數(shù)字電路課程設計-- 數(shù)字鐘

1、<p><b>　　課程設計報告</b></p><p>　　課程名稱： 數(shù) 字 電 路 </p><p>　　設計題目： 數(shù) 字 鐘 </p><p>　　專業(yè)名稱： 應用電子技術 </p><p><b>　　概述<

2、/b></p><p>　　數(shù)字鐘是一種用數(shù)字電路技術實現(xiàn)時、分、秒計時的鐘表。與機械鐘相比具有更高的準確性和直觀性，具有更長的使用壽命，已得到廣泛的使用。數(shù)字鐘的設計方法有許多種，例如可用中小規(guī)模集成電路組成電子鐘，也可以利用專用的電子鐘芯片配以顯示電路及其所需要的外圍電路組成電子鐘，還可以利用單片機來實現(xiàn)電子鐘等等。這些方法都各有其特點，其中利用單片機實現(xiàn)的電子鐘具有編程靈活，以便于功能的擴展。<

3、/p><p>　　數(shù)字鐘的基本組成原理框圖</p><p>　　數(shù)字鐘實際上是一個對標準頻率（1HZ）進行計數(shù)的計數(shù)電路。由于計數(shù)的起始時間不可能與標準時間（如北京時間）一致，故需要在電路上加一個校時電路，同時標準的1HZ時間信號必須做到準確穩(wěn)定。通常使用石英晶體振蕩器電路構成數(shù)字鐘。</p><p>　?、啪w振蕩器電路　　</p><p>　

4、　晶體振蕩器電路給數(shù)字鐘提供一個頻率穩(wěn)定準確的32768Ｈz的方波信號，可保證數(shù)字鐘的走時準確及穩(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。</p><p><b>　　⑵分頻器電路</b></p><p>　　分頻器電路將32768Hz的高頻方波信號32768（）次分頻后得到1Hz的方波信號供秒計數(shù)器進行計數(shù)。分頻器實際上也就是計數(shù)器。&l

5、t;/p><p>　?、菚r間計數(shù)器電路　　</p><p>　　時間計數(shù)電路由秒個位和秒十位計數(shù)器、分個位和分十位計數(shù)器及時個位和時十位計數(shù)器電路構成，其中秒個位和秒十位計數(shù)器、分個位和分十位計數(shù)器為60進制計數(shù)器，而根據(jù)設計要求，時個位和時十位計數(shù)器為12進制計數(shù)器。</p><p><b>　?、茸g碼驅動電路　　</b></p>

6、<p>　　譯碼驅動電路將計數(shù)器輸出的8421BCD碼轉換為數(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。</p><p><b>　?、蓴?shù)碼管　　</b></p><p>　　數(shù)碼管通常有發(fā)光二極管（LED）數(shù)碼管和液晶（LCD）數(shù)碼管，本設計提供的為ＬＥＤ數(shù)碼管。</p><p><b>　　數(shù)字鐘組

7、成原理框圖</b></p><p>　　數(shù)字鐘單元電路及工作原理</p><p><b>　　晶體振蕩器電路</b></p><p>　　晶體振蕩器是構成數(shù)字式時鐘的核心，它保證了時鐘的走時準確及穩(wěn)定。</p><p>　　如圖，電路通過ＣＭＯＳ非門構成的輸出為方波的數(shù)字式晶體振蕩電路，這個電路中，ＣＭＯＳ非

8、門Ｕ１與晶體、電容和電阻構成晶體振蕩器電路，Ｕ２實現(xiàn)整形功能，將振蕩器輸出的近似于正弦波的波形轉換為較理想的方波。輸出反饋電 阻Ｒ１為非門提供偏置，使電路工作于放大區(qū)域，即非門的功能近似于一個高增益的反相放大器。電容Ｃ１、Ｃ２與晶體構成一個諧振型網(wǎng)絡，完成對振蕩頻率的控制功能，同時提供了一個１８０度相移，從而和非門構成一個正反饋網(wǎng)絡，實現(xiàn)了振蕩器的功能。由于晶體具有較高的頻率穩(wěn)定性及準確性，從而保證了輸出頻率的穩(wěn)定和準確。</p

