湖南工程學(xué)院數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)(多功能數(shù)字鐘)

1、湖南工程學(xué)院課 程 設(shè) 計(jì) 課程名稱 電子技術(shù) 課題名稱 多功能數(shù)字鐘 專 業(yè) 2012年 12月 3日湖南工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 課程名稱： 電子技術(shù) 題 目： 多功能數(shù)字鐘 專業(yè)班級： 學(xué)生姓名： 學(xué)號： 指導(dǎo)老師 ： 審 批： 任務(wù)書下達(dá)日期 2012年12 月 3 日星期一設(shè)計(jì)完成日期 2012 年 12 月 14 日星期五 設(shè)計(jì)內(nèi)容與設(shè)計(jì)要求一 設(shè)計(jì)內(nèi)容：1、 準(zhǔn)確計(jì)時(shí)，以數(shù)字形式顯示時(shí)、分、秒的時(shí)間；2、 小時(shí)計(jì)時(shí)要求“24翻1”，分和秒的計(jì)時(shí)為60進(jìn)制。3、 可手動較正:能進(jìn)行時(shí)、分、秒的時(shí)間校正，只要將開關(guān)置于手動位置，可對時(shí)、分、秒進(jìn)行手動脈沖輸入調(diào)整或連續(xù)脈沖輸入的校正。4

2、、 整點(diǎn)報(bào)時(shí)：整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路要求在每個(gè)整點(diǎn)前鳴叫5次低音（500HZ）,整點(diǎn)時(shí)再鳴叫1次高音（1000HZ）。5、 鬧鈴功能。 二、設(shè)計(jì)要求：1、思路清晰，給出整體設(shè)計(jì)框圖和總電路圖；2、單元電路設(shè)計(jì)，給出具體設(shè)計(jì)思路和電路；3、寫出設(shè)計(jì)報(bào)告； 主要設(shè)計(jì)條件1 提供調(diào)試用實(shí)驗(yàn)室；2 提供調(diào)試用實(shí)驗(yàn)箱和電路所需元件及芯片； 說明書格式1 課程設(shè)計(jì)封面；2 任務(wù)書；3 說明書目錄；4 設(shè)計(jì)總體思路，基本原理和框圖（總電路圖）；5 單元電路設(shè)計(jì)（各單元電路圖）；6 安裝、調(diào)試步驟；7 故障分析與電路改進(jìn)；8 總結(jié)與體會；9 附錄（元器件清單）；10 參考文獻(xiàn)11、課程設(shè)計(jì)成績評分表 進(jìn) 度 安 排 第

3、14周星期一:課題內(nèi)容介紹和查找資料； 星期二:總體電路設(shè)計(jì)和分電路設(shè)計(jì)； 星期三:電路仿真,修改方案星期四 :確定設(shè)計(jì)方案，擬訂調(diào)試方案,畫出調(diào)試電路圖,安裝電路； 星期五:安裝、調(diào)試電路；第15周星期一二: 安裝、調(diào)試電路； 星期三：驗(yàn)收電路；星期四五:,寫設(shè)計(jì)報(bào)告，打印相關(guān)圖紙； 星期五下午:帶調(diào)試電路板及設(shè)計(jì)報(bào)告書進(jìn)行答辯； 整理實(shí)驗(yàn)室及其它事情。 參 考 文 獻(xiàn)1、電子線路設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)、測試（第二版） 華中理工大學(xué)出版社 謝自美 主編2、新型集成電路的應(yīng)用-電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì) 華中理工大學(xué)出版社 梁宗善 主編目錄 摘要1一 系統(tǒng)原理框圖2二 方案設(shè)計(jì)與論證32.1時(shí)間脈沖產(chǎn)生電路32

