數(shù)字電子課程設計--數(shù)字時鐘

1、<p>　　數(shù)字電子鐘是一種用數(shù)字顯示秒﹑分﹑時的記時裝置，與傳統(tǒng)的機械鐘相比，他具有走時準確﹑顯示直觀﹑無機械傳動裝置等優(yōu)點，因而得到了廣泛的應用：小到人們的日常生活中的電子手表，大到車站﹑碼頭﹑機場等公共場所的大型數(shù)顯電子鐘。</p><p>　　本課程設計要用通過簡單的邏輯芯片實現(xiàn)數(shù)字電子鐘。要點在于用555芯片連接輸出為一秒的多諧振蕩器用于時鐘的秒脈沖,用74LS160(10進制計數(shù)器)74LS

2、00(與非門芯片)等連接成60和24進制的計數(shù)器,再通過七段數(shù)碼管顯示，構成了簡單數(shù)字電子鐘。</p><p>　　關鍵詞：數(shù)字電子鐘、555芯片、計數(shù)器、數(shù)碼管</p><p><b>　　概述</b></p><p>　　所謂電子技術,是指“含有電子的、數(shù)據(jù)的、磁性的、光學的、電磁的、或者類似性能的相關技術”。電子技術可以分為模擬電子技術、

3、數(shù)字電子技術兩大部分。 模擬電子技術說是整個電子技術的基礎，在信號放大、功率放大、整流穩(wěn)壓、模擬量反饋、混頻、調制解調電路領域具有無法替代的作用。例如高保真(Hi-Fi)的音箱系統(tǒng)、移動通訊領域的高頻發(fā)射機等。</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、程序軟件控制等一系列優(yōu)點。隨著計算機科學與技術突飛猛進地發(fā)展，用數(shù)字電路進行信號處理的優(yōu)勢也更加突出。為了充分發(fā)揮數(shù)字電路在

4、信號處理上的強大功能，我們可以先將模擬信號按比例轉換成數(shù)字信號，然后送到數(shù)字電路進行處理，最后再將處理結果根據(jù)需要轉換為相應的模擬信號輸出。自20世紀70年代開始，這種用數(shù)字電路處理模擬信號的所謂“數(shù)字化”浪潮已經席卷了電子技術幾乎所有的應用領域，如數(shù)字濾波器等。</p><p>　　很有幸我們這學期學習了電子技術這門學科，并且是我們這個學期的重點課程，在上課和實驗的過程中，漸漸的我喜歡上了它。每一節(jié)課我都認真學

5、習，每次實驗我都認真的去完成。但是做課程設計是第一次做，以前都是照著做，現(xiàn)在所有的都是自己做，真的很有難度。要想做出來一個好的東西，就要去圖書館，到網上去找資料。</p><p>　　根據(jù)我自己的自身情況和查閱的資料，我決定做一個數(shù)字電子時鐘，這個相對比較是比較簡單的，由于我們以前的數(shù)電實驗做過任意進制計數(shù)器，所以電子鐘計數(shù)器制作沒有問題，兩個60進制計數(shù)器，一個24進制計數(shù)器。經過不懈的努力終于完成了，在這個過

6、程中收獲了很多。</p><p>　　第2章 課程設計任務及要求</p><p><b>　　2.1 設計任務</b></p><p>　　1、設計一個有“時”，“分”，“秒”（23小時59分59秒）顯示且有校時功能的電子鐘；</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 設計要求</b></p><p>　　1．用555定時器設計一個秒鐘脈沖發(fā)生器，輸入1HZ的時鐘；（對已有1kHz頻率時鐘脈沖進行分頻）；</p><p>　　2．能顯示時、分、秒，24小時制；</p><p>　　3. 設計晶體震蕩電路來輸入時鐘脈沖；</p><p>　　4.用同步十進制集成計

8、數(shù)器74LS160設計一個分秒鐘計數(shù)器,即六十進制計數(shù)器.；</p><p>　　5.用同步十進制集成計數(shù)器74LS160設計一個24小時計數(shù)器,</p><p>　　6. 譯碼顯示電路顯示時間。</p><p><b>　　系統(tǒng)設計</b></p><p><b>　　3.1方案論證</b><

