第一篇：電子技術(shù)課程設(shè)計 數(shù)字鐘的設(shè)計

《電子技術(shù)》課程設(shè)計報告

《數(shù)字鐘的設(shè)計》

專業(yè)：自動化

班級：14級自動化品牌一班

學(xué)號：20140632

姓名：付巖

指導(dǎo)教師：鄔祥忠李振聲

完成日期：2016年6月9日

一、設(shè)計題目 “數(shù)字鐘的設(shè)計”

二、技術(shù)要求

1、設(shè)計一臺能顯示“秒”“分”“時”的數(shù)字鐘，要求24小時為一計時周期。

2、當電路發(fā)生走時誤差時，要求電路具有校時功能。

三、使用的元器件和電源 元器件：

1、七段顯示譯碼器7448

2、數(shù)碼管7SEG-DIGITAL

3、定時器NE555

4、十進制計數(shù)器74LS160

5、二輸入與非門74LS00

6、非門74LS04

7、電阻100k 9C08052A1003JLHFT

8、電容10n CERAMIC10N

9、電容4u7 AUDI04U7

10、單刀雙擲開關(guān)SW-SPDT 電源：+5V

四、設(shè)計內(nèi)容

1、電路各部分組成及工作原理（1）振蕩電路

振蕩電路選用555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器，如圖1所示。多諧振蕩器的振蕩頻率可由下式估算：

f=1/T=1.43/(R1+2R2)C 若選R1=R2=100k，要在輸出端得到頻率為1Hz的時鐘信號，則C應(yīng)選47UF。

圖1

（2）計數(shù)器

主要使用6片74LS160十進制加法計數(shù)器實現(xiàn)，數(shù)字鐘的“秒”“分”信號產(chǎn)生電路都由六十進制計數(shù)器構(gòu)成，“時”信號產(chǎn)生電路為二十四進制計數(shù)器。采用反饋清零法的六十進制和二十四進制加法計數(shù)器電路分別如圖2和圖3表示。

圖2

圖3（3）譯碼顯示電路

譯碼顯示電路選用七段顯示譯碼器7448和數(shù)碼管7SEG-DIGITAL，以六十進制“秒”計時電路為例，將計數(shù)器、譯碼顯示器和顯示數(shù)碼管連在一起，其電路示意圖如圖4所示。

圖4（4）校時電路

通過單刀雙擲開關(guān)SW-SPDT控制“分”“時”的進位信號，使其可以按照秒的速度快速計時，如圖5所示。

圖5

2、數(shù)字鐘電路圖

3、電路各部分的安裝和調(diào)試方法（1）振蕩器的安裝與調(diào)試

按圖1所示電路在試驗箱上連線，輸出接發(fā)光二極管，觀察發(fā)光二極管的顯示情況。（2）計數(shù)器的安裝與調(diào)試

分別按圖2與圖3所示電路在試驗箱上連線，CP為1HZ，可直接由試驗箱連續(xù)脈沖輸出端提供，觀察在CP脈沖作用下，輸出端發(fā)光二極管的狀態(tài)變化情況，驗證是否為六十進制和二十四進制計數(shù)器。

（3）譯碼顯示電路的安裝與調(diào)試

按圖4所示電路在試驗箱上連線，觀察在CP脈沖作用下數(shù)碼管的顯示情況。

（4）校時電路

通過單刀雙擲開關(guān)控制“時”“分”計時器的進位信號，使其按照“秒”計時器的速度校時

4、在整機電路的設(shè)計、調(diào)試過程中的心得體會

通過數(shù)天的設(shè)計與思索，我發(fā)現(xiàn)自己并不是真的全部掌握所學(xué)內(nèi)容，雖然基本上已經(jīng)掌握課上老師所講的內(nèi)容，可是一到把所用內(nèi)容整合在一起具體應(yīng)用時，還是出了很多問題。

比如關(guān)于計數(shù)器方面的學(xué)習(xí)，因為所學(xué)的是如何將兩片74LS160連接構(gòu)成幾十幾進制的計數(shù)器，感覺很簡單，而事實也如此，因此忽略了如何進位的問題。在這次設(shè)計開始前，我想當然就以為秒分時各計數(shù)器全由一個CP脈沖作用就好了，而各計數(shù)器之間的連接也按每個計數(shù)器間的接法照舊。結(jié)果發(fā)現(xiàn)根本不對，秒計數(shù)器倒是正常走了，走到59時，下一秒時分計數(shù)器根本不動，想了半天卻還在鉆牛角尖。最后經(jīng)過查書重新地仔細地看了這部分知識，才發(fā)現(xiàn)其中的錯誤，開始用秒計時器的清零端MR取非給分計時器進位，可突然卻發(fā)現(xiàn)又出現(xiàn)問題：各計時器之間能正常進位，可是分、時計數(shù)器的數(shù)碼管卻全顯示1，于是再想是不是還有控制CP信號的端口，于是發(fā)現(xiàn)把上一計時器的進位端接入下一計時器的CP段就可以了，電路可以正常進位。想了一兩天的問題解決了，打算看看效果，于是更改振蕩器中電阻的數(shù)值，將100k改換成100歐姆，變換速度瞬間提高一千倍，很快地走了一個周期，從而驗證了自己的想法。

當然還有其他的問題，比如關(guān)于譯碼顯示電路，選用實驗書中的4511譯碼器，結(jié)果發(fā)現(xiàn)除QA到QG沒有變換其他各端都挺正常的變化（仿真過程中顯示紅藍灰點，QA到QG一直不變），后來還是選用數(shù)電書上的7448譯碼器，因為書上的有相關(guān)的解釋，相關(guān)知識也能弄清楚，不用費多少腦力。

不過，關(guān)于校時電路的部分，我自己實在是沒弄懂，找別人問問發(fā)現(xiàn)沒人看懂，結(jié)果有個同學(xué)說使用單刀雙擲開關(guān)，覺得這想法可以，就用上了。

通過這次數(shù)字鐘的設(shè)計，我最終明白上課所講的內(nèi)容并不是全部，有很多的不足之處。我們學(xué)習(xí)的東西還有很多，書本上老師所講的內(nèi)容只能解決我們具體實際操作過程中的一小部分內(nèi)容，還有很多很多我們未知的東西需要掌握。通過這次設(shè)計我也基本學(xué)會了這部使用的設(shè)計仿真軟件ISIS 7 professional,這也是很好的。另外在這次課程設(shè)計過程中，我們了解了很多元件的功能，并且對于其在電路中的使用有了更多的認識。平時看課本時，有時問題老是弄不懂，做完課程設(shè)計，那些問題就迎刃而解了，而且還可以記住很多東西，比如一些芯片的功能。平時看課本這次看了，下次就忘了，通過動手實踐讓我們對各個元件映象深刻。正所謂，認識來源于實踐，實踐是認識的動力和最終目的，實踐是檢驗真理的唯一標準。

第二篇：數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計報告(數(shù)字鐘)

目錄

一． 設(shè)計目的???????????????

二． 實現(xiàn)功能???????????????

三． 制作過程???????????????

四． 原理框圖???????????????

4.1 數(shù)字鐘構(gòu)成???????????????

34.2設(shè)計脈沖源???????????????

44.3 設(shè)計整形電路??????????????

4.4 設(shè)計分頻器???????????????

4.5 實際計數(shù)器???????????????

64.6 譯碼/驅(qū)動器電路的設(shè)計??????????? 7

4.7 校時電路???????????????? 8

4.8 整點報時電路??????????????

4.9 繪制總體電路圖?????????????

五． 具體實現(xiàn)???????????????

5.1電路的選擇???????????????

5.2集成電路的基本功能???????????? 10

5.3 電路原理????????????????

