電子數(shù)字鐘的設計與制作

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上 電子數(shù)字鐘的設計與制作學院（系）： 專業(yè)班級 ：姓名 :學號 ：指導教師 ：設計日期 ：模擬電子技術基礎課程設計任務書自動化、電氣工程及其自動化適用設計題目（可自選）八、電子數(shù)字鐘的設計與制作要求：（1）帶穩(wěn)壓電源（電源形式不限）；（2）用LED管顯示時、分、秒；（3）（選做）增加部分擴展功能(如準點報時、定時鬧鐘等)；目錄1 附課程任務設計書-12 系統(tǒng)概述2.1 數(shù)字鐘的基本原理-32.2 原理圖-33 單元電路設計與分析3.1 振蕩器電路-43.2 秒計數(shù)和分計數(shù)電路-53.3 時計數(shù)電路-63.4 顯示電路-73.5 校時電路-83.6整點報時電路-93.7

2、 定時鬧鐘電路-104 系統(tǒng)電路總圖-4.1不帶定時鬧鐘的設計圖（手繪）4.2帶定時鬧鐘的總設計圖（打印版）-5 設計總結-13附錄 （元器件種類及數(shù)量）-14參考文獻-152.1 數(shù)字鐘的基本原理 數(shù)字電子鐘主要由信號發(fā)生器、“時、分、秒”計數(shù)器、LED數(shù)碼管、校時電路等組成，有些附帶了整點報時、定時鬧鐘等功能。工作原理為時鐘源(振蕩器)用以產生穩(wěn)定的脈沖信號，作為數(shù)字時鐘的時間基準，要求振蕩頻率為1HZ，為標準秒脈沖。將標準秒脈沖信號送入“秒計數(shù)器”，該計數(shù)器采用60進制計數(shù)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(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

3、60分，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進制計數(shù)器，可以實現(xiàn)24小時的累計。LED數(shù)碼管將“時、分、秒”計數(shù)器的輸出狀態(tài)顯示。校時電路是來對“時、分”顯示數(shù)字進行校對調整。附帶功能如整點報時功能能夠在時鐘接近整點時鳴叫提醒，定時鬧鐘可以實現(xiàn)時鐘在設定時刻鳴叫報時提醒等2.2 原理框圖秒LED數(shù)碼管分LED數(shù)碼管時LED數(shù)碼管時計數(shù)電路秒計數(shù)電路分計數(shù)電路時校時電路秒脈沖發(fā)生電路定時鬧鐘電路定時顯示器電路整點報時電路 圖13.1 振蕩器電路 多諧振蕩器是一種能產生矩形波的自激振蕩器，也稱矩形波發(fā)生器?！岸嘀C”指矩形波中除了基波成分外，還含有豐富的高次諧波成

4、分。多諧振蕩器沒有穩(wěn)態(tài)，只有兩個暫穩(wěn)態(tài)。在工作時，電路的狀態(tài)在這兩個暫穩(wěn)態(tài)之間自動地交替變換，由此產生矩形波脈沖信號，常用作脈沖信號源及時序電路中的時鐘信號。要求精確的時鐘源是通過石英晶體振蕩器還有分頻器構成，考慮到設計難易成度，本電路采用555定時器（LM555CN）實現(xiàn)多諧振蕩，需要R1，R2和電容，并接+5V的直流電源。 圖2振蕩周期：T=0.69(R1+2R2)C其中當R1=5K，R2=4.7K，C=100uF時，T=0.9936s3.2秒和分計數(shù)電路“秒”計數(shù)器電路與“分”計數(shù)器電路都是六十進制，它由一級十進制計數(shù)器和一級六進制計數(shù)器連接構成，如圖3所示，是采用兩片中規(guī)模集成電路74

5、LS90N串接起來構成的“秒”，“分”計數(shù)器。圖3由圖3可知，U1是十進制計數(shù)器，U1的QD作為十進制的進位信號，74LS90N計數(shù)器是十進制異步計數(shù)器，用反饋清零法來實現(xiàn)十進制計數(shù)，U2和與門74LS08N組成六進制計數(shù)。74LS90N是在CP信號的下降沿觸發(fā)下進行計數(shù)，U2的QA和QC相與0101的下降沿，作為“分（時）”計數(shù)器的輸入信號。U2的輸出0110高電平1分別送到計數(shù)器的R01、R02端清零，74LS90N內部的R01、R02與非后清零而使計數(shù)器歸零，完成六進制計數(shù)。由此可見，U1和U2串接實現(xiàn)了六十進制計數(shù)。分計數(shù)器和秒計數(shù)器構成情況相同，同為上述電路。3.3 時計數(shù)電路“時”

6、計數(shù)為24進制的，在本設計中24進制的計數(shù)電路也是由兩個74LS90N組成的二十四進制計數(shù)電路，如圖4所示。圖4 由圖4看出，當“時”個位U5計數(shù)器輸入端A（14腳）來到第10觸發(fā)信號時，U5計數(shù)器清零，進位端QD向U6“時”十位計數(shù)器輸入進位信號，當?shù)?4個“時”（來自“分”計數(shù)器輸出的進位信號脈沖到達時U5計數(shù)器的狀態(tài)位“0100”，U6計數(shù)器的狀態(tài)為“0010”，此時“時”個位計數(shù)器的QC,和“時”十位計數(shù)器的QB輸出都為“1”，相與后為“1”。把它們分別送入U5和U6計數(shù)器的清零端R01和R02，通過74LS90N內部的與非后清零，計數(shù)器復零，從而完成二十四進制計數(shù)。3.4顯示器用七段

