數(shù)字鐘課程設(shè)計(完整原理圖)

1、課課 程程 設(shè)設(shè) 計計 報告報告題目題目 數(shù)字鐘數(shù)字鐘- -數(shù)電課程設(shè)計數(shù)電課程設(shè)計 2011-20122011-2012 第一學期第一學期 班班 級級 姓姓 名名 學學 號號 指導教師指導教師 單單 位位 年年 月月 日日前言前言20 世紀末，電子技術(shù)獲得了飛速的發(fā)展，在其推動下，現(xiàn)代電子產(chǎn)品幾乎滲透了社會的各個領(lǐng)域，有力地推動了社會生產(chǎn)力的發(fā)展和社會信息化程度的提高，同時也使現(xiàn)代電子產(chǎn)品性能進一步提高，產(chǎn)品更新?lián)Q代的節(jié)奏也越來越快。 時間對人們來說總是那么寶貴，工作的忙碌性和繁雜性容易使人忘記當前的時間。忘記了要做的事情，當事情不是很重要的時候，這種遺忘無傷大雅。但是，一旦重要事情，一時的

2、耽誤可能釀成大禍。例如，許多火災都是由于人們一時忘記了關(guān)閉煤氣或是忘記充電時間。尤其在醫(yī)院，每次護士都會給病人作皮試，測試病人是否對藥物過敏。注射后，一般等待 5 分鐘，一旦超時，所作的皮試試驗就會無效。手表當然是一個好的選擇，但是，隨著接受皮試的人數(shù)增加，到底是哪個人的皮試到時間卻難以判斷。所以，要制作一個定時系統(tǒng)。隨時提醒這些容易忘記時間的人。 鐘表的數(shù)字化給人們生產(chǎn)生活帶來了極大的方便，而且大大地擴展了鐘表原先的報時功能。諸如定時自動報警、按時自動打鈴、時間程序自動控制、定時廣播、定時啟閉電路、定時開關(guān)烘箱、通斷動力設(shè)備，甚至各種定時電氣的自動啟用等，所有這些，都是以鐘表數(shù)字化為基礎(chǔ)的。

3、因此，研究數(shù)字鐘及擴大其應用，有著非常現(xiàn)實的意義。 目錄目錄一、一、 設(shè)計目的設(shè)計目的.- 3 -二、二、設(shè)計要求設(shè)計要求.- 3 -2.1 設(shè)計指標.- 3 -2.2 設(shè)計要求.- 3 -2.3 制作要求.- 3 -2.4 編寫設(shè)計報告.- 3 -三、三、各單元電路設(shè)計各單元電路設(shè)計.- 4 -3.1 工作原理.- 4 -3.2 原理框圖.- 4 -3.3 振蕩器.- 5 -3.3.1 由石英晶體振蕩器構(gòu)成的 1HZ 秒脈沖信號.- 5 -3.4 時間計數(shù)器電路 .- 6 -3.4.1 秒計數(shù)器的設(shè)計.- 6 -3.4.2 分計數(shù)器的設(shè)計.- 7 -3.4.3 時計數(shù)器電路.- 8 -3.5

4、 譯碼驅(qū)動及顯示單元的設(shè)計.- 9 -3.6 校時電路.- 9 -3.7 整點報時電路.- 10 -3.7.1 論證.- 10 -3.7.2 實現(xiàn).- 10 -四、四、總電路設(shè)計總電路設(shè)計.- 12 -五、五、元件清單元件清單.- 12 -六、六、課程設(shè)計體會課程設(shè)計體會.- 13 -七、七、參考文獻參考文獻.- 14 -一、一、 設(shè)計目的設(shè)計目的1、熟悉集成電路的引腳安排；2、掌握各芯片的邏輯功能及使用方法；3、了解數(shù)字鐘的組成及工作原理；4、熟悉數(shù)字鐘的設(shè)計與制作；5、熟悉 Protel99 SE 軟件的操作；二、二、 設(shè)計要求設(shè)計要求 2.1 設(shè)計指標設(shè)計指標時間以 24 小時為一個周期

