數(shù)字電子技術課程設計--多功能時鐘設計

1、<p><b>　　課程設計</b></p><p>　　課程名稱： 數(shù)字電子技術課程設計 </p><p>　　題 目： 多功能時鐘的設計、安裝、調(diào)試 </p><p><b>　　課程設計任務書</b></p><p><b&

2、gt;　　課程設計內(nèi)容</b></p><p>　　數(shù)字鐘是數(shù)字電路的典型應用之一，本次設計要求完成時鐘的基本功能外，也要具有一定的擴展功能。</p><p><b>　　基本功能如下</b></p><p>　?。?）準確計時，以數(shù)字形式顯示時、分、秒的時間。</p><p>　　（2）小時的計時要求為12

3、翻1，分和秒的計時要求為60進制進位。</p><p><b>　?。?）時和分校正。</b></p><p><b>　　擴展功能如下</b></p><p>　?。?）定時鬧鐘控制。</p><p><b>　?。?）報整點時數(shù)。</b></p><p&

4、gt;　　二 課程設計應完成的工作</p><p>　?、鸥鶕?jù)提供的功能要求，獨立設計相應的電路。</p><p>　?、?提供元器件清單和實驗器材。</p><p>　　⑶安裝實驗電路并調(diào)試。</p><p>　　⑷獨立撰寫設計說明書一本。</p><p>　　三 課程設計進程安排</p><

5、p>　　四 指定收集的資料及參考文獻</p><p>　　電子技術基礎 《康華光主編》：</p><p>　　電子技術實驗指導《王愉節(jié)主編》：</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　摘要.............................................

6、..............................5</p><p>　　前言.......................................................................6</p><p>　?。ㄒ唬┱n程設計設計目的意義.................................................6</p

7、><p>　?。ǘ┻_到的的技術要求.....................................................6</p><p>　　本論.......................................................................7</p><p>　　（一）基本原理與電路設計......

8、..............................................7</p><p>　?。ǘ╇娐吩O計.............................................................8</p><p>　　1、振蕩器.....................................................

9、.........8</p><p>　　2、分頻器...............................................................9</p><p>　　3、時間計數(shù)電路..........................................................9</p><p>　　4、譯碼器

10、與顯示單元....................................................11</p><p>　?。ㄈ?、附加功能................................................................12</p><p>　　1、校時電路...................................

11、...........................12</p><p>　　2、定時鬧鐘控制...........................................................14</p><p>　　3、整點報時電路..........................................................14

12、</p><p>　　三、結(jié)論.......................................................................16</p><p>　　四、參考文獻...................................................................16</p><p>　

13、　五、致謝.......................................................................17</p><p>　　六、附錄.................................................................. ....18</p><p>　　設計電路...............

14、...................................................18</p><p>　　實物連接圖................................................................19</p><p>　　各元件功能表及引腳圖........................................

15、..............20</p><p><b>　　摘要: </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，具有更長的使用壽命。因此得到了更加廣泛的使用。</p><p>　　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和時

16、序電路。在這次設計中，我們用1KHz的555定時器構成多諧振蕩器產(chǎn)生振蕩脈沖，用十進制計數(shù)器74LS90分別實現(xiàn)分頻和時間計數(shù)單元的計數(shù)功能，用CD4511作為顯示譯碼電路，采用LED數(shù)碼管顯示時、分、秒，以24小時計時方式，根據(jù)數(shù)碼管動態(tài)顯示原理來進行顯示，最終實現(xiàn)定時器計數(shù)，多功能數(shù)字時鐘還可以實現(xiàn)數(shù)字電子時鐘功能，校時功能，定時鬧鐘功能，整點報時功能。</p><p>　　關鍵詞：時鐘，時序電路，邏輯電路&

17、lt;/p><p><b>　　前 言</b></p><p>　　一．課程設計的目的及意義：</p><p>　　數(shù)字電子技術是一門實踐性很強的課程，加強工程訓練，特別是技能的培養(yǎng)，對于培養(yǎng)工程人員的素質(zhì)和能力具有十分重要的作用。　電子技術課程設計是一個重要的實踐環(huán)節(jié)，它包括選擇課題、電子電路設計、組裝、調(diào)試和編寫總結(jié)報告等實踐內(nèi)容。<

