數(shù)字電子課程設(shè)計(jì)--數(shù)字時(shí)鐘

1、<p>　　數(shù)字電子鐘是一種用數(shù)字顯示秒﹑分﹑時(shí)的記時(shí)裝置，與傳統(tǒng)的機(jī)械鐘相比，他具有走時(shí)準(zhǔn)確﹑顯示直觀﹑無(wú)機(jī)械傳動(dòng)裝置等優(yōu)點(diǎn)，因而得到了廣泛的應(yīng)用：小到人們的日常生活中的電子手表，大到車(chē)站﹑碼頭﹑機(jī)場(chǎng)等公共場(chǎng)所的大型數(shù)顯電子鐘。</p><p>　　本課程設(shè)計(jì)要用通過(guò)簡(jiǎn)單的邏輯芯片實(shí)現(xiàn)數(shù)字電子鐘。要點(diǎn)在于用555芯片連接輸出為一秒的多諧振蕩器用于時(shí)鐘的秒脈沖,用74LS160(10進(jìn)制計(jì)數(shù)器)74LS

2、00(與非門(mén)芯片)等連接成60和24進(jìn)制的計(jì)數(shù)器,再通過(guò)七段數(shù)碼管顯示，構(gòu)成了簡(jiǎn)單數(shù)字電子鐘。</p><p>　　關(guān)鍵詞：數(shù)字電子鐘、555芯片、計(jì)數(shù)器、數(shù)碼管</p><p><b>　　概述</b></p><p>　　所謂電子技術(shù),是指“含有電子的、數(shù)據(jù)的、磁性的、光學(xué)的、電磁的、或者類(lèi)似性能的相關(guān)技術(shù)”。電子技術(shù)可以分為模擬電子技術(shù)、

3、數(shù)字電子技術(shù)兩大部分。 模擬電子技術(shù)說(shuō)是整個(gè)電子技術(shù)的基礎(chǔ)，在信號(hào)放大、功率放大、整流穩(wěn)壓、模擬量反饋、混頻、調(diào)制解調(diào)電路領(lǐng)域具有無(wú)法替代的作用。例如高保真(Hi-Fi)的音箱系統(tǒng)、移動(dòng)通訊領(lǐng)域的高頻發(fā)射機(jī)等。</p><p>　　與模擬電路相比，數(shù)字電路具有精度高、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)、程序軟件控制等一系列優(yōu)點(diǎn)。隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)突飛猛進(jìn)地發(fā)展，用數(shù)字電路進(jìn)行信號(hào)處理的優(yōu)勢(shì)也更加突出。為了充分發(fā)揮數(shù)字電路在

4、信號(hào)處理上的強(qiáng)大功能，我們可以先將模擬信號(hào)按比例轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，然后送到數(shù)字電路進(jìn)行處理，最后再將處理結(jié)果根據(jù)需要轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的模擬信號(hào)輸出。自20世紀(jì)70年代開(kāi)始，這種用數(shù)字電路處理模擬信號(hào)的所謂“數(shù)字化”浪潮已經(jīng)席卷了電子技術(shù)幾乎所有的應(yīng)用領(lǐng)域，如數(shù)字濾波器等。</p><p>　　很有幸我們這學(xué)期學(xué)習(xí)了電子技術(shù)這門(mén)學(xué)科，并且是我們這個(gè)學(xué)期的重點(diǎn)課程，在上課和實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，漸漸的我喜歡上了它。每一節(jié)課我都認(rèn)真學(xué)

5、習(xí)，每次實(shí)驗(yàn)我都認(rèn)真的去完成。但是做課程設(shè)計(jì)是第一次做，以前都是照著做，現(xiàn)在所有的都是自己做，真的很有難度。要想做出來(lái)一個(gè)好的東西，就要去圖書(shū)館，到網(wǎng)上去找資料。</p><p>　　根據(jù)我自己的自身情況和查閱的資料，我決定做一個(gè)數(shù)字電子時(shí)鐘，這個(gè)相對(duì)比較是比較簡(jiǎn)單的，由于我們以前的數(shù)電實(shí)驗(yàn)做過(guò)任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器，所以電子鐘計(jì)數(shù)器制作沒(méi)有問(wèn)題，兩個(gè)60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，一個(gè)24進(jìn)制計(jì)數(shù)器。經(jīng)過(guò)不懈的努力終于完成了，在這個(gè)過(guò)