5、；能顯示時，分，秒；有校時功能，可以分別對時及分進行單獨校時，使其校正到標準時間；計時過程具有報時功能，當時間到達整點前 10 秒進行蜂鳴報時；為了保證計時的穩(wěn)定及準確須由晶體振蕩器提供表針時間基準信號。2.2 設(shè)計要求設(shè)計要求畫出電路原理圖(或仿真電路圖)；元器件及參數(shù)選擇；2.32.3 制作要求制作要求 自行裝配和調(diào)試，并能發(fā)現(xiàn)問題和解決問題；2.42.4 編寫設(shè)計報告編寫設(shè)計報告 寫出設(shè)計與制作的全過程，附上有關(guān)資料和圖紙，有心得體會。三、三、各單元電路設(shè)計各單元電路設(shè)計3.13.1 工作原理工作原理數(shù)字鐘是一個將“ 時” ， “分” ， “秒”顯示于人的視覺器官的計時裝置。它的計時周期

6、為 24 小時，顯示滿刻度為 23 時 59 分 59 秒，另外應有校時功能和報時功能。因此，一個基本的數(shù)字鐘電路主要由譯碼顯示器、 “時” ， “分” ， “秒”計數(shù)器、校時電路、報時電路和振蕩器組成。干電路系統(tǒng)由秒信號發(fā)生器、 “時、分、秒”計數(shù)器、譯碼器及顯示器、校時電路、整點報時電路組成。秒信號產(chǎn)生器是整個系統(tǒng)的時基信號，它直接決定計時系統(tǒng)的精度，一般用石英晶體振蕩器加分頻器來實現(xiàn)。將標準秒信號送入“秒計數(shù)器” ， “秒計數(shù)器”采用 60 進制計數(shù)器，每累計 60 秒發(fā)送一個“分脈沖”信號，該信號將作為“分計數(shù)器”的時鐘脈沖。 “分計數(shù)器”也采用 60 進制計數(shù)器，每累計 60 分鐘，

7、發(fā)出一個“時脈沖”信號，該信號將被送到“時計數(shù)器” 。 “時計數(shù)器”采用 24 進制計時器，可實現(xiàn)對一天 24 小時的累計。譯碼顯示電路將“時” 、 “分” 、 “秒”計數(shù)器的輸出狀態(tài)由七段顯示譯碼器譯碼，通過六位 LED 七段顯示器顯示出來。整點報時電路時根據(jù)計時系統(tǒng)的輸出狀態(tài)產(chǎn)生一個脈沖信號，然后觸發(fā)音頻發(fā)生器實現(xiàn)報時。校時電路時用來對“時” 、 “分”顯示數(shù)字進行校對調(diào)整的。數(shù)字電子鐘由振蕩器、分頻器 計數(shù)器、譯碼顯示、報時等電路組成。其中振蕩器和分頻器組成標準秒信號發(fā)生器，由不同進制的計數(shù)器、譯碼器和顯示器組 成計時系統(tǒng)。秒信號送入計數(shù)器進行計數(shù)，把累加的結(jié)果 以時， 、 分，、 秒的

8、數(shù)字顯示出來。 時顯示由 24 進制 計數(shù)器、譯碼器、顯示器構(gòu)成，分 、 秒顯示分別由 60 進 制計數(shù)器、譯碼器、顯示器構(gòu)成?？蛇M行整點報時，計時出 現(xiàn)誤差時，可以用校時電路校時、校分。3.23.2 原理框圖原理框圖時顯示器分顯示器秒顯示器秒譯碼器分譯碼器時譯碼器時計時器分計時器秒計時器校時電路校分電路分頻器振蕩器報時器1-1 原理框圖3.33.3 振蕩器振蕩器振蕩器產(chǎn)生的時基信號通常頻率都很高，要使它成為能用過來計時的“秒”信號，需由分頻器來完成。分頻器的級數(shù)和每級的分頻次數(shù)要根據(jù)時基頻率來決定。例如，目前石英電子鐘多采用 32768HZ 的時標信號，將此信號經(jīng)過 15 級即可得到周期為

9、1S 的“秒”信號。也可選用其他頻率的時基信號，確定好分頻次數(shù)后再選選擇合適的集成電路。3.3.13.3.1 由石英晶體振蕩器構(gòu)成的由石英晶體振蕩器構(gòu)成的 1HZ1HZ 秒脈沖信號秒脈沖信號石英晶體振蕩器產(chǎn)生的 32768Hz 時標信號進行 15 分頻。選用 14 為二進制計數(shù)器分頻器 CMOS 集成電路 cc4060，由它可以得到 14 分頻的信號。再將 TTL集成電路 74LS74 雙 D 觸發(fā)器鐘的一個觸發(fā)器結(jié)成計數(shù)器型，完成第 15 級分頻，即可得到周期為 1s 的沖信號。振蕩器與分頻器連接電路和 cc4060 引腳排列下圖：Q913Q55Q47Q64Q1015Q121Q76GND8Q

