數(shù)電課程設(shè)計--多功能數(shù)字鐘

1、<p>　　課 程 設(shè) 計</p><p>　　課程名稱 數(shù)字電子技術(shù) </p><p>　　課題名稱 多功能數(shù)字鐘 </p><p>　　專 業(yè) </p><p>　　班 級

2、 </p><p>　　學(xué) 號 </p><p>　　姓 名 </p><p>　　指導(dǎo)教師 </p><p><b>　　年 月 日</b><

3、/p><p>　　課 程 設(shè) 計 任 務(wù) 書</p><p>　　課程名稱 數(shù)字電子技術(shù) </p><p>　　題 目 多功能數(shù)字鐘 </p><p>　　專業(yè)班級 </p><p>　　學(xué)生姓名 </p><p

4、>　　指導(dǎo)老師 </p><p>　　審 批 </p><p>　　任務(wù)書下達(dá)日期 年 月 日</p><p>　　設(shè) 計 完成日期 年 月 日</p><p><b>　　目錄</b></p><p>

5、;　　設(shè)計總體思路、基本原理··························7</p><p>　　二、設(shè)計框圖···&#

6、183;····································

7、·······8</p><p>　　三、單元電路設(shè)計························&#

8、183;················9</p><p>　　1、分秒計數(shù)器電路··············

9、83;···················9</p><p>　　2、24小時計數(shù)器電路···········&#

10、183;··················10</p><p>　　3、整點(diǎn)報時電路············

11、83;························11</p><p>　　4、校時電路設(shè)計······

12、3;······························13</p><p>　　5、秒脈沖產(chǎn)生器·

13、;····································13&

14、lt;/p><p>　　四、EWB軟件和重要芯片的介紹·························15</p><p>　　五、仿真結(jié)果&#

15、183;····································

16、·········17</p><p>　　六、電路的安裝與調(diào)試······················

17、;·············21</p><p>　　七、總結(jié)與體會··················&

18、#183;························23</p><p>　　八、附錄·······

19、····································

20、3;·······25</p><p>　　九、參考文獻(xiàn)························&

21、#183;·····················25</p><p>　　十、整機(jī)原理圖·········

22、83;·································26</p><p

23、>　　十一、評分表··································

24、3;············27</p><p>　　多功能數(shù)字鐘課程設(shè)計</p><p>　　一、設(shè)計總體思路和基本原理</p><p>　　數(shù)字電子鐘是一種用數(shù)字顯示秒、分、時、日的計時裝置，與傳統(tǒng)的機(jī)械鐘相比，它具有走時準(zhǔn)確，顯示直觀、無機(jī)械

25、傳動裝置、具有更長的使用壽命，等優(yōu)點(diǎn)，因而得到了廣泛的應(yīng)用、小到人們?nèi)粘Ｉ钪械碾娮邮直?，大到車站、碼頭、機(jī)場等公共場所的大型數(shù)顯電子鐘。數(shù)字電子鐘由以下幾部分組成：秒脈沖發(fā)生器；校時電路；六十進(jìn)制秒、分計數(shù)器，二十四進(jìn)制（或十二進(jìn)制）計時計數(shù)器；秒、分、時的譯碼顯示部分。</p><p>　　從課程設(shè)計要求來看，數(shù)字鐘主要分為數(shù)碼顯示器、60進(jìn)制和24進(jìn)制計數(shù)器、頻率振蕩器、校時電路和整點(diǎn)報時電路這幾個部分。數(shù)

26、字鐘要完成顯示需要6個數(shù)碼管，八段的數(shù)碼管需要譯碼器才能顯示，然后要實現(xiàn)時、分、秒的計時需要60進(jìn)制計數(shù)器和24進(jìn)制計數(shù)器，在仿真軟件中發(fā)生信號可以用函數(shù)發(fā)生器仿真，頻率可以隨意調(diào)整。頻率振蕩器可以由晶體振蕩器分頻來提供，也可以由555定時來產(chǎn)生脈沖并分頻為1HZ。方案可以采用74LS160同步十進(jìn)制加法計數(shù)器或采用74LS161十六進(jìn)制計數(shù)器或74LS192十進(jìn)制異步清零計數(shù)器，也可進(jìn)行組合來組成10進(jìn)制和6進(jìn)制的計數(shù)器。而小時的24

