數(shù)字鐘課程設(shè)計(jì)(完整原理圖)

1、<p>　　課 程 設(shè) 計(jì) 報(bào)告</p><p>　　題目 數(shù)字鐘-數(shù)電課程設(shè)計(jì) </p><p>　　2011-2012 第一學(xué)期</p><p>　　班 級(jí) </p><p>　　姓 名 </p><p>　　學(xué) 號(hào)

2、 </p><p>　　指導(dǎo)教師 </p><p>　　單 位 </p><p><b>　　年 月 日</b></p><p><b>　　前言</b></p><p>　

3、　20世紀(jì)末，電子技術(shù)獲得了飛速的發(fā)展，在其推動(dòng)下，現(xiàn)代電子產(chǎn)品幾乎滲透了社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域，有力地推動(dòng)了社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展和社會(huì)信息化程度的提高，同時(shí)也使現(xiàn)代電子產(chǎn)品性能進(jìn)一步提高，產(chǎn)品更新?lián)Q代的節(jié)奏也越來(lái)越快。 時(shí)間對(duì)人們來(lái)說(shuō)總是那么寶貴，工作的忙碌性和繁雜性容易使人忘記當(dāng)前的時(shí)間。忘記了要做的事情，當(dāng)事情不是很重要的時(shí)候，這種遺忘無(wú)傷大雅。但是，一旦重要事情，一時(shí)的耽誤可能釀成大禍。例如，許多火災(zāi)都是由于人們一時(shí)忘記了關(guān)閉煤氣或是忘記

4、充電時(shí)間。尤其在醫(yī)院，每次護(hù)士都會(huì)給病人作皮試，測(cè)試病人是否對(duì)藥物過(guò)敏。注射后，一般等待5分鐘，一旦超時(shí)，所作的皮試試驗(yàn)就會(huì)無(wú)效。手表當(dāng)然是一個(gè)好的選擇，但是，隨著接受皮試的人數(shù)增加，到底是哪個(gè)人的皮試到時(shí)間卻難以判斷。所以，要制作一個(gè)定時(shí)系統(tǒng)。隨時(shí)提醒這些容易忘記時(shí)間的人。 鐘表的數(shù)字化給人們生產(chǎn)生活帶來(lái)了極大的方便，而且大大地?cái)U(kuò)展了鐘表原先的報(bào)時(shí)功能。諸如定時(shí)自動(dòng)報(bào)警、按時(shí)自動(dòng)打鈴、時(shí)間程序自動(dòng)控制、定時(shí)廣播、定時(shí)啟閉電路

5、、定時(shí)開關(guān)烘箱、通斷動(dòng)力設(shè)備，甚至各種定時(shí)電氣的自動(dòng)啟用等，所有這些，都是以鐘表數(shù)字化為基礎(chǔ)的。因此，研究數(shù)字鐘及擴(kuò)大其應(yīng)</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　一、 設(shè)計(jì)目的- 3 -</p><p>　　二、設(shè)計(jì)要求- 3 -</p><p>　　2.1設(shè)計(jì)指標(biāo)- 3 -</p&

6、gt;<p>　　2.2設(shè)計(jì)要求- 3 -</p><p>　　2.3制作要求- 3 -</p><p>　　2.4編寫設(shè)計(jì)報(bào)告- 3 -</p><p>　　三、各單元電路設(shè)計(jì)- 4 -</p><p>　　3.1工作原理- 4 -</p><p>　　3.2原理框圖- 4 -</p

7、><p>　　3.3振蕩器- 5 -</p><p>　　3.3.1由石英晶體振蕩器構(gòu)成的1HZ秒脈沖信號(hào)- 5 -</p><p>　　3.4 時(shí)間計(jì)數(shù)器電路- 6 -</p><p>　　3.4.1秒計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)- 6 -</p><p>　　3.4.2分計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)- 7 -</p><

8、p>　　3.4.3時(shí)計(jì)數(shù)器電路- 8 -</p><p>　　3.5譯碼驅(qū)動(dòng)及顯示單元的設(shè)計(jì)- 9 -</p><p>　　3.6校時(shí)電路- 9 -</p><p>　　3.7 整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路- 10 -</p><p>　　3.7.1 論證- 10 -</p><p>　　3.7.2 實(shí)現(xiàn)- 1

