數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)-- 數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1．設(shè)計(jì)的任務(wù)與要求…………………………………………………………………1</p><p>　　2.方案論證與選擇……………………………………………………………………1</p><p>　　3.單元電路的設(shè)計(jì)和元器件的選擇…………………………………………………5</p>

2、;<p>　　3.1 六進(jìn)制電路的設(shè)計(jì)……………………………………………………………6</p><p>　　3.2 十進(jìn)制計(jì)數(shù)電路的設(shè)計(jì)………………………………………………………6</p><p>　　3.3 六十進(jìn)制計(jì)數(shù)電路的設(shè)計(jì)……………………………………………………6</p><p>　　3.4雙六十進(jìn)制計(jì)數(shù)電路的設(shè)計(jì)……………………………………

3、……………7</p><p>　　3.5時(shí)間計(jì)數(shù)電路的設(shè)計(jì)…………………………………………………………8</p><p>　　3.6 校正電路的設(shè)計(jì)………………………………………………………………8</p><p>　　3.7 時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)…………………………………………………………8</p><p>　　3.8 整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路的設(shè)計(jì)…………

4、………………………………………………9</p><p>　　3.9 主要元器件的選擇…………………………………………………………10</p><p>　　4.系統(tǒng)電路總圖及原理……………………………………………………………10</p><p>　　5.經(jīng)驗(yàn)體會(huì)…………………………………………………………………………10</p><p>　　參

5、考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………11</p><p>　　附錄A：系統(tǒng)電路原理圖……………………………………………………………12</p><p>　　附錄B：元器件清單…………………………………………………………………13</p><p><b>　　數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)</b></p><p&

6、gt;　　1. 設(shè)計(jì)的任務(wù)與要求</p><p>　　數(shù)字鐘是一種用數(shù)字電路技術(shù)實(shí)現(xiàn)時(shí)、分、秒計(jì)時(shí)的裝置，與機(jī)械式時(shí)鐘相比具有更高的準(zhǔn)確性和直觀性，且無機(jī)械裝置，具有更更長的使用壽命，因此得到了廣泛的使用。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電路和時(shí)序電路。</p><p>　　因此，我們此次設(shè)計(jì)數(shù)字鐘就是為了了解數(shù)字鐘的原理，從而學(xué)會(huì)制作數(shù)字鐘。而且通過數(shù)字鐘的制作進(jìn)

7、一步的了解各種在制作中用到的中小規(guī)模集成電路的作用及實(shí)用方法。且由于數(shù)字鐘包括組合邏輯電路和時(shí)敘電路。通過它可以進(jìn)一步學(xué)習(xí)與掌握各種組合邏輯電路與時(shí)序電路的原理與使用方法。</p><p><b>　　1.1設(shè)計(jì)指標(biāo) </b></p><p>　　1. 時(shí)間以12小時(shí)為一個(gè)周期；</p><p>　　2. 顯示時(shí)、分、秒；</p>

8、<p>　　3. 具有校時(shí)功能，可以分別對時(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>　　4. 計(jì)時(shí)過程具有報(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>　　5. 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。</p><p><b>　　1.2 設(shè)計(jì)要求</b></p>

9、<p>　　1. 畫出電路原理圖（或仿真電路圖）；</p><p>　　2. 元器件及參數(shù)選擇；</p><p>　　3. 編寫設(shè)計(jì)報(bào)告 寫出設(shè)計(jì)的全過程，附上有關(guān)資料和圖紙，有心得體會(huì)。</p><p>　　2. 方案論證與選擇</p><p>　　2.1 數(shù)字鐘的系統(tǒng)方案</p><p>　　數(shù)字鐘實(shí)際

10、上是一個(gè)對標(biāo)準(zhǔn)頻率（1HZ）進(jìn)行計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)電路。由于計(jì)數(shù)的起始時(shí)間不可能與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間（如北京時(shí)間）一致，故需要在電路上加一個(gè)校時(shí)電路，同時(shí)標(biāo)準(zhǔn)的1HZ時(shí)間信號必須做到準(zhǔn)確穩(wěn)定。通常使用石英晶體振蕩器電路構(gòu)成數(shù)字鐘。</p><p>　　圖1 數(shù)字電子鐘方案框圖</p><p>　　2.2 晶體振蕩器電路</p><p>　　晶體振蕩器電路給數(shù)字鐘提供一個(gè)頻率穩(wěn)定準(zhǔn)確的