27、進(jìn)制也可以采用上述方案。由于我對74LS160的功能比較熟悉，故我分別用六塊74LS160芯片來實現(xiàn)，兩個60進(jìn)制和一個24進(jìn)制的秒、分、時計數(shù)。</p><p><b>　　設(shè)計框圖</b></p><p><b>　　圖2.1</b></p><p>　?。?）振蕩器電路：一般說來，振蕩器的頻率越高，計時精度越高。本設(shè)

28、計中采用由集成定時器555與RC組成的多諧振蕩器，經(jīng)過調(diào)整輸出1000Hz脈沖。 </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(jìn)制計數(shù)器，時個位和時十位計數(shù)器為24進(jìn)制計數(shù)器。</p><p>　　（3）譯碼顯示電路：譯碼顯示電路將計數(shù)器輸出的8421

29、BCD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，我們采用自帶譯碼功能的數(shù)碼管。</p><p>　　（4）整點(diǎn)報時電路：一般時鐘都應(yīng)具備整點(diǎn)報時電路功能,即在時間出現(xiàn)整點(diǎn)前數(shù)秒內(nèi),數(shù)字鐘會自動報時。其作用方式是在整點(diǎn)前的十秒內(nèi)，出現(xiàn)奇數(shù)秒時報時燈發(fā)光，從而實現(xiàn)在最后十秒內(nèi)閃爍五次，以示提醒。</p><p>　?。?）校時電路：由于數(shù)字鐘的初始時間不一定是標(biāo)

30、準(zhǔn)時間，而且在數(shù)字鐘的運(yùn)行過程中可能出現(xiàn)誤差，所以需要校時電路來對“時、分”顯示數(shù)字進(jìn)行校對調(diào)整。</p><p><b>　　三、單元電路設(shè)計</b></p><p><b>　　1、分秒計數(shù)器電路</b></p><p>　　分和秒的進(jìn)制一樣，都采用60進(jìn)制計數(shù)。本設(shè)計選用74LS160作為計數(shù)器，將一片74LS160

31、設(shè)置成10進(jìn)制加法計數(shù)器，另一片設(shè)置成6進(jìn)制加法計數(shù)器。兩片74LS160按反饋清零法串接而成，當(dāng)十位和個位總共計滿60個數(shù)后計數(shù)器清零。因為秒計數(shù)器的十位的輸出端QB、QC表示6，秒計數(shù)器的十位的輸出端QB、QC通過與非門輸出低電平脈沖用作自身清零，秒計數(shù)器的十位的輸出端QB、QC通過與非門然后接一個非門輸出高電平脈沖作分計數(shù)器的輸入脈沖。秒計數(shù)器接受的信號為振蕩器經(jīng)分頻后輸出的1HZ的標(biāo)準(zhǔn)脈沖，秒計數(shù)器接受來自分頻器的60個1HZ脈

32、沖后，QB、QC都為邏輯‘1’通過與門輸出一個進(jìn)位脈沖給分計數(shù)器，通過與非門和非門輸出一個低電平0給清零端，秒計數(shù)器清零。當(dāng)分計數(shù)器接受60個來自秒計數(shù)器的進(jìn)位信號后向時計數(shù)器的個位給出一個進(jìn)位信號。秒、分計數(shù)器的計數(shù)規(guī)律是從00——59——00。秒、分計時器電路：</p><p>　　圖3.1 分秒計數(shù)器仿真電路圖</p><p>　　2、24小時計數(shù)器電路</p><

33、;p>　　時鐘計數(shù)器設(shè)計為24進(jìn)制計數(shù)，本設(shè)計選用74LS160作為計數(shù)器，開始將兩片74LS160都設(shè)置成十進(jìn)制加法計數(shù)器，將時個位的QC和時十位的QB接到與非門，然后分別接到兩塊芯片的清零端，從而實現(xiàn)24進(jìn)制。既個位計數(shù)器的狀態(tài)為QD QC QB QA = 0100 、十位計數(shù)器的狀態(tài)為QD QC QB QA = 0010時，要求計數(shù)器歸零。把個位QC、十位QB通過與非門的輸出信號送到個位和十位計數(shù)器的清零端，使計數(shù)器清零。計

