課程設(shè)計(jì)---數(shù)字電子鐘設(shè)計(jì)報(bào)告

1、<p>　　物理與電氣工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告</p><p><b>　　數(shù)字電子鐘設(shè)計(jì)報(bào)告</b></p><p>　　姓 名 　 </p><p>　　學(xué) 號(hào) </p><p>　　專　　業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化&

2、lt;/p><p>　　指導(dǎo)教師 　 　　</p><p>　　成 績(jī) </p><p>　　日　　期 　 2011.10.22 </p><p>　　數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)與調(diào)試</p><p>　　摘 要：本數(shù)字電子鐘，主要是依據(jù)《數(shù)字電子

3、技術(shù)》的知識(shí)設(shè)計(jì)的。它主要包括秒脈沖電路、時(shí)間計(jì)數(shù)電路、譯碼驅(qū)動(dòng)電路、顯示電路。其中，秒脈沖電路是由555定時(shí)器、74LS90、電阻、電容等組成的；時(shí)間計(jì)數(shù)電路采用的是兩塊74LS160級(jí)聯(lián)組成二十四進(jìn)制和六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器來實(shí)現(xiàn)時(shí)、分、秒的計(jì)時(shí)的。</p><p>　　關(guān)鍵詞：數(shù)字鐘；調(diào)試；74LS160；74LS48；74LS90；555定時(shí)器</p><p><b>　　1

4、引言 </b></p><p>　　本設(shè)計(jì)主要采用的是計(jì)數(shù)器、門電路等器件，雖然使用的器件數(shù)量比較多，但相對(duì)來說不是很復(fù)雜；本設(shè)計(jì)的核心價(jià)值是它讓我把一個(gè)具體的電路先進(jìn)行整體抽象，在分模塊具體落實(shí)。對(duì)于具體模塊電路的構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)方式不同。</p><p>　　本設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是所需要的元器件比較常見，總體實(shí)現(xiàn)起來比較方便，缺點(diǎn)是設(shè)計(jì)當(dāng)中首先是555定時(shí)器產(chǎn)生的1000Hz的信號(hào)不是標(biāo)

5、準(zhǔn)的，所以經(jīng)分頻后的1秒脈沖也不是標(biāo)準(zhǔn)的1秒脈沖；再就是本設(shè)計(jì)的校正電路，太過于理想化，不能在實(shí)驗(yàn)中得出預(yù)想的結(jié)果。</p><p><b>　　2 技術(shù)要求</b></p><p>　?、?時(shí)鐘顯示功能，能夠十進(jìn)制顯示“時(shí)”，“分”，“秒”,顯示時(shí)間從00：00：00到23：59：59；</p><p>　?、?具有快速校準(zhǔn)時(shí)間的功能。&l

6、t;/p><p><b>　　3 總設(shè)計(jì)方案</b></p><p>　　圖1總設(shè)計(jì)原理框圖 </p><p>　　由上圖的總設(shè)計(jì)原理框圖可知，該設(shè)計(jì)大概可以分為四個(gè)部分：秒脈沖產(chǎn)生部分、計(jì)數(shù)部分、譯碼顯示部分、校正部分。在秒脈沖產(chǎn)生部分中，可以用振蕩器或者555定時(shí)器來實(shí)現(xiàn)，為了保證數(shù)字鐘的準(zhǔn)確性，應(yīng)該優(yōu)先選用振蕩器，但是個(gè)

7、人技術(shù)能力有限，所以我選了用555定時(shí)器和R、C組成的多諧振蕩器與三塊74LS90分頻器來產(chǎn)生秒脈沖；在計(jì)數(shù)電路中，我選用了74LS160這種十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，因?yàn)橛脙蓧K74LS160可以級(jí)聯(lián)組成60進(jìn)制和24進(jìn)制，用起來比較方便；在譯碼顯示電路中，我采用74LS48七段顯示譯碼器和七段顯示數(shù)碼管組成了數(shù)字鐘的顯示部分；在校時(shí)電路中，我用的是手動(dòng)校時(shí)的方式，通過按鈕控制74LS160的時(shí)鐘引腳來控制計(jì)數(shù)（但是結(jié)果證明這種方法不是太好）。通過

8、以上四部分的共同作用，最終達(dá)到該項(xiàng)設(shè)計(jì)的要求，設(shè)計(jì)出來一個(gè)數(shù)字電子鐘。</p><p><b>　　4 設(shè)計(jì)原理</b></p><p><b>　　4.1 秒脈沖電路</b></p><p>　　振蕩器是數(shù)字鐘的核心。振蕩器的穩(wěn)定度及頻率的精確度決定了數(shù)字鐘計(jì)時(shí)的精確程度，一般來說555產(chǎn)生出來的脈沖不太穩(wěn)定，但是由于

9、某種原因，本設(shè)計(jì)采用555定時(shí)器。圖2所示為用555定時(shí)器設(shè)計(jì)的振蕩器，按照?qǐng)D中給出的參數(shù)即可從555的3引腳輸出1Kz的脈沖。圖2是采用3塊74LS90來分頻的分頻電路，每塊74LS90對(duì)收到的信號(hào)進(jìn)行10分頻三塊級(jí)聯(lián)，這樣最后一個(gè)芯片的11引腳得到的就是1Hz的脈沖，即可做為秒的脈沖給數(shù)字鐘輸入標(biāo)準(zhǔn)脈沖。