六． 感想與收獲??????????????? 12 七． 附

錄 ??????????????? 數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計報告

一、設(shè)計目的

數(shù)字鐘是一種用數(shù)字電路技術(shù)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序電路。

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。因此，研究數(shù)字鐘及擴大其應(yīng)用，有著非?，F(xiàn)實的意義。

石英數(shù)字鐘，具有電路簡潔，代表性好，實用性強等優(yōu)點，在數(shù)字鐘的制作中，我們采用了傳統(tǒng)的PCMS大規(guī)模集成電路為核心，配上LED發(fā)光顯示屏，用石英晶體做穩(wěn)頻元件，準確又方便。

二、實現(xiàn)功能

① 時間以12小時為一個周期； ② 顯示時、分、秒；

③ 具有校時功能，可以分別對時及分進行單獨校時，使其校正到標準時間； ④ 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； ⑤ 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。

三、制作過程

1.確立電子數(shù)字計時器的制作思路

要想構(gòu)成數(shù)字鐘，首先應(yīng)有一個能自動產(chǎn)生穩(wěn)定的標準時間脈沖信號的信號源。還需要有一個使高頻脈沖信號變成適合于計時的低頻脈沖信號的分頻器電路，即頻率為1HZ的“秒脈沖”信號。經(jīng)過分頻器輸出的秒脈沖信號到計數(shù)器 中進行計數(shù)。由于計時的規(guī)律是：60秒=1分，60分=1小時，24小時=1天，這就需要分別設(shè)計60進制，24進制，（或12進制的計時器，并發(fā)出驅(qū)動AM；PM的標志信號）。各計數(shù)器輸出的信號經(jīng)譯碼器/驅(qū)動器送到數(shù)字顯示器對應(yīng)的筆劃段，使得 “時”、“分”、“秒”得以數(shù)字顯示。

任何數(shù)字計時器都有誤，因此應(yīng)考慮校準時間電路，校時電路一般采用自動快調(diào)和手動調(diào)整，“自動快調(diào)”是利用分頻器輸出的不同頻率脈沖使得顯示時間自動迅速的得到調(diào)整。“手動調(diào)整” 是利用手動的節(jié)拍調(diào)整顯示時間。

2.查閱資料繪出各部分的電路圖(詳見原理框圖)

數(shù)字計時器的設(shè)計方法：（1）設(shè)計脈沖源（2）設(shè)計整形電路（3）設(shè)計分頻器（4）設(shè)計計數(shù)器（5）譯碼器/驅(qū)動器（6）設(shè)計校時電路

3.按所設(shè)計的電路去選擇、測試好元器件、并裝配成為產(chǎn)品

4.準備設(shè)計論文答辯

四、原理框圖

1．數(shù)字鐘的構(gòu)成

數(shù)字鐘實際上是一個對標準頻率（1HZ）進行計數(shù)的計數(shù)電路。由于計數(shù)的起始時間不可能與標準時間（如北京時間）一致，故需要在電路上加一個校時電路，同時標準的1HZ時間信號必須做到準確穩(wěn)定。通常使用石英晶體振蕩器電路構(gòu)成數(shù)字鐘。

數(shù)字鐘組成框圖

2．設(shè)計脈沖源

自激式振蕩電路有：自激多諧振蕩器，激間歇振蕩器這次我們選擇晶體振蕩器原因如下: 由于通常要求數(shù)字鐘的脈沖源的頻率要十分穩(wěn)定、準確度高，因此要采用石英晶體振蕩器，其他的多諧振蕩器難以滿足要求。石英晶體不但頻率特性穩(wěn)定，而且品質(zhì)因數(shù)很高，有極好的選頻特性。晶體振蕩器電路給數(shù)字鐘提供一個頻率穩(wěn)定準確的32768Ｈz的方波信號，可保證數(shù)字鐘的走時準確及穩(wěn)定。石英晶體振蕩器的頻率取決于石英晶體的固有頻率，與外電路的電阻電容的參數(shù)無關(guān)一般情況下，晶振頻率越高，準確度越高，但所用的分頻級數(shù)越多，耗電量就越大，成本就越高，在選擇晶體時應(yīng)綜合考慮。

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，使電路工作于放大區(qū)域，即非門的功能近似于一個高增益的反相放大器。電容Ｃ１、Ｃ２與晶體構(gòu)成一個諧振型網(wǎng)絡(luò)，完成對振蕩頻率的控制功能，同時提供了一個１８０度相移，從而和非門構(gòu)成一個正反饋網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)了振蕩器的功能。由于晶體具有較高的頻率穩(wěn)定性及準確性，從而保證了輸出頻率的穩(wěn)定和準確。

（a）CMOS 晶體振蕩器（仿真電路）

3．設(shè)計整形電路

由于晶體振蕩器輸出的脈沖是正弦波或是不規(guī)則的矩形波，因此必須經(jīng)整形電路整形。我們已學(xué)過的脈沖整形電路有以下幾種：削波器、門電路、單穩(wěn)態(tài)電路、雙穩(wěn)態(tài)電路、施密特觸發(fā)器等。通過查閱資料主要使用施密特觸發(fā)器：

門電路組成的整形電路

4.設(shè)計分頻器

分頻器 —— 能將高頻脈沖變換為低頻脈沖，它可由觸發(fā)器以及計數(shù)器來完 成。由于一個觸發(fā)器就是一個二分頻器，N個觸發(fā)器就是 2N個分頻器。如果用計數(shù)器作分頻器，就要按進制數(shù)進行分頻。例如十進制計數(shù)器就是十分頻器，M進制計數(shù)器就為M分頻器。若我們從市場上購買到石英晶體振蕩器其頻率為32768HZ，要想用該振蕩器得到一個頻率為1HZ的秒脈沖信號，就需要用分頻器進行分頻，分頻器的個數(shù)為2N =32768HZ，N =15 即有15個分頻器。這樣就將一個頻率為23768HZ的振蕩信號降低為1HZ的計時信號，這樣就滿足了計時規(guī)律的需求：60秒=1分鐘，60分=1小時，24小時=1天。

5．設(shè)計計數(shù)器

計數(shù)器的設(shè)計，以觸發(fā)器為單元電路，根據(jù)進制按有權(quán)碼或無權(quán)碼來編碼，采用有條件反饋原理來構(gòu)成。當 “小時” 的十位為2；個位為3時，只要個位數(shù)

“分”

有進位時，就應(yīng)使十位的“小時 ”的位數(shù)歸零，因此24小時進制計數(shù)器要采用有條件反饋的設(shè)計。（12進制計數(shù)器也同理）；但應(yīng)在歸零的同時發(fā)出驅(qū)動AM（上午）、PM（下午）標志的信號。

按規(guī)律,一般設(shè)計計數(shù)器的方法

秒部分：個位選用模10計數(shù)器；十位選用模6計數(shù)器 分部分：個位選用模10計數(shù)器；十位選用模6計數(shù)器 小時部分：模12計數(shù)器；或模24計數(shù)器 6.譯碼/驅(qū)動器電路的設(shè)計

在數(shù)字系統(tǒng)中常常需要將測量或處理的結(jié)果直接顯示成十進制數(shù)字。為此，首先將以BCD碼表示的結(jié)果送到譯碼器電路進行譯碼，用它的輸出去驅(qū)動顯示器件，由于顯示器件的工作方式不同，對譯碼器的要求也就不同，譯碼器的電路也不同。數(shù)字顯示的器件的種類：熒光管、輝光管、發(fā)光二極管、液晶顯示屏等.譯碼器電路：此次我們選擇的是LED共陽極發(fā)光二極管顯示器 顯示電路如下： 原理圖

7．校時電路

校時電路是計時器中不可少的一部分因為當即時間與計時器時間不一致時，就需要校時電路予以校正。校時電路有兩種方案：第一、校時用的脈沖可選用頻率較高的不等的幾種脈沖，從計數(shù)器的總輸入端（秒計數(shù)器的第一級輸入端）送入。

