1、<p>　　數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計報告</p><p><b>　　題目：數(shù)字鐘</b></p><p>　　姓 名： </p><p>　　學 號： </p><p>　　專業(yè)班級： 應(yīng)用物理學 </p&

2、gt;<p>　　指導老師： 　 </p><p>　　所在院系： 數(shù) 理 學 院 </p><p>　　2014年01月02日</p><p><b>　　成績評定·</b></p><p>　　一、指導教師評語（根據(jù)學生設(shè)計報告質(zhì)量、答辯情況及其平時表

3、現(xiàn)綜合評定）。</p><p><b>　　課程設(shè)計成績評定</b></p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　本設(shè)計是本次設(shè)計采用Multisim12仿真軟件進行仿真。</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

4、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。</p><p>　　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。目前，數(shù)字鐘的功能越來越強，并且有多種專門的大規(guī)模集成電路可供選擇。數(shù)字鐘適用于自動打鈴、自動廣播，也適用于節(jié)電、節(jié)水及自動控制多路電器設(shè)備。它是由數(shù)子鐘電路、定時電路、放大執(zhí)行電路、電源電路組成。</p><p>　　為了簡化電路結(jié)

5、構(gòu)，數(shù)字鐘電路與定時電路之間的連接采用直接譯碼技術(shù)。具有電路結(jié)構(gòu)簡單、動作可靠、使用壽命長、更改設(shè)定時間容易、制造成本低等優(yōu)點。</p><p>　　從有利于學習的角度考慮，這里主要介紹以中小規(guī)模集成電路設(shè)計數(shù)字鐘的方法。</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　1 概述 …………………………………………………………………

6、…………… 1</p><p>　　1.1 課程設(shè)計題目及要求 ……………………………………………………… 1</p><p>　　1.2 設(shè)計組成部分 ……………………………………………………………… 1</p><p>　　2 系統(tǒng)總體方案及硬件設(shè)計 ……………………………………………………… 2</p><p>　　2.1 系統(tǒng)總體方案

7、 ……………………………………………………………… 2</p><p>　　2.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計 ……………………………………………………………… 2</p><p>　　2.3 設(shè)計所用器材 ……………………………………………………………… 3</p><p>　　3 各模塊設(shè)計 ……………………………………………………………………… 4</p>&

8、lt;p>　　3.1 時鐘振蕩電路 ……………………………………………………………… 4</p><p>　　3.2 秒脈沖產(chǎn)生電路 …………………………………………………………… 5</p><p>　　3.3 計數(shù)電路 …………………………………………………………………… 5</p><p>　　3.4 校正電路 ………………………………………………………

9、…………… 7</p><p>　　3.5 整點報時電路 ……………………………………………………………… 8</p><p>　　4 軟件仿真 ………………………………………………………………………… 9</p><p>　　5 課程設(shè)計體會 ……………………………………………………………………10</p><p>　　參考文獻 ……………

10、………………………………………………………………11</p><p>　　附錄1系統(tǒng)原理圖 …………………………………………………………………12</p><p><b>　　1 概述</b></p><p>　　1.1 課程設(shè)計題目及要求</p><p><b>　　第一題：數(shù)字鐘</b><

11、;/p><p>　　設(shè)計要求：要求用中、小規(guī)模集成電路設(shè)計一臺能顯示日、時、分、秒的數(shù)字電子鐘，技術(shù)要求如下：由晶振電路產(chǎn)生１Hz標準秒信號，秒、分為00~59六十進制計數(shù)器，時為00~23二十四進制計數(shù)器，周顯示從1~日為七進制計數(shù)器?？墒謩有Ｕ?，且具有整點報時功能。</p><p>　　1.2 設(shè)計組成部分</p><p>　　該設(shè)計電路主要包括以下幾方面：晶體振

12、蕩電路、分頻器電路、時間計數(shù)器電路、譯碼驅(qū)動電路、整點報時電路、時間校正電路等。</p><p>　　2 系統(tǒng)總體方案及硬件設(shè)計</p><p>　　2.1 系統(tǒng)總體方案</p><p>　　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

13、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1所示為數(shù)字鐘的一般構(gòu)成框圖。</p><p>　　圖1 數(shù)字鐘的一般構(gòu)成框圖</p><p>　　2.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計</p><p>　　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

14、電路。</p><p>　　分頻器電路：分頻器電路將1000HZ的高頻方波信號經(jīng)1000次分頻后得到1HZ的方波信號供秒計數(shù)器進行計數(shù)。分頻器實際上也就是計數(shù)器。</p><p>　　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，其中小時為二十四進制，分鐘和秒六十進制，輸出可用數(shù)碼管顯示，所以要求二十四進制為00000000~001

