1、<p><b>　　信息工程學院</b></p><p><b>　　課程設(shè)計報告書</b></p><p>　　題目: 多功能數(shù)字鐘電路設(shè)計 </p><p>　　信息工程學院課程設(shè)計任務(wù)書</p><p><b>　　摘 要</b><

2、;/p><p>　　數(shù)字鐘是一個對1Hz頻率進行計數(shù)的電路。振蕩器產(chǎn)生的時鐘信號經(jīng)過分頻器形成秒脈沖信號，秒脈沖信號輸入計數(shù)器進行計數(shù)，顯示出時間。秒計數(shù)器電路計滿60后觸發(fā)分計數(shù)器電路，分計數(shù)器電路計滿60后觸發(fā)時計數(shù)器電路，當計滿24小時后重零開始計數(shù)。一般由振蕩器、分頻器、計數(shù)器、譯碼器、數(shù)碼顯示器等幾部分組成。</p><p>　　振蕩電路：主要用來產(chǎn)生時間標準信號。石英晶體振蕩器可以

3、提高時間信號的穩(wěn)定度。</p><p>　　分頻器：振蕩器產(chǎn)生的標準信號頻率很高，要得到“秒”信號，需一定級數(shù)的分頻器進行分頻。</p><p>　　計數(shù)器：有了“秒”信號，則可以根據(jù)60秒為1分，24小時為1天的進制，分別設(shè)定“時”、“分”、“秒”的計數(shù)器，分別為60進制，60進制,24進制計數(shù)器，并輸出一分，一小時，一天的進位信號。</p><p>　　譯碼顯示

4、：將“時”“分”“秒”顯示出來。將計數(shù)器輸入狀態(tài)，輸入到譯碼器，產(chǎn)生驅(qū)動數(shù)碼顯示器信號，呈現(xiàn)出對應(yīng)的進位數(shù)字字型。</p><p>　　關(guān)鍵詞：振蕩電路 分頻器 計數(shù)器 譯碼器</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1 任務(wù)提出與方案論證5</p><p>　　1.1 設(shè)計多功能數(shù)字鐘的

5、背景5</p><p>　　1.2 方案論證5</p><p><b>　　2 總體設(shè)計6</b></p><p>　　2.1 整體設(shè)計圖6</p><p>　　2.2 proteus仿真整體圖7</p><p><b>　　3 詳細設(shè)計8</b></p&g

6、t;<p>　　3.1振蕩器設(shè)計8</p><p>　　3.3時分秒計數(shù)器的設(shè)計9</p><p>　　3.3.1 60進制計數(shù)器9</p><p>　　3.3.2 24進制計數(shù)器11</p><p>　　3.3.3時間計數(shù)器電路11</p><p>　　3.3.4.譯碼顯示器11<

7、/p><p>　　3.4校時電路的的設(shè)計12</p><p>　　3.5定時控制電路的的設(shè)計13</p><p><b>　　4 總結(jié)15</b></p><p><b>　　參考文獻16</b></p><p>　　1 任務(wù)提出與方案論證</p><

8、p>　　1.1 設(shè)計多功能數(shù)字鐘的背景</p><p>　　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，具有更長的使用壽命，因此得到了廣泛的使用。其采用數(shù)字電路實現(xiàn)對時、分、秒數(shù)字顯示的計時裝置,廣泛用于個人家庭,車站, 碼頭辦公室等公共場所,成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢缮俚谋匦杵?由于數(shù)字集成電路的發(fā)展和石英晶體振蕩器的廣泛應(yīng)用,使得數(shù)字鐘的精度,

9、遠遠超過老式鐘表, 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 。結(jié)合以上的原因，加之對數(shù)字的愛好，最終決定做多功能數(shù)字鐘的設(shè)計。</p><p><b>　　1.2 方案論證</b></p><p>　　方案一：由集成邏輯門與RC組成的時鐘源振蕩器或由集成電路定時器555與RC組成的多諧振蕩器作為時間標準信號源。 </p&g

10、t;<p>　　圖A 方案二: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)字鐘計時的準確程度，通常選用石英晶體構(gòu)成振蕩器電路。石英晶體振蕩器的作用是產(chǎn)生時間標準信號。因此，一般采用石英晶振蕩器經(jīng)過分頻得到這一時間脈沖信號。</p><p>　　圖B 如圖(2)所示為電子手表集成電路（如5C702）中的晶體振蕩器電路，常取晶振的頻率為32768Hz，因其內(nèi)部有15級2分頻