6、程中收獲了很多。</p><p>　　第2章 課程設(shè)計(jì)任務(wù)及要求</p><p><b>　　2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)</b></p><p>　　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；</p><p>　　2、 用中小規(guī)模集成電路組成電子鐘。</p><p&g

7、t;<b>　　2.2 設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　　1．用555定時(shí)器設(shè)計(jì)一個(gè)秒鐘脈沖發(fā)生器，輸入1HZ的時(shí)鐘；（對(duì)已有1kHz頻率時(shí)鐘脈沖進(jìn)行分頻）；</p><p>　　2．能顯示時(shí)、分、秒，24小時(shí)制；</p><p>　　3. 設(shè)計(jì)晶體震蕩電路來(lái)輸入時(shí)鐘脈沖；</p><p>　　4.用同步十進(jìn)制集成計(jì)

8、數(shù)器74LS160設(shè)計(jì)一個(gè)分秒鐘計(jì)數(shù)器,即六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器.；</p><p>　　5.用同步十進(jìn)制集成計(jì)數(shù)器74LS160設(shè)計(jì)一個(gè)24小時(shí)計(jì)數(shù)器,</p><p>　　6. 譯碼顯示電路顯示時(shí)間。</p><p><b>　　系統(tǒng)設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　3.1方案論證</b><

9、;/p><p>　　秒、分、時(shí)分別為60、60和24進(jìn)制計(jì)數(shù)器。秒、分均為六十進(jìn)制，即顯示00~59，它們的個(gè)位為十進(jìn)制，十位為六進(jìn)制。分秒功能的實(shí)現(xiàn)：用兩片74LS160組成60進(jìn)制遞增計(jì)數(shù)器。時(shí)為二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器，顯示為00~23，個(gè)位仍為十進(jìn)制，而十位為三進(jìn)制，但當(dāng)十進(jìn)位計(jì)到2，而個(gè)位計(jì)到4時(shí)清零，就為二十四進(jìn)制了。時(shí)功能的實(shí)現(xiàn)：用兩片74LS160組成24進(jìn)制遞增計(jì)數(shù)器。</p><p&g

10、t;<b>　　3.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.2.1 結(jié)構(gòu)框圖及說(shuō)明</p><p><b>　　圖 1 設(shè)計(jì)框架圖</b></p><p>　　3.2.2 系統(tǒng)原理圖及工作原理 </p><p>　　系統(tǒng)原理圖，如圖2所示。</p><p><

11、b>　　圖 2 系統(tǒng)原理圖</b></p><p>　　用555電路構(gòu)成的1KHz多諧振蕩器，調(diào)節(jié)電阻R3可以改變輸出信號(hào)頻率。74LS160是二，五，十進(jìn)制同步加法器，用三片74LS90構(gòu)成三級(jí)十分頻器，將1KHz矩形波分頻得到1Hz基準(zhǔn)秒計(jì)時(shí)信號(hào)。由于74LS160是十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，分別將個(gè)位接成十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，十位接成六進(jìn)制計(jì)數(shù)器，分別將個(gè)位的RCO輸出端接十位的9腳端，就構(gòu)成60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，

