù)字鐘集成電路芯片出售，價格便宜、使用也方便，但鑒于數(shù)字鐘電路的基本組成包含了數(shù)字電路的主

6、要組成部分，因此進行數(shù)字鐘的設(shè)計是必要的。在這里我們將已學過的比較零散的數(shù)字電路的知識有機的、系統(tǒng)的聯(lián)系起來用于實際，來培養(yǎng)我們的綜合分析和設(shè)計電路的能力。本次設(shè)計以數(shù)字電子為主，實現(xiàn)對時、分、秒數(shù)字顯示的計時裝置,周期為24小時，顯示滿刻度為23時59分59秒，并具有校時功能的數(shù)字電子鐘。電路主要采用中規(guī)模TTL集成電路.本系統(tǒng)的設(shè)計電路由脈沖邏輯電路模塊、時鐘脈沖模塊、時鐘譯碼顯示電路模塊、校時模塊等幾部分組成。1. 系統(tǒng)設(shè)計1.1 設(shè)計要求（1） 設(shè)計一個具有時、分、秒顯示的電子鐘。應具有校時功能；（2） 用小規(guī)模集成電路組成電子鐘；（3） 設(shè)計顯示裝置。數(shù)字電子鐘的邏輯組成原理：它由石

7、英晶體振蕩器、分頻器、計數(shù)器、譯碼器、顯示器和校時電路組成，石英晶體振蕩器產(chǎn)生的信號經(jīng)過分頻器作為秒脈沖，秒脈沖送入計數(shù)器計數(shù)，計數(shù)結(jié)果通過“時”、“分”、“秒”譯碼器顯示時間。圖1數(shù)字電子鐘原理圖設(shè)計思路數(shù)字電子鐘的原理方框圖如上所示。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。秒信號發(fā)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)，也可以采用多諧振蕩器加分頻器實現(xiàn)。將標準秒信號送入"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)一個"分脈沖&quo

8、t;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)經(jīng)過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。

9、方案論證與比較1.秒信號發(fā)生器方案一：      由集成邏輯門與RC組成的時鐘源振蕩器或由集成電路定時器555與RC組成的多諧振蕩器作為時間標準信號源。圖2由集成定時器與RC組成的多諧振蕩器方案二: 振蕩器是數(shù)字鐘的核心。振蕩器的穩(wěn)定度及頻率的精確度決定了數(shù)字鐘計時的準確程度，通常選用石英晶體構(gòu)成振蕩器電路。石英晶體振蕩器的作用是產(chǎn)生時間標準信號。因此，一般采用石英晶體振蕩器經(jīng)過分頻得到這一時間脈沖信號。圖3 晶體振蕩器電路圖（3）為電子手表集成電路的晶體振蕩器電路，目前市場比較常用的是集成5C702，從其輸出端15剛好可以輸出1HZ

10、的脈沖信號作為秒信號?？紤]到數(shù)電中我們剛學過多諧振蕩器，因此在此用多諧振蕩器實現(xiàn)秒脈沖。2 計數(shù)器電路在數(shù)電中，我們主要學了74LS161、74LS160和74LS290計數(shù)器，其中74LS160是采用異步清零、同步置數(shù)的十進制，而74LS161采用的是異步清零、同步置數(shù)的16進制計數(shù)器，74LS290是二-五-十進制的異步清零、異步置九計數(shù)器。采用哪種芯片都一樣，這里我們采用74LS290的異步清零來實現(xiàn)秒、分、時計數(shù)。 系統(tǒng)組成 數(shù)字鐘實際上是一個對標準頻率（1HZ）進行計數(shù)的計數(shù)電路。由于計數(shù)的起始時間不可能與標準時間（如北京時間）一致，故需要在電路上加一個校時電路，同時標準的1HZ時間

11、信號必須做到準確穩(wěn)定。通常使用石英晶體振蕩器電路構(gòu)成數(shù)字鐘。圖1所示為數(shù)字鐘的一般構(gòu)成框圖。圖4 數(shù)字鐘的組成框圖多謝振蕩器可以自己產(chǎn)生一定頻率的脈沖，然后經(jīng)過分頻器后得到需要的秒脈沖信號。圖5 由555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器分頻器電路將多諧振蕩器產(chǎn)生的脈沖信號經(jīng)74LS4060和74LS250的二分頻的分頻后得到1Hz的方波信號，可以供秒計數(shù)器進行計數(shù)。分頻器實際上也就是計數(shù)器。 圖6 分頻器電路時間計數(shù)電路由秒個位和秒十位計數(shù)器、分個位和分十位計數(shù)器及時個位和時十位計數(shù)器電路構(gòu)成，其中秒個位和秒十位計數(shù)器、分個位和分十位計數(shù)器為60進制計數(shù)器，時個位和時十位計數(shù)器可以設(shè)計為12進制計數(shù)器或

12、者24進制計數(shù)器，我們這里根據(jù)自己的意愿設(shè)計成24進制計數(shù)器。計數(shù)器的實現(xiàn)用的是74LS290采用8421BCD碼制。時間計數(shù)單元有時計數(shù)、分計數(shù)和秒計數(shù)等幾個部分。秒計數(shù)器電路秒個位計數(shù)單元為進制計數(shù)器，無需進制轉(zhuǎn)換，只需將與（下降沿有效）相連即可。（下降沒效）與Z秒輸入信號相連，可作為向上的進位信號與十位計數(shù)單元的相連。秒十位計數(shù)單元為進制計數(shù)器，需要進制轉(zhuǎn)換。將進制計數(shù)器轉(zhuǎn)換為進制計數(shù)器的電路連接方法如圖3-5所示，其中可作為向上的進位信號與分個位的計數(shù)單元的相連。分個位和分十位計數(shù)單元電路結(jié)構(gòu)分別與秒個位和秒十位計數(shù)單元完全相同，只不過分個位計數(shù)單元的作為向上的進位信號應與分十位計數(shù)單