15、00011計數(shù)，六十進制為00000000~01100000計數(shù)，并且均為8421BCD碼編碼形式。</p><p>　　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</p><p>　　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。</p><p>　　校時校分電路：在接通電源或者時鐘走時出現(xiàn)誤差時，則需要進行時間的校準。通常

16、可以在整點時刻和利用電臺或者電視臺的信號進行校準，也可以在其他時刻利用別的時間進行校準。</p><p>　　整點報時電路：時鐘一般都具有整點報時功能，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，較復雜的也可以是實時語音提示。</p><p>　　顯示數(shù)碼管：數(shù)碼管通常有發(fā)光二極管數(shù)碼管和液晶顯示數(shù)碼管，本設(shè)計提供的是發(fā)光二極管數(shù)碼管。&

17、lt;/p><p>　　2.3 設(shè)計所用主要器材</p><p><b>　　1. 通用實驗底板</b></p><p><b>　　2. 直流穩(wěn)壓電源</b></p><p><b>　　3. 電位器</b></p><p><b>　　4.

18、數(shù)碼顯示器</b></p><p>　　5. 電容：10nF、3～22pF之間</p><p>　　6. 電阻：200Ω、10KΩ、22MΩ</p><p>　　7. 主要集成電路：74LS160</p><p>　　8. 晶振：32768HZ</p><p>　　9. 開關(guān)：單刀雙擲開關(guān)</p>

19、;<p>　　10. 三極管：8050</p><p>　　11. 蜂鳴器：0.45W</p><p><b>　　3 各模塊設(shè)計</b></p><p>　　3.1 時鐘振蕩電路</p><p>　　時鐘電路設(shè)計有很多設(shè)計方法，比如555多諧振蕩器、模擬運放振蕩器、石英晶體震蕩器等，其中555多諧振蕩器

20、調(diào)節(jié)方便，并且multsim中有非常實用的向?qū)?，而石英振蕩器準確性最高。</p><p>　　方案一：石英晶體震蕩電路</p><p>　　如圖2所示為電路通過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，CMOD非門與晶體、電容和電阻構(gòu)成的晶體振蕩電路；實現(xiàn)整形緩沖功能，將振蕩器輸出的近似于正弦波的波形轉(zhuǎn)換為較為理想的方形波；與石英晶體串聯(lián)的微調(diào)電容可以對振蕩器頻率做微調(diào)

21、，從而在輸出端得到較為穩(wěn)定的脈沖信號。電路中輸出反饋電阻為非門提供偏置，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。兩個電容與晶體構(gòu)成一個諧振網(wǎng)絡(luò)，完成對諧振頻率的控制功能，同時提供一個180度相移，從而和與非門構(gòu)成一個正反饋網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)振蕩器的功能。</p><p>　　圖2 石英晶體震蕩電路圖</p><p>　　方案二：555多諧振蕩器電路</p>&

22、lt;p>　　555多諧振蕩器電路產(chǎn)生1KHZ的電路原理圖如圖3所示：</p><p>　　圖3 555多諧振蕩器電路</p><p>　　通過比較可知，555組成的脈沖產(chǎn)生電路產(chǎn)生的脈沖誤差不高，而且電路簡單經(jīng)濟。</p><p>　　3.2 秒脈沖產(chǎn)生電路</p><p>　　秒脈沖產(chǎn)生電路主要功能有兩個：一是產(chǎn)生標準秒脈沖信號；

23、二是可提供整點報時所需要的高、低音頻率信號。</p><p>　　方案一：555多諧振蕩器產(chǎn)生1KHZ信號，故想得到秒脈沖需要將分頻比設(shè)置為1000，正好選用三個十進制計數(shù)器實現(xiàn)，即利用74LS160。</p><p>　　方案二：石英晶體振蕩器產(chǎn)生32768HZ信號，故想要得到1HZ信號，就要進行分頻，利用4位二進制計數(shù)器74LS161計數(shù)分頻可以得到。</p><p

24、><b>　　3.3 計數(shù)電路</b></p><p>　　利用四位十進制的芯片74LS160級聯(lián)分別來實現(xiàn)分、秒的六十進制，時的二十四進制以及周的七進制。</p><p>　　周計數(shù)——七進制電路</p><p>　　利用與非門反饋到置數(shù)端，當=0111時，置數(shù)端輸入變成“0”，使輸出變成置的數(shù)0001，利用置數(shù)法實現(xiàn)，計數(shù)范圍1~7

25、。</p><p>　　圖4 七進制電路仿真</p><p>　　2.小時計數(shù)——二十四進制電路</p><p>　　首先設(shè)計一個一百進制的計數(shù)器，在24（00100100）處直接取出所有為一的端口，經(jīng)過與非門給清零端，適用清零法完成二十四進制，計數(shù)范圍0~23。</p><p>　　圖5 二十四進制計數(shù)器仿真</p><