18、/p><p>　　通過課程設計要實現(xiàn)以下兩個目標：第一，讓學生初步掌握電子線路的試驗、設計方法。即學生根據(jù)設計要求和性能參數(shù)，查閱文獻資料，收集、分析類似電路的性能，并通過組裝調(diào)試等實踐活動，使電路達到性能指標；第二，課程設計為后續(xù)的畢業(yè)設計打好基礎。畢業(yè)設計是系統(tǒng)的工程設計實踐，而課程設計的著眼點是讓學生開始從理論學習的軌道上逐漸引向?qū)嶋H運用，從已學過的定性分析、定量計算的方法，逐步掌握工程設計的步驟和方法，了解科

19、學實驗的程序和實施方法，同時，課程設計報告的書寫，為今后從事技術工作撰寫科技報告和技術資料打下基礎。并且，進行課程設計，有利于基礎知識的理解、有利于邏輯思維的鍛煉，有利于與其他學科的整合以及有利于治學態(tài)度的培養(yǎng)！</p><p><b>　　二 達到的技術要求</b></p><p>　　（1）準確計時，以數(shù)字形式顯示時、分、秒的時間</p><p

20、>　?。?）小時的計時要求為12進1，分和秒的計時要求為60進制進位</p><p><b>　?。?）時和分校正</b></p><p>　?。?）定時鬧鐘控制；</p><p><b>　?。?）報整點時數(shù)</b></p><p>　?。?）根據(jù)提供的功能要求，獨立設計相應的電路。<

21、/p><p>　　（7）供元器件清單和實驗器材。</p><p>　?。?）安裝實驗電路并調(diào)試</p><p><b>　　本　　論</b></p><p>　?。ㄒ唬?、基本原理與電路設計</p><p>　　一個具有計時及校時及顯示的數(shù)字鐘主要由振蕩器，分頻器，計數(shù)器，譯碼器，顯示器，校時電路等組成

22、。５５５振蕩器產(chǎn)生的信號經(jīng)過分頻器得到秒脈沖，秒脈沖送入到計數(shù)器計數(shù)，計數(shù)器結(jié)果通過“時”“分”“秒”譯碼器譯碼，并通過顯示器顯示時間，數(shù)字鐘的整體邏輯框圖如下：</p><p><b>　　1．整體框圖</b></p><p><b>　?。?所需器件：</b></p><p>　　74LS90 7塊

23、 74LS00 1塊 </p><p>　　LED燈 4個 555 1塊 </p><p>　　0.1uF電容 1個 0.1uF電容 1個 </p><p>　　

24、2K歐的電阻 1個 5.1K歐的電阻 1個</p><p>　　3.3K歐的電阻 1個</p><p><b>　?。?完成功能</b></p><p>　　基本功能：①、準確計時，以數(shù)字形式顯示時、分、秒的時間。</p><p>　?、?、小時的計時要求為12進1，分和

25、秒的計時要求為60進制。</p><p><b>　?、?、時和分校正。</b></p><p>　　擴展功能：①、定時鬧鐘控制</p><p><b>　?、?、整點報時</b></p><p><b>　?。ǘ㈦娐吩O計</b></p><p><

26、;b>　　1、振蕩器電路</b></p><p>　　一種自激振蕩電路，該電路在接通電源后無需外接觸發(fā)信號就能產(chǎn)生一定頻率和幅值的矩形脈沖波或方波。該電路給數(shù)字鐘提供一個頻率穩(wěn)定準確的1000Ｈz的脈沖，可保證數(shù)字鐘的走時準確及穩(wěn)定。</p><p><b>　　??</b></p><p><b>　　2、分頻器電

27、路</b></p><p>　　分頻器電路將1000Ｈz的高頻方波信號經(jīng)由計數(shù)器的分頻電路的分頻后得到1Hz的方波信號，可以供秒計數(shù)器進行計數(shù)。</p><p>　　常見的十進制BCD碼計數(shù)器有74LS90、74LS160、74LS162等；</p><p>　　4位二進制計數(shù)器有74LS161、74LS163等；</p><p>

28、;　　14級二進制計數(shù)器有CD4020、CD4060。</p><p>　　以由74LS90構成分頻器為例。</p><p>　　74LS90是二-五-十進制計數(shù)器，555定時器產(chǎn)生1KHZ的信號，第一片Q3</p><p>　　輸出100HZ，第二片Q3輸出10HZ，第三片Q3輸出1HZ。經(jīng)過3次1/10分頻</p><p>　　后正好是1