9、><p><b>　　分頻器電路</b></p><p>　　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，需要對振蕩器的輸出信號進行分頻。</p><p>　　本實驗中采用CD4060來構成分頻電路。CD4060在數(shù)字集成電路中可實現(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。</p>

10、<p>　?。茫模矗埃叮坝嫈?shù)為１４級２進制計數(shù)器，可以將３２７６８ＨZ的信號分頻為２ＨZ，其內(nèi)部框圖如圖所示，從圖中可以看出，ＣＤ４０６０的時鐘輸入端兩個串接的非門，因此可以直接實現(xiàn)振蕩和分頻的功能。</p><p><b>　　時間計數(shù)單元</b></p><p>　　時間計數(shù)單元有時計數(shù)、分計數(shù)和秒計數(shù)等幾個部分。</p><p&g

11、t;　　時計數(shù)單元一般為１２進制計數(shù)器計數(shù)器，其輸出為兩位８４２１ＢＣＤ碼形式；分計數(shù)和秒計數(shù)單元為６０進制計數(shù)器，其輸出也為８４２１ＢＣＤ碼。</p><p>　　一般采用10進制計數(shù)器74HC390來實現(xiàn)時間計數(shù)單元的計數(shù)功能。為減少器件使用數(shù)量，可選７４ＨＣ３９０，該器件為雙２—５－１０異步計數(shù)器，并且每一計數(shù)器均提供一個異步清零端（高電平有效）。</p><p>　　秒個位計數(shù)單元

12、為１０進制計數(shù)器，無需進制轉換，只需將ＱＡ與ＣＰＢ（下降沿有效）相連即可。ＣＰＡ（下降沒效）與１ＨZ秒輸入信號相連，Ｑ３可作為向上的進位信號與十位計數(shù)單元的ＣＰＡ相連。</p><p>　　秒十位計數(shù)單元為６進制計數(shù)器，需要進制轉換。將１０進制計數(shù)器轉換為６進制計數(shù)器的電路連接方法如圖所示，其中Ｑ２可作為向上的進位信號與分個位的計數(shù)單元的ＣＰＡ相連。</p><p>　　分個位和分十位計數(shù)

13、單元電路結構分別與秒個位和秒十位計數(shù)單元完全相同，只不過分個位計數(shù)單元的Ｑ３作為向上的進位信號應與分十位計數(shù)單元的ＣＰＡ相連，分十位計數(shù)單元的Ｑ２作為向上的進位信號應與時個位計數(shù)單元的ＣＰＡ相連。</p><p>　　時個位計數(shù)單元電路結構仍與秒或個位計數(shù)單元相同，但是要求，整個時計數(shù)單元應為１２進制計數(shù)器，不是１０的整數(shù)倍，因此需將個位和十位計數(shù)單元合并為一個整體才能進行１２進制轉換。利用１片７４ＨＣ３９０實現(xiàn)

14、１２進制計數(shù)功能的電路如圖所示。</p><p>　　（4）譯碼驅動及顯示單元</p><p>　　計數(shù)器實現(xiàn)了對時間的累計以8421BCD碼形式輸出，選用顯示譯碼電路將計數(shù)器的輸出數(shù)碼轉換為數(shù)碼顯示器件所需要的輸出邏輯和一定的電流，選用CD4511作為顯示譯碼電路，選用LED數(shù)碼管作為顯示單元電路。</p><p><b>　　校時電路</b>

15、;</p><p>　　當重新接通電源或走時出現(xiàn)誤差時都需要對時間進行校正。通常，校正時間的方法是：首先截斷正常的計數(shù)通路，然后再進行人工出觸發(fā)計數(shù)或將頻率較高的方波信號加到需要校正的計數(shù)單元的輸入端，校正好后，再轉入正常計時狀態(tài)即可。</p><p>　　根據(jù)要求，數(shù)字鐘應具有分校正和時校正功能，因此，應截斷分個位和時個位的直接計數(shù)通路，并采用正常計時信號與校正信號可以隨時切換的電路接入