9、0 -</p><p>　　四、總電路設(shè)計(jì)- 12 -</p><p>　　五、元件清單- 12 -</p><p>　　六、課程設(shè)計(jì)體會(huì)- 13 -</p><p>　　七、參考文獻(xiàn)- 14 -</p><p><b>　　一、 設(shè)計(jì)目的</b></p><p

10、>　　熟悉集成電路的引腳安排；</p><p>　　掌握各芯片的邏輯功能及使用方法；</p><p>　　了解數(shù)字鐘的組成及工作原理；</p><p>　　熟悉數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)與制作；</p><p>　　熟悉Protel99 SE軟件的操作；</p><p><b>　　設(shè)計(jì)要求</b><

11、;/p><p><b>　　2.1設(shè)計(jì)指標(biāo)</b></p><p>　　時(shí)間以24小時(shí)為一個(gè)周期；能顯示時(shí)，分，秒；</p><p>　　有校時(shí)功能，可以分別對(duì)時(shí)及分進(jìn)行單獨(dú)校時(shí)，使其校正到標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間；</p><p>　　計(jì)時(shí)過(guò)程具有報(bào)時(shí)功能，當(dāng)時(shí)間到達(dá)整點(diǎn)前10秒進(jìn)行蜂鳴報(bào)時(shí)；</p><p>　　

12、為了保證計(jì)時(shí)的穩(wěn)定及準(zhǔn)確須由晶體振蕩器提供表針時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)。</p><p><b>　　2.2設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　　畫出電路原理圖(或仿真電路圖)；</p><p><b>　　元器件及參數(shù)選擇；</b></p><p><b>　　2.3制作要求 </b>&

13、lt;/p><p>　　自行裝配和調(diào)試，并能發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題；</p><p>　　2.4編寫設(shè)計(jì)報(bào)告 </p><p>　　寫出設(shè)計(jì)與制作的全過(guò)程，附上有關(guān)資料和圖紙，有心得體會(huì)。</p><p><b>　　各單元電路設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　3.1工作原理</b

14、></p><p>　　數(shù)字鐘是一個(gè)將“ 時(shí)”，“分”，“秒”顯示于人的視覺器官的計(jì)時(shí)裝置。它的計(jì)時(shí)周期為24小時(shí)，顯示滿刻度為23時(shí)59分59秒，另外應(yīng)有校時(shí)功能和報(bào)時(shí)功能。因此，一個(gè)基本的數(shù)字鐘電路主要由譯碼顯示器、“時(shí)”，“分”，“秒”計(jì)數(shù)器、校時(shí)電路、報(bào)時(shí)電路和振蕩器組成。干電路系統(tǒng)由秒信號(hào)發(fā)生器、“時(shí)、分、秒”計(jì)數(shù)器、譯碼器及顯示器、校時(shí)電路、整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路組成。秒信號(hào)產(chǎn)生器是整個(gè)系統(tǒng)的時(shí)基信號(hào)，它

15、直接決定計(jì)時(shí)系統(tǒng)的精度，一般用石英晶體振蕩器加分頻器來(lái)實(shí)現(xiàn)。將標(biāo)準(zhǔn)秒信號(hào)送入“秒計(jì)數(shù)器”，“秒計(jì)數(shù)器”采用60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，每累計(jì)60秒發(fā)送一個(gè)“分脈沖”信號(hào)，該信號(hào)將作為“分計(jì)數(shù)器”的時(shí)鐘脈沖。“分計(jì)數(shù)器”也采用60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，每累計(jì)60分鐘，發(fā)出一個(gè)“時(shí)脈沖”信號(hào)，該信號(hào)將被送到“時(shí)計(jì)數(shù)器”?！皶r(shí)計(jì)數(shù)器”采用24進(jìn)制計(jì)時(shí)器，可實(shí)現(xiàn)對(duì)一天24小時(shí)的累計(jì)。譯碼顯示電路將“時(shí)”、“分”、“秒”計(jì)數(shù)器的輸出狀態(tài)由七段顯示譯碼器譯碼，通過(guò)六位L

16、ED七段顯示器顯示出來(lái)。整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路時(shí)根據(jù)計(jì)時(shí)系統(tǒng)的輸出狀態(tài)產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)，然后觸發(fā)音頻發(fā)生器實(shí)現(xiàn)報(bào)時(shí)。校時(shí)電路時(shí)用來(lái)對(duì)“時(shí)”、“分”顯示數(shù)字進(jìn)行校對(duì)調(diào)整的。</p><p>　　數(shù)字電子鐘由振蕩器、分頻器 計(jì)數(shù)器、譯碼顯示、報(bào)時(shí)等電路組成。其中振蕩器和分頻器組成標(biāo)準(zhǔn)秒信號(hào)發(fā)生器，由不同進(jìn)制的計(jì)數(shù)器、譯碼器和顯示器組 成計(jì)時(shí)系統(tǒng)。秒信號(hào)送入計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，把累加的結(jié)果 以‘時(shí)，、‘分，、‘秒’的數(shù)字顯示出來(lái)?！?/p>

