数电课程设计多功能数字钟解析.docx

1、数电课程设计多功能数字钟解析课题名称：多功能数字钟所在院系：机械电子工程学院班级：*自动化 * 班学号：2011*姓名：* 宜杰指导老师：*时间：景德镇陶瓷学院1数字电子技术课程设计任务书班级： 11 自动化 1 班姓名： *指导老师： * 2013年12月17日设计题目：设计制作多功能数字钟。设 设计任务和要求 时钟显示功能，能够十进制显示“时” 、“分”、“秒” ;计 小时高位拥有零熄灭功能 ;任 拥有整点报时功能 ;务 拥有迅速校准时间的功能。1.调研、查找并采集资料。2.整体设计。设 3. 撰写设计说明书（字数约 3000 字左右）。计4. 参照资料目录要求1、电子技术基础 （第五版）

2、，康华光主编，高等教育第一版社（ 2006）参考2、电子线路设计、 实验、测试（第二版），谢自美主编， 华中理工大学第一版社 （2000）资 3、电子线路设计应用手册 ，张友汉主编，福建科学技术第一版社（ 2000）料4、 555 集成电路适用大全 ，郝鸿安等主编，上海科学普及第一版社5、电子技术基础实验研究与设计 ，陈兆仁主编，电子工业第一版社（ 2000）6、毕满清主编，电子技术实验与课程设计 ， 机械工业第一版社。7、数字与逻辑电路 谢芳森 电子工业第一版社教研室主任署名： 年 月 日2前言 4第一章 方案 5第二章 元 路 7第三章 体 路 13第四章 程 15附表 元件清 16 附

3、参照文件 173引 言跟着社会的发展， 科学技术的不停进步， 对电子产品的性能要求也更高。 我们做为 21 世纪的一名学电子的大学生，不单要将理论知识学会，更应当将其应用与我们的平时生活中去， 使理论与实践很好的联合起来。 电子课程设计是电子技术学习中的一个特别重要的实践环节， 能够真实表现我们能否完好汲取了所学的知识。数字电子时钟是一个对标准频率（ 1HZ）进行计数的计数电路。往常使用石英 晶体振荡器电路构成数字钟，以保证其频率的稳固。以10 进制计数器74HC390 来 实现时间计数单元的计数功能。 用 4518 作为计数电路，采纳 CD4511作为显示译码电路。 选择数码管作为显示电路。

4、 由 CD4511 把输进来的二进制信号翻译成十进制数字，再由数码管显示出来。用COMS与或非门实现的时或分校时电路。 该电路还有在整点前 10 秒钟内开始整点报时的功能。 报时电路可选 74HC30 来构成。时间以 24 为一个 周期。 数字钟采纳数字电路实现对“时”“分”“秒”数字显示的计时装置。 拥有时间显示、 闹钟设置、报时功能、校时的功能。走时正确、显示直观、精度高、稳固等长处。4第一章 方案设计设计制作一多功能数字钟一、 设计任务：设计一个电子电路系统时， 第一一定明确系统的设计任务， 依据任务进行方案选择， 而后对方案中的各部分进行单元的设计和器件选择， 最后将各部分连结在一同，

5、设计出一个切合设计要求的完好系统电路设计要求：(1)时钟显示功能，能够十进制显示“时” 、“分”、“秒” ;(2)小时高位拥有零熄灭功能 ;(3)拥有整点报时功能 ;(4)拥有迅速校准时间的功能 。二、设计方案在设计一个电子电路系统时， 第一一定明确系统的设计任务， 依据任务进行方案选择，而后对方案中的各部分进行单元电路的设计、参数计算和器件选择，最后将各部分连结在一同，画出一个切合设计要求的系统电路图。一、明确系统的设计任务要求对系统的设计任务进行详细剖析， 充足认识系统的性能、指标、内容及要求，以便明确系统应达成的任务。二、方案选择把系统要达成的任务分解为若干个单元电路， 并画出一个能表示