4、.2分頻器電路42.3譯碼驅(qū)動及顯示單元電路42.4校時(shí)電路42.5報(bào)時(shí)電路5三 單元電路設(shè)計(jì)63.1計(jì)數(shù)電路的設(shè)計(jì)63.2 60進(jìn)制計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)63.3進(jìn)制計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)73.4 校時(shí)電路的設(shè)計(jì)83.5 譯碼及驅(qū)動顯示電路93.6 鬧鈴功能9四 總電路圖11五、總結(jié)與設(shè)計(jì)調(diào)試體會12附錄13摘要多功能數(shù)字鐘具有時(shí)間顯示、鬧鐘設(shè)置、環(huán)境溫度測量、電網(wǎng)電壓、電網(wǎng)頻率顯示，鬧鈴控制和電網(wǎng)電壓的過壓、欠壓報(bào)警等功能,深受人們歡迎。數(shù)字鐘是采用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)對.時(shí),分,秒.數(shù)字顯示的計(jì)時(shí)裝置,廣泛用于個(gè)人家庭,車站, 碼頭辦公室等公共場所,成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢缮俚谋匦杵?由于數(shù)字集成電路的發(fā)展和石英晶體

5、振蕩器的廣泛應(yīng)用,使得數(shù)字鐘的精度,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過老式鐘表, 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?cái)U(kuò)展了鐘表原先的報(bào)時(shí)功能。諸如定時(shí)自動報(bào)警、按時(shí)自動打鈴、時(shí)間程序自動控制、定時(shí)廣播、自動起閉路燈、定時(shí)開關(guān)烘箱、通斷動力設(shè)備、甚至各種定時(shí)電氣的自動啟用等，所有這些，都是以鐘表數(shù)字化為基礎(chǔ)的。因此，研究數(shù)字鐘及擴(kuò)大其應(yīng)用，有著非?，F(xiàn)實(shí)的意義。1系統(tǒng)原理框圖數(shù)字鐘實(shí)際上是一個(gè)對標(biāo)準(zhǔn)頻率（1HZ）進(jìn)行計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)電路。由于計(jì)數(shù)的起始時(shí)間不可能與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間一致，故需要在電路上加一個(gè)校時(shí)電路。同時(shí)必需以標(biāo)準(zhǔn)的1HZ時(shí)間信號作為時(shí)鐘驅(qū)動。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

6、構(gòu)成框圖。2.設(shè)計(jì)原理框圖秒個(gè)位計(jì)數(shù)分個(gè)位計(jì)數(shù)分十位計(jì)數(shù)秒十位計(jì)數(shù)時(shí)個(gè)位計(jì)數(shù)時(shí)十位計(jì)數(shù)鬧鐘模塊報(bào)時(shí)模塊校時(shí)電路校分電路函數(shù)脈沖分頻器晶體振蕩器電路：晶體振蕩器電路給數(shù)字鐘提供一個(gè)頻率穩(wěn)定準(zhǔn)確的32768z的方波信號，可保證數(shù)字鐘的走時(shí)準(zhǔn)確及穩(wěn)定。不管是指針式的電子鐘還是數(shù)字顯示的電子鐘都使用了晶體振蕩器電路。分頻器電路：分頻器電路將32768HZ的高頻方波信號經(jīng)32768（）次分頻后得到1Hz的方波信號供秒計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)。分頻器實(shí)際上也就是計(jì)數(shù)器。時(shí)間計(jì)數(shù)器電路：時(shí)間計(jì)數(shù)電路由秒個(gè)位和秒十位計(jì)數(shù)器、分個(gè)位和分十位計(jì)數(shù)器及時(shí)個(gè)位和時(shí)十位計(jì)數(shù)器電路構(gòu)成，其中秒個(gè)位和秒十位計(jì)數(shù)器、分個(gè)位和分十位計(jì)數(shù)