11、32768HZ的方波信號，可保證數(shù)字鐘的走時(shí)準(zhǔn)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。一般輸出為方波的數(shù)字式晶體振蕩器電路通常有兩類，一類是用TTL門電路構(gòu)成；另一類是通過CMOS非門構(gòu)成的電路，本次設(shè)計(jì)采用了后一種。如圖（b）所示，由CMOS非門U1與晶體、電容和電阻構(gòu)成晶體振蕩器電路，U2實(shí)現(xiàn)整形功能，將振蕩器輸出的近似于正弦波的波形轉(zhuǎn)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

12、大區(qū)域，即非門的功能近似于一個(gè)高增益的反相放大器。電容C1、C2與晶體構(gòu)成一個(gè)諧振型網(wǎng)絡(luò)，完成對振蕩頻率的控制功能，同時(shí)提供了一個(gè)180度相移，從而和非門構(gòu)成一個(gè)正反饋網(wǎng)絡(luò)，實(shí)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(zhǔn)確性，從而保證了輸出頻率的穩(wěn)定和準(zhǔn)確。</p><p>　　圖2 CMOS 晶體振蕩器（仿真電路）</p><p>　　2.3 時(shí)間計(jì)數(shù)電路</p>

13、<p>　　一般采用十進(jìn)制計(jì)數(shù)器如74HC290、74HC390等來實(shí)現(xiàn)時(shí)間計(jì)數(shù)單元的計(jì)數(shù)功能。本次設(shè)計(jì)中選擇74HC390。由其內(nèi)部邏輯框圖(如圖3)可知，其為雙2-5-10異步計(jì)數(shù)器，并每一計(jì)數(shù)器均有一個(gè)異步清零端（高電平有效）。 圖3 74HC390內(nèi)部功能圖</p><p>　　秒個(gè)位計(jì)數(shù)單元為十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，無需進(jìn)制轉(zhuǎn)換，只需將ＱＡ與ＣＰＢ（下降沿有效）相連即可。ＣＰＡ（下降

14、沒效）與１ＨZ秒輸入信號相連，Ｑ３可作為向上的進(jìn)位信號與十位計(jì)數(shù)單元的ＣＰＡ相連。</p><p>　　秒十位計(jì)數(shù)單元為六進(jìn)制計(jì)數(shù)器，需要進(jìn)制轉(zhuǎn)換。將十進(jìn)制計(jì)數(shù)器轉(zhuǎn)換為六進(jìn)制計(jì)數(shù)器的電路連接方法如圖4所示，其中Ｑ２可作為向上的進(jìn)位信號與分個(gè)位的計(jì)數(shù)單元的ＣＰＡ相連。</p><p>　　圖4 十進(jìn)制-六進(jìn)制轉(zhuǎn)換電路</p><p>　　分個(gè)位和分十位計(jì)數(shù)單元電路結(jié)

15、構(gòu)分別與秒個(gè)位和秒十位計(jì)數(shù)單元完全相同，只不過分個(gè)位計(jì)數(shù)單元的Ｑ３作為向上的進(jìn)位信號應(yīng)與分十位計(jì)數(shù)單元的ＣＰＡ相連，分十位計(jì)數(shù)單元的Ｑ２作為向上的進(jìn)位信號應(yīng)與時(shí)個(gè)位計(jì)數(shù)單元的Ｃ</p><p><b>　　ＰＡ相連。</b></p><p>　　時(shí)個(gè)位計(jì)數(shù)單元電路結(jié)構(gòu)仍與秒或個(gè)位計(jì)數(shù)單元相同，但是要求，整個(gè)時(shí)計(jì)數(shù)單元應(yīng)為十二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，不是10的整數(shù)倍，因此需將個(gè)位和

16、十位計(jì)數(shù)單元合并為一個(gè)整體才能進(jìn)行十二進(jìn)制轉(zhuǎn)換。利用１片74HC390實(shí)現(xiàn)十二進(jìn)制計(jì)數(shù)功能的電路如圖5所示。</p><p>　　圖5 十二進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路</p><p>　　另外，圖5所示電路中，尚余－個(gè)二進(jìn)制計(jì)數(shù)單元，正好可作為分頻器2ＨZ輸出信號轉(zhuǎn)化為1ＨZ信號之用。</p><p>　　2.4 譯碼驅(qū)動(dòng)及顯示單元電路</p><p>