16、其中。如圖所示即為帶有基本RS觸發(fā)器的校時電路。</p><p><b>　　（6）整點報時電路</b></p><p>　　一般時鐘都應具備整點報時電路功能，即在時間出現(xiàn)整點前數(shù)秒內(nèi)，數(shù)字鐘會自動報時，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，較復雜的也可以是實時語音提示。</p><p>　　根據(jù)要求，電路應在整點前10秒鐘內(nèi)開始

17、整點報時，即當時間在59分50秒到59分59秒期間時，報時電路報時控制信號。報時電路選74HC30，選蜂鳴器為電聲器件。</p><p><b>　　定時電路</b></p><p>　　數(shù)字鐘總接線布局圖及其說明</p><p>　　一個CD4511和一個LED數(shù)碼管連接成一個CD4511驅動電路，數(shù)碼管可從0---9顯示，以次來檢查數(shù)碼管的

18、好壞。</p><p>　　利用一個LED數(shù)碼管，一塊CD4511，一塊74HC390，一塊74HC00連接成一個十進制計數(shù)器，電路在晶振的作用下數(shù)碼管從0—9顯示。</p><p>　　利用一個LED數(shù)碼管，一塊CD4511，一塊74HC390，一塊74HC00和一個晶振連接成一個六進制計數(shù)器，數(shù)碼管從0—6顯示。</p><p>　　利用一個六進制電路和一個十進

19、制連接成一個六十進制電路，電路可從0—59顯示。</p><p>　　利用兩個六十進制的電路合成一個雙六十進制電路，兩個六十進制之間有進位。</p><p>　　（6）利用CD4060、電阻及晶振連接成一個分頻——晶振電路。</p><p>　?。?）利用74HC51D和74HC00及電阻連接成一個校時電路。</p><p>　　利用74HC

20、30和蜂鳴器連接成整點報時電路。</p><p>　　利用兩個六十進制和一個十二進制連接成一個時、分、秒都會進位的電路總圖。</p><p>　　5.課程設計中部分元器件的使用說明</p><p>　　1．實驗中所需的器材</p><p><b>　　5V電源。</b></p><p><b

21、>　　面包板1塊。</b></p><p><b>　　示波器。</b></p><p><b>　　萬用表。</b></p><p><b>　　鑷子1把。</b></p><p><b>　　剪刀1把。</b></p>

22、<p><b>　　網(wǎng)絡線2米/人。</b></p><p>　　共陰八段數(shù)碼管6個。</p><p>　　CD4511集成塊6塊。</p><p>　　CD4060集成塊1塊。</p><p>　　74HC390集成塊3塊。</p><p>　　74HC51集成塊1塊。</p&g

23、t;<p>　　74HC00集成塊5塊。</p><p>　　74HC30集成塊1塊。</p><p><b>　　10MΩ電阻5個。</b></p><p>　　500Ω電阻14個。</p><p><b>　　30p電容2個。</b></p><p>　　3

24、2.768k時鐘晶體1個。</p><p><b>　　蜂鳴器。</b></p><p><b>　　課程設計的心得體會</b></p><p>　　在此次的數(shù)字鐘設計過程中，更進一步地熟悉了芯片的結構及掌握了各芯片的工作原理和其具體的使用方法。</p><p>　　在連接六進制、十進制、六十進制的

25、進位及十二進制的接法中，要求熟悉邏輯電路及其芯片各引腳的功能，那么在電路出錯時便能準確地找出錯誤所在并及時糾正了。</p><p>　　在設計電路中，往往是先仿真后連接實物圖，但有時候仿真和電路連接并不是完全一致的，例如仿真的連接示意圖中，往往沒有接高電平的16腳或14腳以及接低電平的7腳或8腳，因此在實際的電路連接中往往容易遺漏。又例如74HC390芯片，其本身就是一個十進制計數(shù)器，在仿真電路中必須連接反饋線才