山东科技大学济南校区电气工程数字钟课程设计.docx
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山东科技大学济南校区电气工程数字钟课程设计
数字钟课程设计
班级：
电气工程09-3
姓名：
学号：
目录
一、课程设计题目:
多功能数字钟
二、课程设计任务和基本要求:
三、课程设计题目分析:
四、课程设计的电路设计部分:
1.秒脉冲信号发生器
2.秒、分、时计时器电路设计
3.译码显示电路
4.校时电路
5.整点报时电路
6.直流稳压源
五、课程设计原理图
六、元器件使用说明:
七、附录
八、课程设计感想
九、参考文献:
电子技术课程设计正文
一、课程设计题目:
多功能数字钟
二、课程设计任务和基本要求:
☆设计任务
采用中规模集成电路设计一台可以显示时、分、秒的数字钟。
☆基本要求
●能直接显示时、分、秒的数字钟，要求二十四为一计数周期。
●当电路发生走时误差时，要求电路具有校时功能。
●要求电路具有整点报时功能，报时声响为四低一高，最后一响正好为整点。
●要求电路主要采用中规模集成电路。
●要求电源电压+5伏—+10伏
三、课程设计题目分析:
☆设计要点
●设计一个精确的秒脉冲信号产生电路
●设计60进制、24进制计数器
●设计译码显示电路
●设计操作方面的校时电路
●设计整点报时电路
●直流稳压源电路
☆工作原理
数字电子钟由信号发生器、“时、分、秒”计数器、译码器及显示器、校时电路、整点报时电路等组成。
秒信号产生器是整个系统的时基信号，它直接决定计时系统的精度，一般用555构成的振荡器加分频器来实现。
将标准秒脉冲信号送入“秒计数器”，该计数器采用60进制计数器，每累计60秒发出一个“分脉冲”信号，该信号将作为“分计数器”的时钟脉冲。
“分计数器”也采用60进制计数器，每累计60分，发出一个“时脉冲”信号，该信号将被送到“时计数器”。
“时计数器”采用24进制计数器，可以实现一天24h的累计。
译码显示电路将“时、分、秒”计数器的输出状态经七段显示译码器译码，通过六位LED显示器显示出来。
整点报时电路是根据计时系统的输出状态产生一个脉冲信号，然后去触发音频发生器实现报时。
校时电路是来对“时、分、秒”显示数字进行校对调整。
其数字电子钟系统框图如下:
数字电子钟系统框图
四、课程设计的电路设计部分:
1.秒脉冲信号发生器
秒脉冲信号发生器是数字电子钟的核心部分，它的精度和稳定度决定了数字钟的质量。
由振荡器与分频器组合产生秒脉冲信号。
●振荡器:
通常用555定时器与RC构成的多谐振荡器，经过调整输出1000Hz脉冲。
●分频器:
分频器功能主要有两个，一是产生标准秒脉冲信号，一是提供功能扩展电
路所需要的信号，选用三片74LS90进行级联，因为每片为1/10分频器，三片级联好
获得1Hz标准秒脉冲。
其电路图如下：
秒冲信号发生器
2.秒、分、时计时器电路设计
秒、分计数器为60进制计数器，小时计数器为24进制计数器。
实现这两种模数的计数器采用中规模集成计数器74LS90构成。
●60进制计数器
由74LS160构成的60进制计数器，将一片74LS90设计成10进制加法计数器，另一片设置6进制加法计数器。
下图电路即可作为秒计数器，也可作为分计数器。
60进制计数器
●24进制计数器
由74LS160构成的二十四进制计数器，将一片74LS160设计成4进制加法计数器，另一片设置2进制加法计数器。
即个位计数状态为QdQcQbQa=0100十位计数状态为QdQcQbQa=0010时，要求计数器归零。
通过把个位Qc、十位Qb相与后的信号送到个位、十位计数器的清零端，使计数器清零，从而构成24进制计数器。
电路图如下:
24进制计数器
3.译码显示电路
译码电路的功能是将秒、分、时计数器的输出代码进行翻译，变成相应的数字。
用与驱动LED七段数码管的译码器常用的有74LS48。
74LS48是BCD-7段译码器/驱动器，输出高电平有效，专用于驱动LED七段共阴极显示数码管。
若将秒、分、时计数器的每位输出分别送到相应七段译吗管的输入端，便可以进行不同数字的显示。
在译码管输出与数码管之间串联电阻R作为限流电阻。
74LS48芯片是一个十进制译码器，可以用来驱动共阴极的发光二极管显示器。
74LS48的内部有升压电阻，因此无需外接电阻，可直接与显示器相连。
译码显示电路
4.校时电路
校时电路是数字钟不可缺少的部分，每当数字钟与实际时间不符时，需要根据标准时间进行校时。
K1、K2分别是时校正、分校正开关。
不校正时，K1、K2开关是闭和的。
当校正时位时，需要把K1开关打开，然后用手拨动K3开关，来回拨动一次，就能使时位增加1，根据需要去拨动开关的次数，校正完毕后把K1开关闭上。
校正分位时和校正时位的方法一样。
其电路图如下:
校正电路
当数字钟出现计时或者计分错误时，需要校正时间，校时是数字钟的基本功能。
校时电路要求在校时时不会影响分和秒的走动，在校分时，不会影响时和分的走动。
以下为校时电路开关功能：
S2
S1
功能
0
0
计数
0
1
校分
1
0
校时
下面是校正电路图：
5.整点报时电路
仿广播电台整点报时电路设计,每当数字钟计时快到整点时发出响声,四低一高并且以最后一声高音结束的时刻为整点时刻。