第二、校時用的脈沖，分別將秒脈沖送到“計小時”的計數(shù)器的輸入端，“計分”的計數(shù)器輸入端，但校時、校分時，應(yīng)將原計數(shù)回路關(guān)閉或斷開。校秒時可采用關(guān)閉或斷開秒計數(shù)器的脈沖信號輸入端使其停止計時 8．整點報時電路

電路應(yīng)在整點前10秒鐘內(nèi)開始整點報時，即當時間在59分50秒到59分59秒期間時，報時電路報時控制信號。

當時間在59分50秒到59分59秒期間時，分十位、分個位和秒十位均保持不變，分別為5、9和5，因此可將分計數(shù)器十位的QＣ和QＡ、個位的QＤ和QＡ及秒計數(shù)器十位的QＣ和QＡ相與，從而產(chǎn)生報時控制信號。

實現(xiàn)方式：

說明：當時間在59分50秒到59分59秒期間時 分十位、分個 位和秒十位均保持不變，分別為5，9和5；因此，可以將分計數(shù)器十位的Qc和QA，個位的QD和QA及秒計數(shù)器十位的QC和QA相與，從而產(chǎn)生報時控制信號。IO1分計數(shù)器十位的Qc和QAIO2U1VCC15VVCC2345VIO3分計數(shù)器個位的QD和QAX18IO456114V_0.5WIO512秒計數(shù)器十位的QC和QA74HC30DIO6數(shù)字鐘設(shè)計－整點報時電路部分 9.繪制總體電路圖

五：具體實現(xiàn)

1、電路的選擇：

我們采用了傳統(tǒng)的PCMS大規(guī)模集成電路為核心，配上LED發(fā)光顯示屏，用石英晶體作為穩(wěn)頻元件，準確又方便。

數(shù)字鐘專用集成塊如下：

a.譯碼/驅(qū)動電路：LM8361，M8560，LM8569，TMS3450NL，MM5457，MM5462集成電路，因為它在所有型號中靜態(tài)功耗最低。其管腳圖見圖（12）

b.分頻器:我們采用了CD4060。

c.反相器: 我們選用了CD4069（內(nèi)含有六個反相器）。

2、集成電路的基本功能

（1）CD4060：它是一個十四級二分頻器，它所產(chǎn)生的信號頻率為30720HZ，經(jīng)九級兩二分頻后，得到一個60HZ的脈沖信號，見圖。

（2）CD4069反相器: F1—F6六個反相器，通過外接電路去控制各電路的工作狀態(tài)，管腳見圖：

（3）MM5462: 它是集譯碼/驅(qū)動電路為一體，它是60HZ時基24小時專用集成電路。1-4，6-12，22十三個端子是顯示筆劃輸出的，1腳是四個筆劃，其余每腳輸出二個筆劃，16腳為正電源，5腳為負電源，20腳睡眠輸出是直流信號，由17腳動和關(guān)閉，由13腳調(diào)整至需要值，最大值59分鐘倒計時。17腳是內(nèi)部振蕩器RC輸入端，該振蕩信號一是作為外部時基的備用，二是13鬧輸出的信號源。在我們選用的這套套件沒有用20腳的睡眠功能。19腳為時基信號輸入腳。14、15、18腳是操作控制端，若接高低電平各有不同的功能。值得注意的是所有的輸出端均為低電平有效。

、3、電路原理：（見圖原理方框圖）

CD4060 CD4069 變壓器將交流220V電壓，變?yōu)殡p7.5V交流低電壓，經(jīng)全波整流后路經(jīng)D

411 供顯示屏驅(qū)動電路，而另一路經(jīng)濾波后供主電路。由于時鐘需要脈沖源，我們選用了JT，R1，C3和CD4060內(nèi)部的兩個反相器組成的晶體振蕩器，目的是為了提脈沖源的穩(wěn)定度，而脈沖源產(chǎn)生的波形不是規(guī)則的矩形波，因此，需經(jīng)整形器整形后，送到下一級，由于脈沖信號源的頻率較高，經(jīng)CD4060九級分頻及計數(shù)后變換低頻脈沖信號。由13腳得到60HZ的脈沖信號一路送入MM5461的19腳，另一路去控制由F4，Q2，Q3組成的顯示屏驅(qū)動電路。由于F4的倒相作用，使Q2，Q3和時基信號交替導(dǎo)通，形成間歇點亮顯示屏，使它工作在正常狀態(tài)。

當60HZ的信號從MM5461的19腳進入后，由控制電路各部分電路的正常工作經(jīng)譯碼與驅(qū)動電路去控制顯示屏各個應(yīng)亮的端。

F1，F(xiàn)2，F(xiàn)3，R2，R8，C5，K1組成了一個“電子自鎖式開關(guān)”，每控一次K1，F(xiàn)2的輸出狀態(tài)會改變，一路去控制MM5461的18腳，另一路去驅(qū)動顯示屏右下點的發(fā)光二極管以指示該功能的工作狀態(tài)?！傲痢北硎尽棒[鐘時間已設(shè)置”，“滅”表示“鬧設(shè)置取消”。

R7，Q1，F(xiàn)MQ組成鬧輸出放大電路，控制信號由MM5461的13腳輸出。當響鬧時，按下K5可使鬧暫停并延時九分鐘再鬧，還可多次使用報時延時，響鬧總時長59分鐘。

由于MM5461無秒信號輸出，故用F5，F(xiàn)6，R3，R4，C4組成秒信號發(fā)生器，經(jīng)Q4去驅(qū)動顯示屏中間的“冒號”閃動。電路中各開關(guān)的功能：

K1：鬧鐘時間的設(shè)置開關(guān)。K1+K5快調(diào)鬧時間的設(shè)置。K1+K4慢調(diào)鬧時間的設(shè)置

K2：時間的設(shè)置開關(guān)。K2+K5 快調(diào)時間的設(shè)置

K2+K4慢調(diào)時間的設(shè)置。K3：鬧鐘時間顯示開關(guān)。單擊K3可顯示事先所設(shè)置的報時的時間 K4：慢調(diào)時間開關(guān)

K5：快調(diào)時間開關(guān)/暫停/顯示

電路中，R10（1K）的作用，是防止開關(guān)操作工作時，正負電源短路。R13，R27，R9為限流電阻，它們決定顯示亮度。

六：感想與收獲

這次的比賽是我們?nèi)齻€人一起參加的，在比賽前的一段時間里，我們?nèi)齻€人的收獲很大，具體有三點：（1）有利于我們學(xué)習(xí)能力的提高。這里所說的學(xué)習(xí)能力包括獲取資料的能力、理解前人思路的能力、系統(tǒng)設(shè)計能力、動手能力、分析排除故障能力、表達能力等很多方面，而這段時間的經(jīng)歷，我們提高都很大。

（2）有利于我們團隊精神的培養(yǎng)。在課堂之外實際的工作中，我們?nèi)艘话愣家献鞴餐瓿赡骋豁椖?，這就非常需要團隊精神，而這一點在課堂常規(guī)教學(xué)中得到的鍛煉是很有限的。三個人必須互相信任、互相配合、分工合作，在順境時小組成員要相互提醒保持冷靜，逆境時要相互鼓勵共度難關(guān)，出現(xiàn)問題時不能相互埋，這些與課堂教學(xué)強調(diào)獨立性是有明顯區(qū)別的。

（3）有利于我們各種能力的鍛煉。第一、不夠細心比如由于粗心大意焊錯了線，第二，是在學(xué)習(xí)態(tài)度上，這次培訓(xùn)是對我的學(xué)習(xí)態(tài)度的一次檢驗。我第一次體會到要作一名電子設(shè)計師，要求具備的首要素質(zhì)是嚴謹。我們這次制作所遇到的多半問題多數(shù)都是由于我們不夠嚴謹。第三，在做人上，我認識到，無論做什么事情，只要你足夠堅強，有足夠的毅力與決心，有足夠的挑戰(zhàn)困難的勇氣，就沒有什么辦不到的。

