專業(yè)課程設(shè)計(jì)報(bào)告

題目：數(shù)字電子鐘課程設(shè)計(jì)

系

別

電氣工程系

專業(yè)班級(jí)

電氣班

學(xué)生姓名

指導(dǎo)教師

提交日期

2011年X月X日

一、設(shè)計(jì)目的3

二、設(shè)計(jì)要求和設(shè)計(jì)指標(biāo)

三、設(shè)計(jì)內(nèi)容

3.1方案設(shè)計(jì)與選擇

3.2原理設(shè)計(jì)和功能描述

3.2.1數(shù)字計(jì)時(shí)器的設(shè)計(jì)思想

3.2.2數(shù)字電子鐘總體框架圖

3.3單元電路的設(shè)計(jì)

3.3.1數(shù)字電子鐘原理效果圖

3.3.2晶體振蕩器電路

3.3.3分頻器電路

3.3.4時(shí)間計(jì)數(shù)器電路

3.3.5數(shù)碼管

3.3.6揚(yáng)聲器

3.4元器件清單

3.4.1數(shù)字電子鐘仿真

四、本設(shè)計(jì)改進(jìn)建議

五、感想

六、主要參考文獻(xiàn)

附錄

一、設(shè)計(jì)目的數(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(wú)機(jī)械裝置，具有更更長(zhǎng)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。

因此，我們此次設(shè)計(jì)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(huì)制作數(shù)字鐘.而且通過(guò)數(shù)字鐘的制作進(jìn)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(guò)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。

二、設(shè)計(jì)要求和設(shè)計(jì)指標(biāo)

1、設(shè)計(jì)一個(gè)能顯示時(shí)、分、秒的數(shù)字鐘，顯示時(shí)間從00：00：00到23：59：592、設(shè)計(jì)的電路包括產(chǎn)生時(shí)基信號(hào)，時(shí)、分、秒的計(jì)時(shí)電路，顯示電路。

3、擴(kuò)展功能：能實(shí)現(xiàn)校時(shí)、教分、教秒；整點(diǎn)報(bào)時(shí)。

三、設(shè)計(jì)內(nèi)容

3.1方案設(shè)計(jì)與選擇

數(shù)字電子技術(shù)的復(fù)雜性和靈活性決定了數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)方案有多種，如下是我總結(jié)的部分方案。

方案一：

脈沖信號(hào)源的選擇。用555定時(shí)器制作的多諧振蕩器，信號(hào)發(fā)生器，脈沖芯片等方式都可以作為脈沖信號(hào)源，在此我選擇的是多諧振蕩器，主要考慮的是它的易于制作和很好的穩(wěn)定性。

方案二：

時(shí)分秒計(jì)數(shù)器的選擇。時(shí)分秒計(jì)數(shù)器的選擇同樣有多種，74160N和74161N都是不錯(cuò)的選擇，74LS160和

74LS161,74LS190和74LS191等等也都可以，考慮到其簡(jiǎn)單易用和作為課本上重點(diǎn)內(nèi)容在此我們選擇的是74160N。

方案三：

譯碼顯示器的選擇。DCD_HEX或7448加上SEVEN_SEG_COM_K等也是多種方案，這里我選擇的是DCD_HEX。

3.2原理設(shè)計(jì)和功能描述

3.2.1數(shù)字計(jì)時(shí)器的設(shè)計(jì)思想

要想構(gòu)成數(shù)字鐘，首先應(yīng)選擇一個(gè)脈沖源——能自動(dòng)地產(chǎn)生穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間脈沖信號(hào)。而脈沖源產(chǎn)生的脈沖信號(hào)地頻率較高，因此，需要進(jìn)行分頻，使得高頻脈沖信號(hào)變成適合于計(jì)時(shí)的低頻脈沖信號(hào)，即“秒脈沖信號(hào)”（頻率為1Hz）。經(jīng)過(guò)分頻器輸出的秒脈沖信號(hào)到計(jì)數(shù)器中進(jìn)行計(jì)數(shù)。由于計(jì)時(shí)的規(guī)律是：60秒=1分，60分=1小時(shí)，24小時(shí)=1天，就需要分別設(shè)計(jì)60進(jìn)制，24進(jìn)制計(jì)數(shù)器，并發(fā)出驅(qū)動(dòng)信號(hào)。各計(jì)數(shù)器輸出信號(hào)經(jīng)譯碼器、驅(qū)動(dòng)器到數(shù)字顯示器，是“時(shí)”、“分”、“秒”得以數(shù)字顯示出來(lái)。

3.2.2數(shù)字電子鐘總體框架圖

圖2-2

3.3單元電路的設(shè)計(jì)

3.3.1數(shù)字電子鐘原理效果圖

圖2-3-1

3.3.2晶體振蕩器電路

晶體振蕩器是電子鐘的核心，晶體振蕩器設(shè)計(jì)的質(zhì)量直接影響了整個(gè)電的好壞。這里我用555定時(shí)器制作了一個(gè)多諧振蕩器。

其中R1=57.72

kΩ,R1=115.4

kΩ,C=100nF,Cf=10nF,f=1/0.7(Rw+2R)C=1/[0.7(57.72+2*115.4)*103*100*10-9]≈50Hz。

其產(chǎn)生的頻率為50Hz,然后經(jīng)過(guò)整形、分頻獲得1Hz的秒脈沖。如圖：

圖2-3-2

3.3.3分頻器電路

分頻器是由兩個(gè)74160N組成的50進(jìn)制計(jì)數(shù)器。則輸出端的頻率則是將原來(lái)的50Hz分成1Hz的頻率輸出，實(shí)現(xiàn)分頻效果。