12、用兩個(gè)相同的60進(jìn)制計(jì)數(shù)器分別做作為秒，分計(jì)時(shí)，并在個(gè)位和十位輸出端接上數(shù)碼顯示管顯示小時(shí)計(jì)數(shù)器直接采用整體反饋清零法構(gòu)成24進(jìn)制計(jì)數(shù)器。</p><p>　　工作原理：振蕩電路產(chǎn)生的1KHZ脈沖信號(hào)經(jīng)三級(jí)十分頻電路分頻后產(chǎn)生的1HZ脈沖信號(hào)輸入74LS90N連成的60進(jìn)制秒計(jì)數(shù)器，再由秒計(jì)數(shù)器每60秒進(jìn)位輸出給60進(jìn)制分鐘計(jì)數(shù)器，分鐘計(jì)數(shù)器滿(mǎn)60后產(chǎn)生進(jìn)位信號(hào)輸入給24進(jìn)制小時(shí)計(jì)數(shù)器，從而實(shí)現(xiàn)24小時(shí)制電子鐘的

13、功能。</p><p>　　3.3 單元電路設(shè)計(jì)</p><p>　　3.3.1單元電路工作原理</p><p>　　1、時(shí)功能 24進(jìn)制計(jì)數(shù)器，如圖3所示。</p><p>　　圖 3 24進(jìn)制計(jì)數(shù)器</p><p>　　說(shuō)明：采用同步時(shí)序信號(hào)控制，用個(gè)位的進(jìn)位端控制十位的使能端，當(dāng)個(gè)位有進(jìn)位時(shí)，芯片工作，輸入十

14、位的脈沖信號(hào)有效，當(dāng)十位為2，個(gè)位為3的時(shí)候，同時(shí)給兩個(gè)芯片的預(yù)置端一個(gè)有效信號(hào)，使之清零。</p><p>　　2、分秒功能60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，如圖4所示。</p><p>　　圖 4 60進(jìn)制計(jì)數(shù)器</p><p>　　說(shuō)明：采用異步時(shí)序電路控制，在十位計(jì)數(shù)到5時(shí)，下一個(gè)脈沖一到來(lái)就置數(shù)。</p><p>　　74LS160構(gòu)成的60進(jìn)制

15、計(jì)數(shù)器和24進(jìn)制計(jì)數(shù)器如圖3和圖4所示。</p><p>　　秒、分、時(shí)分別為60、60和24進(jìn)制計(jì)數(shù)器。秒、分均為六十進(jìn)制，即顯示00~59，它們的個(gè)位為十進(jìn)制，十位為六進(jìn)制。</p><p>　　3、晶體振蕩器電路圖 如圖5所示。</p><p>　　圖 5 晶體振蕩電路</p><p>　　555電路構(gòu)成的1KHz多諧振蕩器原理如圖5

16、所示。調(diào)節(jié)電阻R2可以改變輸出信號(hào)頻率，用以得到所需的信號(hào)頻率。</p><p>　　4、分頻器電路 ，如圖6所示。</p><p>　　圖 6三級(jí)十分頻器電路</p><p>　　74LS90是二，五，十進(jìn)制異步加法器，用三片74LS90可以構(gòu)成三級(jí)十分頻器，將1KHz矩形波分頻得到1Hz基準(zhǔn)秒計(jì)時(shí)信號(hào)。原理如圖6所示</p><p>　　

17、3.3.2元件參數(shù)選擇</p><p>　　1、 電阻 20KΩ，5.1KΩ</p><p>　　2、 電容 10nF，100nF</p><p>　　3、 滑動(dòng)變阻器 10KΩ，KEY=A，20%</p><p>　　4、與門(mén) 7400N</p><p>　　5、數(shù)碼管 D

18、CD_HEX_GREEN</p><p>　　5、555_TIMER_RATED 管腳圖如圖7</p><p>　　圖7 555_TIMER_RATED 管腳圖</p><p>　　6、74LS90N 管腳圖如圖8 功能表如圖9</p><p>　　圖8 74LS90N管腳圖</p><p>　　圖

19、 9 74LS90N 功能表</p><p>　　7、74LS160N 管腳圖如圖10 功能表如圖11</p><p>　　圖10 74LS160N管腳圖</p><p>　　圖11 74LS160N 功能表</p><p><b>　　第4章 軟件仿真</b></p><p><