34、數(shù)規(guī)律是從00——23——00。時計數(shù)器電路：</p><p>　　圖3.2 24小時計數(shù)器電路</p><p><b>　　3、整點(diǎn)報時電路</b></p><p>　　數(shù)字鐘一般都應(yīng)具備整點(diǎn)報時電路功能,即在時間出現(xiàn)整點(diǎn)前數(shù)秒內(nèi),數(shù)字鐘會自動報時。其作用方式是在整點(diǎn)前的十秒內(nèi)，出現(xiàn)奇數(shù)秒1、3、5、7、9時報時燈發(fā)光，從而實現(xiàn)在最后十秒內(nèi)閃

35、爍五次，以示提醒。</p><p>　　本設(shè)計采用74LS151數(shù)據(jù)選擇器選出整點(diǎn)前最后十秒內(nèi)的奇數(shù)秒。把秒計數(shù)個位的QA、QB、QC分別接到74LS151的A、B、C端，當(dāng)151的輸入是001時，選擇輸出D1，以此類推，當(dāng)個位出現(xiàn)9時，‘9’的二進(jìn)制數(shù) 1001的后三位是 001 ，剛好就是十進(jìn)制數(shù)的‘1’，從而就巧妙的讓只有三個數(shù)據(jù)輸入端的74LS151選出了本不能選出來的‘9’。我們通過多個與門選出當(dāng)分鐘的

36、十位為‘5’、個位為‘9’、秒鐘的十位為‘5’時的狀態(tài)，將三個狀態(tài)與在一起后再非一下，連接到74LS151的G`端，從而控制74LS151在五十九分五十秒的時候開始工作，零分零秒的時候停止工作。74LS151工作時，秒鐘是奇數(shù)秒時報時燈亮。整點(diǎn)報時電路圖：</p><p>　　圖3.3 整點(diǎn)報時電路圖</p><p><b>　　4、校時電路設(shè)計</b></p&

37、gt;<p>　　通過三個開關(guān)分別控制時、分、秒電路的脈沖輸入端CLK，當(dāng)要調(diào)時時就把控制時脈沖的開關(guān)打開，脈沖就直接輸給了時；同樣當(dāng)要調(diào)節(jié)分和秒時，就分別把分、秒的脈沖開關(guān)打開實行調(diào)節(jié)，電路圖如下：</p><p>　　圖3.4 校時電路圖</p><p><b>　　5、秒脈沖產(chǎn)生器</b></p><p>　　由振蕩器與分頻

38、器組合產(chǎn)生秒脈沖信號。</p><p>　　理論計算：555定時器的脈沖時間是由于RC充放電確定的。</p><p>　　根據(jù)三要素公式 </p><p>　　充電過程 </p><p>　　充電時間 </p><p>　　放電過程 </p>&

39、lt;p>　　放電時間 </p><p>　　一個周期時間 </p><p>　　頻率 </p><p>　　首先確定C1=0.1f ，R2=5.1?，需要輸出頻率f=1HZ，充放電時間算為 1 ms ，可以確定 R1=4.1?。圖3.5 振蕩器電路圖： </p><p>　

40、　四、EWB軟件和重要芯片的介紹</p><p>　　1、EWB提供了仿真實驗和電路分析兩種仿真分析手段，可用于模擬電路、數(shù)字電路、數(shù)?；旌想娐泛筒糠謴?qiáng)電電路的仿真實驗、分析和設(shè)計。與其它軟件相比，它的最顯著特點(diǎn)是提供一個操作簡便且與實際很相似的虛擬實驗平臺。并且 還能進(jìn)行實際無法或不便進(jìn)行的實驗內(nèi)容。在做實驗的仿真之前，簡單的了解了一下這個軟件，并且對它的使用方法有了一定的熟悉。</p><

