課程設(shè)計---數(shù)字電子鐘設(shè)計報告

1、<p>　　物理與電氣工程學院課程設(shè)計報告</p><p><b>　　數(shù)字電子鐘設(shè)計報告</b></p><p>　　姓 名 　 </p><p>　　學 號 </p><p>　　?！　I(yè) 電氣工程及其自動化&

2、lt;/p><p>　　指導(dǎo)教師 　 　　</p><p>　　成 績 </p><p>　　日　　期 　 2011.10.22 </p><p>　　數(shù)字電子鐘的設(shè)計與調(diào)試</p><p>　　摘 要：本數(shù)字電子鐘，主要是依據(jù)《數(shù)字電子

3、技術(shù)》的知識設(shè)計的。它主要包括秒脈沖電路、時間計數(shù)電路、譯碼驅(qū)動電路、顯示電路。其中，秒脈沖電路是由555定時器、74LS90、電阻、電容等組成的；時間計數(shù)電路采用的是兩塊74LS160級聯(lián)組成二十四進制和六十進制計數(shù)器來實現(xiàn)時、分、秒的計時的。</p><p>　　關(guān)鍵詞：數(shù)字鐘；調(diào)試；74LS160；74LS48；74LS90；555定時器</p><p><b>　　1

4、引言 </b></p><p>　　本設(shè)計主要采用的是計數(shù)器、門電路等器件，雖然使用的器件數(shù)量比較多，但相對來說不是很復(fù)雜；本設(shè)計的核心價值是它讓我把一個具體的電路先進行整體抽象，在分模塊具體落實。對于具體模塊電路的構(gòu)成，實現(xiàn)方式不同。</p><p>　　本設(shè)計的優(yōu)點是所需要的元器件比較常見，總體實現(xiàn)起來比較方便，缺點是設(shè)計當中首先是555定時器產(chǎn)生的1000Hz的信號不是標

5、準的，所以經(jīng)分頻后的1秒脈沖也不是標準的1秒脈沖；再就是本設(shè)計的校正電路，太過于理想化，不能在實驗中得出預(yù)想的結(jié)果。</p><p><b>　　2 技術(shù)要求</b></p><p>　?、?時鐘顯示功能，能夠十進制顯示“時”，“分”，“秒”,顯示時間從00：00：00到23：59：59；</p><p>　?、?具有快速校準時間的功能。&l

6、t;/p><p><b>　　3 總設(shè)計方案</b></p><p>　　圖1總設(shè)計原理框圖 </p><p>　　由上圖的總設(shè)計原理框圖可知，該設(shè)計大概可以分為四個部分：秒脈沖產(chǎn)生部分、計數(shù)部分、譯碼顯示部分、校正部分。在秒脈沖產(chǎn)生部分中，可以用振蕩器或者555定時器來實現(xiàn)，為了保證數(shù)字鐘的準確性，應(yīng)該優(yōu)先選用振蕩器，但是個

7、人技術(shù)能力有限，所以我選了用555定時器和R、C組成的多諧振蕩器與三塊74LS90分頻器來產(chǎn)生秒脈沖；在計數(shù)電路中，我選用了74LS160這種十進制計數(shù)器，因為用兩塊74LS160可以級聯(lián)組成60進制和24進制，用起來比較方便；在譯碼顯示電路中，我采用74LS48七段顯示譯碼器和七段顯示數(shù)碼管組成了數(shù)字鐘的顯示部分；在校時電路中，我用的是手動校時的方式，通過按鈕控制74LS160的時鐘引腳來控制計數(shù)（但是結(jié)果證明這種方法不是太好）。通過

8、以上四部分的共同作用，最終達到該項設(shè)計的要求，設(shè)計出來一個數(shù)字電子鐘。</p><p><b>　　4 設(shè)計原理</b></p><p><b>　　4.1 秒脈沖電路</b></p><p>　　振蕩器是數(shù)字鐘的核心。振蕩器的穩(wěn)定度及頻率的精確度決定了數(shù)字鐘計時的精確程度，一般來說555產(chǎn)生出來的脈沖不太穩(wěn)定，但是由于