10、 </p><p><b>　　圖2 振蕩電路</b></p><p><b>　　圖3 分頻電路 </b></p><p>　　555定時(shí)器

11、及74LS90的管腳圖與功能表如下：</p><p>　　圖3 555定時(shí)器的管腳圖與功能表</p><p>　　圖4 74LS90的管腳圖與功能表</p><p>　　4.2 時(shí)間計(jì)數(shù)電路</p><p>　　眾所周知，數(shù)字鐘的“時(shí)”，“分”，“秒”分別為二十四（12也可以）、六十、六十進(jìn)制的計(jì)數(shù)器。它們都可以用兩個(gè)“可預(yù)置四位二進(jìn)制異步清

12、除”計(jì)數(shù)器來實(shí)現(xiàn)。利用74LS160芯片的預(yù)置數(shù)功能，也可以構(gòu)成不同進(jìn)制的計(jì)數(shù)器。因?yàn)橐黄?4LS160內(nèi)含有一個(gè)四位二進(jìn)制異步清除計(jì)數(shù)器，因此用兩片74LS160就可以構(gòu)成二十四和六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器了。如圖7，其中74LS160芯片的引腳中CP為時(shí)鐘脈沖輸入端，D0、D1、D2、D3為預(yù)置數(shù)端，為置數(shù)控制端，為異步復(fù)位端，二者均為低電平有效；Q0、Q1、Q2、Q3為計(jì)數(shù)器的輸出端。</p><p>　?。?）秒計(jì)數(shù)

13、和分計(jì)數(shù)都是六十進(jìn)制，所以將它們歸在一起。當(dāng)計(jì)數(shù)器記到59時(shí)，再來一個(gè)脈沖，計(jì)數(shù)器進(jìn)位輸出變?yōu)?，送到高一級(jí)的計(jì)數(shù)電路中去，同時(shí)自身清0。下面是六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器具體的工作原理：</p><p>　　本計(jì)數(shù)器采用的是并行進(jìn)位整體置數(shù)方式。當(dāng)分頻電路產(chǎn)生1Hz的信號(hào)時(shí)，信號(hào)被加到U1、U2的CLK端，但剛開始U2的ET和EP端為高電平U2工作（計(jì)數(shù)），而U1的ET和EP端受U2進(jìn)位輸出端CO控制，剛開始計(jì)數(shù)時(shí)，U2進(jìn)位

14、輸出端為0，所以U1不工作，當(dāng)U2計(jì)數(shù)為9時(shí)，U2進(jìn)位輸出為1，此時(shí)U1計(jì)數(shù)。當(dāng)下一個(gè)脈沖到來后，U2跳變?yōu)?，此時(shí)進(jìn)位輸出為0，U1又不工作，一直等到U2計(jì)數(shù)記到9時(shí)，U1才計(jì)數(shù)，每輸入十個(gè)脈沖信號(hào)，U1記一次數(shù)。</p><p>　　當(dāng)U1計(jì)數(shù)記到5時(shí)（為0101時(shí)）且U2為9時(shí)（為1001時(shí)）即U2的14腳11腳為高電平且U1的14腳12腳為高電平時(shí)，相應(yīng)的腳接到四輸入與非門中，此時(shí)四個(gè)腳輸入全為高電平，與

15、非門輸出為低電平，與非門的輸出接到U1、U2的置數(shù)端，置數(shù)端接入低電平有效，此時(shí)U1、U2置數(shù)工作，U1、U2置數(shù)輸入為相應(yīng)芯片上的預(yù)置數(shù)輸入端的值，由于U1、U2的預(yù)置數(shù)輸入端接地，即預(yù)置數(shù)為0000，此時(shí)計(jì)數(shù)器清零，又開始重新計(jì)數(shù)。下圖為六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器的原理圖。</p><p>　　圖5 秒、分計(jì)數(shù)器電路</p><p>　?。?）時(shí)計(jì)數(shù)采用二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器，二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器的工作原理

16、與六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器的工作原理相似，只不過與非門采用的是三輸入與非門，因?yàn)槎倪M(jìn)制計(jì)數(shù)器是在U2計(jì)數(shù)為3，且U1計(jì)數(shù)為2時(shí)進(jìn)位的，此時(shí)只需要三個(gè)引腳的邏輯值即可，二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)脈沖是分進(jìn)位的進(jìn)位脈沖信號(hào)。三輸入與非門的三個(gè)引腳分別接U2的13、14腳和U1的13腳，當(dāng)U2的計(jì)數(shù)為3時(shí)，即U2的13、14腳為高電平并且U1的13腳都為高電平時(shí)，74LS20的三個(gè)輸入端（74LS20為四輸入與非門這里將其中的兩個(gè)引腳接在一起，構(gòu)成三輸