電設(shè)賽場風(fēng)云涌，各路英豪皆爭雄。今朝罷去懷壯志，來屆電賽再顯鋒！七：附錄 電路原理總圖：

附錄

二、LED顯示屏電路原理圖

第三篇：數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計報告(數(shù)字鐘的設(shè)計)

數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計報告

一、設(shè)計目的

數(shù)字鐘是一種用數(shù)字電路技術(shù)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序電路。

因此，我們此次設(shè)計與制做數(shù)字鐘就是為了了解數(shù)字鐘的原理，從而學(xué)會制作數(shù)字鐘.而且通過數(shù)字鐘的制作進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用方法.且由于數(shù)字鐘包括組合邏輯電路和時敘電路.通過它可以進一步學(xué)習(xí)與掌握各種組合邏輯電路與時序電路的原理與使用方法.二、設(shè)計要求

（1）設(shè)計指標

① 時間以12小時為一個周期； ② 顯示時、分、秒；

③ 具有校時功能，可以分別對時及分進行單獨校時，使其校正到標準時間； ④ 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； ⑤ 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）設(shè)計要求

① 畫出電路原理圖（或仿真電路圖）； ② 元器件及參數(shù)選擇； ③ 電路仿真與調(diào)試；

④ PCB文件生成與打印輸出。

（3）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。

（4）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、原理框圖

1．數(shù)字鐘的構(gòu)成

數(shù)字鐘實際上是一個對標準頻率（1HZ）進行計數(shù)的計數(shù)電路。由于計數(shù)的起始時間不可能與標準時間（如北京時間）一致，故需要在電路上加一個校時電路，同時標準的1HZ時間信號必須做到準確穩(wěn)定。通常使用石英晶體振蕩器電路構(gòu)成數(shù)字鐘。

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（a）數(shù)字鐘組成框圖

2．晶體振蕩器電路

晶體振蕩器電路給數(shù)字鐘提供一個頻率穩(wěn)定準確的32768Ｈz的方波信號，可保證數(shù)字鐘的走時準確及穩(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，使電路工作于放大區(qū)域，即非門的功能近似于一個高增益的反相放大器。電容Ｃ１、Ｃ２與晶體構(gòu)成一個諧振型網(wǎng)絡(luò)，完成對振蕩頻率的控制功能，同時提供了一個１８０度相移，從而和非門構(gòu)成一個正反饋網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)了振蕩器的功能。由于晶體具有較高的頻率穩(wěn)定性及準確性，從而保證了輸出頻率的穩(wěn)定和準確。

（b）CMOS 晶體振蕩器（仿真電路）

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3．時間記數(shù)電路

一般采用10進制計數(shù)器如74HC290、74HC390等來實現(xiàn)時間計數(shù)單元的計數(shù)功能。本次設(shè)計中選擇74HC390。由其內(nèi)部邏輯框圖可知，其為雙2-5-10異步計數(shù)器，并每一計數(shù)器均有一個異步清零端（高電平有效）。

秒個位計數(shù)單元為１０進制計數(shù)器，無需進制轉(zhuǎn)換，只需將ＱＡ與ＣＰＢ（下降沿有效）相連即可。ＣＰＡ（下降沒效）與１ＨZ秒輸入信號相連，Ｑ３可作為向上的進位信號與十位計數(shù)單元的ＣＰＡ相連。

秒十位計數(shù)單元為６進制計數(shù)器，需要進制轉(zhuǎn)換。將１０進制計數(shù)器轉(zhuǎn)換為６進制計數(shù)器的電路連接方法如圖 ２.４所示，其中Ｑ２可作為向上的進位信號與分個位的計數(shù)單元的ＣＰＡ相連。

十進制-六進制轉(zhuǎn)換電路

分個位和分十位計數(shù)單元電路結(jié)構(gòu)分別與秒個位和秒十位計數(shù)單元完全相同，只不過分個位計數(shù)單元的Ｑ３作為向上的進位信號應(yīng)與分十位計數(shù)單元的ＣＰＡ相連，分十位計數(shù)單元的Ｑ２作為向上的進位信號應(yīng)與時個位計數(shù)單元的ＣＰＡ相連。

時個位計數(shù)單元電路結(jié)構(gòu)仍與秒或個位計數(shù)單元相同，但是要求，整個時計數(shù)單元應(yīng)為１２進制計數(shù)器，不是１０的整數(shù)倍，因此需將個位和十位計數(shù)單元合并為一個整體才能進行１２進制轉(zhuǎn)換。利用１片７４ＨＣ３９０實現(xiàn)１２進制計數(shù)功能的電路如圖（d）所示。

（d）十二進制電路

另外，圖（d）所示電路中，尚余－２進制計數(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。

4．譯碼驅(qū)動及顯示單元電路

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把輸進來的二進制信號翻譯成十進制數(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。

計數(shù)器實現(xiàn)了對時間的累計并以8421BCD碼的形式輸送到CD4511芯片，再由451

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芯片把BCD碼轉(zhuǎn)變?yōu)槭M制數(shù)碼送到數(shù)碼管中顯示出來。

5．校時電路

數(shù)字鐘應(yīng)具有分校正和時校正功能，因此，應(yīng)截斷分個位和時個位的直接計數(shù)通路，并采用正常計時信號與校正信號可以隨時切換的電路接入其中。即為用COMS與或非門實現(xiàn)的時或分校時電路，In1端與低位的進位信號相連；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；輸出端則與分或時個位計時輸入端相連。當開關(guān)打向下時，因為校正信號和0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，故校時電路處于正常計時狀態(tài)；當開關(guān)打向上時，情況正好與上述相反，這時校時電路處于校時狀態(tài)。

實際使用時，因為電路開關(guān)存在抖動問題，所以一般會接一個RS觸發(fā)器構(gòu)成開關(guān)消抖動電路，所以整個較時電路就如圖（f）。

（f）帶有消抖電路的校正電路

6．整點報時電路

電路應(yīng)在整點前10秒鐘內(nèi)開始整點報時，即當時間在59分50秒到59分59秒期間時，報時電路報時控制信號。

當時間在59分50秒到59分59秒期間時，分十位、分個位和秒十位均保持不變，分別為5、9和5，因此可將分計數(shù)器十位的QＣ和QＡ、個位的QＤ和QＡ及秒計數(shù)器十位的QＣ和QＡ相與，從而產(chǎn)生報時控制信號。

報時電路可選74HC30來構(gòu)成。74HC30為8輸入與非門。

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說明：當時間在59分50秒到59分59秒期間時 分十位、分個 位和秒十位均保持不變，分別為5，9和5；因此，可以將分計數(shù)器十位的Qc和QA，個位的QD和QA及秒計數(shù)器十位的QC和QA相與，從而產(chǎn)生報時控制信號。IO1分計數(shù)器十位的Qc和QAIO2U11VCCIO35VVCCX182345V分計數(shù)器個位的QD和QAIO456114V_0.5WIO512秒計數(shù)器十位的QC和QAIO674HC30D數(shù)字鐘設(shè)計－整點報時電路部分

四、元器件

1．四連面包板1塊（編號A45）

2．鑷子1把 3．剪刀1把

4．共陰八段數(shù)碼管6個 5．網(wǎng)絡(luò)線2米/人 6．CD4511集成塊6塊 7．CD4060集成塊1塊 8．74HC390集成塊3塊 9．74HC51集成塊1塊 10．74HC00集成塊4塊 11．74HC30集成塊1塊 12．10MΩ電阻5個 13．500Ω電阻14個 14．30p電容2個