9、;/p><p>　　秒、分、時分別為60、60和24進制計數(shù)器。秒、分均為六十進制，即顯示00~59，它們的個位為十進制，十位為六進制。分秒功能的實現(xiàn)：用兩片74LS160組成60進制遞增計數(shù)器。時為二十四進制計數(shù)器，顯示為00~23，個位仍為十進制，而十位為三進制，但當十進位計到2，而個位計到4時清零，就為二十四進制了。時功能的實現(xiàn)：用兩片74LS160組成24進制遞增計數(shù)器。</p><p&g

10、t;<b>　　3.2 系統(tǒng)設計</b></p><p>　　3.2.1 結構框圖及說明</p><p><b>　　圖 1 設計框架圖</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電路構成的1KHz多諧振蕩器，調節(jié)電阻R3可以改變輸出信號頻率。74LS160是二，五，十進制同步加法器，用三片74LS90構成三級十分頻器，將1KHz矩形波分頻得到1Hz基準秒計時信號。由于74LS160是十進制計數(shù)器，分別將個位接成十進制計數(shù)器，十位接成六進制計數(shù)器，分別將個位的RCO輸出端接十位的9腳端，就構成60進制計數(shù)器，

12、用兩個相同的60進制計數(shù)器分別做作為秒，分計時，并在個位和十位輸出端接上數(shù)碼顯示管顯示小時計數(shù)器直接采用整體反饋清零法構成24進制計數(shù)器。</p><p>　　工作原理：振蕩電路產生的1KHZ脈沖信號經三級十分頻電路分頻后產生的1HZ脈沖信號輸入74LS90N連成的60進制秒計數(shù)器，再由秒計數(shù)器每60秒進位輸出給60進制分鐘計數(shù)器，分鐘計數(shù)器滿60后產生進位信號輸入給24進制小時計數(shù)器，從而實現(xiàn)24小時制電子鐘的

13、功能。</p><p>　　3.3 單元電路設計</p><p>　　3.3.1單元電路工作原理</p><p>　　1、時功能 24進制計數(shù)器，如圖3所示。</p><p>　　圖 3 24進制計數(shù)器</p><p>　　說明：采用同步時序信號控制，用個位的進位端控制十位的使能端，當個位有進位時，芯片工作，輸入十

14、位的脈沖信號有效，當十位為2，個位為3的時候，同時給兩個芯片的預置端一個有效信號，使之清零。</p><p>　　2、分秒功能60進制計數(shù)器，如圖4所示。</p><p>　　圖 4 60進制計數(shù)器</p><p>　　說明：采用異步時序電路控制，在十位計數(shù)到5時，下一個脈沖一到來就置數(shù)。</p><p>　　74LS160構成的60進制

15、計數(shù)器和24進制計數(shù)器如圖3和圖4所示。</p><p>　　秒、分、時分別為60、60和24進制計數(shù)器。秒、分均為六十進制，即顯示00~59，它們的個位為十進制，十位為六進制。</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電路構成的1KHz多諧振蕩器原理如圖5

16、所示。調節(jié)電阻R2可以改變輸出信號頻率，用以得到所需的信號頻率。</p><p>　　4、分頻器電路 ，如圖6所示。</p><p>　　圖 6三級十分頻器電路</p><p>　　74LS90是二，五，十進制異步加法器，用三片74LS90可以構成三級十分頻器，將1KHz矩形波分頻得到1Hz基準秒計時信號。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、 滑動變阻器 10KΩ，KEY=A，20%</p><p>　　4、與門 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 仿真過程</b></p><p>　　電路的連接與仿真是我們這次課程設計的主要任務之一，也是整個過程的

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

22、過程：</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試；</p><p>　　2、連接晶體振蕩電路并調試，觀察發(fā)出的是否是1KHz的信號；</p><p>　　3、連接分頻電路并調試，觀察輸出是否是1Hz的信號；</p><p>　　4、連接60、24進制計數(shù)器電路并調試，觀察是否符合要求；<