6、各单元功能的整机原理框图。 方案选择的重要任务是依据掌握的知识和资料， 针对系统提出的任务、要乞降条件，达成系统的功能设计。 在此过程中要敢于探究， 勇于创新，5争取方案的设计合理、靠谱、经济、功能齐备、技术先进。并且对方案要不停进行可行性和优弊端的剖析，最后设计出一个完好框图。三、单元电路的设计、参数计算和器件选择依据系统的指标和功能框图， 明确各部分任务， 进行各单元电路设计、 参数计算和器件选择。1单元电路的设计单元电路是整机的一部分，只有把单元电路设计好才能提升整机设计水平。每个单元电路设计前都需明确本单元电路的任务， 详尽拟定出单元电路的性能指标，与前后级之间的联系，剖析电路的构成形

7、式。详细设计时，能够模拟成熟的先进的电路，也能够创新或改良，但都一定保证性能要求。并且，不单单元电路自己要求设计合理， 各单元电路间也要相互当合， 注意各部分的输入、 输出信号和控制信号的关系。2参数计算为保证单元电路达到功能指标要求，就需要用电子技术知识对参数进行计算，比如放大电路中各电阻值、放大倍数；振荡器中电阻、电容、振荡频率等参数。只有很好地理解电路的工作原理， 正确利用计算公式， 计算的参数才能知足设计要求。计算参数时， 同一个电路可能有几组数据， 注意选择一组能达成电路设计功能、在实践中真实可行的参数。3器件选择（1） 阻容元件的选择注意功耗、容量、频率和耐压范围能否知足要求。（2

8、） 分立元件的选择包含二极管、双极型三极管、场效应管、光电二（三）极管等。依据他们的用途分别进行选择。（3） 集成电路的选择依据电路功能、性能指标选择集成电路。注意集成电路的功耗、电源电压、工作速度能否知足设计要求。经过查阅相关设计手册，进行元器件的选择。4、电路图的绘制电路图往常是在系统框图、 单元电路设计、 参数计算和器件选择的基础上绘制的，它是电路组装、调试和维修的依照。绘制电路图时，注意以下几点：（ 1） 元器件布局合理、摆列平均、图面清楚、便于阅读。6（2） 注意信号流向。一般从输入端或信号源开始，由左至右或上至下按信号的流向挨次画出各单元电路，而反应通路的信号流向则与此相反。（3）

9、 图形符号标准，适合标明。（4） 连线应为直线，尽量少交错和折弯。第二章 单元电路设计一、 基本设计思路：数字钟其实是一个对标准频率 (1HZ) 进行计数的计数电路 . 因为计数的开端时间不行能与标准时间 ( 如北京时间 ) 一致 , 故需要在电路上加一个校时电路 , 同时标准的 1HZ 时间信号一定做到正确稳固 . 往常使用石英晶体振荡器电路构成数字钟 . 上图所示为数字钟的一般构成框图7二、 功能模块的设计：（1） 秒信号产生模块晶体振荡器是构成数字式时钟的中心，它保证了时钟的走时正确及稳固。图 1 COMS晶体振荡器 图 2 CD4046 内部框图图 1 所示电路经过非门构成的输出为方波

10、的数字式晶体振荡电路，这个电路中，非门与晶体、电容和电阻构成晶体振荡器电路，实现整形功能，将振荡器输出的近似于正弦波的波形变换为较理想的方波。输出反应电 阻为非门供给偏置，使电路工作于放大地区，即非门的功能近似于一个高增益的反相放大器。电容、与晶体构成一个谐振型网络， 达成对振荡频率的控制功能， 同时供给了一个 180 度相移，进而和非门构成一个正反应网络，实现了振荡器的功能。因为晶体拥有较高的频率稳固性及正确性，进而保证了输出频率的稳固和正确。晶体 XTAL的频率选为 32768Hz。该元件专为数字钟电路而设计，其频率较低，有益于减少分频器级数。从相关手册中，可查得 C1、C2 均为 22p

