數電課程設計數字鐘的設計與制作

1、題目名稱：數字鐘的設計與制作姓 名：班 級：電氣N101學 號：日 期： 2013/1/1電子技術與數字邏輯課程設計任務書一設計分組：兩人一組二時間安排：1周，進度要求如下序號設計內容所用時間1布置任務及調研，原理圖設計（仿真選做）2天（30%）2方案確定，制作與調試2天（50%）3撰寫設計報告書，答辯1天（20%）合 計5天三設計要求對本次課程設計題目-數字鐘的設計與制作（一）設計指標：1.顯示時、分、秒。.采用24小時制。2.具有校時功能，可以對小時和分單獨校時，對分校時的時候，停止分向小時進位。校時時鐘源可以手動輸入或借用電路中的時鐘。3.為了保證計時準確、穩(wěn)定，由晶體振蕩器提供標準時間

2、的基準信號。（二）具體要求：1.畫出總體設計框圖，以說明數字鐘由哪些相對獨立的功能模塊組成，標出各個模塊之間互相聯系，時鐘信號傳輸路徑、方向和頻率變化。并以文字對原理作輔助說明。2.設計各個功能模塊的電路圖，加上原理說明。3.選擇合適的元器件，設計、選擇合適的輸入信號和輸出方式，在確保電路正確性同時，輸入信號和輸出方式要便于電路的測試和故障排除。在線路板上接線驗證、調試各個功能模塊的電路。4.在驗證各個功能模塊基礎上，對整個電路的元器件和布線，進行合理布局，進行整個數字鐘電路的接線調試。（三）制作要求： 自行裝配、接線和調試，并能檢查和發(fā)現問題，根據原理、現象和測量的數據分析問題所在，加以解決

3、。學生要解決的問題包括元器件和電路板故障引起的問題。（四）實驗儀器、工具：1. 共陰八段數碼管/計數器/譯碼驅動集成電路。2. 導線/電阻/電容/石英晶體等四設計流程：1布置任務及查資料。2初步確定設計方案并進行必要計算，畫出總體設計框圖。3標出各個模塊之間互相聯系，時鐘信號傳輸路徑等，畫出總體原理圖，芯片連接總圖。4. 數字系統(tǒng)的制作與調試后，功能驗證。5. 編寫設計說明書，答辯。五設計論文要求：（一） 格式要求：（見附錄）（二）內容要求： 說明設計題目。 設計指標要求。 畫出設計的原理框圖，并要求說明該框圖的工作過程及每個模塊的功能。 畫出各功能模塊的電路圖，加上原理說明（如10進制到6進

4、制轉換的原理，個位到十位的進位信號選擇和變換等）。畫出總布局接線圖（集成塊按實際布局位置畫，關鍵的連接單獨應畫出，計數器到譯碼器的數據線、譯碼器到數碼管的數據線可以簡化畫法，但集成塊的引腳須按實際位置畫，并注明名稱。）描述設計制作的數字鐘及其運行結果。總結：設計過程中遇到的問題及解決辦法；課程設計中的心得體會；對課程設計內容、方式、要求等各方面的建議。元器件清單。摘要本次課程設計的主題是數字電子鐘。干電路系統(tǒng)由秒信號發(fā)生器、“時、分、秒”計數器、顯示器、整點報時電路組成。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，這里用多諧振蕩器加分頻器來實現。將標準秒信號送入“秒計數器”，“

5、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”。“時計數器”采用24進制計時器，可實現對一天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。整點報時電路時根據計時系統(tǒng)的輸出狀態(tài)產生一脈沖信號，然后去觸發(fā)一音頻發(fā)生器實現報時。目錄綜述11、方案設計與選擇12、原理設計和功能描述22.1數字計時器的設計思想22.2數字電子鐘總體框架圖22.3單元電路的設計3振蕩器電路

