數(shù)字鐘課程設計完整原理圖

1、課 程 設 計 報告題目 數(shù)字鐘-數(shù)電課程設計 2011-2012 第一學期 班 級 姓 名 學 號 指導教師 單 位 年 月 日前言20世紀末，電子技術獲得了飛速的發(fā)展，在其推動下，現(xiàn)代電子產(chǎn)品幾乎滲透了社會的各個領域，有力地推動了社會生產(chǎn)力的發(fā)展和社會信息化程度的提高，同時也使現(xiàn)代電子產(chǎn)品性能進一步提高，產(chǎn)品更新?lián)Q代的節(jié)奏也越來越快。 時間對人們來說總是那么寶貴，工作的忙碌性和繁雜性容易使人忘記當前的時間。忘記了要做的事情，當事情不是很重要的時候，這種遺忘無傷大雅。但是，一旦重要事情，一時的耽誤可能釀成大禍。例如，許多火災都是由于人們一時忘記了關閉煤氣或是忘記充電時間。尤其在醫(yī)院，每次護士

2、都會給病人作皮試，測試病人是否對藥物過敏。注射后，一般等待5分鐘，一旦超時，所作的皮試試驗就會無效。手表當然是一個好的選擇，但是，隨著接受皮試的人數(shù)增加，到底是哪個人的皮試到時間卻難以判斷。所以，要制作一個定時系統(tǒng)。隨時提醒這些容易忘記時間的人。 鐘表的數(shù)字化給人們生產(chǎn)生活帶來了極大的方便，而且大大地擴展了鐘表原先的報時功能。諸如定時自動報警、按時自動打鈴、時間程序自動控制、定時廣播、定時啟閉電路、定時開關烘箱、通斷動力設備，甚至各種定時電氣的自動啟用等，所有這些，都是以鐘表數(shù)字化為基礎的。因此，研究數(shù)字鐘及擴大其應用，有著非?，F(xiàn)實的意義。 目錄一、 設計目的- 3 -二、設計要求- 3 -2

3、.1設計指標- 3 -2.2設計要求- 3 -2.3制作要求- 3 -2.4編寫設計報告- 3 -三、各單元電路設計- 4 -3.1工作原理- 4 -3.2原理框圖- 4 -3.3振蕩器- 5 -由石英晶體振蕩器構(gòu)成的1HZ秒脈沖信號- 5 -3.4 時間計數(shù)器電路- 6 -秒計數(shù)器的設計- 6 -分計數(shù)器的設計- 7 -時計數(shù)器電路- 8 -3.5譯碼驅(qū)動及顯示單元的設計- 9 -3.6校時電路- 9 -3.7 整點報時電路- 10 -3.7.1 論證- 10 -3.7.2 實現(xiàn)- 10 -四、總電路設計- 12 -五、元件清單- 12 -六、課程設計體會- 13 -七、參考文獻- 14 -

4、一、 設計目的1、 熟悉集成電路的引腳安排；2、 掌握各芯片的邏輯功能及使用方法；3、 了解數(shù)字鐘的組成及工作原理；4、 熟悉數(shù)字鐘的設計與制作；5、 熟悉Protel99 SE軟件的操作；二、 設計要求 2.1設計指標時間以24小時為一個周期；能顯示時，分，秒；有校時功能，可以分別對時及分進行單獨校時，使其校正到標準時間；計時過程具有報時功能，當時間到達整點前10秒進行蜂鳴報時；為了保證計時的穩(wěn)定及準確須由晶體振蕩器提供表針時間基準信號。2.2設計要求畫出電路原理圖(或仿真電路圖)；元器件及參數(shù)選擇；2.3制作要求 自行裝配和調(diào)試，并能發(fā)現(xiàn)問題和解決問題；2.4編寫設計報告 寫出設計與制作的

5、全過程，附上有關資料和圖紙，有心得體會。三、 各單元電路設計3.1工作原理數(shù)字鐘是一個將“ 時”，“分”，“秒”顯示于人的視覺器官的計時裝置。它的計時周期為24小時，顯示滿刻度為23時59分59秒，另外應有校時功能和報時功能。因此，一個基本的數(shù)字鐘電路主要由譯碼顯示器、“時”，“分”，“秒”計數(shù)器、校時電路、報時電路和振蕩器組成。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、整點報時電路組成。秒信號產(chǎn)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)。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)送一

6、個“分脈沖”信號，該信號將作為“分計數(shù)器”的時鐘脈沖?！胺钟嫈?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”?！皶r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)由七段顯示譯碼器譯碼，通過六位LED七段顯示器顯示出來。整點報時電路時根據(jù)計時系統(tǒng)的輸出狀態(tài)產(chǎn)生一個脈沖信號，然后觸發(fā)音頻發(fā)生器實現(xiàn)報時。校時電路時用來對“時”、“分”顯示數(shù)字進行校對調(diào)整的。數(shù)字電子鐘由振蕩器、分頻器 計數(shù)器、譯碼顯示、報時等電路組成。其中振蕩器和分頻器組成標準秒信號發(fā)生器，由不同進制的計數(shù)器、譯碼器和顯示器組