17、時(shí)’顯示由24進(jìn)制 計(jì)數(shù)器、譯碼器、顯示器構(gòu)成，‘分’、‘秒’顯示分別由60進(jìn) 制計(jì)數(shù)器、譯碼器、顯示器構(gòu)成?？蛇M(jìn)行整點(diǎn)報(bào)時(shí)，計(jì)時(shí)出 現(xiàn)誤差時(shí)，可以用校時(shí)電路校時(shí)、校分。</p><p><b>　　3.2原理框圖</b></p><p><b>　　1-1原理框圖</b></p><p><b>　　3.3振蕩

18、器</b></p><p>　　振蕩器產(chǎn)生的時(shí)基信號(hào)通常頻率都很高，要使它成為能用過(guò)來(lái)計(jì)時(shí)的“秒”信號(hào)，需由分頻器來(lái)完成。分頻器的級(jí)數(shù)和每級(jí)的分頻次數(shù)要根據(jù)時(shí)基頻率來(lái)決定。例如，目前石英電子鐘多采用32768HZ的時(shí)標(biāo)信號(hào)，將此信號(hào)經(jīng)過(guò)15級(jí)即可得到周期為1S的“秒”信號(hào)。也可選用其他頻率的時(shí)基信號(hào)，確定好分頻次數(shù)后再選選擇合適的集成電路。</p><p>　　3.3.1由石英

19、晶體振蕩器構(gòu)成的1HZ秒脈沖信號(hào)</p><p>　　石英晶體振蕩器產(chǎn)生的32768Hz時(shí)標(biāo)信號(hào)進(jìn)行15分頻。選用14為二進(jìn)制計(jì)數(shù)器\分頻器CMOS集成電路cc4060，由它可以得到14分頻的信號(hào)。再將TTL集成電路74LS74雙D觸發(fā)器鐘的一個(gè)觸發(fā)器結(jié)成計(jì)數(shù)器型，完成第15級(jí)分頻，即可得到周期為1s的沖信號(hào)。</p><p>　　振蕩器與分頻器連接電路和cc4060引腳排列下圖：<

20、/p><p>　　圖3-1cc4060引腳排列 圖3-2 cc4060組成的振蕩器與分頻器連接電路</p><p>　　3.4 時(shí)間計(jì)數(shù)器電路</p><p>　　時(shí)間計(jì)數(shù)器電路由秒個(gè)位和秒十位計(jì)數(shù)器，分個(gè)位和分十位計(jì)數(shù)器及時(shí)個(gè)位和時(shí)十位計(jì)數(shù)器電路構(gòu)成，其中秒個(gè)位和秒十位計(jì)數(shù)器，分個(gè)位和分十位計(jì)數(shù)器均為60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，而根據(jù)設(shè)計(jì)要求，時(shí)個(gè)位和時(shí)十位計(jì)數(shù)器為

21、24進(jìn)制計(jì)數(shù)器。這些計(jì)數(shù)器電路都可以由中規(guī)模集成計(jì)數(shù)器74LS90來(lái)實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　3.4.1秒計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)</p><p>　　秒信號(hào)發(fā)生器是數(shù)字電子鐘的核心部分，它的精度和穩(wěn)定度決定了時(shí)信號(hào)發(fā)生器和分信號(hào)發(fā)生器的精度?！懊搿庇?jì)數(shù)器為60進(jìn)制計(jì)數(shù)器。實(shí)現(xiàn)此100模數(shù)的計(jì)數(shù)器是由兩片中規(guī)模集成計(jì)數(shù)器74LS90構(gòu)成的。首先分別將兩片74LS90設(shè)置成10進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。即將兩片