15．32.768k時鐘晶體1個 16．蜂鳴器10個（每班）1）芯片連接圖

1)74HC00D

2)CD4511

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3)74HC390D

4)74HC51D

2．面包板的介紹

面包板一塊總共由五部分組成，一豎四橫，面包板本身就是一種免焊電板。面包板的樣式是：

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面包板的注意事項：

1． 面包板旁一般附有香蕉插座，用來輸入電壓、信號及接地。2． 上圖中連著的黑線表示插孔是相通的。

3． 拉線時，盡量將線緊貼面包板，把線成直角，避免交叉，也不要跨越元件。4． 面包板使用久后，有時插孔間連接銅線會發(fā)生脫落現(xiàn)象，此時要將此排插孔做記號。并不再使用。

五、各功能塊電路圖

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立的電路。

（一）六進制電路

由74HC390、7400、數(shù)碼管與4511組成，電路如圖一。

U1A3123U2A12Com74HC00D74HC00DU5SEVEN_SEG_COM_KABCDEFGU3AV1 32Hz 5V141INA1INB21CLR31QA1QB1QC1QD5677126U413DADBDCDD5OAOBOCODOE1211109151474HC390D43~ELOF~BIOG~LTVCC5V4511BD將十進制計數(shù)器轉(zhuǎn)換為六進制的連接方法

（二）十進制電路

由74HC390、7400、數(shù)碼管與4511組成，電路如圖二。

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U4A3126U4B4574HC00D74HC00DComU3SEVEN_SEG_COM_KU1AV1 60Hz 5V141INA1INB21CLR31QA1QB1QC1QD5677126U213DADBDCDD5OAOBOCODOE12111091514ABCDEFGVCC5V74HC390D43~ELOF~BIOG~LT4511BD十進制接法測試仿真電路

（三）六十進制電路

由兩個數(shù)碼管、兩4511、一個74HC390與一個7400芯片組成，電路如圖三。

（四）雙六十進制電路

由2個六十進制連接而成，把分個位的輸入信號與秒十位的Qc相連，使其產(chǎn)生進位，電路圖如圖四。

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ComComSEVEN_SEG_COM_KU1B6453U1A12U4SEVEN_SEG_COM_KU7U11BABCDEFG64513DADBDCDD5OAOBOCODOE~ELOF~BI~LTOG1211109151421CLR141INA1INB3U10A12ABCDEFG74HC00D74HC00DU3B15122INA2INB142CLR132QA2QB2QC2QD11109U2712674HC00D74HC00DU8A31QA1QB1QC1QD5677126U913DADBDCDD5OAOBOCODOE12111091514VCC5V74HC390D43U1C891011U1D12134511BD74HC390DComVCCU643~ELOF~BI~LTOG5VSEVEN_SEG_COM_K74HC00D74HC00DABCDEFG84511BDComU15C91011U16DSEVEN_SEG_COM_K1213U14U3A131INA1INB21CLR1QA1QB1QC1QD5677126U513DADBDCDD5OAOBOCODOE1211109151474HC00D74HC00DU12B15122INA2INB142CLR132QA2QB2QC2QD111097126U13DADBDCDD5OAOBOCODOEABCDEFG***14V1 100kHz 5V474HC390D43~ELOF~BI~LTOGVCC74HC390D5V43~ELOF~BI~LTOG4511BD4511BD

（五）時間計數(shù)電路

由1個十二進制電路、2個六十進制電路組成，因上面已有一個雙六十電路，只要把它與十二進制電路相連即可，詳細電路見圖五。

ComComComComComComU1SEVEN_SEG_COM_KU2SEVEN_SEG_COM_KU4SEVEN_SEG_COM_KU3SEVEN_SEG_COM_KU5SEVEN_SEG_COM_KU6SEVEN_SEG_COM_KABCDEFGABCDEFGABCDEFGVCCVCCABCDEFGABCDEFGABCDEFG5V***45VVCCVCC***49***45V***3121110***01514145V9VCCOG995V99OAOBODOAOBODOAOBODOEOEOCOCOCOFOFOEOGOAOBODOAOBODOAOBODOEOEOCOCOCOFOFOEOGOG~LT~LT~EL~EL~BI~BI~ELDADCDDDADCDDDADC~LT~LT~LTDBDB~EL~EL~EL~BI~BIDADCDDDADCDDDADCDBDB3DBDD~BI5V73DBDD4511BD54511BD******12643U23CU25A74HC00D***8U21A74HC00D13111038U20C74HC00D3U19A74HC00D131110974HC00D9356356772QB1QD2QD2QD1QB1QC2QB2QC2QB2QC1QB1QA2QA2QA1QA1QC1QD2QA2QC2QD61QB2INA1CLR2CLR2CLR1INA1INB2INA2INB2INA2INB1INA1INA1INB74HC00D161CLR74HC390D6151INB74HC00D111CLRU26B74HC390D74HC390N1174HC390N74HC390DU20B1574HC00D1262INB74HC00D74HC00D***242V1 1000Hz 5V時，分，秒計時電路圖

（六）校正電路

由74CH51D、74HC00D與電阻組成，校正電路有分校正和時校正兩部分，電路如圖六。

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142CLRU13AU16B1QA1QC1QDU24DU22BU14AU17BU20DU15AU18B74HC390N43~BI~LT4511BDOGU7U8OFU10VCC4511BDOGU9U114511BDOFU124511BD1010921921254***254

IO1VCC正常輸入信號5V校正信號R1IO2U2C9108小時校正電路J110Mohm74HC00D注意：分校時時，不會進位到小時。U11111213910U2DKey = A12R210MohmIO313U2A8123時計數(shù)器IO574HC00D1123674HC00D正常輸入信號校正信號R3U3A10Mohm12U2B456分計數(shù)器IO6IO44574HC00D74HC51D3J274HC00DKey = B分鐘校正電路分校正時鎖定小時信號輸入R410MohmU3B456圖中采用基本RS觸發(fā)器構(gòu)成開關(guān)消抖動電路，其中與非門選用74HC00；對J1和J2，因為校正信號與0相與為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，故校時電路處于正常計時狀態(tài)，當開關(guān)打向上時，情況正好與上述相反，這時電路處于校時狀態(tài)。74HC00D數(shù)字鐘設(shè)計－校時電路部分

（七）晶體振蕩電路

由晶體與2個30pF電容、1個4060、一個10兆的電阻組成，芯片3腳輸出2Hz的方波信號，電路如圖七。

（八）整點報時電路

由74HC30D和蜂鳴器組成，當時間在59:50到59:59時，蜂鳴報時，電路如圖八。

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說明：當時間在59分50秒到59分59秒期間時 分十位、分個 位和秒十位均保持不變，分別為5，9和5；因此，可以將分計數(shù)器十位的Qc和QA，個位的QD和QA及秒計數(shù)器十位的QC和QA相與，從而產(chǎn)生報時控制信號。IO1分計數(shù)器十位的Qc和QAIO2U11VCCIO35VVCCX182345V分計數(shù)器個位的QD和QAIO456114V_0.5WIO512秒計數(shù)器十位的QC和QAIO674HC30D數(shù)字鐘設(shè)計－整點報時電路部分

六、總接線元件布局簡圖

整個數(shù)字鐘由時間計數(shù)電路、晶體振蕩電路、校正電路、整點報時電路組成。

其中以校正電路代替時間計數(shù)電路中的時、分、秒之間的進位，當校時電路處于正常輸入信號時，時間計數(shù)電路正常計時，但當分校正時，其不會產(chǎn)生向時進位，而分與時的校位是分開的，而校正電路也是一個獨立的電路。

