電子技術課程設計--數(shù)字電子鐘

1、<p><b>　　電子技術課程設計</b></p><p><b>　　數(shù)</b></p><p><b>　　字</b></p><p><b>　　電</b></p><p><b>　　子</b></p>

2、<p><b>　　鐘</b></p><p>　學 院電氣學院</p><p>　專業(yè)班級 </p><p>　指導教師</p><p>　姓 名</p><p>　學 號</p><p><b>　　摘要</b>

3、</p><p>　　數(shù)學邏輯課程設計選題是電子鐘的設計，運用Multisim 10仿真軟件進行電子鐘的設計。主要原理是由555芯片及門電路產(chǎn)生多諧震蕩，再經(jīng)過由74LS90構成的分頻器進行分頻，最終輸出穩(wěn)定的為1HZ秒脈沖，作為時間基準。秒計時器滿60向分計時器進位，分計時器滿60向小時計時器進位，小時計時器以12為一個周期，上午下午用兩個發(fā)光二極管來區(qū)分。顯示器用七段共陰數(shù)碼管，用CD4511作為其驅(qū)動電路。

4、計時出現(xiàn)誤差或者調(diào)整時間時可用校時電路進行時、分的調(diào)整。</p><p>　　【關鍵詞】Multisim 10、電子鐘、校時電路</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Mathematical logic course topic is the design of the electric clock, us

5、ing 10 simulation software Multisim the design of the electric clock. The main principle is made of 555 chip and gate circuits produce many harmonic shocks, and by 74 LS90 by a frequency division is points, and finally t

6、he frequency stable output for 1 HZ ac second pulse, as time benchmark. Second timer full 60 points, points to the timer carries timer full 60 hours timer to carry and hours timer to 12 for a cycle, morning wi</p>

7、<p>　　【 key words 】 Multisim 10, electric clock, reset circuit</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　前言1</b></p><p>　　第一章 設計要求2</p><p>　　1.1設計

8、的任務與要求2</p><p>　　1.2設計的技術指標2</p><p>　　第二章 系統(tǒng)設計3</p><p>　　第三章 單元電路設計4</p><p>　　3.1 秒信號發(fā)生器4</p><p>　　3.1.1 由555時基電路構成的秒信號發(fā)生器4</p><p>　　

9、3.1.2 由石英晶體構成的秒信號發(fā)生器6</p><p><b>　　3.3 計數(shù)器6</b></p><p>　　3.3.1 六十進制計數(shù)器6</p><p>　　3.3.2 十二進制計數(shù)器7</p><p><b>　　3.4 顯示器8</b></p><p>

10、;　　3.5 校正電路9</p><p>　　第四章 仿真與實驗11</p><p>　　第五章 設計總結(jié)13</p><p>　　5.1 實驗結(jié)論13</p><p>　　5.2心得體會13</p><p>　　第六章 附錄13</p><p>　　附錄A 系統(tǒng)總圖14&

11、lt;/p><p>　　附錄B 元器件清單15</p><p>　　附錄C 參考文獻15</p><p><b>　　前言</b></p><p>　　自從人類有了時間的概念，對時間的要求變得越來越精確。而原先的機械表無法滿足現(xiàn)代人們的緊張需求，于是產(chǎn)生了更直觀、更準確的電子鐘。這次電子技術課程設計就要求我們設計一個

12、能夠準確報時的電子鐘電路，并按照各種需求加入許多功能，以完善所設計的數(shù)字電子鐘。</p><p>　　電子鐘是一種利用數(shù)字電路來顯示秒、分、時的計時裝置，與傳統(tǒng)的機械鐘相比，它具有走時準確、顯 示直觀、無機械傳動裝置等優(yōu)點，因而得到廣泛應用。隨著人們生活環(huán)境的不斷改善和美化，在許多場合可以看到數(shù)字電子鐘，比如在城市的主要營業(yè)場所、車站、碼頭等公共場所。</p><p><b>　

13、　第一章 設計要求</b></p><p>　　1.1設計的任務與要求</p><p>　　數(shù)字鐘是一種用數(shù)字電路技術實現(xiàn)時、分、秒計時的裝置，與機械式時鐘相比具有更高的準確性和直觀性，且無機械裝置，具有更更長的使用壽命，因此得到了廣泛的使用。數(shù)字鐘從原理上講是一種典型的數(shù)字電路，其中包括了組合邏輯電路和時序電路。</p><p>　　因此，我們此次設