10、132Q814Q143CLK010CLK09RST12CLK111VDD16HCC4060BFcc4060列列列列列 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3.43.4 時間計數(shù)器電路時間計數(shù)器電路時間計數(shù)器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(gòu)成，其中秒個位和秒十位計數(shù)器，分個位和分十位計數(shù)器均為 60 進制計數(shù)器，而根據(jù)設(shè)計要求，時個位和時十位計數(shù)器為 24 進制計數(shù)器。這些計數(shù)器電路都可以由中規(guī)模集成計數(shù)器 74LS90 來實現(xiàn)。3.4.13.4.1 秒計數(shù)器的設(shè)計秒計數(shù)器的設(shè)計 秒信號發(fā)生器是數(shù)字電

11、子鐘的核心部分，它的精度和穩(wěn)定度決定了時信號發(fā)生器和分信號發(fā)生器的精度。 “秒”計數(shù)器為 60 進制計數(shù)器。實現(xiàn)此 100 模數(shù)的計數(shù)器是由兩片中規(guī)模集成計數(shù)器 74LS90 構(gòu)成的。首先分別將兩片74LS90 設(shè)置成 10 進制加法計數(shù)器。即將兩片的 74LS90 的置數(shù)端 R0 和 R9 都接地，將 INA 端接到 QA 端，以 QD 為進位輸出端，則構(gòu)成了 10 進制加法計數(shù)器。再將其中一片 74LS90 計數(shù)器的進位輸出端 QD 接到另一片 74LS90 的進位輸入端INA 端。如此，兩片計數(shù)器最大的即可實現(xiàn) 100 進制的計數(shù)器。接下來，利用74LS90 的反饋置數(shù)的方法實現(xiàn) 60

12、進制。74LS90 屬于異步置數(shù)，所以計數(shù)器輸出“2QD2QC2QB2QA、1QD1QC1QB1QA=0110、0000”時，通過置數(shù)脈沖使計數(shù)器清零，也就是此時 QB，QC 發(fā)出置數(shù)脈沖送至清零端 R0，則 R0 使計數(shù)器清零。“秒”計數(shù)器電路圖如圖所示。圖 3-3 秒計數(shù)器電路3.4.23.4.2 分計數(shù)器的設(shè)計分計數(shù)器的設(shè)計“分”計數(shù)器也是 60 進制計數(shù)器。同“秒”計數(shù)器一樣是由兩片中規(guī)模集成計數(shù)器 74LS90 構(gòu)成。將兩片 74LS90 按同秒計數(shù)器的方法先接成 10 進制加法計數(shù)器，再按“秒”計數(shù)器電路的方法連接就可實現(xiàn) 100 進制的計數(shù)器。再用同“秒”計數(shù)器的方法實現(xiàn) 60

13、進制。其電路圖同“秒”計數(shù)器電路圖。如下圖所示。圖 3-4 分計數(shù)器電路3.4.33.4.3 時計數(shù)器電路時計數(shù)器電路時計數(shù)器是 24 進制計數(shù)器。實現(xiàn)此模數(shù)的計數(shù)器也是由兩片中規(guī)模集成計數(shù)器 74LS90 構(gòu)成。同“分” 、 “秒”計數(shù)器一樣，先將兩片計數(shù)器 74LS90 連接成 24 進制的加法計數(shù)器，再把兩片計數(shù)器 74LS90 用“秒”計數(shù)器的方法接成可實現(xiàn) 100 進制的計數(shù)器。當計數(shù)器狀態(tài)為“2QD2QC2QB2QA、1QD1QC1QB1QA=0010、0100”時，要求計數(shù)器歸零。通過2QB、1QC 送出的置數(shù)脈沖使兩片計數(shù)器 74LS90 同時清零，這樣就構(gòu)成了 24 進制計數(shù)