22、的74LS90的置數(shù)端R0和R9都接地，將INA端接到QA端，以QD為進(jìn)位輸出端，則構(gòu)成了10進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。再將其中一片74LS90計(jì)數(shù)器的進(jìn)位輸出端QD接到另一片74LS90的進(jìn)位輸入端INA端。如此，兩片計(jì)數(shù)器最大的即可實(shí)現(xiàn)100進(jìn)制的計(jì)數(shù)器。接下來(lái)，利用74LS90的反饋置數(shù)的方法實(shí)現(xiàn)60進(jìn)制。74LS90屬于異步置數(shù)，所以計(jì)數(shù)器輸出“2QD2QC2QB2QA、1QD1QC1QB1QA=0110、0000”時(shí)，通過(guò)置數(shù)脈沖使計(jì)數(shù)

23、器清零，也就是此時(shí)QB，QC發(fā)出置數(shù)脈沖送至清零端R0，則R0使計(jì)數(shù)器清零?！懊搿庇?jì)數(shù)器電路圖如圖所示。</p><p>　　圖3-3 秒計(jì)數(shù)器電路</p><p>　　3.4.2分計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)</p><p>　　“分”計(jì)數(shù)器也是60進(jìn)制計(jì)數(shù)器。同“秒”計(jì)數(shù)器一樣是由兩片中規(guī)模集成計(jì)數(shù)器74LS90構(gòu)成。將兩片74LS90按同秒計(jì)數(shù)器的方法先接成10進(jìn)制加法計(jì)數(shù)

24、器，再按“秒”計(jì)數(shù)器電路的方法連接就可實(shí)現(xiàn)100進(jìn)制的計(jì)數(shù)器。再用同“秒”計(jì)數(shù)器的方法實(shí)現(xiàn)60進(jìn)制。其電路圖同“秒”計(jì)數(shù)器電路圖。如下圖所示。</p><p>　　圖3-4 分計(jì)數(shù)器電路</p><p>　　3.4.3時(shí)計(jì)數(shù)器電路</p><p>　　時(shí)計(jì)數(shù)器是24進(jìn)制計(jì)數(shù)器。實(shí)現(xiàn)此模數(shù)的計(jì)數(shù)器也是由兩片中規(guī)模集成計(jì)數(shù)器74LS90構(gòu)成。同“分”、“秒”計(jì)數(shù)器一樣

25、，先將兩片計(jì)數(shù)器74LS90連接成24進(jìn)制的加法計(jì)數(shù)器，再把兩片計(jì)數(shù)器74LS90用“秒”計(jì)數(shù)器的方法接成可實(shí)現(xiàn)100進(jìn)制的計(jì)數(shù)器。當(dāng)計(jì)數(shù)器狀態(tài)為“2QD2QC2QB2QA、1QD1QC1QB1QA=0010、0100”時(shí)，要求計(jì)數(shù)器歸零。通過(guò)2QB、1QC送出的置數(shù)脈沖使兩片計(jì)數(shù)器74LS90同時(shí)清零，這樣就構(gòu)成了24進(jìn)制計(jì)數(shù)器?！皶r(shí)”計(jì)數(shù)器電路圖如圖所示。</p><p>　　圖3-5 時(shí)計(jì)數(shù)器電路<

26、/p><p>　　3.5譯碼驅(qū)動(dòng)及顯示單元的設(shè)計(jì)</p><p>　　計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)了對(duì)時(shí)間的累計(jì)以8421BCD碼形式輸出，為了將計(jì)數(shù)器輸出的8421BCD碼顯示出來(lái)，需用顯示譯碼電路將計(jì)數(shù)器的輸出數(shù)碼轉(zhuǎn)換為數(shù)碼顯示器件所需要的輸出邏輯和一定的電流，一般這種譯碼器通常稱為7段譯碼顯示驅(qū)動(dòng)器，4511驅(qū)動(dòng)顯示電路連接圖如下圖所示。</p><p>　　圖3-6 譯碼顯示電路

27、</p><p><b>　　3.6校時(shí)電路</b></p><p>　　校時(shí)電路是數(shù)字電路不可缺少的部分，每當(dāng)數(shù)字鐘與時(shí)間不符時(shí)我們都要進(jìn)行校時(shí)。S1、S2分別是時(shí)校時(shí)和分校時(shí)開關(guān)，不校時(shí)時(shí)S1、S2是閉合的。當(dāng)校正時(shí)位時(shí)需要把S1開關(guān)打開，然后用手撥動(dòng)S3開關(guān)，來(lái)回?fù)軇?dòng)一次就能使時(shí)位增加1，可以根據(jù)需要來(lái)?yè)軇?dòng)開關(guān)次數(shù)，校正完畢后把S1開關(guān)閉上。校正分時(shí)和校正時(shí)的方