電路的信號輸入由晶振電路產(chǎn)生，并輸入各電路。簡圖如圖九。

七、芯片連接總圖

因仿真與實際元件上的差異，所以在原有的簡圖的基礎(chǔ)上，又按實際布局畫了這張按實際芯片布局的接線圖，如圖十。

八、總結(jié)

1． 實驗過程中遇到的問題及解決方法

① 面包板測試

測試面包板各觸點是否接通。

② 七段顯示器與七段譯碼器的測量

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把顯示器與CD4511相連，第一次接時，數(shù)碼管完全沒有顯示數(shù)字，檢查后發(fā)現(xiàn)是數(shù)碼管未接地而造成的，接地后發(fā)現(xiàn)還是無法正確顯示數(shù)字，用萬用表檢測后，發(fā)現(xiàn)是因芯片引腳有些接觸不良而造成的，所以確認芯片是否接觸良好是非常重要的一件事。

③ 時間計數(shù)電路的連接與測試

六進制、十進制都沒有什么大的問題，只是芯片引腳的老問題，只要重新插過芯片就可以解決了。但在六十進制時，按圖接線后發(fā)現(xiàn)，顯示器上的數(shù)字總是100進制的，而不是六十進制，檢測后發(fā)現(xiàn)無論是線路的連通還是芯片的接觸都沒有問題。最后，在重對連線時發(fā)現(xiàn)是線路接錯引腳造成的，改過之后，顯示就正常了。

④ 校正電路

因上面程因引腳接錯而造成錯誤，所以校正電路是完全按照仿真圖所連的，在測試時，開始進行時校時時，沒有出現(xiàn)問題，但當進行到分校時時，發(fā)現(xiàn)計數(shù)電路的秒電路開始亂跳出錯。因此，電路一定是有地方出錯了，在反復(fù)對照后，發(fā)現(xiàn)是因為在接入校正電路時忘了把秒十位和分個位之間的連線拿掉而造成的，因此，在接線時一定要注意把不要的多余的線拿掉。

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第四篇：數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計：數(shù)字鐘

目 錄

目錄………………………………………………………………………….……….1

1、設(shè)計目的………………………………………………………………….……...2

2、設(shè)計方案………………………………………………………………….……...2

3、設(shè)計原理及其框圖……………………………………………………………....2 3.1數(shù)字鐘的構(gòu)成…………………………………………………..……….….……2 3.2數(shù)字鐘的工作原理……………………………………………………..…...……4 3.3時間計數(shù)單元………………………………………………………………....…5 3.4譯碼驅(qū)動及顯示單元………………………………………………………….….6 3.5校時電源電路…………………………………………………………..………..6 3.6整點報時電路…………………………………………………………………….7

4、元器件…………………………………………………………………………….7 4.1實驗中所需的器材………………………………………………………………..7 4.2芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖及引腳圖…………………………………………………...…....8 4.3面包板內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖………………………………………………………………10

5、功能塊電路圖…………………………………………………………………...10

6、總結(jié)……………………………………………………………………………...18

7、參考文獻………………………………………………………………………...19

一、設(shè)計目的

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序電路。此次設(shè)計與制作數(shù)字電子鐘的目的是讓學(xué)生在了解數(shù)字鐘的原理的前提下，運用剛剛學(xué)過的數(shù)電知識設(shè)計并制作數(shù)字鐘，而且通過數(shù)字鐘的制作進一步了解各種在制作中用到的中小規(guī)模集成電路的作用及其使用方法。由于數(shù)字電子鐘包括組合邏輯電路和時序電路，通過它可以進一步學(xué)習(xí)與掌握各種組合邏輯電路與時序電路的原理與使用方法，從而實現(xiàn)理論與實踐相結(jié)合。

總的來說，此次課程設(shè)計，有助于學(xué)生對電子線路知識的整合和電子線路設(shè)計能力的訓(xùn)練，并為后繼課程的學(xué)習(xí)和畢業(yè)設(shè)計打下一定的基礎(chǔ)。

二、設(shè)計方案

1．設(shè)計指標

時間以24小時為一個周期； 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5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．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； 電路仿真與調(diào)試； 3．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、設(shè)計原理及其框圖

1．數(shù)字鐘的構(gòu)成

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。它的計時周期為24小時，顯示滿刻度為23時59分59秒，另外應(yīng)有校時功能和一些顯示星期、報時、停電查看時間等附加功能。因此，一個基本的數(shù)字鐘電路主要由譯碼顯示器、“時”，“分”，“秒”，“星期”計數(shù)器、校時電路、報時電路和振蕩器組成。數(shù)字鐘實際上是一個對標準頻率（1HZ）進行計數(shù)的計數(shù)電路。由于計數(shù)的起始時間不可能與標準時間（如北京時間）一致，故需要在電路上加一個校時電路，同時標準的1HZ時間信號必須做到準確穩(wěn)定。通常使用石英晶體振蕩器電路構(gòu)成數(shù)字鐘。

圖3-1所示為數(shù)字鐘的一般構(gòu)成框圖

⑴晶體振蕩器電路

晶體振蕩器電路給數(shù)字鐘提供一個頻率穩(wěn)定準確的32768Ｈz的方波信號，可保證數(shù)字鐘的走時準確及穩(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。

⑵分頻器電路

分頻器電路將32768Ｈz的高頻方波信號經(jīng)32768（數(shù)。分頻器實際上也就是計數(shù)器。

⑶時間計數(shù)器電路

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12進制計數(shù)器。

⑷譯碼驅(qū)動電路

譯碼驅(qū)動電路將計數(shù)器輸出的8421BCD碼轉(zhuǎn)換為數(shù)碼管需要的邏輯狀態(tài)，并且為保證數(shù)碼管正常工作提供足夠的工作電流。

⑸數(shù)碼管

數(shù)碼管通常有發(fā)光二極管（LED）數(shù)碼管和液晶（LCD）數(shù)碼管，本設(shè)計提供的為LED數(shù)碼管。）次分頻后得到1Hz的方波信號供秒計數(shù)器進行計 2

2．數(shù)字鐘的工作原理

１）晶體振蕩器電路

晶體振蕩器是構(gòu)成數(shù)字式時鐘的核心，它保證了時鐘的走時準確及穩(wěn)定。

圖3-2所示電路通過ＣＭＯＳ非門構(gòu)成的輸出為方波的數(shù)字式晶體振蕩電路，這個電路中，ＣＭＯＳ非門Ｕ１與晶體、電容和電阻構(gòu)成晶體振蕩器電路，Ｕ２實現(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，使電路工作于放大區(qū)域，即非門的功能近似于一個高增益的反相放大器。電容Ｃ１、Ｃ２與晶體構(gòu)成一個諧振型網(wǎng)絡(luò)，完成對振蕩頻率的控制功能，同時提供了一個１８０度相移，從而和非門構(gòu)成一個正反饋網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)了振蕩器的功能。由于晶體具有較高的頻率穩(wěn)定性及準確性，從而保證了輸出頻率的穩(wěn)定和準確。

晶體XTAL的頻率選為32768HZ。該元件專為數(shù)字鐘電路而設(shè)計，其頻率較低，有利于減少分頻器級數(shù)。

從有關(guān)手冊中，可查得C1、C2均為30pF。當要求頻率準確度和穩(wěn)定度更高時，還可接入校正電容并采取溫度補償措施。

由于CMOS電路的輸入阻抗極高，因此反饋電阻R1可選為10MΩ。較高的反饋電阻有利于提高振蕩頻率的穩(wěn)定性，非門電路可選74HC00。

圖3-2 COMS晶體振蕩器

２）分頻器電路

通常，數(shù)字鐘的晶體振蕩器輸出頻率較高，為了得到１Ｈz的秒信號輸入，需要對振蕩器的輸出信號進行分頻。

通常實現(xiàn)分頻器的電路是計數(shù)器電路，一般采用多級２進制計數(shù)器來實現(xiàn)。例如，將３２７６８Ｈz的振蕩信號分頻為１ＨZ的分頻倍數(shù)為３２７６８（２１５），即實現(xiàn)該分頻功能的計數(shù)器相當于１５極２進制計數(shù)器。常用的２進制計數(shù)器有７４ＨＣ３９３等。