7、器為60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，而根據(jù)設(shè)計(jì)要求，時(shí)個(gè)位和時(shí)十位計(jì)數(shù)器為24進(jìn)制計(jì)數(shù)器。譯碼驅(qū)動電路：譯碼驅(qū)動電路將計(jì)數(shù)器輸出的8421BCD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。整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路：一般時(shí)鐘都應(yīng)具備整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路功能,即在時(shí)間出現(xiàn)整點(diǎn)前數(shù)秒內(nèi),數(shù)字鐘會自動報(bào)時(shí),以示提醒.其作用方式是發(fā)出連續(xù)的或有節(jié)奏的音頻聲波,較復(fù)雜的也可以是實(shí)時(shí)語音提示。2方案設(shè)計(jì)與論證2.1時(shí)間脈沖產(chǎn)生電路由集成電路定時(shí)器555與RC組成的多諧振蕩器作為時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)信號源。 圖 1 555與RC組成的多諧振蕩器圖2.2分頻器電路通常，數(shù)字鐘的晶體振蕩器輸出頻率較高，為了得到1Hz的秒信號輸入，

8、需要對振蕩器的輸出信號進(jìn)行分頻。通常實(shí)現(xiàn)分頻器的電路是計(jì)數(shù)器電路，一般采用多級二進(jìn)制計(jì)數(shù)器來實(shí)現(xiàn)。例如，將32768Hz的振蕩信號分頻為1HZ的分頻倍數(shù)為32768（），即實(shí)現(xiàn)該分頻功能的計(jì)數(shù)器相當(dāng)于15級二進(jìn)制計(jì)數(shù)器。從盡量減少元器件數(shù)量的角度來考慮，這里可選多極二進(jìn)制計(jì)數(shù)電路CD4060和CD4040來構(gòu)成分頻電路。CD4060和CD4040在數(shù)字集成電路中可實(shí)現(xiàn)的分頻次數(shù)最高，而且CD4060還包含振蕩電路所需的非門，使用更為方便。CD4060計(jì)數(shù)為14級二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，可以將32768z的信號分頻為2Hz，其內(nèi)部框圖如圖2.1所示，從圖中可以看出，CD4060的時(shí)鐘輸入端兩個(gè)串接的非門，

9、因此可以直接實(shí)現(xiàn)振蕩和分頻的功能。 CD4040計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)模數(shù)為4096（），其邏輯框圖如圖5.2。如將32768Hz信號分頻為1Hz，則需外加一個(gè)8分頻計(jì)數(shù)器，故一般較少使用CD4040來實(shí)現(xiàn)分頻。綜上所述，可選擇CD4060同時(shí)構(gòu)成振蕩電路和分頻電路。照圖5.1，在和之間接入振蕩器外接元件可實(shí)現(xiàn)振蕩，并利用時(shí)計(jì)數(shù)電路中多一個(gè)2分頻器（后述）可實(shí)現(xiàn)15級2分頻，即可得1Hz信號.2.3譯碼驅(qū)動及顯示單元電路譯碼電路的功能是將“秒”、“分”、“時(shí)”計(jì)數(shù)器的輸出代碼進(jìn)行翻譯，變成相應(yīng)的數(shù)字。用于驅(qū)動LED七段數(shù)碼管的譯碼器常用的有74LS48。74LS48是BCD-7段譯碼器/驅(qū)動器，其輸出是

10、OC門輸出且低電平有效，專用于驅(qū)動LED七段共陽極顯示數(shù)碼管。如圖9所示。若將“秒”、“分”、“時(shí)”計(jì)數(shù)器的每位輸出分別接到相應(yīng)七段譯碼器的輸入端，便可進(jìn)行不同數(shù)字的顯示。2.4校時(shí)電路首先截?cái)嗾５挠?jì)數(shù)通路，然后再進(jìn)行人工出觸發(fā)計(jì)數(shù)或?qū)㈩l率較高的方波信號加到需要校正的計(jì)數(shù)單元的輸入端，校正好后，再轉(zhuǎn)入正常計(jì)時(shí)狀態(tài)即可。根據(jù)要求，數(shù)字鐘應(yīng)具有分校正和時(shí)校正功能，因此，應(yīng)截?cái)喾謧€(gè)位和時(shí)個(gè)位的直接計(jì)數(shù)通路，并采用正常計(jì)時(shí)信號與校正信號可以隨時(shí)切換的電路接入其中。圖所示為所設(shè)計(jì)的校時(shí)電路。2.5報(bào)時(shí)電路采用仿廣播臺整點(diǎn)報(bào)時(shí)的功能：每當(dāng)數(shù)字鐘計(jì)時(shí)快要到正點(diǎn)時(shí)候發(fā)出響聲，通常按照四低音，一高音的順序發(fā)出