41、p>　　2、74LS160 為可預(yù)置的十進(jìn)制同步計數(shù)器，其管腳圖如圖所示：</p><p>　　RCO 進(jìn)位輸出端 </p><p>　　ENP 計數(shù)控制端</p><p>　　QA-QD 輸出端</p><p>　　ENT 計數(shù)控制端</p><p>　　CLK 時鐘輸入端</p&

42、gt;<p>　　CLR 異步清零端（低電平有效）</p><p>　　LOAD 同步并行置入端（低電平有效）</p><p>　　74LS160的功能表：</p><p>　　74LS160真值表</p><p>　　3、74LS151的功能真值表</p><p><b>　　五、仿真

43、結(jié)果</b></p><p>　　1、秒脈沖的產(chǎn)生電路仿真結(jié)果</p><p><b>　　圖5.1</b></p><p>　　2、整點(diǎn)報時電路仿真結(jié)果</p><p>　　報時電路仿真的同時，我們可以檢測數(shù)字鐘主體是否運(yùn)行正常、校時電路是否能正常校時。首先，分鐘校時到59分，然后讓數(shù)字鐘自主運(yùn)行，檢驗了校

44、時電路、分秒的進(jìn)位關(guān)系、整點(diǎn)報時電路；然后校時到23：59分，檢驗了時分的進(jìn)位關(guān)系、數(shù)字鐘的總體運(yùn)行性能。整點(diǎn)前的報時狀態(tài)：</p><p>　　3、24小時電路仿真</p><p><b>　　4、總機(jī)電路仿真</b></p><p>　　六、電路的安裝與調(diào)試</p><p>　　選擇實驗臺和檢測各元器件</p&

45、gt;<p>　　首先，在實驗室找了一個實驗臺，看實驗臺能不能正常啟動，能不能正常加入電源，然后，將領(lǐng)到的元器件一一檢測，其中發(fā)現(xiàn)運(yùn)行不正常的芯片，馬上就找到班長換。</p><p>　　2、安裝芯片、連線與調(diào)試</p><p>　　首先，我們先把顯示器和74LS47芯片裝到先安裝到實驗臺上；然后，把核心的芯片74LS160，根據(jù)實驗臺的實際情況有序的安裝在實驗臺上；其次，把

46、74LS151和各種門電路芯片裝在恰當(dāng)?shù)奈恢谩?lt;/p><p>　　按圖接線是必須的第一個步驟，為了防止線接完后一開機(jī)發(fā)現(xiàn)什么都不顯示或者顯示得亂七八糟的那種情況發(fā)生，我們采用分模塊接線，接完一個模塊就測試一個模塊的方法來進(jìn)行。開始連的是秒鐘計數(shù)器，接完線后通電測試，發(fā)現(xiàn)顯示器不正常。</p><p>　　故障一：顯示器上顯示的數(shù)字有些地方少了一橫或者一豎。我們先是檢查了74LS160的輸

47、出端有沒有接觸好，發(fā)現(xiàn)的確是沒有接觸好。</p><p>　　然后安裝分鐘計數(shù)器，其線路和秒鐘相同，但接完線后卻出現(xiàn)了故障。</p><p>　　故障二：通電時，發(fā)現(xiàn)當(dāng)秒鐘走完59秒后，分鐘沒有進(jìn)位。排除故障：首先想到的是檢查秒十位的進(jìn)位輸出端有沒有連到分鐘個位的是能端，通過檢查發(fā)現(xiàn)這里沒有問題，然后想到檢查分鐘電路的線都有沒有接好，果然發(fā)現(xiàn)，原來是少接了一根地線，我們講接地的先加上之后就

48、能正常運(yùn)行了。</p><p>　　排除故障后，就是安裝時鐘計數(shù)器，其原理與分秒計時器差不多，但是通電檢測發(fā)現(xiàn)時鐘計數(shù)器的運(yùn)行有問題。</p><p>　　故障三：通電后發(fā)現(xiàn)時鐘沒有正常清零成為二十四進(jìn)制，而是一百進(jìn)制。排除故障：試探性的按了一下時計數(shù)器的74LS160芯片，發(fā)現(xiàn)問題沒有解決，然后再檢查導(dǎo)線，檢查發(fā)現(xiàn)都沒有沒有問題，然后我把QB、QC連與非門的兩根線換了，問題還是沒有解決，