29、HZ，為標準的秒輸入脈沖。</p><p><b>　　3、時間計數(shù)器電路</b></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</p><p>　　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</p><p>　　計數(shù)器、分個位和分十位計數(shù)器為60進制計數(shù)器，時個位和時十</

30、p><p>　　位計數(shù)器設計為12進制計數(shù)器。</p><p>　?。?）60進制計數(shù)器電路（分、秒）</p><p>　　當分（秒）計數(shù)部分的個位接受計數(shù)部分的信號（秒計數(shù)接受的信號振蕩器經(jīng)分頻后輸出1HZ的標準脈沖），個位計數(shù)滿10后向十位近一位，十位滿6以后向前一級進一位，并該計數(shù)器清零。計數(shù)規(guī)律為00—56—00</p><p>　　如：

31、常見的十進制BCD碼計數(shù)器有74LS90、74LS160、74LS162</p><p>　　等，4位二進制計數(shù)器有74LS161、74LS163等，14級二進制計數(shù)</p><p>　　器有CD4020、CD4060。以由74LS90構成分頻器為例。</p><p>　　由74LS90構成的60進制計數(shù)器，將一片74LS90設計成10進制的加法計數(shù)器，另外一片設

32、置6進制加法計數(shù)器。兩片74LS90按反饋清零法串接而成。秒計數(shù)器的十位和各位，輸出脈沖除用作自身清零外，同時還作為分計數(shù)器的輸入脈沖CPI.</p><p>　?。?）24進制計數(shù)器電路（時）</p><p>　　用反饋清零法構成：個位“4”對應“0100”，十位“2”對應</p><p>　　“0010”，所以將U1的Q3接U2的CKA進行級聯(lián)，U1的Q2接U1

33、</p><p>　　、U2的R0（2）、R0（1），U2的Q1接U1、U2的R0（1）、R0(2).</p><p>　?。?）12進制計數(shù)器電路（時）</p><p>　　“12翻1”小時計數(shù)器是按照“01—02—03—04—05—06—07—08—09—10—11—12—01”</p><p><b>　　規(guī)律計數(shù)的。<

34、/b></p><p>　　計數(shù)器的狀態(tài)要發(fā)生兩次跳躍：</p><p>　　??計數(shù)器計到9，即個位計數(shù)器的狀態(tài)為1001后，在下一計數(shù)脈沖的作用下計數(shù)器進入暫態(tài)1010，利用暫態(tài)的兩個1即使個位異步置0，同時向十位計數(shù)器進位使十位計數(shù)器為1；</p><p>　　??計數(shù)到12后，在第13個計數(shù)脈沖作用下個位計數(shù)器的狀態(tài)應為0001，十位計數(shù)器的0。<

35、;/p><p>　　4、譯碼器與顯示單元</p><p>　　74LS47、74LS48為BCD—7段譯碼/驅(qū)動器。</p><p>　　?74LS47可用來驅(qū)動共陽極的發(fā)光二極管顯示器示器；</p><p>　　?74LS48則用來驅(qū)動共陰極的發(fā)光二極管顯示器</p><p>　　計數(shù)器實現(xiàn)了對時間的累計以8421BC

36、D碼形式輸出。</p><p>　　選用顯示譯碼電路將計數(shù)器的輸出數(shù)碼轉(zhuǎn)換為數(shù)碼顯示器件所需要的輸</p><p>　　出邏輯和一定的電流，此時，選用74HC4511作為顯示譯碼電路，選用74HC4511七段共陰極LED數(shù)碼管作為顯電示單元路。</p><p><b>　?。ㄈ?、附加功能：</b></p><p>&l

37、t;b>　　1、校時控制電路</b></p><p><b>　　時電路的要求是：</b></p><p>　　在小時校正時不影響分和秒的正常計數(shù)；</p><p>　　在分校正時不影響秒和小時的正常計數(shù)。</p><p>　　校時方式有“快校時”和“慢校時”兩種</p><p>

38、;　　“快校時”是，通過開關控制，使計數(shù)器對1Hz的校時脈沖計數(shù)。</p><p>　　“慢校時”是用手動產(chǎn)生單脈沖作校時脈</p><p><b>　　2、定時鬧鐘控制</b></p><p>　　定時控制電路的設計要求：</p><p>　?、?、數(shù)字鐘在指定的時刻發(fā)出信號，或驅(qū)動音響電路報時。</p>