23、;/p><p>　　5、將分頻電路輸出的信號連接到計數(shù)器電路，觀察時鐘是否正常運行。</p><p><b>　　4.3 仿真結果</b></p><p>　　電路成功實現(xiàn)了24小時制數(shù)字電子鐘的功能，可精確計時，每60秒進1分并清零秒計數(shù)器，每60分進1小時并清零分鐘計數(shù)器，每24小時清零所有計數(shù)器并重新開始計時。仿真結果如圖13</p&g

24、t;<p>　　圖13 電子鐘仿真圖</p><p><b>　　第5章 安裝調試</b></p><p>　　5.1 安裝調試過程</p><p>　　在實驗室按照如圖14電路圖連接電路，由于電路圖比較復雜在連接過程中必須認真細心。首先必須明確實驗原理，在此基礎上連接電路會相對比較清晰明了，同時注意集中精力。并且由于導線比較多，

25、為了避免不必要的麻煩，在連接前需要檢測每一條導線是否損壞。調試過程分為單元電路檢測和整機電路調試。</p><p>　　圖14 數(shù)字式搶答器</p><p><b>　　單元電路檢測</b></p><p><b>　　1、搶答電路</b></p><p>　　把主持人的控制開關設置為“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)，此時鎖存電路不工作。然后把主持人的控制開關撥到“開始”位置，優(yōu)先編碼電路和鎖存電路同時處于工作狀態(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，如當有選手將搶答按鍵按下時，顯示器顯示相應的數(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不會被接收。<

27、;/p><p><b>　　2、定時電路</b></p><p>　　用示波器檢查555的輸出波形是否為1Hz的方波信號，如不是對555的外圍電路進行調整達到要求為止。觀察顯示器的顯示時間是否進行加計數(shù)。有問題按原理進行修改。</p><p><b>　　3、時序控制 </b></p><p>　　1）

28、、主持人將控制開關撥到“開始”位置時，搶答電路和定時電路進入正常搶答工作狀態(tài)。</p><p>　　2）、當參賽選手按動搶答按鍵時，搶答電路和定時電路停止工作，顯示器顯示。</p><p>　　3）、當設定的搶答時間到，無人搶答時，搶答電路和定時電路停止工作。</p><p><b>　　整機電路調試</b></p><p&

29、gt;　　1）、開始時，主持人將控制開關接地， 搶答電路無顯示；與此同時，在計時 電路部分，將事先的預置數(shù)送入減法計數(shù)器中。當主持人按鍵彈起時，計數(shù)器開始計數(shù)工作，搶答開始。</p><p>　　2）、在沒有人按鍵且搶答時間沒到時，優(yōu)先編碼器/Yex輸出為1，計數(shù)器BO2輸出為1，74LS148的5端,而優(yōu)先編碼器和計數(shù)器都正常工作；</p><p>　　3）、當在規(guī)定時間有人按下?lián)?/p>

30、答按鍵時，/YEX輸出為“0”， CTR=1，/ST=1，優(yōu)先編碼器停止工作，此后選手的搶答無效，電路將按鍵者的編號顯示在LED上；同時，CTR=1，計數(shù)部分的計數(shù)脈沖 =0，計數(shù)器停止工作，此時的倒計時時間記錄并顯示在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)定時間內無人搶答，BO2由1跳變到0，74121有狀態(tài)2；ST=1，搶答電路停止工作，此后的搶答按鍵無效。</p>

31、<p><b>　　5.2 故障分析</b></p><p>　　沒能實現(xiàn)預想的功能，就要一個一個部分的檢查，若哪一個功能不能實現(xiàn)，再根據(jù)故障分析和排除的方法，找出故障，并加以改進，排除故障。調試并不是一件易事，需要準確找到故障處，否則只能亂碰，卻達不到效果，只是白費時間，經過實踐，我覺的縮小范圍的方法很實用，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 結論</b></p><p>　　經過假期的課程設計，我完成了這次的設計要求，成功的設計了一個數(shù)字電子時鐘，完成了預想的功能。首先提出可行的執(zhí)行方案，多提出幾種方案，集思廣益。然后對方案進行理論上的論證。選擇方便可行而且價格便宜的元件，進行設計，注意性價比。</p><p>　　通過對本次設計的方案理論論證并且應用 Multisim