49、我自己清楚的知道，問題肯定是出在清零那里，于是我就換了一個與非門的接入端，還是不行，接著就干脆換了一塊芯片，以為是與非門的其他兩個端都壞了，這可是一個大工程，搞了半天，把前面的分和秒重新連接好，把時鐘也連接好，發(fā)現(xiàn)，終于正常了。</p><p>　　接下來安裝的是整點(diǎn)報時電路，由于報時電路與前面的電路的聯(lián)系不大，也比較簡單，我們按照電路圖接好線之后就能正常工作了。</p><p>　　最后

50、安裝校時電路，首先我們想到的是利用開關(guān)控制接入高電平的形式，按一下開關(guān)就輸入一個上升沿給秒、分或時電路的時鐘輸入端，想是這么想的，但是接好線之后通電，出故障了。</p><p>　　故障四：只要一按開關(guān)就跳十幾下，甚至亂跳，根本看不清，所以就不能正常調(diào)時了。排故方法：因為實驗臺上有一個按鈕上升沿脈沖，我就把接高電平的一端換成上升沿脈沖，換了之后就能正常工作了。</p><p>　　最終，我

51、把總的電路按照流程操作了一次，又發(fā)現(xiàn)了一個新問題。</p><p>　　故障五：有時候顯示器上的數(shù)字會從39筆直跳到42，有時候它只顯示奇數(shù)。先是把所有的線路都檢查了一次，發(fā)現(xiàn)問題還是沒有解決，然后換了一塊74LS160芯片，還是有問題，但是如果是手動校時的時候就沒有問題，于是就想到時加入的脈沖有問題，我干脆就才實驗臺上自己重新調(diào)了一個1KZ的脈沖加進(jìn)去，果然問題解決了。自此，數(shù)字鐘的的安裝與調(diào)試全部完成，我所設(shè)

52、計的數(shù)字鐘已經(jīng)可以正常的工作運(yùn)行了。</p><p><b>　　七、總結(jié)與體會</b></p><p>　　通過此次課程設(shè)計，使我更加扎實的掌握了有關(guān)數(shù)字電子技術(shù)線路方面的知識，在設(shè)計過程中雖然遇到了很多問題，但經(jīng)過一次又一次的思考和與同學(xué)的討論，一遍又一遍的檢查終于找出了原因所在，也暴露出了前期我在這方面的知識欠缺和經(jīng)驗不足。實踐出真知，通過親自動手制作，使我們掌

53、握的知識不再是紙上談兵。在課程設(shè)計過程中，我們不斷發(fā)現(xiàn)錯誤，不斷改正，不斷領(lǐng)悟，不斷獲得知識，最后在我們?nèi)齻€人的共同努力下，終于順利完成了這次課程設(shè)計。在今后社會的發(fā)展和學(xué)習(xí)實踐過程中，一定要不懈努力，不能遇到問題就想到要退縮，一定要不厭其煩的發(fā)現(xiàn)問題所在，然后一一進(jìn)行解決，只有這樣，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荊斬棘，而不是知難而退，那樣永遠(yuǎn)不可能收獲成功，收獲喜悅，也永遠(yuǎn)不可能得到社會及他人對你的認(rèn)可!</p&

54、gt;<p>　　首先，在設(shè)計電路過程中，EWB軟件給我們的設(shè)計提供了很大的便利，它提供大量的元器件庫，提供修改電路設(shè)計的靈活性、提供實驗室在數(shù)量、質(zhì)量上難以相比的虛擬儀器、儀表，使設(shè)計時間大為縮短，設(shè)計過程更直觀、方便。同時在EWB軟件中出現(xiàn)了許多各種各樣的錯誤，最后經(jīng)過不斷的修改以及和同學(xué)的討論得到了比較好的解決，從中我也弄明白了很多東西。出現(xiàn)的問題主要有設(shè)計六十進(jìn)制計數(shù)器和二十四進(jìn)制計數(shù)器是各個計數(shù)器之間的連接、進(jìn)位