17、;　　選擇CD4511作為顯示譯碼電路；選擇LED數(shù)碼管作為顯示單元電路。由CD4511把輸進(jìn)來的二進(jìn)制信號翻譯成十進(jìn)制數(shù)字，再由數(shù)碼管顯示出來。這里的LED數(shù)碼管是采用共陰的方法連接的。</p><p>　　計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)了對時(shí)間的累計(jì)并以8421BCD碼的形式輸送到CD4511芯片，再由4511芯片把BCD碼轉(zhuǎn)變?yōu)槠叨螖?shù)碼送到數(shù)碼管中顯示出來。</p><p><b>　　2.5

18、 校時(shí)電路</b></p><p>　　數(shù)字鐘應(yīng)具有分校正和時(shí)校正功能，因此，應(yīng)截?cái)喾謧€(gè)位和時(shí)個(gè)位的直接計(jì)數(shù)通路，并采用正常計(jì)時(shí)信號與校正信號可以隨時(shí)切換的電路接入其中。即為用COMS與或非門實(shí)現(xiàn)的時(shí)或分校時(shí)電路，In1端與低位的進(jìn)位信號相連；In2端與校正信號相連，校正信號可直接取自分頻器產(chǎn)生的1HZ或2HZ（不可太高或太低）信號；輸出端則與分或時(shí)個(gè)位計(jì)時(shí)輸入端相連。當(dāng)開關(guān)打向下時(shí)，因?yàn)樾Ｕ盘柡?

19、相與的輸出為0，而開關(guān)的另一端接高電平，正常輸入信號可以順利通過與或門，故校時(shí)電路處于正常計(jì)時(shí)狀態(tài)；當(dāng)開關(guān)打向上時(shí)，情況正好與上述相反，這時(shí)校時(shí)電路處于校時(shí)狀態(tài)。</p><p>　　實(shí)際使用時(shí)，因?yàn)殡娐烽_關(guān)存在抖動(dòng)問題，所以一般會(huì)接一個(gè)RS觸發(fā)器構(gòu)成開關(guān)消抖動(dòng)電路，所以整個(gè)較時(shí)電路就如圖6。</p><p>　　圖6 帶有消抖電路的校正電路</p><p>　　2

20、.6 整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路</p><p>　　電路應(yīng)在整點(diǎn)前10秒鐘內(nèi)開始整點(diǎn)報(bào)時(shí)，即當(dāng)時(shí)間在59分50秒到59分59秒期間時(shí)，報(bào)時(shí)電路報(bào)時(shí)控制信號。</p><p>　　當(dāng)時(shí)間在59分50秒到59分59秒期間時(shí)，分十位、分個(gè)位和秒十位均保持不變，分別為5、9和5，因此可將分計(jì)數(shù)器十位的QＣ和QＡ 、個(gè)位的QＤ和QＡ及秒計(jì)數(shù)器十位的QＣ和QＡ相與，從而產(chǎn)生報(bào)時(shí)控制信號。</p>&

21、lt;p>　　報(bào)時(shí)電路可選74HC30來構(gòu)成。74HC30為8輸入與非門。</p><p><b>　　圖7 整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路</b></p><p>　　3. 單元電路的設(shè)計(jì)與元器件選擇</p><p>　　數(shù)字鐘從原理上講是一種典型的數(shù)字電路，可以由許多中小規(guī)模集成電路組成，所以可以分成許多獨(dú)立的電路。</p><p&

22、gt;　　3.1 六進(jìn)制電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　由74HC390、7400、數(shù)碼管與4511組成，電路如圖8。</p><p><b>　　圖8 六進(jìn)制電路</b></p><p>　　3.2 十進(jìn)制電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　由74HC390、7400、數(shù)碼管與4511組成，電路如圖9。</p>

23、<p><b>　　圖9 十進(jìn)制電路</b></p><p>　　3.3 六十進(jìn)制電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　由兩個(gè)數(shù)碼管、兩4511、一個(gè)74HC390與一個(gè)7400芯片組成，電路如圖</p><p><b>　　10。</b></p><p>　　圖10 六十進(jìn)制電路<

24、/p><p>　　3.4 雙六十進(jìn)制電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　由2個(gè)六十進(jìn)制連接而成，把分個(gè)位的輸入信號與秒十位的Qc相連，使其產(chǎn)生進(jìn)位，電路圖如圖11。</p><p>　　圖11 雙六十進(jìn)制電路</p><p>　　3.5 時(shí)間計(jì)數(shù)電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　由1個(gè)十二進(jìn)制電路、2個(gè)六十進(jìn)制電路組成，因上面已