7、發(fā)光二極管來顯示譯碼器輸出的數(shù)字，顯示器有兩種：共陰極和共陽極顯示器。譯碼器（BCD_7SEG_DCD）譯碼的是高電平，所以對應的顯示器應為共陰極顯示器?？紤]復雜成度，在本設計中用的是解碼七段排列顯示器(DCD HFX)，即包含譯碼器的七段顯示器。其圖形管腳如下圖5所示：圖5U2是一個解碼七段排列顯示器，由1、2、3、4腳輸入二進制數(shù)，就可顯示數(shù)字；而U3是個譯碼器，和未解碼的七段顯示管U1也可以構成顯示器，連接如上面所示。3.5校時電路當剛接通電源或計時出現(xiàn)誤差時，都需要對時間進行校正。校時電路實現(xiàn)對“時”“分”的校準。在電路中設有正常計時和校對位置。對校時的要求是，在小時校正時不影響分和秒

8、的正常計數(shù)，在分校正是不影響秒和小時的正常計數(shù)，而且應該具有手動校時和快速校時的功能。校正電路如下圖6所示：VCC 圖6異或門7486N是為了保證調整小時或分時，電路其他部分還可以正常計數(shù)。開關J2是手動一次次斷開和閉合來校準小時的（此時其他開關處于閉合狀態(tài)；開關J2斷開時，J4斷開可以實現(xiàn)快速校準小時（此時J1和J3閉合）。開關J1是手動一次次斷開和閉合來校準分的（此時其他開關處于閉合狀態(tài)）；同樣，開關J1斷開時，J4斷開可以實現(xiàn)快速校準分（此時J2和J3處于閉合）。3.6整點報時電路數(shù)字鐘整點報時也是基本的擴展功能之一。在本設計電中路采用離整點前10秒鐘內開始整點報時，即當時間在59分51

9、秒到59分59秒期間時，報時電路報時控制信號每隔1秒鐘鳴叫一次，每次持續(xù)時間為1秒，共響5次，音頻為200HZ。整點報時電路的電路設計原理圖如圖7所示： 圖7與非門1、2端分別接分顯示器十分位的3和1端，當顯示為5（“0101”）輸出，與非門3、4端接分顯示器個位的4和1端，當顯示9（“1001”）輸出；與非門5和6端接秒顯示器十分位的3和1段，當顯示為5輸出，與非門7端接秒顯示器個位的1端，實現(xiàn)出現(xiàn)“xxx1”時輸出，即每隔兩秒輸出一次;與非門8端接VCC。再通過反相器緩沖，與蜂鳴器相連，實現(xiàn)了整點報時功能。3.7定時鬧鐘電路 定時器定時時間的設定，可用開關分別置入0或1，就可以在其輸入端得

10、到對應的0或1，就可以再其輸出端得到對應的0或1。然后與數(shù)字鐘的輸出端用或非門、與非門、非門和與門組成比較電路，當定時器數(shù)值與時鐘的值一致時便可觸動蜂鳴器使之報時。部分定時鬧鐘電路如圖8所示： 圖8在總設計圖中，定時鬧鐘增加了定時顯示器，開關J7斷開和閉合是用來設置小時的，開關J8斷開和閉合是用來設置分的。圖中每一個同或門（ENOR2）的兩個輸入端，分別接時分電路顯示器與定時顯示器的相同端口，目的是實現(xiàn)相同比較，然后輸出，最后達到整體定時與時鐘時間相同，實現(xiàn)定時報時功能。4 系統(tǒng)電路總圖及調試帶定時鬧鐘的完整版5 設計總結通過這次對數(shù)字電子鐘的設計與制作，讓我了解了電路設計的基本步驟，也讓我了

11、解了關于數(shù)字時鐘的原理與設計理念，對Mulsitim 10.0仿真軟件也有了一定的了解與運用。由于水平有限，在本設計中所用的方案不是最好的，但我想其中的原理是相同的，對自己的能力也得到了鍛煉，認識更加深入了。通過本次設計，使我對已學過的電路、模電、數(shù)電等電子技術的知識有了更深一步的了解，讓我更加深刻地了解和認識到了自己的優(yōu)點和不足，鍛煉和培養(yǎng)了自己利用已學知識來分析和解決實際問題的能力。 其實，這只是電路設計，在實際成品制作過程中并不一定和仿真時完全一樣，因為仿真是理想的參數(shù)，而實際電路器件參數(shù)也不一樣，所以要是按電路圖設計制作時還應該考慮實際。最后，我要衷心的感謝李老師的指導，使我的課程設計能夠順利完成。參考文獻教 材： 高吉祥主編：電子技術基礎實驗與課程設計，電子工業(yè)出版社，2002年出版。 參考書：彭介華主編：電子技術課程設計指導，高等教育出版社，2002陳大欽主編：電子技術基礎實驗電子電路實驗、設計、仿真，高等教 出 社，2002年出