7、成計時系統(tǒng)。秒信號送入計數(shù)器進行計數(shù)，把累加的結(jié)果 以時，、分，、秒的數(shù)字顯示出來。時顯示由24進制 計數(shù)器、譯碼器、顯示器構(gòu)成，分、秒顯示分別由60進 制計數(shù)器、譯碼器、顯示器構(gòu)成?？蛇M行整點報時，計時出 現(xiàn)誤差時，可以用校時電路校時、校分。3.2原理框圖時顯示器分顯示器秒顯示器秒譯碼器分譯碼器時譯碼器時計時器分計時器秒計時器校時電路校分電路分頻器振蕩器報時器1-1原理框圖3.3振蕩器振蕩器產(chǎn)生的時基信號通常頻率都很高，要使它成為能用過來計時的“秒”信號，需由分頻器來完成。分頻器的級數(shù)和每級的分頻次數(shù)要根據(jù)時基頻率來決定。例如，目前石英電子鐘多采用32768HZ的時標信號，將此信號經(jīng)過15級

8、即可得到周期為1S的“秒”信號。也可選用其他頻率的時基信號，確定好分頻次數(shù)后再選選擇合適的集成電路。由石英晶體振蕩器構(gòu)成的1HZ秒脈沖信號石英晶體振蕩器產(chǎn)生的32768Hz時標信號進行15分頻。選用14為二進制計數(shù)器分頻器CMOS集成電路cc4060，由它可以得到14分頻的信號。再將TTL集成電路74LS74雙D觸發(fā)器鐘的一個觸發(fā)器結(jié)成計數(shù)器型，完成第15級分頻，即可得到周期為1s的沖信號。振蕩器與分頻器連接電路和cc4060引腳排列下圖： 圖3-1cc4060引腳排列 圖3-2 cc4060組成的振蕩器與分頻器連接電路3.4 時間計數(shù)器電路時間計數(shù)器電路由秒個位和秒十位計數(shù)器，分個位和分十位

9、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)器均為60進制計數(shù)器，而根據(jù)設計要求，時個位和時十位計數(shù)器為24進制計數(shù)器。這些計數(shù)器電路都可以由中規(guī)模集成計數(shù)器74LS90來實現(xiàn)。秒計數(shù)器的設計 秒信號發(fā)生器是數(shù)字電子鐘的核心部分，它的精度和穩(wěn)定度決定了時信號發(fā)生器和分信號發(fā)生器的精度?！懊搿庇嫈?shù)器為60進制計數(shù)器。實現(xiàn)此100模數(shù)的計數(shù)器是由兩片中規(guī)模集成計數(shù)器74LS90構(gòu)成的。首先分別將兩片74LS90設置成10進制加法計數(shù)器。即將兩片的74LS90的置數(shù)端R0和R9都接地，將INA端接到QA端，以QD為進位輸出端，則構(gòu)成了10進制加法計數(shù)器。再將其中

10、一片74LS90計數(shù)器的進位輸出端QD接到另一片74LS90的進位輸入端INA端。如此，兩片計數(shù)器最大的即可實現(xiàn)100進制的計數(shù)器。接下來，利用74LS90的反饋置數(shù)的方法實現(xiàn)60進制。74LS90屬于異步置數(shù)，所以計數(shù)器輸出“2QD2QC2QB2QA、1QD1QC1QB1QA=0110、0000”時，通過置數(shù)脈沖使計數(shù)器清零，也就是此時QB，QC發(fā)出置數(shù)脈沖送至清零端R0，則R0使計數(shù)器清零?！懊搿庇嫈?shù)器電路圖如圖所示。圖3-3 秒計數(shù)器電路分計數(shù)器的設計“分”計數(shù)器也是60進制計數(shù)器。同“秒”計數(shù)器一樣是由兩片中規(guī)模集成計數(shù)器74LS90構(gòu)成。將兩片74LS90按同秒計數(shù)器的方法先接成10