9、某種原因，本設(shè)計采用555定時器。圖2所示為用555定時器設(shè)計的振蕩器，按照圖中給出的參數(shù)即可從555的3引腳輸出1Kz的脈沖。圖2是采用3塊74LS90來分頻的分頻電路，每塊74LS90對收到的信號進行10分頻三塊級聯(lián)，這樣最后一個芯片的11引腳得到的就是1Hz的脈沖，即可做為秒的脈沖給數(shù)字鐘輸入標準脈沖。

10、 </p><p><b>　　圖2 振蕩電路</b></p><p><b>　　圖3 分頻電路 </b></p><p>　　555定時器

11、及74LS90的管腳圖與功能表如下：</p><p>　　圖3 555定時器的管腳圖與功能表</p><p>　　圖4 74LS90的管腳圖與功能表</p><p>　　4.2 時間計數(shù)電路</p><p>　　眾所周知，數(shù)字鐘的“時”，“分”，“秒”分別為二十四（12也可以）、六十、六十進制的計數(shù)器。它們都可以用兩個“可預(yù)置四位二進制異步清

12、除”計數(shù)器來實現(xiàn)。利用74LS160芯片的預(yù)置數(shù)功能，也可以構(gòu)成不同進制的計數(shù)器。因為一片74LS160內(nèi)含有一個四位二進制異步清除計數(shù)器，因此用兩片74LS160就可以構(gòu)成二十四和六十進制計數(shù)器了。如圖7，其中74LS160芯片的引腳中CP為時鐘脈沖輸入端，D0、D1、D2、D3為預(yù)置數(shù)端，為置數(shù)控制端，為異步復(fù)位端，二者均為低電平有效；Q0、Q1、Q2、Q3為計數(shù)器的輸出端。</p><p>　?。?）秒計數(shù)

13、和分計數(shù)都是六十進制，所以將它們歸在一起。當計數(shù)器記到59時，再來一個脈沖，計數(shù)器進位輸出變?yōu)?，送到高一級的計數(shù)電路中去，同時自身清0。下面是六十進制計數(shù)器具體的工作原理：</p><p>　　本計數(shù)器采用的是并行進位整體置數(shù)方式。當分頻電路產(chǎn)生1Hz的信號時，信號被加到U1、U2的CLK端，但剛開始U2的ET和EP端為高電平U2工作（計數(shù)），而U1的ET和EP端受U2進位輸出端CO控制，剛開始計數(shù)時，U2進位

14、輸出端為0，所以U1不工作，當U2計數(shù)為9時，U2進位輸出為1，此時U1計數(shù)。當下一個脈沖到來后，U2跳變?yōu)?，此時進位輸出為0，U1又不工作，一直等到U2計數(shù)記到9時，U1才計數(shù)，每輸入十個脈沖信號，U1記一次數(shù)。</p><p>　　當U1計數(shù)記到5時（為0101時）且U2為9時（為1001時）即U2的14腳11腳為高電平且U1的14腳12腳為高電平時，相應(yīng)的腳接到四輸入與非門中，此時四個腳輸入全為高電平，與

15、非門輸出為低電平，與非門的輸出接到U1、U2的置數(shù)端，置數(shù)端接入低電平有效，此時U1、U2置數(shù)工作，U1、U2置數(shù)輸入為相應(yīng)芯片上的預(yù)置數(shù)輸入端的值，由于U1、U2的預(yù)置數(shù)輸入端接地，即預(yù)置數(shù)為0000，此時計數(shù)器清零，又開始重新計數(shù)。下圖為六十進制計數(shù)器的原理圖。</p><p>　　圖5 秒、分計數(shù)器電路</p><p>　　（2）時計數(shù)采用二十四進制計數(shù)器，二十四進制計數(shù)器的工作原理

16、與六十進制計數(shù)器的工作原理相似，只不過與非門采用的是三輸入與非門，因為二十四進制計數(shù)器是在U2計數(shù)為3，且U1計數(shù)為2時進位的，此時只需要三個引腳的邏輯值即可，二十四進制計數(shù)器的計數(shù)脈沖是分進位的進位脈沖信號。三輸入與非門的三個引腳分別接U2的13、14腳和U1的13腳，當U2的計數(shù)為3時，即U2的13、14腳為高電平并且U1的13腳都為高電平時，74LS20的三個輸入端（74LS20為四輸入與非門這里將其中的兩個引腳接在一起，構(gòu)成三輸