6、3時間計數器電路3數碼管4校時控制電路42.3.5數字電子鐘原理效果圖52.4元器件清單63、數字電子鐘仿真效果圖64、總結與體會75、參考文獻7綜述隨著科技的快速發(fā)展，數字電子鐘在實際生活中的應用越來越廣泛，小到普通的電子表，大到航天器等高科技電子產品中的計時設備。數字鐘是一個將“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，另外應有整點報時附加功能。因此，一個基本的數字鐘電路主要由譯碼顯示器、“時”，“分”，“秒”計數器、報時電路和振蕩器組成。作為自動化的一名學生掌握并能夠獨立自主設計一個數字電子鐘是必要和必須的，既可以加深對課本

7、上理論知識的理解又能鍛煉自己的思考和解決問題的能力。于是，在老師和學校的號召下，經過查閱許多相關書籍和瀏覽許多網絡資源，我做了這款簡單數字電子鐘的設計。1方案設計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：脈沖信號源的選擇。用模電課程設計做的方波發(fā)生器，信號發(fā)生器，脈沖芯片等方式都可以作為脈沖信號源，在此我選擇的是方波發(fā)生器，主要考慮的是它的易于制作和很好的穩(wěn)定性，更重要的是不用分頻，。方案二：1時分秒計數器的選擇。時分秒計數器的選擇同樣有多種，74LS160和74LS161, 74LS190和74LS191等等都可以，考慮到其簡單易用和

8、作為課本上重點內容在此我們選擇的是74LS161。方案三：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要想構成數字鐘，首先應選擇一個脈沖源能自動地產生穩(wěn)定的標準時間脈沖信號。使用方波發(fā)生器，頻率就能達到1Hz，無需再使用分頻器。經過方波發(fā)生器輸出的秒脈沖信號到計數器中進行計數。由于計時的規(guī)律是：60秒=1分，60分=1小時，24小時=1天，就需要分別設計60進制，24進制計數器，并發(fā)出驅動信號。各計數器輸出信號經譯碼器、驅動器到數字顯示器，是“時”、“分”、“秒”得以數

9、字顯示出來。2.2數字電子鐘總體框架圖時個位時十位顯示秒個位秒十位分個位分十位譯碼驅動譯碼驅動譯碼驅動譯碼驅動譯碼驅動譯碼驅動個位計數十位計數十位計數個位計數十位計數個位計數校時控制電路校時控制電路方波發(fā)生器圖2-22.3單元電路的設計2振蕩器電路晶體振蕩器是電子鐘的核心，晶體振蕩器設計的質量直接影響了整個電的好壞。這里我用方波發(fā)生器制作了一個振蕩器。其中Cf=1uf, Rf=1k, R1=R2=1k,則F=0.002/2Rf*Cf *Ln(1+2R1/R1 )1Hz如圖：圖2-3-12.3.2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

10、，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，其原理圖如下：3圖2-3-22.3.3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2-3-32.3.4 校時控制電路在剛接通電源或者時鐘走時出現誤差時，則需要進行時間的校準。調節(jié)開關J2,J3分別對時、分單獨計數，計數脈沖由單次脈沖或聯系脈沖輸入。校時電路由兩個方波發(fā)生器和二個開關組成，實現時、分的校準。4圖2-3-42.3.5數字電子鐘原理效果圖圖2-3-552.4元器件清單元件名

11、稱數量(個)DCD_HEX74LS16174LS0474LS001k電阻5V直流電源接地1uF電容放大器導線661291133若干表2-43、數字電子鐘仿真下圖為仿真結果，仿真開始時，方波發(fā)生器產生1Hz的脈沖信號。計數器接收到脈沖信號后開始計數，計數結果顯示在數碼管上。當秒計數器達到59秒，然后來一個脈沖信號使分計數器進位，當分計數器達到59分，然后再來一個脈沖信號使時計數器進位，當時計數器達到24時，清零。下面為其中的一張仿真圖。6圖3-1課程設計體會我很喜歡模電數電，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

12、西出來了。可是當真正開始做的時候卻發(fā)現不知從何下手，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。首先，我想最重要的就是讓我明白了理論和實踐的關系。二、學會了如何使用Multisim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。參考文獻1