本實驗中采用CD4060來構(gòu)成分頻電路。CD4060在數(shù)字集成電路中可實現(xiàn)的分頻次數(shù)最高，而且CD4060還包含振蕩電路所需的非門，使用更為方便。

ＣＤ４０６０計數(shù)為１４級２進制計數(shù)器，可以將３２７６８ＨZ的信號分頻為２ＨZ，其內(nèi)部框圖如圖3-3所示，從圖中可以看出，ＣＤ４０６０的時鐘輸入端兩個串接的非門，因此可以直接實現(xiàn)振蕩和分頻的功能。

圖3-3 CD4046內(nèi)部框圖

３）時間計數(shù)單元

時間計數(shù)單元有時計數(shù)、分計數(shù)和秒計數(shù)等幾個部分。

時計數(shù)單元一般為１２進制計數(shù)器計數(shù)器，其輸出為兩位８４２１ＢＣＤ碼形式；分計數(shù)和秒計數(shù)單元為６０進制計數(shù)器，其輸出也為８４２１ＢＣＤ碼。

一般采用10進制計數(shù)器74HC390來實現(xiàn)時間計數(shù)單元的計數(shù)功能。為減少器件使用數(shù)量，可選７４ＨＣ３９０，其內(nèi)部邏輯框圖如圖 ２.３所示。該器件為雙２—５－１０異步計數(shù)器，并且每一計數(shù)器均提供一個異步清零端（高電平有效）。

圖3-4 74HC390(1/2)內(nèi)部邏輯框圖

秒個位計數(shù)單元為１０進制計數(shù)器，無需進制轉(zhuǎn)換，只需將ＱＡ與ＣＰＢ（下降沿有效）相連即可。ＣＰＡ（下降沒效）與１ＨZ秒輸入信號相連，Ｑ３可作為向上的進位信號與十位計數(shù)單元的ＣＰＡ相連。秒十位計數(shù)單元為６進制計數(shù)器，需要進制轉(zhuǎn)換。將１０進制計數(shù)器轉(zhuǎn)換為６進制計數(shù)器的電路連接方法如圖3-5所示，其中Ｑ２可作為向上的進位信號與分個位的計數(shù)單元的ＣＰＡ相連。

圖3-5 10進制——6進制計數(shù)器轉(zhuǎn)換電路

分個位和分十位計數(shù)單元電路結(jié)構(gòu)分別與秒個位和秒十位計數(shù)單元完全相同，只不過分個位計數(shù)單元的Ｑ３作為向上的進位信號應(yīng)與分十位計數(shù)單元的ＣＰＡ相連，分十位計數(shù)單元的Ｑ２作為向上的進位信號應(yīng)與時個位計數(shù)單元的ＣＰＡ相連。

時個位計數(shù)單元電路結(jié)構(gòu)仍與秒或個位計數(shù)單元相同，但是要求，整個時計數(shù)單元應(yīng)為１２進制計數(shù)器，不是１０的整數(shù)倍，因此需將個位和十位計數(shù)單元合并為一個整體才能進行１２進制轉(zhuǎn)換。利用１片７４ＨＣ３９０實現(xiàn)１２進制計數(shù)功能的電路如圖3-6所示。

另外，圖3-6所示電路中，尚余－２進制計數(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。

圖3-6 12進制計數(shù)器電路

4）譯碼驅(qū)動及顯示單元

計數(shù)器實現(xiàn)了對時間的累計以8421BCD碼形式輸出，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出邏輯和一定的電流，選用CD4511作為顯示譯碼電路，選用LED數(shù)碼管作為顯示單元電路。

5）校時電源電路

當重新接通電源或走時出現(xiàn)誤差時都需要對時間進行校正。通常，校正時間的方法是：首先截斷正常的計數(shù)通路，然后再進行人工出觸發(fā)計數(shù)或?qū)㈩l率較高的方波信號加到需要校正的計數(shù)單元的輸入端，校正好后，再轉(zhuǎn)入正常計時狀態(tài)即可。

根據(jù)要求，數(shù)字鐘應(yīng)具有分校正和時校正功能，因此，應(yīng)截斷分個位和時個位的直接計數(shù)通路，并采用正常計時信號與校正信號可以隨時切換的電路接入其中。圖3-7所示即為帶有基本RS觸發(fā)器的校時電路。

圖3-7 帶有消抖動電路的校正電路

6）整點報時電路

一般時鐘都應(yīng)具備整點報時電路功能，即在時間出現(xiàn)整點前數(shù)秒內(nèi)，數(shù)字鐘會自動報時，以示提醒。其作用方式是發(fā)出連續(xù)的或有節(jié)奏的音頻聲波，較復(fù)雜的也可以是實時語音提示。

根據(jù)要求，電路應(yīng)在整點前10秒鐘內(nèi)開始整點報時，即當時間在59分50秒到59分59秒期間時，報時電路報時控制信號。報時電路選74HC30，選蜂鳴器為電聲器件。

四、元器件

1．實驗中所需的器材，5V電源，面包板1塊，示波器，萬用表，鑷子1把，剪刀1把，共陰八段數(shù)碼管6個，CD4511集成塊6塊，CD4060集成塊1塊，74HC390集成塊3塊，74HC51集成塊1塊，74HC00集成塊5塊，74HC30集成塊1塊，10MΩ電阻5個，500Ω電阻14個，30p電容2個，32.768k時鐘晶體1個，蜂鳴器。

2．芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖及引腳圖

圖4-1 7400 四2輸入與非門

圖4-2 CD4511BCD七段譯碼/驅(qū)動器

圖4-3 CD4060BD

圖4-4 74HC390D

圖4-5 74HC51D

圖4-6 74HC30 3．面包板內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

面包板右邊一列上五組豎的相通，下五組豎的相通，面包板的左邊上下分四組，每組中X、Y列（0-15相通，16-40相通，41-55相通，ABCDE相通，F(xiàn)GHIJ相通，E和F之間不相通。

五、功能塊電路圖

1． 一個CD4511和一個LED數(shù)碼管連接成一個CD4511驅(qū)動電路，數(shù)碼管可從0---9顯示，以次來檢查數(shù)碼管的好壞，見附圖5-1。

圖5-1 4511驅(qū)動電路

2． 利用一個LED數(shù)碼管，一塊CD4511，一塊74HC390，一塊74HC00連接成一個十進制計數(shù)器，電路在晶振的作用下數(shù)碼管從0—9顯示，見附圖5-2。

圖5-2 74390十進制計數(shù)器

3． 利用一個LED數(shù)碼管，一塊CD4511，一塊74HC390，一塊74HC00和一個晶振連接成一個六進制計數(shù)器，數(shù)碼管從0—6顯示，見附圖5-3。

圖5-3 74390六進制計數(shù)器

4． 利用一個六進制電路和一個十進制連接成一個六十進制電路，電路可從0—59顯示，見附圖5-4。

圖5-4 六十進制電路

5． 利用兩個六十進制的電路合成一個雙六十進制電路，兩個六十進制之間有進位，見附圖5-5。

圖5-5 雙六十進制電路

6． 利用CD4060、電阻及晶振連接成一個分頻——晶振電路，見附圖5-6。

圖5-6 分頻—晶振電路

7． 利用74HC51D和74HC00及電阻連接成一個校時電路，見附圖5-7。

圖5-7 校時電路

8．利用74HC30和蜂鳴器連接成整點報時電路。見附圖5-8。

圖5-8 整點報時電路

9． 利用兩個六十進制和一個十二進制連接成一個時、分、秒都會進位的電路總圖，見附圖5-9。

圖5-9

六、總結(jié)