17、入與非門）的輸入都為1，此時與非門的輸出端為0，再將與非門的輸出端接到置數(shù)端進行置數(shù)處理。當U1、U2進行置數(shù)時，U1、U2全被置成0，此時計數(shù)器清零，可以重新開始計數(shù)。下圖為二十四進制計數(shù)器的原理圖。</p><p><b>　　圖5 時計數(shù)器電路</b></p><p>　　74LS160及74LS20的管腳圖與功能表如下：</p><p>

18、;　　圖6 74LS160的管腳圖及功能表</p><p>　　圖7 74LS20管腳圖及功能表</p><p>　　4.3 譯碼驅(qū)動電路</p><p>　　譯碼驅(qū)動電路采用的是74LS48芯片，它的輸入信號為單個74LS160計數(shù)器的輸出信號，74LS48電路中的燈測測試輸入端，滅燈輸入、滅零輸出和滅零輸入均為無效狀態(tài)，故其相應(yīng)的引腳接高電平，表示上述功能不工作

19、。74LS48輸出端接顯示譯碼器的相應(yīng)管腳。譯碼器輸出端分別接相應(yīng)的顯示電路輸入端。下圖為譯碼驅(qū)動顯示電路的原理圖。</p><p><b>　　圖8 譯碼驅(qū)動電路</b></p><p>　　74LS48的管腳圖及功能表：</p><p>　　圖9 74LS48的管腳圖及功能表</p><p><b>　　4

20、.3 顯示電路</b></p><p>　　本設(shè)計采用共陰極數(shù)碼管，CK接低電平，7腳為數(shù)碼管的小數(shù)點，本設(shè)計中沒用到，不需要顯示，所以接地即可。圖10為數(shù)碼管引腳圖，圖11為顯示電路原理圖。</p><p>　　圖10 數(shù)碼管引腳圖 圖11 顯示電路</p><p><b>　　4.4 校正電路</b

21、></p><p>　　下圖是本設(shè)計所采用的校正電路原理圖，當J1按下時就證明準備好了時間的校正，然后，J1按著不動，在按J2沒按一次時（分）就增加1。（實驗證明：此電路不能實現(xiàn)）</p><p><b>　　圖12 校正電路</b></p><p><b>　　5 總電路</b></p><p

22、>　　本電路是以555定時器組成多諧振蕩器作為頻率發(fā)聲器，多諧振蕩產(chǎn)生1000Hz的震蕩波，經(jīng)過74LS90組成的分頻器分頻，分解成1Hz的脈沖波，隨后經(jīng)過秒計數(shù)器，秒計時器是六十進制計數(shù)器，當計數(shù)器計數(shù)到60時產(chǎn)生進位脈沖，到分計數(shù)器。分計數(shù)器也是六十進制計數(shù)器，當分計數(shù)器計數(shù)到60時，再次產(chǎn)生更高一級的進位脈沖，脈沖送到時計數(shù)器，實現(xiàn)了分向時的進位。當需要進行校正時或分時，打開對應(yīng)的開關(guān)，進行相應(yīng)的校正，此時計數(shù)進位脈沖無效。

23、下圖為總電路原理圖。</p><p><b>　　圖13 總電路</b></p><p>　　圖14 總數(shù)字鐘電路PCB圖</p><p>　　圖15 脈沖電路PCB圖</p><p><b>　　6 設(shè)計心得</b></p><p>　　在學習《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》這門課時我

24、就對計數(shù)器（芯片）產(chǎn)生了濃厚的興趣，但是由于當時的專業(yè)知識有限只能學習有關(guān)它的理論知識，沒能在實踐中真正的感知它、了解它的功能及作用。為了進一步的了解并掌握計數(shù)器（芯片）的功能及其在應(yīng)用中的性能，基于對計數(shù)器（芯片）的學習,我用74LS160設(shè)計了這塊數(shù)字電子鐘。雖然，它不像市面上買的時鐘那樣有很全面的附加功能，但是作為一塊看時間的時鐘，它是足夠了。這樣即使我的所學得到了所用，又讓我在制作的過程中學到了一些在書本中學不到的知識. <

25、;/p><p><b>　　7 參考文獻</b></p><p>　　(1)童詩白、華成英主編，《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》北京，高等教育出版社，第四版</p><p>　　(2)閻石主編《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》，北京，高等教育出版社，第五版</p><p>　　(3)梁恩主、梁恩維編，《Protel 99 SE電路設(shè)計與仿真應(yīng)用》清