11、集成電路，所以輸出端正好可得到1Hz的標準脈沖。</p><p>　　結(jié)論：與方案一相比，方案二使用的振蕩器頻率的精度與穩(wěn)定度基本決定了數(shù)字電子鐘的質(zhì)量保證數(shù)字鐘的走時準確及穩(wěn)定，故選用方案一。</p><p><b>　　2 總體設(shè)計</b></p><p>　　首先構(gòu)成一個555定時器產(chǎn)生振蕩周期為一秒的標準秒脈沖；然后秒的個位由74LS1

12、61采用清零法完成0-9的循環(huán)顯示，同時在清零端加非門連向秒的十位CLK端完成秒的個位向十位的進位，秒的十位由74LS160采用清零法完成0-5的循環(huán)顯示，這樣就組成了六十進制的秒計數(shù)器；六十進制分計數(shù)器的設(shè)計方法跟秒計數(shù)器的設(shè)計方法完全相同；二十四進制時計數(shù)器由兩片74LS160采用置數(shù)法完成。使用555定時器的輸出作為秒記數(shù)器的CP脈沖，把秒記數(shù)器的進位輸出作為分記數(shù)器的CP脈沖，分記數(shù)器的進位輸出作為時記數(shù)器的CP脈沖；譯碼器使用

13、的是74LS48； 數(shù)碼管選擇的是普通共陰數(shù)碼管。校時電路采用按鍵與門電路實現(xiàn)對時、分的校準。功能擴展電路有定時擴展電路和仿廣播臺正點報時電路。</p><p><b>　　2.1 整體設(shè)計圖</b></p><p>　　圖2-1數(shù)字鐘整體設(shè)計圖</p><p>　　2.2 proteus仿真整體圖</p><p>&l

14、t;b>　　圖2-2整體仿真圖</b></p><p><b>　　3 詳細設(shè)計</b></p><p><b>　　3.1振蕩器設(shè)計</b></p><p>　　振蕩器是數(shù)字電子時鐘的核心部分，其作用是產(chǎn)生一個標準頻率的脈沖信號，信號振蕩頻率的精度和穩(wěn)定度決定了數(shù)字鐘的質(zhì)量。本實驗中采用555集成芯片與

15、RC構(gòu)成多諧振蕩器產(chǎn)生脈沖信號（如圖2），信號從“3”腳輸出，。調(diào)節(jié)Rp可以改變脈沖信號的頻率。一般來說，振蕩頻率越高，產(chǎn)生信號的精確度越高，但是，同時振蕩頻率增大耗電量也會增加。試驗中，微調(diào)Rp使信號的輸出頻率為1kHZ。（若要對精確度具有更高要求的時候，可以采用石英晶體振蕩器產(chǎn)生脈沖信號）</p><p><b>　　3.2分頻器器設(shè)計</b></p><p>　

16、　由于振蕩器產(chǎn)生的頻率很高（f=1kHZ），要得到標準的秒脈沖信號，需要分頻電路。本實驗由集成電路定時器555與RC組成的多諧振蕩器，產(chǎn)生1KHz的脈沖信號。因此，可以采用三片74LS90集成芯片（二—五—十分頻器）來實現(xiàn)分頻。計數(shù)脈沖從輸入，若為輸出時實現(xiàn)二分頻；當與相連，作為輸出端時，電路實現(xiàn)十分頻。三片74LS90均采用十分頻連接，從而得到需要的1HZ標準秒脈沖信號。電路如圖3。</p><p><b

17、>　　3-2 分頻器設(shè)計</b></p><p>　　3.3時分秒計數(shù)器的設(shè)計</p><p>　　3.3.1 60進制計數(shù)器</p><p>　　60進制計數(shù)器由一片74LS161，一片74LS160和兩片74LS00，兩片NOT門連接而成。</p><p>　　74LS00是2輸入與非門，其仿真管腳圖如圖4。74LS0

18、0在此電路中是為了到10，59或23以后再進位時進行置零或置數(shù)，用于置數(shù)法和清零法的反饋。</p><p>　　NOT門在此電路中接在74LS00（清零）后是為了到10，59后作為秒十位，分十位的CLK脈沖而設(shè)計的，其仿真管腳圖如圖5所示：</p><p>　　圖4 74LS00仿真管腳圖 3.3.1 NOT門仿真管腳圖</p><p&

19、gt;　　74LS161是一種典型的高性能，低功耗4位同步加計數(shù)器，可以用置數(shù)法和清零法的反饋完成十進制計數(shù)。74LS161引腳圖如下圖所示：</p><p>　　3.3.1 74LS161仿真引腳圖</p><p>　　74LS161功能表如下表1所示： </p><p>　　表1 74LS161功能表</p><p>　　74LS1