我們學(xué)習(xí)了數(shù)字電子電路和模擬電子電路，對電子技術(shù)有了一些初步了解，但那都是一些理論的東西。通過這次數(shù)字電子鐘的課程設(shè)計，我們才把學(xué)到的東西與實踐相結(jié)合。從中對我們學(xué)的知識有了更進一步的理解。

在此次的數(shù)字鐘設(shè)計過程中，更進一步地熟悉了芯片的結(jié)構(gòu)及掌握了各芯片的工作原理和其具體的使用方法。也鍛煉了自己獨立思考問題的能力和通過查看相關(guān)資料來解決問題的習(xí)慣。雖然這只是一次簡單的課程設(shè)計，但通過這次課程設(shè)計我們了解了課程設(shè)計的一般步驟，和設(shè)計中應(yīng)注意的問題。設(shè)計本身并不是有很重要的意義，而是同學(xué)們對待問題時的態(tài)度和處理事情的能力。至于設(shè)計的成績無須看的太過于重要，而是設(shè)計的過程，設(shè)計的思想和設(shè)計電路中的每一個環(huán)節(jié)，電路中各個部分的功能是如何實現(xiàn)的。各個芯片能夠完成什么樣的功能，使用芯片時應(yīng)該注意那些要點。同一個電路可以用那些芯片實現(xiàn)，各個芯片實現(xiàn)同一個功能的區(qū)別。另外，我們設(shè)計要從市場需求出發(fā)，既要有強大的功能，又要在價格方面比同等檔次的便宜。

在這次設(shè)計過程中，我也對word、畫圖等軟件有了更進一步的了解，這使我在以后的工作中更加得心應(yīng)手。

七、參考文獻

康華光.2000年.電子技術(shù)基礎(chǔ) 數(shù)字部分（第四版）.北京：高等教育出版社.王慧玲.2003年.電工電子實驗與實訓(xùn).北京：機械工業(yè)出版社.吳建強.2004年.電工學(xué)新技術(shù)實踐.北京：機械工業(yè)出版社.付家才.2003年.電工電子學(xué)習(xí)指導(dǎo).北京：化學(xué)工業(yè)出版社.王建華 吳道悌.2003年.電工學(xué)實驗.北京：高等教育出版社.鄧玉元 蔣卓勤.2003年.Multisim 2001及其在電子設(shè)計中的應(yīng)用.西安: 西安電子科技大學(xué)出版社.

第五篇：數(shù)字鐘課程設(shè)計

晶體振蕩器電路

晶體振蕩器電路給數(shù)字鐘提供一個頻率穩(wěn)定準確的32768Ｈz的脈沖，可保證數(shù)字鐘的走時準確及穩(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。分頻器電路

分頻器電路將32768Ｈz的高頻方波信號經(jīng)74LS4060和74LS250的二分頻的分頻后得到1Hz的方波信號，可以供秒計數(shù)器進行計數(shù)。分頻器實際上也就是計數(shù)器。時間計數(shù)器電路

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)器為60進制計數(shù)器，時個位和時十位計數(shù)器可以設(shè)計為12進制計數(shù)器或者24進制計數(shù)器，我們這里根據(jù)自己的意愿設(shè)計成24進制計數(shù)器。譯碼驅(qū)動電路

譯碼驅(qū)動電路將計數(shù)器輸出的8421BCD碼轉(zhuǎn)換為數(shù)碼管需要的邏輯狀態(tài)，并且為保證數(shù)碼管正常工作提供足夠的工作電流。數(shù)碼管

數(shù)碼管通常有發(fā)光二極管（LED）數(shù)碼管和液晶（LCD）數(shù)碼管，本設(shè)計采用的為ＬＥＤ數(shù)碼管。

各單元模塊設(shè)計和分析 晶體振蕩器電路

晶體振蕩器是構(gòu)成數(shù)字式時鐘的核心，它保證了時鐘的走時準確及穩(wěn)定。

圖2 晶體振蕩器電路圖

分頻器電路

通常，數(shù)字鐘的晶體振蕩器輸出頻率較高，為了得到１Ｈz的秒信號輸入，需要對振蕩器的輸出信號進行分頻。

通常實現(xiàn)分頻器的電路是計數(shù)器電路，一般采用多級２進制計數(shù)器來實現(xiàn)。例如，將32767Ｈz的振蕩信號分頻為１ＨZ的分頻倍數(shù)為32767（２于１５極２進制計數(shù)器。時間計數(shù)單元

時間計數(shù)單元有時計數(shù)、分計數(shù)和秒計數(shù)等幾個部分。

時計數(shù)單元一般為24進制計數(shù)器計數(shù)器，其輸出為兩位8421BCD碼形式；分計數(shù)和秒計數(shù)單元為６０進制計數(shù)器，其輸出也為8421BCD碼。

本實驗采取了74LS90 用兩塊芯片進行級聯(lián)來產(chǎn)生60進制和24進制

秒個位計數(shù)單元為１０進制計數(shù)器，無需進制轉(zhuǎn)換，只需將Ｑ0與ＣＰ1（下降沿有效）相連即可。ＣＰ0（下降沒效）與１ＨZ秒輸入信號相連，Ｑ3可作為向上的進位信號與十位計數(shù)單元的ＣＰ1相連。

秒十位計數(shù)單元為６進制計數(shù)器，需要進制轉(zhuǎn)換。將１０進制計數(shù)器轉(zhuǎn)換為６進制計數(shù)器的１５），即實現(xiàn)該分頻功能的計數(shù)器相當電路連接，其中Ｑ2可作為向上的進位信號與分個位的計數(shù)單元的ＣＰ0相連。

分個位和分十位計數(shù)單元電路結(jié)構(gòu)分別與秒個位和秒十位計數(shù)單元完全相同，也是分個位計數(shù)單元的Ｑ3作為向上的進位信號應(yīng)與分十位計數(shù)單元的ＣＰ0相連，分十位計數(shù)單元的Ｑ2作為向上的進位信號應(yīng)與時個位計數(shù)單元的ＣＰ0相連。60進制的連接如圖4所示。時個位計數(shù)單元電路結(jié)構(gòu)仍與秒或個位計數(shù)單元相同，但是要求，整個時計數(shù)單元應(yīng)為24進制計數(shù)器，所以在兩塊74LS90構(gòu)成的100進制中截取24，就得在24的時候進行異步清零。24進制計數(shù)功能的電路如圖5所示。

圖5 24進制計數(shù)器電路

主要參考文獻

《電子技術(shù)基礎(chǔ)》

康華光

高教出版社 《電子線路設(shè)計、實驗與測試》

謝自美

華中科技大學(xué)出版社 《電子技術(shù)實驗》

汪學(xué)典

華中科技大學(xué)出版社 課程設(shè)計摘要 中文摘要

此次課程設(shè)計以數(shù)字鐘為例，全面的利用了所學(xué)的知識，設(shè)計出了生活中常見的東西。數(shù)字鐘主要有多諧振蕩器、分頻器、計數(shù)器、譯碼器組成。主要芯片有74LS90、CC4511。有多諧振蕩器產(chǎn)生約1Mz信號脈沖。滿24計數(shù)器自動復(fù)位，從而實現(xiàn)24 小時計時。

關(guān)鍵詞：多諧振蕩器、分頻器、計數(shù)器、74LS90 英文摘要 This design report in detail the digital clock.Making using of our comment study.The digital clock is made of multivibrator type oscillator、divider、counter.Following chips 74LS90 CC4511.When the hour counter reaches the summit of 24,it will return to the beginning point.So ,the whole day is counted.Key word: multivibrator、divider、74LS90