14、計數(shù)字鐘就是為了了解數(shù)字鐘的原理，從而學會制作數(shù)字鐘。而且通過數(shù)字鐘的制作進一步的了解各種在制作中用到的中小規(guī)模集成電路的作用及實用方法。且由于數(shù)字鐘包括組合邏輯電路和時敘電路。通過它可以進一步學習與掌握各種組合邏輯電路與時序電路的原理與使用方法。</p><p>　　1.2設計的技術指標</p><p>　　用中、小規(guī)模集成電路設計一臺能顯示日、時、分、秒的數(shù)字電子鐘，主要技術指標如下：

15、</p><p>　　實現(xiàn)由振蕩器和分頻器產(chǎn)生頻率接近1Hz的秒信號發(fā)生器。</p><p>　　能準確計時，以數(shù)字形式顯示時、分、秒的時間。</p><p>　　小時為十二進制顯示，用兩個發(fā)光二極管實現(xiàn)上午和下午的區(qū)分。</p><p>　　能夠?qū)崿F(xiàn)對小時和分鐘的手動或自動校時。</p><p><b>　

16、　第二章 系統(tǒng)設計</b></p><p>　　如圖2.1為系統(tǒng)設計框圖，由圖可知，本設計由多塊數(shù)字集成電路構成的，其中有振蕩器，分頻器，校時電路，計數(shù)器，譯碼器和顯示器六部分組成。振蕩器和分頻器組成標準秒信號發(fā)生器，即產(chǎn)生1Hz的信號脈沖，不同進制的計數(shù)器產(chǎn)生計數(shù)，譯碼器和顯示器進行顯示，小時采用12進制，并用顯示上午或下午的二極管來區(qū)分。通過校時電路實現(xiàn)對時、分、秒的校準。</p>

17、<p>　　圖2.1 系統(tǒng)設計框圖</p><p>　　其中振蕩器和分頻器組成秒信號發(fā)生器，秒信號發(fā)生器是計時器的核心。振蕩器由555時基電路組成，產(chǎn)生1KHz的脈沖信號，送入分頻器。分頻器由三片74LS90組成，輸出1Hz的秒脈沖。校時電路為手動校時，可實現(xiàn)對時、分的調(diào)整。計數(shù)器選用74LS90 TTL 可二/五分頻十進制計數(shù)器。譯碼器選用CD4511，顯示器選用七段共陰數(shù)碼管。</p&g

18、t;<p>　　第三章 單元電路設計</p><p>　　由圖2.1的系統(tǒng)設計框圖可知，本設計由振蕩器、分頻器、計數(shù)器、譯碼器、 顯示器、校正電路組成。其中振蕩器和分頻器組成秒信號發(fā)生器。</p><p>　　3.1 秒信號發(fā)生器</p><p>　　秒信號發(fā)生器是計時器的核心，也是數(shù)字電子鐘的核心，它的穩(wěn)定度和頻率的準確度決定了計時器的準確度和數(shù)

19、字鐘的質(zhì)量。秒信號發(fā)生器一般由振蕩器和分頻器組成。一般來說，振蕩器的頻率越高，計時精度就越高，但耗電量將越大。所以，在設計電路時要根據(jù)需要而設計出最佳電路。</p><p>　　根據(jù)選用的振蕩器的不同，我們可以把秒信號發(fā)生器分為由555時基電路構成的秒信號發(fā)生器和由石英晶體構成的秒信號發(fā)生器。</p><p>　　3.1.1 由555時基電路構成的秒信號發(fā)生器</p><

20、;p>　　在本設計中，采用的是由精度不高的555時基電路構成的秒信號發(fā)生器。振蕩器由集成電路555與RC組成，分頻器是由3個中規(guī)模計數(shù)器74LS90構成的3級1/10分頻。</p><p><b>　　1. 振蕩器</b></p><p>　　如圖3.1，為由555時基電路構成的多諧振蕩器。接通電源后，電容C2被充電，vC上升，當vC上升到大于2/3VCC時，觸

21、發(fā)器被復位，放電管T導通，此時v0為低電平，電容C2通過R2和T放電，使vC下降。當vC下降到小于1/3VCC時，觸發(fā)器被置位，v0翻轉(zhuǎn)為高電平。電容器C1放電結(jié)束,所需的時間為 ：</p><p>　　當C2放電結(jié)束時，T截止，VCC將通過R1、R2向電容器C2充電，vC由1/3VCC上升到2/3VCC所需的時為：</p><p>　　當vC上升到2/3VCC時，觸發(fā)器又被復

22、位發(fā)生翻轉(zhuǎn)，如此周而復始，在輸出端就得到一個周期性的方波，其頻率為。</p><p>　　本設計中，由電路圖和f的公式可以算出，微調(diào)R3=60k左右，其輸出的頻率為f=1000Hz.</p><p>　　圖3.1 由555構成的振蕩器</p><p><b>　　2. 分頻器</b></p><p>　　分頻器的功能主