25、有一個(gè)雙六十電路，只要把它與十二進(jìn)制電路相連即可，詳細(xì)電路見圖12。</p><p>　　圖12 時(shí)間計(jì)數(shù)電路</p><p>　　3.6 校正電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　由74CH51D、74HC00D與電阻組成，校正電路有分校正和時(shí)校正兩部分，電路如圖13。</p><p>　　3.7 時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)</p><p

26、>　　由晶體與2個(gè)30pF電容、1個(gè)4060、一個(gè)10兆的電阻組成，芯片3腳輸出2Hz的方波信號，電路如圖14。</p><p><b>　　圖13 校正電路</b></p><p><b>　　圖14 時(shí)鐘電路</b></p><p>　　3.8 整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路</p><p>　　由74HC

27、30D和蜂鳴器組成，當(dāng)時(shí)間在59:50到59:59時(shí)，蜂鳴報(bào)時(shí)，電路如圖15。</p><p>　　圖15 整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路</p><p>　　3.9主要元器件的選擇</p><p>　　1．共陰八段數(shù)碼管6個(gè)；</p><p>　　2．CD4511集成塊6塊；</p><p>　　3．CD4060集成塊1塊；</

28、p><p>　　4．74HC390集成塊3塊；</p><p>　　5．74HC51集成塊1塊；</p><p>　　6．74HC00集成塊4塊；</p><p>　　7．74HC30集成塊1塊；</p><p>　　4. 系統(tǒng)電路總圖及原理</p><p>　　將設(shè)計(jì)的各個(gè)單元電路進(jìn)行級聯(lián)，得到數(shù)

29、字電子鐘系統(tǒng)電路原理圖見附錄A。</p><p><b>　　5．經(jīng)驗(yàn)體會(huì)</b></p><p>　　通過這次對數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)作，讓我了解了電路設(shè)計(jì)的基本步驟，也讓我了解了關(guān)于數(shù)字鐘的原理與設(shè)計(jì)理念，要設(shè)計(jì)一個(gè)電路先進(jìn)行軟件模擬仿真再進(jìn)行實(shí)際的電路制作。但是最后的成品卻不一定與仿真時(shí)完全一樣，因?yàn)椋賹?shí)際接線中有著各種各樣的條件制約著。而且，在仿真中無法成功的電路

30、接法，在實(shí)際中因?yàn)樾酒旧淼奶匦远軌虺晒?。所以，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮兩者的差異，從中找出最適合的設(shè)計(jì)方法。通過這次學(xué)習(xí)，讓我對各種電路都有了大概的了解，所以說，坐而言不如立而行，對于這些電路還是應(yīng)該自己動(dòng)手實(shí)際</p><p>　　操作才會(huì)有深刻理解。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)：</b></p><p>　　[1] 趙建領(lǐng). 51系列單

31、片機(jī)開發(fā)寶典[M]. 北京: 電子工業(yè)出版社, 2007.</p><p>　　[2] 邊春元等. C51單片機(jī)典型模塊設(shè)計(jì)及應(yīng)用[M]. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社,2008.</p><p>　　[3] 彭 為等. 單片機(jī)典型系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例精講[M]. 北京: 電子工業(yè)出版社, 2006.</p><p>　　[4] 徐愛鈞等. Keil C51 V7.0單片機(jī)高級語

32、言編程與μVision2應(yīng)用實(shí)踐[M].北京:電子工業(yè)出版社，2008.</p><p>　　[5] 李朝青. 單片機(jī)&DSP外圍數(shù)字IC技術(shù)手冊(第2版)[M]. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2005.</p><p>　　[6] 中國電子網(wǎng). http://www.21ic.com.</p><p>　　[7] 51單片機(jī)學(xué)習(xí)網(wǎng). http://w

33、ww.51bs51 .com.</p><p>　　[8] 電子電路圖網(wǎng). http://www.cndzz.com.</p><p>　　[9] 周志敏等. 集成穩(wěn)壓電源電路圖集[M]. 北京: 中國電力出版社, 2008.</p><p>　　[10] 樓然苗等.單片機(jī)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2007</p><p

34、>　　[11] 高吉祥.全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽培訓(xùn)系列教程——數(shù)字系統(tǒng)與自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京:電子工業(yè)出版社，2007.</p><p>　　[12] 全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽委員會(huì).全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽獲獎(jiǎng)作品選編（2005）[M].北京:北京理工大學(xué)出版社，2007</p><p>　　[13] 黃智偉等.全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京.北京航空航天大學(xué)出版社