數(shù)字電子鐘課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、電 子 技 術(shù) 課 程 設(shè) 計(jì) 報(bào) 告 書題 目 數(shù)字電子鐘設(shè)計(jì) 專業(yè)班級 學(xué)號 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 2012年 11 月 15 日數(shù)字電子鐘課程設(shè)計(jì) 一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 （1）設(shè)計(jì)一個(gè)有“時(shí)”、“分”、“秒”（23小時(shí)59分59秒）顯示，且有校時(shí)功能的電子鐘。（2）用中小規(guī)模集成電路組成電子鐘，并在實(shí)驗(yàn)箱上進(jìn)行組裝、調(diào)試。（3）畫出框圖和邏輯電路圖，寫出設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)總結(jié)報(bào)告。（5）整點(diǎn)報(bào)時(shí)（選作）。在59分51秒、53秒、55秒、57秒輸出500Hz音頻信號，在59分59秒時(shí)輸出1000Hz信號，音頻持續(xù)1s，在1000Hz熒屏結(jié)束時(shí)刻為整點(diǎn)。二、方案設(shè)計(jì)與論證方案一：采用實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片。實(shí)時(shí)時(shí)

2、鐘芯片具備年、月、日、時(shí)、分、秒計(jì)時(shí)功能和多點(diǎn)定時(shí)功能，計(jì)時(shí)數(shù)據(jù)的更新每秒自動進(jìn)行一次，但需要通過程序讀取。計(jì)算機(jī)可通過中斷或查詢方式讀取計(jì)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示 。此外，實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片多數(shù)帶有鋰電池做后備電源，具備永不停止的計(jì)時(shí)功能；具有可編程方波輸出功能，可用做實(shí)時(shí)測控系統(tǒng)的采樣信號等；有的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片內(nèi)部還帶有非易失性RAM，可用來存放需長期保存但有時(shí)也需變更的數(shù)據(jù)。由于功能完善，精度高，軟件程序設(shè)計(jì)相對簡單，且計(jì)時(shí)不占用CPU時(shí)間，因此，在工業(yè)實(shí)時(shí)測控系統(tǒng)中多采用這一類專用芯片來實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)時(shí)鐘功能。方案二：采用計(jì)數(shù)器芯片，在要求不是很精確的條件下可以利用計(jì)數(shù)器芯片搭建一個(gè)簡單的時(shí)鐘電路。電路一般包

3、括以下幾個(gè)部分：振蕩器、分頻器、譯碼顯示電路、時(shí)分秒計(jì)數(shù)器、校時(shí)電路、報(bào)時(shí)電路。對于各個(gè)部分而言 數(shù)字鐘計(jì)時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)信號應(yīng)該是頻率相當(dāng)穩(wěn)定的1HZ秒脈沖，所以要設(shè)置 時(shí)間源。 數(shù)字鐘計(jì)時(shí)周期是24小時(shí)，因此必須設(shè)置24小時(shí)計(jì)數(shù)器，他應(yīng)由模為60的秒計(jì)數(shù)器和分計(jì)數(shù)器及模為24的時(shí)計(jì)數(shù)器組成，秒、分、時(shí)由七段數(shù)碼管顯示。 為使數(shù)字鐘走時(shí)與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間一致，校時(shí)電路是必不可少的。設(shè)計(jì)中采用開關(guān)控制校時(shí)直接用秒脈沖先后對“時(shí)”“分”“秒”計(jì)數(shù)器進(jìn)行校時(shí)操作。 本課程設(shè)計(jì)主要目的是加深對模數(shù)電課本知識的理解，基于對以上兩種方案的分析，且在精度要求不高的情況下，故選擇方案二。 三、單元電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算1.振蕩

4、器 石英晶體振蕩器的特點(diǎn)是振蕩頻率準(zhǔn)確、電路結(jié)構(gòu)簡單、頻率易調(diào)整。它還具有壓電效應(yīng)，在晶體某一方向加一電場，則在與此垂直的方向產(chǎn)生機(jī)械振動，有了機(jī)械振動，就會在相應(yīng)的垂直面上產(chǎn)生電場，從而機(jī)械振動和電場互為因果，這種循環(huán)過程一直持續(xù)到晶體的機(jī)械強(qiáng)度限止時(shí)，才達(dá)到最后穩(wěn)定。這用壓電諧振的頻率即為晶體振蕩器的固有頻率。一般來說，般來說，振蕩器的頻率越高，計(jì)時(shí)精度越高，但耗電量將增大。如果精度要求不高也可以采用由集成電路定時(shí)器555與RC組成的多諧振蕩器。如圖所示。設(shè)振蕩頻率f=1KHz，R為可調(diào)電阻，微調(diào)R1可以調(diào)出1KHz輸出。2.分頻器 由于振蕩器產(chǎn)生的頻率很高，要得到秒脈沖需要分頻，本實(shí)驗(yàn)采