20、;b>　　4.1 仿真電路圖</b></p><p><b>　　仿真圖 如圖 12</b></p><p>　　圖 12 數(shù)字電子鐘仿真圖</p><p><b>　　4.2 仿真過(guò)程</b></p><p>　　電路的連接與仿真是我們這次課程設(shè)計(jì)的主要任務(wù)之一，也是整個(gè)過(guò)程的

21、最難的階段。仿真這部分工作在multisim仿真軟件上進(jìn)行。對(duì)于電路的仿真分為幾個(gè)部分，分別對(duì)電路各個(gè)部分的功能都進(jìn)行仿真調(diào)試之后，每連接一部分都要調(diào)試一次，才能確保最后的成功。</p><p>　　Multisim這個(gè)仿真軟件以前用的很少，對(duì)它的基本仿真過(guò)程不是很了解，而且有些器件的位置也不是很明確，只能一邊學(xué)習(xí)，一邊仿真，過(guò)程很慢但收獲很多。</p><p><b>　　基本

22、過(guò)程：</b></p><p>　　1、按照電路原理圖將仿真分成幾部分依次連接電路并調(diào)試；</p><p>　　2、連接晶體振蕩電路并調(diào)試，觀察發(fā)出的是否是1KHz的信號(hào)；</p><p>　　3、連接分頻電路并調(diào)試，觀察輸出是否是1Hz的信號(hào)；</p><p>　　4、連接60、24進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路并調(diào)試，觀察是否符合要求；<

23、;/p><p>　　5、將分頻電路輸出的信號(hào)連接到計(jì)數(shù)器電路，觀察時(shí)鐘是否正常運(yùn)行。</p><p><b>　　4.3 仿真結(jié)果</b></p><p>　　電路成功實(shí)現(xiàn)了24小時(shí)制數(shù)字電子鐘的功能，可精確計(jì)時(shí)，每60秒進(jìn)1分并清零秒計(jì)數(shù)器，每60分進(jìn)1小時(shí)并清零分鐘計(jì)數(shù)器，每24小時(shí)清零所有計(jì)數(shù)器并重新開(kāi)始計(jì)時(shí)。仿真結(jié)果如圖13</p&g

24、t;<p>　　圖13 電子鐘仿真圖</p><p><b>　　第5章 安裝調(diào)試</b></p><p>　　5.1 安裝調(diào)試過(guò)程</p><p>　　在實(shí)驗(yàn)室按照如圖14電路圖連接電路，由于電路圖比較復(fù)雜在連接過(guò)程中必須認(rèn)真細(xì)心。首先必須明確實(shí)驗(yàn)原理，在此基礎(chǔ)上連接電路會(huì)相對(duì)比較清晰明了，同時(shí)注意集中精力。并且由于導(dǎo)線比較多，

25、為了避免不必要的麻煩，在連接前需要檢測(cè)每一條導(dǎo)線是否損壞。調(diào)試過(guò)程分為單元電路檢測(cè)和整機(jī)電路調(diào)試。</p><p>　　圖14 數(shù)字式搶答器</p><p><b>　　單元電路檢測(cè)</b></p><p><b>　　1、搶答電路</b></p><p>　　把主持人的控制開(kāi)關(guān)設(shè)置為“清除”位置

26、，輸出端全部為低電平。于是CD4511控制顯示器滅燈；74LS148的選通輸入端，即5端/ST=0，74LS148處于工作狀態(tài)，此時(shí)鎖存電路不工作。然后把主持人的控制開(kāi)關(guān)撥到“開(kāi)始”位置，優(yōu)先編碼電路和鎖存電路同時(shí)處于工作狀態(tài)，即搶答器處于等待工作狀態(tài)，給8路搶答端口即輸入端給上低電平的輸入信號(hào)，如當(dāng)有選手將搶答按鍵按下時(shí)，顯示器顯示相應(yīng)的數(shù)字 。此外，CTR=1，使74LS148仍處于禁止工作狀態(tài)，其它按鍵的輸入信號(hào)不會(huì)被接收。<