26、p>　　3.分鐘、秒計數(shù)——六十進制電路</p><p>　　首先設(shè)計一個一百進制的計數(shù)器，在59（01100000）處直接取出所有為一的端口，經(jīng)過與非門給清零端，適用清零法完成二十四進制，計數(shù)范圍0~59。</p><p>　　圖6 六十進制計數(shù)器仿真</p><p><b>　　3.4 校正電路</b></p><

27、;p>　　方案一：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、時校正、日校正功能，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。</p><p>　　圖7 方案一校正電路</p><p>　　方案二：校正周、時、

28、分電路基本一致，這里只仿真校分電路，如圖7所示，方法是控制六十進制的時鐘輸入端CP，使用兩個三態(tài)門或者把秒進位信號加入，用來控制校分和計分的切換，由于兩個三態(tài)門和的使能端有效點評剛好相反，接地時是校分功能，不接地時是計分功能，其他校正電路與校分電路基本一樣。</p><p><b>　　圖8方案二校正電路</b></p><p>　　通過比較可知，方案二比方案一的電路

29、復雜，成本也更高，通過比較選擇方案二，電路既簡單又經(jīng)濟。</p><p>　　3.5 整點報時電路</p><p>　　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。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)器十位的和、個位的和及秒計數(shù)器十位的和相與，從而

30、產(chǎn)生報時控制信號。</p><p>　　選蜂鳴器為電聲器件，蜂鳴器是一種壓電電聲器件，當其兩端加上一個直流電壓時酒會發(fā)出鳴叫聲，兩個輸入端是極性的，其較長引腳應(yīng)與高電位相連，圖19的三極管時為了驅(qū)動蜂鳴器。</p><p><b>　　圖9 整點報時電路</b></p><p><b>　　4 軟件仿真</b></p

31、><p>　　整體仿真電路圖如圖10所示：</p><p>　　圖10 整體電路圖如圖所示</p><p><b>　　5課程設(shè)計體會</b></p><p>　　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。這學期數(shù)電實驗課的考試就是做的數(shù)字鐘，所以在計數(shù)模塊上面有以前的經(jīng)

32、驗，設(shè)計技術(shù)模塊很快就得出了正確的結(jié)果，雖然跟實驗室用得芯片不一樣，但原理不一樣，我也得出結(jié)論，不同的電路可以實現(xiàn)同樣的功能，我們應(yīng)該設(shè)計最簡單，最經(jīng)濟，最實用的電路。當然這個不一定所有條件都符合，找到一個最大限度滿足各種條件的方案是我們設(shè)計的目標。</p><p>　　每次課程設(shè)計是一次難得的鍛煉機會，讓我們能夠充分利用所學過的理論知識還有自己的想象的能力，另外還讓我們學習查找資料的方法，以及自己處理分析電路，

33、設(shè)計電路的能力。我相信是對我的一個很好的提高。平時在學習理論知識的時候，我們應(yīng)該更注重實踐，應(yīng)付考試有考試的方法。這次的課程設(shè)計讓我懂得了它們在實際中的用途，還有我們身邊的很多數(shù)字鐘電路，這些都是我們自己可以實現(xiàn)的，以前那些神秘的東西在不斷的學習過程中變得不再那么神秘，我相信，以后還有更多的謎底被揭開。通過這次課程設(shè)計，我還更加深了理論知識的學習。這次的設(shè)計電路我用到了計數(shù)器、譯碼器等，通過自己分析和設(shè)計更好地運用了它們，而且還學會了它

34、們更多的功能，發(fā)現(xiàn)它們的功能遠比書上說的多很多，可以利用不同的接法設(shè)計出各種各樣不同的電路出來。模電課程設(shè)計學到得方法在這里可以繼續(xù)使用，比如MULTISIM等學習軟件，給設(shè)計提供了很大的便利。課程設(shè)計機會不多，這學期很好，有足夠的時間，上學期因為模電課程設(shè)計臨近期末才給出來，做得很匆忙，覺得不是敷衍老師，而是敷衍自己。雖然自己很努力的做了，但覺得做得不夠好，難免有點遺憾。這學期本來課不多，課程設(shè)計又給得比較早，</p>

35、<p>　　碰到的問題越讓人絕望，解決問題之后的喜悅程度就越高。作為工科類的學生，以后工作了難免要碰到許許多多的問題，不要絕望，堅持，直到看到勝利的曙光。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]清華大學電子教研組，閻石.北京：高等教育出版社，2006.168—172，336—338</p><p>&