13、元的相連，分十位計數(shù)單元的作為向上的進位信號應與時個位計數(shù)單元的相連。圖7 10進制6進制計數(shù)器轉(zhuǎn)換電路圖8 秒計數(shù)器電路分計數(shù)器電路分計數(shù)器電路與秒計數(shù)器電路一樣，采用的都是74290的8421碼制異步清零接成60進制。圖9 分計數(shù)器電路時計數(shù)器電路時個位計數(shù)單元電路結(jié)構(gòu)仍與秒或個位計數(shù)單元相同，但是要求，整個時計數(shù)單元應為24進制計數(shù)器，所以在兩塊74LS290構(gòu)成的100進制中截取24，就得在24的時候進行異步清零。兩塊74LS290構(gòu)成的60進制計數(shù)器電路圖如圖3 7所示，兩塊74LS390構(gòu)成的24進制計數(shù)功能的電路如圖38所示。圖10時計數(shù)器電路譯碼驅(qū)動電路將計數(shù)器輸出的8421B

14、CD碼轉(zhuǎn)換為數(shù)碼管需要的邏輯狀態(tài)，并且為保證數(shù)碼管正常工作提供足夠的工作電流。譯碼驅(qū)動電路采用74LS48七段譯碼器實現(xiàn)，74LS48七段顯示譯碼器的輸出是高電平有效，用以驅(qū)動共陰極顯示器。圖11 74LS85顯示譯碼器顯示電路計數(shù)器實現(xiàn)了對時間的累計以8421BCD碼形式輸出，選用顯示譯碼電路將計數(shù)器的輸出數(shù)碼轉(zhuǎn)換為數(shù)碼顯示器件所需要的輸出邏輯和一定的電流，選用74LS48作為顯示譯碼電路，選用74LS546八段共陽LED數(shù)碼管作為顯示單元電路，如圖3-9所示。圖12 譯碼驅(qū)動和顯示電路校時電源電路當重新接通電源或走時出現(xiàn)誤差時都需要對時間進行校正。通常，校正時間的方法是：首先截斷正常的計數(shù)

15、通路，然后再進行人工出觸發(fā)計數(shù)或?qū)㈩l率較高的方波信號加到需要校正的計數(shù)單元的輸入端，校正好后，再轉(zhuǎn)入正常計時狀態(tài)即可。根據(jù)要求，數(shù)字鐘應具有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(shù)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。圖310所示即為帶有基本RS觸發(fā)器的校時電路，用74LS51構(gòu)成的校正電路如圖311。圖13校正電路3數(shù)字電子鐘整體電路圖3.1由Protel生成的電路圖圖14 Protel生成的整體電路圖圖15 Protel生成的部分電路圖3.2由MAX+plusII生成的整體仿真圖圖16 整體電路仿真圖4安裝與調(diào)試   

16、單元電路安裝好后，應該先認真進行通電前的檢查，通電后，檢查每片集成電路的工作電壓是否正常（TTL型集成電路電源電壓為5±0.25V），這是電路有效工作的基本保證。調(diào)試該單元電路直至正常工作。調(diào)試可分為靜態(tài)調(diào)試和動態(tài)調(diào)試兩種，一般組合電路應靜態(tài)調(diào)試，時序電路應動態(tài)調(diào)試。       統(tǒng)調(diào)主電路的方法是將已調(diào)試好的若干單元電路連接起來，然后跟蹤信號流向，由輸入到輸出，由簡單到復雜，依次測試，直至正常工作。因此時控制電路尚未安裝，需人為地給受控電路加以特定信號使其正常工作。     

17、;  調(diào)試控制電路分為兩步：第一步單獨調(diào)試控制電路本身，施加于控制電路的各個信號可以人為設(shè)定為某種狀態(tài)，直至正常工作。第二步將控制電路與系統(tǒng)主電路中各個功能部件聯(lián)接起來，進行電路統(tǒng)調(diào)。5 參數(shù)計算脈沖產(chǎn)生電路：用555組成的脈沖產(chǎn)生電路:        R1=15*103        R2=68*103        C=10F   則555所產(chǎn)

18、生的脈沖的為:f=1.43/(R1+2*R2)*103*10*106=0.947Hz,而設(shè)計要求為1Hz,因此其誤差為5.3%,在精度要求不是很高的時候可以使用.6電路生成的PCB圖圖17 電路PCB印制版圖7心得與體會學貴以致用，我們剛學完模電和數(shù)點的知識，對兩種電路有了一定的理論認識，但是還欠缺實踐操作能力的培養(yǎng)，通過幾天的數(shù)字鐘設(shè)計過程，將從書本上學到的知識應用于實踐，學會了初步的電子電路仿真設(shè)計，雖然過程中遇到了一些困難，但是在解決這些問題的過程無疑也是對自己自身專業(yè)素質(zhì)的一種提高。當最終調(diào)試成功的時候也是對自己的一種肯定。在此次的數(shù)字鐘設(shè)計過程中，更進一步地熟悉了芯片的結(jié)構(gòu)及掌握了各芯片的工作原理和其具體的使用方法，也鍛煉了自己獨立思考問題的能力和通過查看相關(guān)資料來解決問題的習慣。雖然這只是一次簡單的課程設(shè)計，但通過這次課程設(shè)計我們了解了課程設(shè)計的一般步驟，和設(shè)計中應注意的問題。雖然設(shè)計過程中出現(xiàn)了很多的問題的，但是通過請教同學、老師并且查找網(wǎng)上相關(guān)