23、要有兩個：一個是產(chǎn)生標準秒脈沖信號；二是提供功能擴展電路所需要的信號，如仿電臺報時用的1000Hz的高音頻信號和500Hz的低音頻信號等。</p><p>　　圖3.2 由74LS90構成的分頻器</p><p>　　本設計中，由于振蕩器產(chǎn)生的信號頻率太高，要得到標準的秒信號，就需要對所得的信號進行分頻。這里所采用的分頻電路是由3個中規(guī)模計數(shù)器74LS90構成的3級1/10分頻。如圖3.

24、2為測試時電路。</p><p>　　3.1.2 由石英晶體構成的秒信號發(fā)生器</p><p>　　如圖3.3，為由石英晶體構成的秒信號發(fā)生器，在此做簡要說明。通常用晶體振蕩器發(fā)出的脈沖經(jīng)過整形、分頻獲得1Hz的秒脈沖。如選擇晶振為32768 Hz，通過15次二分頻后可獲得1Hz的脈沖輸出。如果選擇用石英晶體振蕩器，則不需要用分頻器。</p><p>　　圖3.3

25、 由石英晶體構成的秒脈沖發(fā)生器</p><p><b>　　3.3 計數(shù)器</b></p><p>　　由 圖1的系統(tǒng)方框圖可以清楚的看到，顯示“時”、“分”、“秒”需要6片中規(guī)模計數(shù)器；其中“秒”、“分”各為60進制計數(shù)，“時”為12進制計數(shù)，上午下午用兩個放光二極管區(qū)分。在本設計中計數(shù)器均用74LS90來實現(xiàn)：</p><p>　　3.3.

26、1 六十進制計數(shù)器</p><p>　　“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5所示，是采用兩片中規(guī)模集成電路74LS90級聯(lián)起來構成的“秒”，“分”計數(shù)器。</p><p>　　由圖3.4可知，U9是十進制計數(shù)器，U9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)，U8和與非門

27、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)，U8的QA和QC相與0101的下降沿，作為“分（時）”計數(shù)器的輸入信號。U8的輸出0110高電平1分別送到計數(shù)器的R01、R02端清零，74LS90N內(nèi)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，U9和U8串接實現(xiàn)了六十進制計數(shù)。</p><p>　　3.3.2 十二進制計數(shù)器</p><p>　　

28、不論“時”計數(shù)采用24進制還是12進制，都由兩個74LS90組成，如圖3.5所示。如果采用24進制，當“時”個位U4計數(shù)器輸入端A（14腳）來到第10觸發(fā)信號時，U22計數(shù)器清零，進位端QD向U21“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U21計數(shù)器的狀態(tài)位“0100”，U22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

29、它們分別送入U21和U22計數(shù)器的清零端R01和R02，通過74LS90N內(nèi)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)。</p><p>　　如果采用12進制計數(shù)，則需要再加一片74LS90N構成二進制計數(shù)器，以實現(xiàn)上午和下午的分別計數(shù)，上午則LED1亮，下午則LED2亮，以此來區(qū)分上午和下午。</p><p>　　圖3.4 60進制秒計數(shù)器實驗原理圖</p>&l

30、t;p>　　圖3.5 12進制時計數(shù)器實驗原理圖</p><p><b>　　3.4 顯示器</b></p><p>　　顯示器有兩種：共陽極顯示器或共陰極顯示器。選擇CD4511作為顯示譯碼電路；由于CD4511譯碼器譯碼的是高電平，所以選擇七段共陰數(shù)碼管作為顯示單元電路。譯碼器也可以選擇74LS48。由CD4511把輸進來的二進制信號翻譯成十進制數(shù)字，再由

31、數(shù)碼管顯示出來。</p><p>　　計數(shù)器實現(xiàn)了對時間的累計并以8421BCD碼的形式輸送到CD4511芯片，再由4511芯片把BCD碼轉(zhuǎn)變?yōu)槠叨螖?shù)碼送到數(shù)碼管中顯示出來。</p><p>　　在仿真與實驗時，為了方便調(diào)試，選擇內(nèi)置由譯碼電路的數(shù)碼管DCD_HEX代替CD4511和七段共陰數(shù)碼管，作為顯示器。如圖3.6所示：</p><p>　　圖3.6 數(shù)碼管