11、進制加法計數(shù)器，再按“秒”計數(shù)器電路的方法連接就可實現(xiàn)100進制的計數(shù)器。再用同“秒”計數(shù)器的方法實現(xiàn)60進制。其電路圖同“秒”計數(shù)器電路圖。如下圖所示。圖3-4 分計數(shù)器電路時計數(shù)器電路時計數(shù)器是24進制計數(shù)器。實現(xiàn)此模數(shù)的計數(shù)器也是由兩片中規(guī)模集成計數(shù)器74LS90構(gòu)成。同“分”、“秒”計數(shù)器一樣，先將兩片計數(shù)器74LS90連接成24進制的加法計數(shù)器，再把兩片計數(shù)器74LS90用“秒”計數(shù)器的方法接成可實現(xiàn)100進制的計數(shù)器。當計數(shù)器狀態(tài)為“2QD2QC2QB2QA、1QD1QC1QB1QA=0010、0100”時，要求計數(shù)器歸零。通過2QB、1QC送出的置數(shù)脈沖使兩片計數(shù)器74LS90同

12、時清零，這樣就構(gòu)成了24進制計數(shù)器?！皶r”計數(shù)器電路圖如圖所示。圖3-5 時計數(shù)器電路 3.5譯碼驅(qū)動及顯示單元的設計計數(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(zhuǎn)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(qū)動器，4511驅(qū)動顯示電路連接圖如下圖所示。圖3-6 譯碼顯示電路3.6校時電路校時電路是數(shù)字電路不可缺少的部分，每當數(shù)字鐘與時間不符時我們都要進行校時。S1、S2分別是時校時和分校時開關，不校時時S1、S2是閉合的。當校正時位時需要把S1開關打開，然后用手撥動S3開

13、關，來回撥動一次就能使時位增加1，可以根據(jù)需要來撥動開關次數(shù)，校正完畢后把S1開關閉上。校正分時和校正時的方法一樣。其電路圖如下：圖3-7校時電路3.7 整點報時電路 論證 整點報時是最基本的功能之一。此電路要求每當“分”和“秒”計數(shù)器計到59分50秒時，使自動驅(qū)動音響電路，在10s內(nèi)自動發(fā)出5次響聲。要求每隔1s響一次，每次持續(xù)時間為1s，共響5次，并且前4次為低音，最后一響為高音，此時計數(shù)器正好為整點（“0”分“0”秒）。 實現(xiàn)整點報時電路見下圖，包括控制電路和音響電路兩部分。圖3-8報時電路第一部分為控制門電路部分。當“分”和“秒”計數(shù)器到59分50秒時，從59分50秒到59分59秒之間

14、，只有“秒”個位在計數(shù)，而“秒”的十位，“分”的個位，“分”的十位中C=Qc4=Qa4=Qd3=Qa3=Qc2=Qa2=1不變。將它們相與，即C=Qc4Qa4Qd3Qa3Qc2Qa2作為控制信號，去控制門U3A和門U4A。在每小時的最后10s內(nèi)C=1。門U3A輸入端加有頻率2084Hz的信號B（可取自分頻器CC4060的Q4端），同時又受Qd1和Qa1的控制，即C 在59s時，Qd1Qa1=1，門U4A被關閉，門U3A打開，B信號通過們U3A；門U4A輸入端加有頻率1024Hz的信號A（可取自分頻率CC4060的Q5端），同時又受非Qd1和Qa1的控制，即C在51s、53s、57s時，非Qd1

15、Qa1C=1，門U3A被關閉，門U4A打開，4信號通過門U4A.則Z=Qd1Qa1CB+非Qd1Qa1CA，即可實現(xiàn)前四響為1024Hz的低聲，后一響為2048Hz的高音，最后一響完畢正好整點。第二部分為音響電路部分。該電路選用射及跟隨器，推動揚聲器發(fā)生。三極管選用高頻小功率3DG4，三極管基極串聯(lián)2k限流電阻是為了防止電流過大燒壞揚聲器。報時所需的2048Hz和1024Hz音頻信號，分別取自音頻電路。四、 總電路設計圖4-1總電路圖設計五、 元件清單多功能數(shù)字鐘主體電路元器件清單序號元器件名稱規(guī)格型號數(shù)量1適應晶體振蕩器3276Hz12十進制計數(shù)器CC451833共陰極七段譯碼驅(qū)動器CC45

16、1164四2輸入與非門74LS9065非門DM74LS0446雙4輸入與非門74LS202714為二進制計數(shù)器/分頻器和振蕩器CC406018雙D邊沿觸發(fā)器74LS7419數(shù)碼管DPY_7-SEG_DP610三極管3DG4111電阻10k32k1100k12004212揚聲器Speaker113開關Sw-SPDT314電容CPA 100PF1CAPVAR 20PF1六、 課程設計體會做了一周的設計，終于可以把結(jié)果展示了出來。我想我也該整理我的思緒，把總結(jié)寫出來了。通過這次對數(shù)字鐘的設計與制作，讓我了解了設計電路的程序，對數(shù)字電路又有了進一步的認識，溫習了以前學的知識，就像人們所說的溫故而知新吧！也讓我了解了關于數(shù)字鐘的原理與設計理念， 通過這次學習，讓我對各種電路都有了大概的了解，熟悉了Protel99