圖2-3-3

3.3.4時(shí)間計(jì)數(shù)器電路

時(shí)間計(jì)數(shù)電路由秒個(gè)位和秒十位計(jì)數(shù)器、分個(gè)位和分十位計(jì)數(shù)器、時(shí)個(gè)位和時(shí)十位計(jì)數(shù)器電路構(gòu)成，其中秒個(gè)位和秒十位計(jì)數(shù)器、分個(gè)位和分十位計(jì)數(shù)器為60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，時(shí)個(gè)位和時(shí)十位計(jì)數(shù)器為24進(jìn)制計(jì)數(shù)器，其原理圖如下：

圖2-3-4

3.3.5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(jì)提供的為L(zhǎng)ED數(shù)碼管DCD_HEX，其已內(nèi)含譯碼器功能，所以不用再另加譯碼器。

圖2-3-5

3.3.6揚(yáng)聲器

該揚(yáng)聲器的額定頻率為200Hz，額定電壓為3V，額定電流為0.05A。

圖2-3-6

3.4元器件清單

元件名稱

數(shù)量(個(gè))

DCD_HEX

74160N

555_VIRTUAL

4049BT_5V

74LS00D

57.72kΩ電阻

115.4kΩ電阻

5V直流電源

BUZZER

100nF電容

10nF電容

導(dǎo)線

若干

表2-4

3.4.1數(shù)字電子鐘仿真

下圖為仿真結(jié)果，仿真開(kāi)始時(shí)，多諧振蕩器產(chǎn)生50Hz的正弦脈沖信號(hào)，然后經(jīng)過(guò)分頻器后其輸出的頻率變?yōu)?Hz。計(jì)數(shù)器接收到脈沖信號(hào)后開(kāi)始計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)結(jié)果顯示在數(shù)碼管上。當(dāng)分秒計(jì)數(shù)器達(dá)到59分59秒，然后再來(lái)一個(gè)脈沖信號(hào)時(shí)揚(yáng)聲器開(kāi)始發(fā)聲，也就是整點(diǎn)報(bào)時(shí)。下面為其中的一張仿真圖。

圖3-1

四、本設(shè)計(jì)改進(jìn)建議

1、應(yīng)選用石英晶體振蕩器，為了簡(jiǎn)化電路分頻選用CD4040。

2、本設(shè)計(jì)校時(shí)電路是將各個(gè)位上的使能端引出接一個(gè)單刀雙擲開(kāi)關(guān)，一端（1端）接低位的進(jìn)位信號(hào)，另一端（2端）接校時(shí)電路。校正某位上的時(shí)間時(shí)，可以將相應(yīng)位的開(kāi)關(guān)接到2端，通過(guò)撥動(dòng)校時(shí)電路就能實(shí)現(xiàn)校時(shí)功能。

3、沒(méi)有校時(shí)電路。

五、感想

（1）

布局設(shè)計(jì)：要先根據(jù)主體電路圖和擴(kuò)展電路圖想象各個(gè)元件的分布位置，哪塊電路板該放哪些元件，如何最大限度利用電路板的空間，怎么樣才能使走線明朗、簡(jiǎn)潔。

（2）

布線工藝：一開(kāi)始看到電線像蜘蛛網(wǎng)一樣，密密麻麻的，非常難看懂和檢查，后來(lái)看了預(yù)先設(shè)計(jì)的線路，而且用各種顏色的導(dǎo)線區(qū)分，顯得明朗清晰。

（3）

課題核心及使用價(jià)值：該課題用一個(gè)生活中的實(shí)力展示了振蕩電路、計(jì)數(shù)電路、譯碼電路的作用與銜接過(guò)程，揭示了電子鐘內(nèi)部電路圖及其各部分的作用。我們通過(guò)此課題，結(jié)合上學(xué)期學(xué)習(xí)的模擬電子、數(shù)字電子技術(shù)的理論課知識(shí)，可以系統(tǒng)地學(xué)習(xí)電子設(shè)計(jì)與測(cè)試的流程、方法、原理，為我們以后設(shè)計(jì)更加專業(yè)、復(fù)雜的集成電路打下雄厚的基礎(chǔ)。

六、主要參考文獻(xiàn)

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清華大學(xué)電子學(xué)教研組編，童詩(shī)白、華成英主編：《

模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)

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M

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.（第四版）.北京：高等教育出版社,2006.5（2009重印）

[2]華中工學(xué)院電子學(xué)教研室編，康華光主編：《電子

基礎(chǔ)——數(shù)字部分》

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.（第四版）.北京:高等教育出版社，1988年

[3]

清華大學(xué)電子學(xué)教研組編，閻

石主編：《

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.（第五版).北京：高等教育出版社，2006.5（2008年重?。?/p>

[4]遼寧工程技術(shù)大學(xué)電工與電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)中心組編，馬玉芳、樸忠學(xué)、張國(guó)軍主編：《

電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)

》，2010.3

[5]朱清慧、張鳳蕊、翟天蒿、王志奎編著：《

Proteus教程——電子線路設(shè)計(jì)、制版與仿真

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.北京：清華大學(xué)教育出版社，2008.9

[6]熊幸明主編：《電子電工技能訓(xùn)練》

[M].北京:電子工業(yè)出版社，2005年

華nan理工大學(xué)guang州學(xué)院

附錄