11、間斷聲，以最后一聲高音結(jié)束的時(shí)刻為正點(diǎn)時(shí)刻。4低音（約500Hz）分別發(fā)生在59分56秒、發(fā)生在59分57秒、發(fā)生在59分58秒、發(fā)生在59分59秒、，最后一聲高音（約1KHz）發(fā)生在00分00秒，他們的持續(xù)時(shí)間均為一秒。三 單元電路設(shè)計(jì)3.1計(jì)數(shù)電路的設(shè)計(jì)秒、分計(jì)數(shù)器為60進(jìn)制計(jì)數(shù)器。小時(shí)計(jì)數(shù)器為24進(jìn)制計(jì)數(shù)器。實(shí)現(xiàn)這兩種模數(shù)的計(jì)數(shù)器采用中規(guī)模集成計(jì)數(shù)器74LS160。3.2 60進(jìn)制計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)“秒”計(jì)數(shù)器電路與“分”計(jì)數(shù)器電路都是60進(jìn)制，它由一級10進(jìn)制計(jì)數(shù)器和一級6進(jìn)制計(jì)數(shù)器連接構(gòu)成。如圖4.所示由74LS160構(gòu)成的60進(jìn)制計(jì)數(shù)器。首先將兩片74LS160，將兩片計(jì)數(shù)器并行進(jìn)位則最

12、大可實(shí)現(xiàn)100進(jìn)制的計(jì)數(shù)器?，F(xiàn)要設(shè)計(jì)一個(gè)60進(jìn)制的計(jì)數(shù)器，可利用“反饋清零”的方法實(shí)現(xiàn)。當(dāng)計(jì)數(shù)器輸出“2Q32Q22Q12Q0、1Q3Q2Q1Q0=0110、0000”時(shí)，通過門電路形成一置數(shù)脈沖，使計(jì)數(shù)器歸3.3進(jìn)制計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)同理當(dāng)個(gè)位計(jì)數(shù)狀態(tài)為“Q3Q2Q1Q0=0100”，十位計(jì)數(shù)器狀態(tài)為“Q3Q2Q1Q0=0010”時(shí)，要求計(jì)數(shù)器歸零。3.4 校時(shí)電路的設(shè)計(jì)數(shù)字種啟動后,每當(dāng)數(shù)字鐘顯示與實(shí)際時(shí)間不符進(jìn),需要根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間進(jìn)行校時(shí)。?！懊搿睍r(shí)，采用等待校時(shí)。?！胺帧?、“時(shí)”的原理比較簡單，采用加速校時(shí)。對校時(shí)電路的要求是 :1在小時(shí)校正時(shí)不影響分和秒的正常計(jì)數(shù) 。2在分校正時(shí)不影響秒和小

13、時(shí)的正常計(jì)數(shù) 。如圖17所示，當(dāng)開關(guān)打向下時(shí)，因?yàn)樾Ｕ盘柡?相與的輸出為0，而開關(guān)的另一端接高電平，正常輸入信號可以順利通過與或門，故校時(shí)電路處于正常計(jì)時(shí)狀態(tài)；當(dāng)開關(guān)打向上時(shí)，情況正好與上述相反，這時(shí)校時(shí)電路處于校時(shí)狀態(tài)。與非門可選74LS00，非門則可用與非門2個(gè)輸入端并接來代替節(jié)省芯片。因此實(shí)際使用時(shí)，須對開關(guān)的狀態(tài)進(jìn)行消除抖動處理，圖17為加2個(gè)0.01uF的電容。3.5 譯碼及驅(qū)動顯示電路譯碼電路的功能是將“秒”、“分”、“時(shí)”計(jì)數(shù)器的輸出代碼進(jìn)行翻譯，變成相應(yīng)的數(shù)字。用于驅(qū)動LED七段數(shù)碼管的譯碼器常用的有74LS48。74LS48是BCD-7段譯碼器/驅(qū)動器，其輸出是OC門輸出且