17、入與非門）的輸入都為1，此時(shí)與非門的輸出端為0，再將與非門的輸出端接到置數(shù)端進(jìn)行置數(shù)處理。當(dāng)U1、U2進(jìn)行置數(shù)時(shí)，U1、U2全被置成0，此時(shí)計(jì)數(shù)器清零，可以重新開始計(jì)數(shù)。下圖為二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器的原理圖。</p><p><b>　　圖5 時(shí)計(jì)數(shù)器電路</b></p><p>　　74LS160及74LS20的管腳圖與功能表如下：</p><p>

18、;　　圖6 74LS160的管腳圖及功能表</p><p>　　圖7 74LS20管腳圖及功能表</p><p>　　4.3 譯碼驅(qū)動(dòng)電路</p><p>　　譯碼驅(qū)動(dòng)電路采用的是74LS48芯片，它的輸入信號(hào)為單個(gè)74LS160計(jì)數(shù)器的輸出信號(hào)，74LS48電路中的燈測(cè)測(cè)試輸入端，滅燈輸入、滅零輸出和滅零輸入均為無效狀態(tài)，故其相應(yīng)的引腳接高電平，表示上述功能不工作

19、。74LS48輸出端接顯示譯碼器的相應(yīng)管腳。譯碼器輸出端分別接相應(yīng)的顯示電路輸入端。下圖為譯碼驅(qū)動(dòng)顯示電路的原理圖。</p><p><b>　　圖8 譯碼驅(qū)動(dòng)電路</b></p><p>　　74LS48的管腳圖及功能表：</p><p>　　圖9 74LS48的管腳圖及功能表</p><p><b>　　4

20、.3 顯示電路</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)采用共陰極數(shù)碼管，CK接低電平，7腳為數(shù)碼管的小數(shù)點(diǎn)，本設(shè)計(jì)中沒用到，不需要顯示，所以接地即可。圖10為數(shù)碼管引腳圖，圖11為顯示電路原理圖。</p><p>　　圖10 數(shù)碼管引腳圖 圖11 顯示電路</p><p><b>　　4.4 校正電路</b

21、></p><p>　　下圖是本設(shè)計(jì)所采用的校正電路原理圖，當(dāng)J1按下時(shí)就證明準(zhǔn)備好了時(shí)間的校正，然后，J1按著不動(dòng)，在按J2沒按一次時(shí)（分）就增加1。（實(shí)驗(yàn)證明：此電路不能實(shí)現(xiàn)）</p><p><b>　　圖12 校正電路</b></p><p><b>　　5 總電路</b></p><p

22、>　　本電路是以555定時(shí)器組成多諧振蕩器作為頻率發(fā)聲器，多諧振蕩產(chǎn)生1000Hz的震蕩波，經(jīng)過74LS90組成的分頻器分頻，分解成1Hz的脈沖波，隨后經(jīng)過秒計(jì)數(shù)器，秒計(jì)時(shí)器是六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到60時(shí)產(chǎn)生進(jìn)位脈沖，到分計(jì)數(shù)器。分計(jì)數(shù)器也是六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，當(dāng)分計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到60時(shí)，再次產(chǎn)生更高一級(jí)的進(jìn)位脈沖，脈沖送到時(shí)計(jì)數(shù)器，實(shí)現(xiàn)了分向時(shí)的進(jìn)位。當(dāng)需要進(jìn)行校正時(shí)或分時(shí)，打開對(duì)應(yīng)的開關(guān)，進(jìn)行相應(yīng)的校正，此時(shí)計(jì)數(shù)進(jìn)位脈沖無效。

23、下圖為總電路原理圖。</p><p><b>　　圖13 總電路</b></p><p>　　圖14 總數(shù)字鐘電路PCB圖</p><p>　　圖15 脈沖電路PCB圖</p><p><b>　　6 設(shè)計(jì)心得</b></p><p>　　在學(xué)習(xí)《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》這門課時(shí)我

24、就對(duì)計(jì)數(shù)器（芯片）產(chǎn)生了濃厚的興趣，但是由于當(dāng)時(shí)的專業(yè)知識(shí)有限只能學(xué)習(xí)有關(guān)它的理論知識(shí)，沒能在實(shí)踐中真正的感知它、了解它的功能及作用。為了進(jìn)一步的了解并掌握計(jì)數(shù)器（芯片）的功能及其在應(yīng)用中的性能，基于對(duì)計(jì)數(shù)器（芯片）的學(xué)習(xí),我用74LS160設(shè)計(jì)了這塊數(shù)字電子鐘。雖然，它不像市面上買的時(shí)鐘那樣有很全面的附加功能，但是作為一塊看時(shí)間的時(shí)鐘，它是足夠了。這樣即使我的所學(xué)得到了所用，又讓我在制作的過程中學(xué)到了一些在書本中學(xué)不到的知識(shí). <

25、;/p><p><b>　　7 參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　(1)童詩白、華成英主編，《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》北京，高等教育出版社，第四版</p><p>　　(2)閻石主編《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》，北京，高等教育出版社，第五版</p><p>　　(3)梁恩主、梁恩維編，《Protel 99 SE電路設(shè)計(jì)與仿真應(yīng)用》清