5、用一片74LS90和兩片74LS160實(shí)現(xiàn)，得到需要的秒脈沖信號。3.計(jì)數(shù)器 秒脈沖信號經(jīng)過計(jì)數(shù)器，分別得到“秒”個(gè)位、十位、“分”個(gè)位、十位以及“時(shí)”個(gè)位、十位的計(jì)時(shí)?！懊搿薄胺帧庇?jì)數(shù)器為六十進(jìn)制，小時(shí)為二十四進(jìn)制。（1）六十進(jìn)制計(jì)數(shù)由分頻器來的秒脈沖信號，首先送到“秒”計(jì)數(shù)器進(jìn)行累加計(jì)數(shù)，秒計(jì)數(shù)器應(yīng)完成一分鐘之內(nèi)秒數(shù)目的累加，并達(dá)到60秒時(shí)產(chǎn)生一個(gè)進(jìn)位信號。本作品選用一片74LS161和一片74LS160采取同步置數(shù)的方式組成六十進(jìn)制的計(jì)數(shù)器。（2）二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)“24翻1”小時(shí)計(jì)數(shù)器按照“00010222230001”規(guī)律計(jì)數(shù)。與生活中計(jì)數(shù)規(guī)律相同。二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)同樣選用74LS161和

6、74LS160計(jì)數(shù)芯片。但清零方式采用的是異步清零方式。4譯碼器譯碼是指把給定的代碼進(jìn)行翻譯的過程。計(jì)數(shù)器采用的碼制不同，譯碼電路也不同。74LS48驅(qū)動器是與8421BCD編碼計(jì)數(shù)器配合用的七段譯碼驅(qū)動器。74LS48配有燈測試LT、動態(tài)滅燈輸入RBI，滅燈輸入/動態(tài)滅燈輸出BI/RBO,當(dāng)LT=0時(shí)，74LS48出去全1。5顯示器本系統(tǒng)用七段發(fā)光二極管來顯示譯碼器輸出的數(shù)字，顯示器有兩種：共陽極顯示器或共陰極顯示器。74LS48譯碼器對應(yīng)的顯示器是共陰極顯示器。6校時(shí)電路當(dāng)數(shù)字鐘走時(shí)出現(xiàn)誤差時(shí)，需要校正時(shí)間。校時(shí)電路實(shí)現(xiàn)對“時(shí)”“分”“秒”的校準(zhǔn)。在電路中設(shè)有正常計(jì)時(shí)和校對位置。本實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)

7、“時(shí)”“分”的校對。對校時(shí)的要求是，在小時(shí)校正時(shí)不影響分和秒的正常計(jì)數(shù)；在分校正時(shí)不影響秒和小時(shí)的正常計(jì)數(shù)。需要注意的時(shí)，校時(shí)電路是由與非門構(gòu)成的組合邏輯電路，開關(guān)S1或S2為“0”或“1”時(shí)，可能會產(chǎn)生抖動，為防止這一情況的發(fā)生我們接入一個(gè)由RS觸發(fā)器組成的防抖動電路來控制。 校時(shí)開關(guān)功能表S1S2功能11計(jì)數(shù)01校分10校時(shí)7.電源本作品芯片均采用TTL電平，故選用7805穩(wěn)壓芯片進(jìn)行供電，其輸入電壓: 740 V ；輸出電壓:4.85V5.00V5.15V (最小值-典型值-最大值) ；壓差：22.5V（典型值最大值）；靜態(tài)電流：3.98mA（典型值最大值）8.功能擴(kuò)展電路整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路整

8、點(diǎn)報(bào)時(shí)電路的功能要求是，每當(dāng)數(shù)字鐘計(jì)時(shí)快要到整點(diǎn)時(shí)發(fā)出聲響，通常按照4低音1高音的順序發(fā)出間斷聲響，以最后一聲高音結(jié)束的時(shí)刻為整點(diǎn)時(shí)刻。 設(shè)4聲低音（約500Hz）分別發(fā)生在59分51秒、53秒、55秒及57秒，最后一聲高音（約1KHz）發(fā)生在59分59秒，它們的持續(xù)時(shí)間均為1秒。CP（秒）Q3S1Q2S1Q1S1Q0S1功能500000510001鳴低音520010停530011鳴低音540100停550101鳴低音560110停570111鳴低音581000低591001鳴高音000000停四、總原理圖及元器件清單1總原理圖 1元件清單元件序號型號主要參數(shù)數(shù)量備注 74LS1603十進(jìn)制計(jì)