28、法一樣。其電路圖如下：</p><p><b>　　圖3-7校時(shí)電路</b></p><p>　　3.7 整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路</p><p><b>　　3.7.1 論證</b></p><p>　　整點(diǎn)報(bào)時(shí)是最基本的功能之一。此電路要求每當(dāng)“分”和“秒”計(jì)數(shù)器計(jì)到59分50秒時(shí)，使自動(dòng)驅(qū)動(dòng)音響電路，

29、在10s內(nèi)自動(dòng)發(fā)出5次響聲。要求每隔1s響一次，每次持續(xù)時(shí)間為1s，共響5次，并且前4次為低音，最后一響為高音，此時(shí)計(jì)數(shù)器正好為整點(diǎn)（“0”分“0”秒）。</p><p><b>　　3.7.2 實(shí)現(xiàn)</b></p><p>　　整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路見下圖，包括控制電路和音響電路兩部分。</p><p><b>　　圖3-8報(bào)時(shí)電路<

30、/b></p><p>　　第一部分為控制門電路部分。當(dāng)“分”和“秒”計(jì)數(shù)器到59分50秒時(shí)，從59分50秒到59分59秒之間，只有“秒”個(gè)位在計(jì)數(shù)，而“秒”的十位，“分”的個(gè)位，“分”的十位中C=Qc4=Qa4=Qd3=Qa3=Qc2=Qa2=1不變。將它們相與，即C=Qc4Qa4Qd3Qa3Qc2Qa2作為控制信號(hào)，去控制門U3A和門U4A。在每小時(shí)的最后10s內(nèi)C=1。門U3A輸入端加有頻率2084H

31、z的信號(hào)B（可取自分頻器CC4060的Q4端），同時(shí)又受Qd1和Qa1的控制，即C 在59s時(shí)，Qd1Qa1=1，門U4A被關(guān)閉，門U3A打開，B信號(hào)通過(guò)們U3A；門U4A輸入端加有頻率1024Hz的信號(hào)A（可取自分頻率CC4060的Q5端），同時(shí)又受非Qd1和Qa1的控制，即C在51s、53s、57s時(shí)，非Qd1Qa1C=1，門U3A被關(guān)閉，門U4A打開，4信號(hào)通過(guò)門U4A.則Z=Qd1Qa1CB+非Qd1Qa1CA，即可實(shí)現(xiàn)前四響為

32、1024Hz的低聲，后一響為2048Hz的高音，最后一響完畢正好整點(diǎn)。</p><p>　　第二部分為音響電路部分。該電路選用射及跟隨器，推動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)生。三極管選用高頻小功率3DG4，三極管基極串聯(lián)2k限流電阻是為了防止電流過(guò)大燒壞揚(yáng)聲器。報(bào)時(shí)所需的2048Hz和1024Hz音頻信號(hào)，分別取自音頻電路。</p><p><b>　　總電路設(shè)計(jì)</b></p>

33、;<p>　　圖4-1總電路圖設(shè)計(jì)</p><p><b>　　元件清單</b></p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)體會(huì)</b></p><p>　　做了一周的設(shè)計(jì)，終于可以把結(jié)果展示了出來(lái)。我想我也該整理我的思緒，把總結(jié)寫出來(lái)了。通過(guò)這次對(duì)數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)與制作，讓我了解了設(shè)計(jì)電路的程序，對(duì)數(shù)字電路又有了進(jìn)一

34、步的認(rèn)識(shí)，溫習(xí)了以前學(xué)的知識(shí)，就像人們所說(shuō)的溫故而知新吧！也讓我了解了關(guān)于數(shù)字鐘的原理與設(shè)計(jì)理念， 通過(guò)這次學(xué)習(xí)，讓我對(duì)各種電路都有了大概的了解，熟悉了Protel99 SE的繪圖過(guò)程，復(fù)習(xí)了原理圖的畫法和基本的操作。所以說(shuō)，坐而言不如立而行，對(duì)于這些電路還是應(yīng)該自己動(dòng)手實(shí)際操作才能過(guò)真正了解它的內(nèi)涵及應(yīng)用，更好的運(yùn)用自己所學(xué)的知識(shí)創(chuàng)造財(cái)富。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b>&l

35、t;/p><p>　　1、電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)[M]。</p><p>　　2、江小安.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社</p><p>　　3、潘永雄、沙河.電子線路CAD實(shí)用教程[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社</p><p>　　4、王毓銀，脈沖與數(shù)字電路（第三版）.高等教育出版社</p><p>