14、低電平有效，專用于驅(qū)動LED七段共陽極顯示數(shù)碼管。由74LS48和LED七段共陽數(shù)碼管組成的一位數(shù)碼顯示電路如圖 16 所示。若將“秒”、“分”、“時(shí)”計(jì)數(shù)器的每位輸出分別接到相應(yīng)七段譯碼器的輸入端，便可進(jìn)行不同數(shù)字的顯示。圖 2譯碼及驅(qū)動顯示電路圖3.6 鬧鈴功能由6片74LS85數(shù)據(jù)選擇芯片串聯(lián)，分別將時(shí)分秒的各個(gè)輸出端按照從上到下接到每個(gè)85芯片的B3B2B1B0端，然后將85芯片各個(gè)A3A2A1A0接到一個(gè)雙向開關(guān)，開關(guān)的另為兩端分別接到高電平上與地線上。當(dāng)這樣接入時(shí)，如果我們需要設(shè)定鬧鈴，就用85芯片連接的開關(guān)進(jìn)行置數(shù)，當(dāng)計(jì)時(shí)模塊的輸出端輸出的數(shù)據(jù)與我們置入的數(shù)據(jù)相同就會從第一塊85

15、芯片的OAEQB端口輸出一個(gè)高電平，將這個(gè)高電平與蜂鳴器相連就會在那個(gè)時(shí)刻產(chǎn)生蜂鳴。達(dá)到鬧鐘的功能?？傠娐穲D五、總結(jié)與設(shè)計(jì)調(diào)試體會 通過此次課程設(shè)計(jì)，使我更加扎實(shí)的掌握了有關(guān)數(shù)字電子技術(shù)方面的知識，在設(shè)計(jì)過程中，剛開始毫無頭緒，可謂舉步維艱。后來經(jīng)過小組同學(xué)的討論，決定采用化整為零的方法，一個(gè)模塊一個(gè)模塊來做，再把它們整合起來。有了清晰的思路，經(jīng)過大家的努力終于設(shè)計(jì)出來了，并且仿真正確。做課程設(shè)計(jì)不僅需要清晰的思路還要謹(jǐn)慎的態(tài)度，必須要對各個(gè)芯片都了解，對課本知識熟悉才能又快又好的完成。在接線的時(shí)候，我們遇到的不少困難，出現(xiàn)各種各樣的問題，比如芯片壞了，線路接觸不良，電路達(dá)不到預(yù)期的效果。 回

16、顧此次課程設(shè)計(jì)，至今我仍感慨頗多，從理論到實(shí)踐，在這段日子里，可以說得是苦多于甜，但是可以學(xué)到很多很多的東西，同時(shí)不僅可以鞏固了以前所學(xué)過的知識，而且學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過的知識。通過這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實(shí)踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動手能力和獨(dú)立思考的能力。在設(shè)計(jì)的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，但可喜的是最終都得到了解決。 實(shí)驗(yàn)過程中，與隊(duì)友合作更是一件快樂的事情，只有彼此都付出，彼此都維護(hù)才能將作品做的更加完美。果然是團(tuán)結(jié)就是力量，只有互相之間默契融洽的配合才能換來最終完美的結(jié)果。 最后，感謝老師對我們的指導(dǎo)和教誨，感謝學(xué)校給我們安排這次課程設(shè)計(jì)活動。附錄74LS160 6片4線-10線譯碼器74LS48 6片四2輸入正或門74LS32 1片74LS044片74LS20 4片 四2輸入與非門74LS00 4片74LS08 1片7476N 1片74LS85 5片蜂鳴器 參考文獻(xiàn)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) 周良權(quán)編電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo) 彭介華編電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn) 陳大欽編電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與仿真 孫勝麟 、郭照南主編電氣信息學(xué)院課程設(shè)計(jì)評分表項(xiàng) 目評 價(jià)