四声低音分别发生在59分51秒、53秒、55秒及57秒，最后一声发生在59分59秒，它们的持续时间约为1秒，只有当十位的Q2Q0=11，分个位的Q3Q0=11，秒十位的Q2Q0=11，秒个位的Q3Q0=11，音响电路才会工作。
整点报时电路
6.直流稳压源
由于电子技术的特性，电子设备对电源电路的要求就是能够提供持续稳定、满足负载要求的电能，而且通常情况下都要求提供稳定的直流电能。
提供这种稳定的直流电能的电源就是直流稳压电源。
原理图如下：
五、课程设计原理图:
六、元器件使用说明:
⑴集成同步十进制计数器74LS160
集成同步十进制计数器74LS160
其功能表为
⑵555定时器
振荡器由555定时器构成。
在555定时器的外部接适当的电阻和电容元件构成多谐振荡器，再选择元件参数使其发出标准秒信号。
555定时器的功能主要由上、下两个比较器Ｃ1、Ｃ2的工作状况决定。
比较器的参考电压由分压器提供,在电源与地端之间加上ＶＣＣ电压,且控制端ＶＭ悬空,则上比较器Ｃ1的反相端“-”加上的参考电压为2/3ＶＣＣ,下比较器Ｃ2的同相端“+”加上的参考电压为1/3ＶＣＣ。
若触发端Ｓ的输入电压Ｖ2≤1/3ＶＣＣ,下比较器Ｃ2输出为“1”电平,ＳＲ触发器的Ｓ输入端接受“1”信号,可使触发器输出端Ｑ为“1”,从而使整个555电路输出为“1”;若阈值端Ｒ的输入电压Ｖ6≥2/3ＶＣＣ,上比较器Ｃ1输出为“1”电平,ＳＲ触发器的Ｒ输入端接受“1”信号,可使触发器输出端Ｑ为“0”,从而使整个555电路输出为“0”。
控制电压端ＶＭ外加电压可改变两个比较器的参考电压,不用时,通常将它通过电容（0.01μＦ左右）接地。
放电管Ｔ1的输出端Ｑ′为集电极开路输出,其集电极最大电流可达50ｍＡ,因此,具有较大的带灌电流负载能力。
若复位端ＲＤ加低电平或接地,可使电路强制复位,不管555电路原处于什么状态,均可使它的输出Ｑ为“0”电平。
只要在555定时器电路外部配上两个电阻及两个电容元件,并将某些引脚相连,就可方便地构成多谐振荡器。
七、附录:
元器件清单
型号
功能
备注
74LS00
四个2输入与非门
一片
74LS04
六反向器
一片
74LS08
四个2输入与门
一片
74LS21
双4输入与门
一片
74LS48
译码器
六片
74LS160
十进制计数器
九片
555定时器
产生时间延迟和多种脉冲信号
一片
晶体管
NPN型一个
电阻
5.1kΩ一个22Ω一个1kΩ一个
100kΩ可调一个10kΩ五个
LED显示器
六块
电键
三个
电容
0.01uF两个
八、课程设计感想
通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关高频电子线路方面的知识，在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。
实践出真知，通过亲自动手制作，使我们掌握的知识不再是纸上谈兵。
过而能改，善莫大焉。
在课程设计过程中，我们不断发现错误，不断改正，不断领悟，不断获取。
最终的检测调试环节，本身就是在践行“过而能改，善莫大焉”的知行观。
这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多问题，最后在老师的指导下，终于迎刃而解。
在今后社会的发展和学习实践过程中，一定要不懈努力，不能遇到问题就想到要退缩，一定要不厌其烦的发现问题所在，然后一一进行解决，只有这样，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荆斩棘，而不是知难而退，那样永远不可能收获成功，收获喜悦，也永远不可能得到社会及他人对你的认可！
我认为，在这学期的实验中，不仅培养了独立思考、动手操作的能力，在各种其它能力上也都有了提高。
更重要的是，在实验课上，我们学会了很多学习的方法。
而这是日后最实用的，真的是受益匪浅。
要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践。
这对于我们的将来也有很大的帮助。
以后，不管有多苦，我想我们都能变苦为乐，找寻有趣的事情，发现其中珍贵的事情。
回顾起此课程设计，至今我仍感慨颇多，从理论到实践，在这段日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。
通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，但可喜的是最终都得到了解决。
实验过程中，也对团队精神的进行了考察，让我们在合作起来更加默契，在成功后一起体会喜悦的心情。
果然是团结就是力量，只有互相之间默契融洽的配合才能换来最终完美的结果。
此次设计也让我明白了思路即出路，有什么不懂不明白的地方要及时请教或上网查询，只要认真钻研，动脑思考，动手实践，就没有弄不懂的知识，收获颇丰。
九、参考文献:
《数字电子技术》高等教育出版社
《模拟电子技术》高等教育出版社
《数字电路实验与课程设计》哈尔滨工程大学出版社
《电子线路设计》谢自美华中科技大学出版社
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