9、數(shù)器 74LS1613四二進(jìn)制計(jì)數(shù)器 74LS486譯碼器74LS005四二輸入與非門74LS041六反相器74LS201四輸入與非門74LS901二五十進(jìn)制計(jì)數(shù)器NE5551七段共陰數(shù)碼管67805芯片1紅色發(fā)光LED4自鎖開關(guān)4按鍵開關(guān)4電阻、電容、導(dǎo)線若干五、安裝與調(diào)試由圖所示的數(shù)字中系統(tǒng)組成框圖按照信號的流向分級安裝，逐級級聯(lián)。這里的每一級是指組成數(shù)字中的各個(gè)功能電路。級聯(lián)時(shí)如果出現(xiàn)時(shí)序配合不同步，或劍鋒脈沖干擾，引起的邏輯混亂，可以增加多級邏輯門來延時(shí)。如果顯示字符變化很快，模糊不清，可能是由于電源電流的跳變引起的，可在集成電路器件的電源端Vcc加退藕濾波電容。通常用幾十微法的大電容

10、與0.01F的小電容相并聯(lián)。六、性能測試與分析 經(jīng)指導(dǎo)老師的測試，本小組的作品達(dá)到了課題要求，成功完成了24小時(shí)制顯示、校時(shí)功能和整點(diǎn)報(bào)時(shí)功能。但因在校時(shí)時(shí)需進(jìn)行開關(guān)選擇，偶爾會因?yàn)橐恍┎欢ㄒ蛩貙?dǎo)致數(shù)碼管顯示不正常。此時(shí)按下復(fù)位鍵重新校時(shí)就可以了。七、結(jié)論與心得兩周課程設(shè)計(jì)結(jié)束了?？粗约涸O(shè)計(jì)、連線、調(diào)試成功的數(shù)字電子鐘，很有成就感。真的很有收獲，體會到了什么是學(xué)以致用，理論與實(shí)踐的差別到底有多大。以前上課都是上一些最基本的東西而現(xiàn)在卻可以將以前學(xué)的東西做出有實(shí)際價(jià)值的東西。在這個(gè)過程中，我的確學(xué)得到很多在書本上學(xué)不到的東西，如：怎么設(shè)計(jì)一個(gè)六十、十二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，如何實(shí)現(xiàn)校時(shí)的防抖動等等。但也

11、遇到了不少的挫折。在學(xué)習(xí)中的小問題在課堂上不可能犯，在動手的過程中卻很有可能犯。特別是在接電路時(shí)，一不小心就會犯錯(cuò)，而且很不容易檢查出來。在調(diào)試主板電路時(shí)，十位不進(jìn)位，檢查電路，以為沒有什么問題，后來一步一步的檢查，發(fā)現(xiàn)總的地線沒接，接上總的地線，一切正常。第二，我們的校時(shí)電路連接正確，可是每次校時(shí)，開關(guān)S1或S2為“0”或“1”時(shí)，會產(chǎn)生抖動，無法正常校時(shí)。針對這兩個(gè)問題，我們進(jìn)行了分析，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為實(shí)際的操作。我們在+5V電壓和地線之間分別加了兩個(gè)電容，通過濾波，選擇我們需要的1Hz脈沖信號。對于無法正常校時(shí)的問題，在設(shè)計(jì)中接入一個(gè)由RS觸發(fā)器組成的防抖動電路來控制校時(shí)。把時(shí)間調(diào)59分，等59分51秒、53秒、55秒及57秒都發(fā)出4聲低音，最后一聲高音發(fā)生在59分59秒。，持續(xù)時(shí)間都是一秒鐘。數(shù)字電子鐘已經(jīng)成功完成了。經(jīng)過本次的課程設(shè)計(jì)我的動手能力又有了進(jìn)一步的提高，我感到十分的高興。同時(shí)學(xué)到了課本上沒有的東西，也鍛煉了自己獨(dú)立解決問題的能力。這在以后的學(xué)習(xí)和生活中會有很大的用處。但是我還有不足，按照電路連接實(shí)物時(shí)，器件的擺放不夠科學(xué)，最終導(dǎo)致了，只有自己能看懂電路的走向。不過我會在以后的學(xué)習(xí)中逐步提高，做一個(gè)動手能力強(qiáng)的大學(xué)生。十分感謝機(jī)電學(xué)院給我們提供這么好的機(jī)會，讓我們把學(xué)到的知識應(yīng)用到實(shí)踐中，同時(shí)謝謝王洪艷老師的耐心指導(dǎo)。八、參考文獻(xiàn)【1】楊