27、;/p><p><b>　　2、定時(shí)電路</b></p><p>　　用示波器檢查555的輸出波形是否為1Hz的方波信號(hào)，如不是對(duì)555的外圍電路進(jìn)行調(diào)整達(dá)到要求為止。觀察顯示器的顯示時(shí)間是否進(jìn)行加計(jì)數(shù)。有問(wèn)題按原理進(jìn)行修改。</p><p><b>　　3、時(shí)序控制 </b></p><p>　　1）

28、、主持人將控制開(kāi)關(guān)撥到“開(kāi)始”位置時(shí)，搶答電路和定時(shí)電路進(jìn)入正常搶答工作狀態(tài)。</p><p>　　2）、當(dāng)參賽選手按動(dòng)搶答按鍵時(shí)，搶答電路和定時(shí)電路停止工作，顯示器顯示。</p><p>　　3）、當(dāng)設(shè)定的搶答時(shí)間到，無(wú)人搶答時(shí)，搶答電路和定時(shí)電路停止工作。</p><p><b>　　整機(jī)電路調(diào)試</b></p><p&

29、gt;　　1）、開(kāi)始時(shí)，主持人將控制開(kāi)關(guān)接地， 搶答電路無(wú)顯示；與此同時(shí)，在計(jì)時(shí) 電路部分，將事先的預(yù)置數(shù)送入減法計(jì)數(shù)器中。當(dāng)主持人按鍵彈起時(shí)，計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù)工作，搶答開(kāi)始。</p><p>　　2）、在沒(méi)有人按鍵且搶答時(shí)間沒(méi)到時(shí)，優(yōu)先編碼器/Yex輸出為1，計(jì)數(shù)器BO2輸出為1，74LS148的5端,而優(yōu)先編碼器和計(jì)數(shù)器都正常工作；</p><p>　　3）、當(dāng)在規(guī)定時(shí)間有人按下?lián)?/p>

30、答按鍵時(shí)，/YEX輸出為“0”， CTR=1，/ST=1，優(yōu)先編碼器停止工作，此后選手的搶答無(wú)效，電路將按鍵者的編號(hào)顯示在LED上；同時(shí)，CTR=1，計(jì)數(shù)部分的計(jì)數(shù)脈沖 =0，計(jì)數(shù)器停止工作，此時(shí)的倒計(jì)時(shí)時(shí)間記錄并顯示在LED上；74148的/Ys端由1跳變到0，74121有狀態(tài)2，即Q輸出暫態(tài)高電平。如果在規(guī)定時(shí)間內(nèi)無(wú)人搶答，BO2由1跳變到0，74121有狀態(tài)2；ST=1，搶答電路停止工作，此后的搶答按鍵無(wú)效。</p>

31、<p><b>　　5.2 故障分析</b></p><p>　　沒(méi)能實(shí)現(xiàn)預(yù)想的功能，就要一個(gè)一個(gè)部分的檢查，若哪一個(gè)功能不能實(shí)現(xiàn)，再根據(jù)故障分析和排除的方法，找出故障，并加以改進(jìn)，排除故障。調(diào)試并不是一件易事，需要準(zhǔn)確找到故障處，否則只能亂碰，卻達(dá)不到效果，只是白費(fèi)時(shí)間，經(jīng)過(guò)實(shí)踐，我覺(jué)的縮小范圍的方法很實(shí)用，可以省去很大的工作量，大大提高了排障的效率。</p>&

32、lt;p><b>　　第6章 結(jié)論</b></p><p>　　經(jīng)過(guò)假期的課程設(shè)計(jì)，我完成了這次的設(shè)計(jì)要求，成功的設(shè)計(jì)了一個(gè)數(shù)字電子時(shí)鐘，完成了預(yù)想的功能。首先提出可行的執(zhí)行方案，多提出幾種方案，集思廣益。然后對(duì)方案進(jìn)行理論上的論證。選擇方便可行而且價(jià)格便宜的元件，進(jìn)行設(shè)計(jì)，注意性?xún)r(jià)比。</p><p>　　通過(guò)對(duì)本次設(shè)計(jì)的方案理論論證并且應(yīng)用 Multisim