39、<p>　?、?、鬧時要求時間準確，即信號的開始時刻與持續(xù)時間必須滿足規(guī)定的要求。</p><p><b>　　3、整點報時電路</b></p><p>　　整點報時電路的功能是：每當數(shù)字時鐘計時到整點時發(fā)出音響，且?guī)c響幾聲。</p><p>　　整點報時電路的組成部分</p><p>　?、?、減法計數(shù)器：完成

40、幾點響幾聲的功能，即從小時計數(shù)器的整點開始進行減法計數(shù)，直到零為止。</p><p>　　②、編碼器（普通的門電路）：將小時計數(shù)器的5個輸出端Q4、Q3、Q2、Q1、Q0按照 “12翻1”的編碼要求轉(zhuǎn)換為減法計數(shù)器的4個輸入端D3、D2、D1、D0所需的BCD碼。</p><p>　　③、邏輯控制電路：控制減法計數(shù)器的清 “0”與置數(shù)?？刂埔繇戨娐返妮斎胄盘枴?lt;/p><

41、;p>　　發(fā)聲5次的整點報時電路 </p><p>　　Ⅰ、用時序電路做控制</p><p>　　1、控制信號1來自分計數(shù)器的拾位、個位和秒計數(shù)器的拾位的輸出狀態(tài)組合，當時鐘計數(shù)值為59分50秒至59分59秒期間，控制信號1 應輸出高電平，使D觸發(fā)器U2A的清零端無效；</p><p>　　2、控制信號2來自秒計數(shù)器的個位的輸出狀態(tài)組合，當時鐘計數(shù)為59分55

42、秒時，控制信號2應出現(xiàn)由低向高的跳變，D觸發(fā)器U2A的輸出端由低變高，秒脈沖經(jīng)U1B輸出；</p><p>　　3、三極管Q1按1Hz頻率導通5次后，控制信號1 變?yōu)榈碗娖?，D觸發(fā)器被清零，輸出Q回到低電平。</p><p>　?、?、用組合電路做控制</p><p>　　圖中D觸發(fā)器的功能也可以由一個組合電路完成，當時鐘計數(shù)值為59分55秒至59分59秒期間，組合電

43、路輸出高電平，秒脈沖經(jīng)U1B輸出；其余時間，秒脈沖禁止輸出。</p><p><b>　　結(jié)論</b></p><p>　　最終設計出的數(shù)字鐘電路經(jīng)過測試，具備了正常走時、進位，暫停、校時功能。各項功能都可以由導線作為簡易開關進行調(diào)整，并實現(xiàn)硬件共用。各個功能之間也沒有沖突和影響，特別是對于鬧鐘的走時不會造成任何干擾，最大限度保證了其走時的精確度。因此，可以說這個簡易

44、多功能數(shù)字鐘電路的最終成果是成功的。</p><p><b>　　參考文獻　　</b></p><p>　　康華光主編《電子技術基礎》數(shù)字部分 第五版</p><p>　　王愉節(jié)主編《電子技術實驗指導》</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　課程設

45、計是一個學習新知識、鞏固加深所學課本理論知識的過程，它培養(yǎng)了我們綜合運用知識的能力，獨立思考和解決問題的能力。它不僅加深了我對電子技術課程的理解，還讓我感受到了設計電路的樂趣。</p><p>　　因此對我來說，這次課程設計是非常有意義的。這次課程設計是對這學期數(shù)字邏輯課程所學內(nèi)容的一次綜合練習，從中不僅強化了我對教材中知識的理解和掌握。而且也拓展了我在數(shù)字電子技術方面的知識，和對自己所學專業(yè)的認識。課程設計更是

46、一個把所學知識應用于實踐的過程，它對我動手能力的提高不言而喻。同時我從這次課設中知道：知識不僅僅是寫在書本上的文字和死板的理論，它更是指導我們實踐的工具。一些比較簡單的邏輯器件，經(jīng)過一定的理論知識分析，將它們組合在一起就構成了我們生活中普遍應用，幾乎必不可少的電子時鐘。完成課程設計的任務以后，看到自己的成果感到很有成就感，從而加強了自己對本課程的興趣，更加有利于對本課程方面知識的進一步拓展性學習。</p><p>

47、;<b>　　附錄：</b></p><p><b>　　實物連接圖</b></p><p><b>　　設計電路</b></p><p><b>　　元件功能表及引腳圖</b></p><p>　　1、74LS90功能表</p><p