20、60的功能表跟74LS16的完全相同，所不同的僅在于74LS160是十進制而74LS161是十六進制。</p><p>　　利用74LS161，74LS160，74LS00和非門即可以組成60進制分和秒計數(shù)器，60進制計數(shù)器接線如下圖7所示。其中輸出的脈沖經(jīng)過74LS00和非門后到下一個計數(shù)器的脈沖輸入，采用的是清零法連接電路。</p><p>　　圖7 60進制計數(shù)器接線圖</p

21、><p><b>　　60進制原理</b></p><p>　　第1片的74LS161的輸出Q1，Q3經(jīng)74LS00反向后接清零端,在74LS00后接上非門NOT后接秒的十位CLK端，當?shù)?片的計數(shù)完9后,Q1，Q3同時為高電平1經(jīng)74LS00后立刻清零,同時74LS00后的非門NOT接第2片計數(shù)器CLK端，在清零的同時就完成了向秒的十位的進位；第2片計數(shù)器的輸出Q1，Q

22、3接第2片的計數(shù)器的清零端,，當秒的十位計到5后并且當?shù)?片的計數(shù)完9后，第2片計數(shù)器的Q1，Q3同時為高電平1經(jīng)74LS00后立刻清零，,同時74LS00后的非門NOT接分個位計數(shù)器CLK端，這樣就完成了六十的計數(shù)，同時完成了向分的進位。分的六十進制所運到的芯片及計數(shù)原理跟秒計數(shù)的完全相同。</p><p>　　3.3.2 24進制計數(shù)器</p><p>　　24進制計時器是由2片74

23、LS160和與門AND及74LS00連接而成。74LS160和74LS00的功能、管腳圖和上面60進制計數(shù)器的一樣。24進制計數(shù)器接線如下圖所示：</p><p>　　3.3.2 24進制計數(shù)器接線圖</p><p><b>　　24進制原理</b></p><p>　　24進制計數(shù)器計數(shù)時, 第一片的74LS160的輸出RC0接第二片的E

24、PT和EPN,當?shù)?片的計數(shù)到9時,C輸出高電平,此時第2片計數(shù)器開始計數(shù),當下一個秒脈沖到達時第1片變?yōu)?,第2片變?yōu)?,這樣一直計數(shù)下去但當計到23時,下一脈沖到達時由于時計數(shù)器個位輸出的Q0，Q1相與和時十位的Q1接74LS00,對應(yīng)的輸出同時接了兩片的LOAD置數(shù)端,在要變成24的瞬間兩片都變?yōu)?,實現(xiàn)對一天24小時的累計。</p><p>　　3.3.3時間計數(shù)器電路 </p><p

25、>　　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24進制計數(shù)器。</p><p>　　3.3.4.譯碼顯示器 </p><p>　　譯碼顯示器電路由譯碼器74LS48和LED數(shù)碼管組成。譯碼器74LS48管腳圖如下圖9所示，數(shù)碼管通常有

26、發(fā)光二極管(LED)數(shù)碼管和液晶(LCD)數(shù)碼管,本設(shè)計采用的為普通共陰LED數(shù)碼管，LED數(shù)碼管引腳圖如下圖所示</p><p>　　表2 74LS48BCD七段譯碼驅(qū)動器真值表</p><p>　　字符顯示器：分段式顯示是將字符由分布在同一平面上的若干段發(fā)光筆劃組成。電子計算器，數(shù)字萬用表等顯示器都是顯示分段式數(shù)字。而LED數(shù)碼顯示器是最常見的。通常有紅、綠、黃等顏色。LED的

27、死區(qū)電壓較高，工作電壓大約1.5～3V，驅(qū)動電流為幾十毫安。74LS47譯碼驅(qū)動器輸出是低電平有效，所以配接的數(shù)碼管必須采用共陽極接法；而74LS48譯碼驅(qū)動器輸出是高電平有效，所以，配接的數(shù)碼管必須采用共陰極接法。數(shù)碼管常用型號有BS201、BS202等。使用時，公共陰極接地，7個陽極a到g由相應(yīng)的BCD七段譯碼器來驅(qū)動。</p><p>　　3.4校時電路的的設(shè)計</p><p>　　

28、數(shù)字鐘接通電源或者計時出現(xiàn)誤差時，需要校正時間。校時是數(shù)字鐘應(yīng)具備的基本功能。一般電子手表都具有時、分、秒等校時功能。為使電路簡單，這里只進行分和小時的校時。對校時電路的要求是：在小時校正時不影響分和秒的正常計數(shù)；在分校正時不影響秒和小時的正常計數(shù)，由與非門構(gòu)成的組合邏輯電路，開關(guān)S1、S2或S3為“0”或“1”時，可能產(chǎn)生抖動，接電容C1、C2、C5可以緩解抖動。下圖所示的為校“時”?！胺帧彪娐贰Ｆ渲蠸1為?！胺帧眰€位用的控制開關(guān)，S