14、器。 “時”計數(shù)器電路圖如圖所示。圖 3-5 時計數(shù)器電路 3.53.5 譯碼驅(qū)動及顯示單元的設(shè)計譯碼驅(qū)動及顯示單元的設(shè)計計數(shù)器實現(xiàn)了對時間的累計以 8421BCD 碼形式輸出，為了將計數(shù)器輸出的8421BCD 碼顯示出來，需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)動器，4511 驅(qū)動顯示電路連接圖如下圖所示。圖 3-6 譯碼顯示電路3.63.6 校時電路校時電路校時電路是數(shù)字電路不可缺少的部分，每當數(shù)字鐘與時間不符時我們都要進行校時。S1、S2 分別是時校時和分校時開關(guān)，不校時時 S1、S2 是閉合的。當校正時位

15、時需要把 S1 開關(guān)打開，然后用手撥動 S3 開關(guān)，來回撥動一次就能使時位增加 1，可以根據(jù)需要來撥動開關(guān)次數(shù)，校正完畢后把 S1 開關(guān)閉上。校正分時和校正時的方法一樣。其電路圖如下：圖 3-7 校時電路3.73.7 整點報時電路整點報時電路3.7.13.7.1 論證論證 整點報時是最基本的功能之一。此電路要求每當“分”和“秒”計數(shù)器計到 59 分 50 秒時，使自動驅(qū)動音響電路，在 10s 內(nèi)自動發(fā)出 5 次響聲。要求每隔 1s 響一次，每次持續(xù)時間為 1s，共響 5 次，并且前 4 次為低音，最后一響為高音，此時計數(shù)器正好為整點（“0”分“0”秒） 。3.7.23.7.2 實現(xiàn)實現(xiàn)整點報時

16、電路見下圖，包括控制電路和音響電路兩部分。圖 3-8 報時電路第一部分為控制門電路部分。當“分”和“秒”計數(shù)器到 59 分 50 秒時，從 59 分 50 秒到 59 分 59 秒之間，只有“秒”個位在計數(shù)，而“秒”的十位，“分”的個位， “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，去控制門 U3A 和門 U4A。在每小時的最后 10s 內(nèi) C=1。門 U3A 輸入端加有頻率 2084Hz 的信號 B（可取自分頻器CC4060 的 Q4 端） ，同時又受 Qd1 和 Qa1 的控制，即 C

17、 在 59s 時，Qd1Qa1=1，門U4A 被關(guān)閉，門 U3A 打開，B 信號通過們 U3A；門 U4A 輸入端加有頻率 1024Hz的信號 A（可取自分頻率 CC4060 的 Q5 端） ，同時又受非 Qd1 和 Qa1 的控制，即C 在 51s、53s、57s 時，非 Qd1Qa1C=1，門 U3A 被關(guān)閉，門 U4A 打開，4 信號通過門 U4A.則 Z=Qd1Qa1CB+非 Qd1Qa1CA，即可實現(xiàn)前四響為 1024Hz 的低聲，后一響為 2048Hz 的高音，最后一響完畢正好整點。第二部分為音響電路部分。該電路選用射及跟隨器，推動揚聲器發(fā)生。三極管選用高頻小功率 3DG4，三極管

18、基極串聯(lián) 2k 限流電阻是為了防止電流過大燒壞揚聲器。報時所需的 2048Hz 和 1024Hz 音頻信號，分別取自音頻電路。四、四、 總電路設(shè)計總電路設(shè)計圖 4-1 總電路圖設(shè)計五、五、元件清單元件清單多功能數(shù)字鐘主體電路元器件清單多功能數(shù)字鐘主體電路元器件清單序號元器件名稱規(guī)格型號數(shù)量1適應晶體振蕩器3276Hz12十進制計數(shù)器CC451833共陰極七段譯碼驅(qū)動器CC451164四 2 輸入與非門74LS9065非門DM74LS0446雙 4 輸入與非門74LS202714 為二進制計數(shù)器/分頻器和振蕩器CC406018雙 D 邊沿觸發(fā)器74LS7419數(shù)碼管DPY_7-SEG_DP610三極管3DG4110k32k1100k111電阻2004212揚聲器Speaker113開關(guān)Sw-SPDT3CPA 100PF114電容CAPVAR 20PF1六、六、課程設(shè)計體會課程設(shè)計體會做了一周的設(shè)計，終于可以把結(jié)果展示了出來。我想我也該整理我的思緒，把總結(jié)寫出來了。通過這次對數(shù)字鐘的設(shè)計與制作，讓我了解了設(shè)計電路的程序，對數(shù)字電路又有了進一步的認識，溫習了以前學的知識，就像人們所說的溫故而知新吧！也讓我了解了關(guān)于數(shù)字鐘的原理與設(shè)計理念， 通過