55、問題，進(jìn)位問題是我們在設(shè)計過程中遇到的最頭疼的問題，主要是對同步置數(shù)、異步置零方面的知識沒有理解透徹，還有就是在操作過程中我們發(fā)現(xiàn)在計數(shù)器的進(jìn)位端不能連接非門或者與非門，否則會出現(xiàn)一通電分鐘和時鐘就變成了‘1’的狀況，解決進(jìn)位問題花了我們將近一天的時間，這主要還要怪我們沒有認(rèn)真學(xué)好書本知識；校時電路的連接方式問題，最初的設(shè)計是參照老師的建議的思路設(shè)計的，但是在實際操作時發(fā)現(xiàn)我們設(shè)計的校時器會導(dǎo)致計數(shù)器一次記兩個數(shù)，反復(fù)修改都沒有解決，所

56、以只好改成穩(wěn)定性沒有那么好的直接連入時鐘信號的方法。</p><p>　　在安裝與調(diào)試的過程更是遇到了大問題，但是在我們的努力下，都一一解決了，當(dāng)最終完成之后，心里有一種成就感，尤其是在幫助別人調(diào)試成功之后。</p><p>　　這次數(shù)字電子電路課程設(shè)計，讓我復(fù)習(xí)了數(shù)字電子的知識同時也學(xué)習(xí)了許多新的知識。每次課程設(shè)計是一次難得的鍛煉機(jī)會，讓我們能夠充分利用所學(xué)過的理論知識還有自己的創(chuàng)造力，

57、讓我們學(xué)會了查找資料的方法，培養(yǎng)了自己設(shè)計和分析電路的能力。我相信這是對我的一個很好的提高。這次課程設(shè)計讓我深刻地認(rèn)識到平時在學(xué)習(xí)理論知識的時候，我們應(yīng)該更注重實踐，而不是只為應(yīng)付考試，學(xué)習(xí)就應(yīng)該學(xué)有所成。這次課程設(shè)計讓我對我們所學(xué)的知識能干什么有了更直觀的了解，比如說我就認(rèn)識到了我們學(xué)好了知識就可以設(shè)計出我們身邊隨處可見的數(shù)字鐘。以前那些神秘的東西在不斷的學(xué)習(xí)過程中變得不再那么神秘，我相信，在以后的學(xué)習(xí)生活中我們的好奇心將被一個個的擊

58、破。</p><p>　　課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計是學(xué)生走向就業(yè)必須的重要實踐環(huán)節(jié)。這次課程設(shè)計中我們碰到了很多的問題，我們激情過、悲傷過、甚至絕望過，但是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(xué)生，以后工作了難免要碰到許許多多的問題，我想，有了課程設(shè)計這個環(huán)節(jié)的鍛煉，以后我會敢于直面我所碰到的任何難題。 </p><p>　　八、附錄：元器件清單</p>

59、<p><b>　　九、參考文獻(xiàn)：</b></p><p>　　1、閻石主編《電子技術(shù)基礎(chǔ)》 高等教育出版社</p><p>　　2、賈更新主編《電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗、設(shè)計與仿真》鄭州大學(xué)出版社</p><p>　　3、韓克、柳秀山主編《電子技能與EAD技術(shù)》暨南大學(xué)出版社</p><p>　　4、康華光主編.

60、 電子技術(shù)基礎(chǔ)（數(shù)字部分），高等教育出版社。</p><p>　　5、任為民主編. 電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計，中央廣播電視大學(xué)出版社。</p><p>　　6、彭介華主編，電子技術(shù)課程設(shè)計指導(dǎo)，高等教育出版社。</p><p>　　7、《電子線路設(shè)計、實驗、測試》謝自美主編 華中理工出版</p><p><b>　　十、總機(jī)原理圖<

61、;/b></p><p>　　電氣與信息工程系課程設(shè)計評分表</p><p>　　指導(dǎo)教師簽名：________________</p><p>　　日 期：________________ </p><p>　　注：①表中標(biāo)*號項目是硬件制作或軟件編程類課題必填內(nèi)容；</p><p>　?、诖吮?/p>