29、2?！胺帧钡氖挥玫目刂崎_關(guān)，S3為?！皶r”個位用的控制開關(guān)。</p><p><b>　　3-4校時電路圖</b></p><p>　　3.5定時控制電路的的設(shè)計</p><p>　　設(shè)計要求：電路具有顯示鬧鐘定時時間功能，當電路到達設(shè)定的時刻時發(fā)出鬧鐘信號，持續(xù)時間為一分鐘，一分鐘過后，鬧鐘停止，數(shù)字鐘繼續(xù)記時。且具有電路止鬧功能，即鬧鐘時

30、可以是鬧鐘停止，也可提前將停止鬧鐘功能，使電路不再鬧時。</p><p>　　設(shè)計思路：定時電路的控制應(yīng)有三部分組成，一部分由計數(shù)器在外界人工操作下設(shè)置鬧鐘時刻，一部分由鎖存電路構(gòu)成，鎖存計數(shù)器設(shè)置的時刻，第三部分由比較報時電路構(gòu)成，由設(shè)計要求可知，當比較器輸入的鬧鐘的時分與數(shù)字鐘基本電路的時分時刻相同時比較發(fā)出鬧鐘信號。</p><p>　　3.6仿廣播電臺正點報時電路的的設(shè)計</

31、p><p>　　仿廣播電臺正點報時電路的功能要求是：每當數(shù)字鐘計時快要到正點時發(fā)出聲響，通常按照4低音1高音的聲音發(fā)出間斷聲響，以最后一聲高音結(jié)束時刻為正點時刻。電路圖如下所示：</p><p>　　設(shè)4聲低音分別發(fā)生在59分51秒、53秒、57秒，最后一聲高音發(fā)生在59分59秒，它們的持續(xù)時間約為1秒。</p><p><b>　　4 總結(jié)</b>

32、;</p><p>　　由于這次設(shè)計是獨立完成的，所以在各模塊之間的銜接上，以及某些參數(shù)的確定上可能還存在一定的問題。但通過這次設(shè)計，收獲也頗多。</p><p>　　總體上來說這次設(shè)計電路原理其實不難，但是在設(shè)計過程雖然很多東西自己明白該那么做，但是在真正的運用中卻是實在是無從下手，遇到的很多小問題比自己想象中的要復(fù)雜得很多，讓自己懷疑是不是考慮錯了或者是走錯了方向。在設(shè)計中，很多芯片的

33、功能是自己不是很熟悉的，不同芯片之間的銜接更是讓自己感到陌生。比如多諧振蕩器產(chǎn)生1Hz的脈沖信號，要用分頻器對1000Hz分頻，分頻的原理對當時設(shè)計自己來說是很模糊的，但是通過詢問同學和老師后讓自己對分頻的原理有了了解。在計數(shù)器的選擇上，雖然自己對這部分比較熟悉，但是當真正的接觸它時，才知道很多的東西不是自己想象中的那樣容易，很多的小錯誤就讓自己感到寸步難行。通過不斷的查閱資料了解選擇了十進制的74LS160和161實現(xiàn)了準確的計數(shù)功能

34、。在按鍵部分，這是整個設(shè)計讓我受益最多的部分，按鍵部分是自己在設(shè)計最后才做的部分，剛開始真的是無從下手，感覺考慮的東西很多，而且很多的東西自己又不會。在老師和同學的幫助下才讓自己有了一個比較清晰的思路，在設(shè)計中將計數(shù)器74LS160和譯碼器74LS48有機的結(jié)合來實現(xiàn)了三個按鍵的基本功能。</p><p>　　通過這次的設(shè)計讓自己熟悉了很多東西，學會了很多東西，學習了自己已經(jīng)學過的東西，也學習了自己沒有接觸過的東

35、西。對計數(shù)器74LS160,譯碼器74LS48，分頻器74LS90都有了一個很清楚的認識。同時不但對這次設(shè)計中使用到的芯片自己有了了解，對其他得芯片如：74LS138、CD4511、觸發(fā)器等也有了解和認識，對設(shè)計中的芯片的其他功能也有所了解。</p><p>　　這次為期一周的課程設(shè)計，讓我對各種電路有所了解，也讓我了解了關(guān)于數(shù)字時鐘的原理和設(shè)計理念。通過自己的親手實踐，才讓我認識到自己的不足。所以說，坐而言不如

36、立而行，對于這些電路和連接還是需要自己親手的實際操作才會真正的了解和掌握，才會有深刻的印象。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 康華光. 電子技術(shù)基礎(chǔ)（模擬部分 第五版）. 北京. 高等教育出版社.2006.1</p><p>　　[2] 康華光. 電子技術(shù)基礎(chǔ)（數(shù)字部分 第五版）. 北京. 高等教育出版