32、顯示器</p><p><b>　　3.5 校正電路</b></p><p>　　當數(shù)字鐘走時出現(xiàn)誤差時，需要校正時間。校時電路實現(xiàn)對“時”“分”“秒”的校準。在電路中設有正常計時和校對位置。本實驗實現(xiàn)“時”“分”的校對。對校時的要求是，在小時校正時不影響分和秒的正常計數(shù)；在分校正時不影響秒和小時的正常計數(shù)。需要注意的時，校時電路是由與非門構成的組合邏輯電路，可能會產(chǎn)

33、生抖動。需進行消抖。</p><p>　　如圖3.7為手動校正電路，正常工作時，J1和J3閉合，需要對時校正時，打開J1，需要對分校正時，打開J3,然后手動J2，產(chǎn)生脈沖，實現(xiàn)對時或分的校正。</p><p>　　圖3.7 手動校正電路</p><p>　　如圖3.8為自動動校正電路，正常工作時，J1和J2閉合，需要對時校正時，打開J1，需要對分校正時，打開J2,

34、這時候，由秒信號發(fā)生器產(chǎn)生脈沖，實現(xiàn)自動對時或分的校正。當時間達到正確的時間時，再閉合J1或J2。</p><p>　　圖3.8 自動校正電路</p><p>　　第四章 仿真與實驗</p><p>　　利用Mltisim 10對本設計進行調(diào)試、仿真，部分結(jié)果如下圖所示：</p><p>　　圖4.1 由555時基電路構成的秒信號發(fā)生器

35、</p><p>　　圖4.2 由555構成的秒信號發(fā)生器的測試脈沖波形</p><p>　　圖4.3 手動校準電路</p><p>　　圖4.4 分、秒測試電路</p><p>　　圖4.5 電子鐘顯示</p><p><b>　　第五章 設計總結(jié)</b></p><

36、;p><b>　　5.1 實驗結(jié)論</b></p><p>　　通過運用數(shù)字集成電路設計的12小時制的數(shù)字電子時鐘，經(jīng)過試驗，成功實現(xiàn)了一下基本功能：</p><p>　　實現(xiàn)由振蕩器和分頻器產(chǎn)生頻率接近1Hz的秒信號發(fā)生器。</p><p>　　能準確計時，以數(shù)字形式顯示時、分、秒的時間。</p><p>　　小

37、時為十二進制顯示，用兩個發(fā)光二極管實現(xiàn)上午和下午的區(qū)分。</p><p>　　能夠?qū)崿F(xiàn)對小時和分鐘的手動校時。</p><p><b>　　5.2心得體會</b></p><p>　　通過這次數(shù)字電子鐘的課程設計，我們才把學到的東西與實踐相結(jié)合。從中使我對已學過的電路、數(shù)電、模電等電子技術的知識有了更深一步的了解，鍛煉和培養(yǎng)了自己利用已學知識來

38、分析和解決實際問題的能力，而且更進一步地熟悉了芯片的結(jié)構及掌握了各芯片的工作原理和其具體的使用方法。也鍛煉了自己獨立思考問題的能力和通過查看相關資料來解決問題的習慣，對自己以后的學習和工作有很大的幫助。雖然這只是一次簡單的課程設計，但通過這次課程設計我們了解了課程設計的一般步驟，和設計中應注意的問題。設計本身并不是有很重要的意義，而是同學們對待問題時的態(tài)度和處理事情的能力。各個芯片能夠完成什么樣的功能，使用芯片時應該注意那些要點。同一個

39、電路可以用那些芯片實現(xiàn)，各個芯片實現(xiàn)同一個功能的區(qū)別。</p><p>　　另外，我還漸漸熟悉了mutisim 10這個仿真軟件的各個功能，掌握了更多有關word、visio等辦公軟件的知識，讓我體會到了其中的樂趣。在整理材料和書寫文檔時，學會了許多行之有效的好的學習方法和習慣，掌握了基本的報告排版格式和要求，對我以后的學習都有一定得到指導意義。</p><p><b>　　第六

40、章 附錄</b></p><p><b>　　附錄A 系統(tǒng)總圖</b></p><p>　　圖6.1 系統(tǒng)總圖</p><p>　　附錄B 元器件清單</p><p>　　表6.1 元器件清單</p><p><b>　　附錄C 參考文獻</b><

41、;/p><p>　　[1]康華光 . 電子技術基礎（數(shù)字部分）（第四版）. 北京 ：高等教育出版社 . 2002 </p><p>　　[2]艾永樂 付子義等 . 模擬電子技術基礎 . 中國電力出版社 . 2008</p><p>　　[3]閻有運 . 電工電子實踐教程——電子技術實踐 . 徐州 . 中國礦業(yè)大學出版社. 2008.8</p><p