11、F。当要求频率正确度和稳固度更高时，还可接入校订电容并采纳温度赔偿举措。 因为 CMOS电路的输入阻抗极高，所以反应电阻 R1可选为 22M。较高的反应电阻有益于提升振荡8频率的稳固性。往常，数字钟的晶体振荡器输出频率较高， 为了获得 1Hz 的秒信号输入，需要对振荡器的输出信号进行分频。 往常实现分频器的电路是计数器电路，一般采纳多级 2 进制计数器来实现。比如，将 32768Hz的振荡信号分频为 1Hz 的分频倍数为 32768（ 215），即实现该分频功能的计数器相当于 15 极2进制计数器。本实验中采纳 CD4060来构成分频电路。 CD4060在数字集成电路中可实现的分频率数最高，

12、并且 CD4060还包含振荡电路所需的非门， 使用更加方便。CD4060计数为 14 级 2 进制计数器，能够将 32768Hz的信号分频为 2Hz，其内部框图以下图，从图中能够看出， CD4060的时钟输入端两个串接的非门，所以能够直接实现振荡和分频的功能。74HC74 D 触发器二分频原理图9（2） 计时模块计时进位与清零1)秒位上图右部分是秒个位的进位与清零电路。由十进制计数器 74LS74构成秒位的个位， 74LS160构成十位。当 7490 的输出是 9（ 1001）时， QA和 QD的信号经过与非门 7400 输出低电平，则由 7400 的 4Y端口产生降落沿脉冲，使得 74160

13、 开始计数，实现进位功能。此时 QA和 AD的电平改变，与非门输出高电平，产生一个上涨沿，输出给下一级的计数端，实现进位。上图左部分是秒十位的警卫与清零电路。当输出是 5（ 0101）时， QA和 QD的信号经过与非门输出低电平， 当输出给自己的预置位端， 实现自己的清零，此时 QA和 AD的电平改变，与非门输出高电平，产生一个上涨沿，输出给下一级的计数端， 实现进位。而因为分位的个位相同是用 7490 构成，其时钟信号为降落沿有效，则秒位十位进位信号须经过另一片与非门7400产生降落沿脉冲，实现进位功能。2）分位分个位、分十位的进位与清零电路与秒个位、秒十位的电路原理近似。103） 时个位、

14、时十位：以下列图所示，当时个位为 9（1001）时，时十位清零，并且产生进位信号。当时十位为 2（0010）且时个位为 4（ 0100）时，与非门 2Y端输出低电平，给十个位、时十位计数器的清零端低电平，使十个位、时十地点零。图 3-10（3）时高位零熄灭功能实现：以下列图所示，当时十位输出 0（即 0000）时， 74LS160的 QA和 QB端经过或门 74LS32 输出低电平至时的十位译码器的 BI/RBO 端口，使其不工作。当时十位输出大于 0 时，经过或门输出高电平，使其正常工作，进而实现时高位零熄灭功能。11（4）整点报时模块蜂鸣器部分实物电路，右为 74HC3012（5 ）迅速校

15、时部分校时模块开关校时电路方案论证：该方案构造简单，节俭成本。可是只好从低位向高位逐渐伐整，以防止低位调整对高位的影响，灵巧性差。考虑到实质生活中，时钟一旦调整以后就极少会再次调整，为了降低成本，降低电路复杂度，所以采纳此方案。第三章 总电路图13分模块秒模块时 模块14第四章 课程设计总结心得领会：经过此次数字电子电路的课程设计， 我的数电知识获得稳固， 并且有了必定程度的提升，对数字钟的工作原理有了比较深刻的理解， 对数字电子设计的过程及其波及的工拥有更深入的认识。在此次课设中充足锻炼了自己的着手能力，学会了怎样查找资料是自己的设计达到合理的要求。固然在在设计过程碰到一些困难，可是经过自己

16、查阅的资料和老师仔细的指导，终于在最后把这个多功能数字钟设计出来了。并经过此课程设计任务是我们加深了数电课程设计的认识。特别感谢此次数电课程设计时机，经过此次数字电子钟的课程设计，我们才把学到的东西与实践相联合。 从中对我们学的知识有了更进一步的理解， 并从中领会到了团队协作的乐趣。最后感谢老师的耐心指导和各位同学赐予的帮助 。15（附表）电子元件清单元件名称 型号及数目74LS00集成块。2 块74LS30集成块。1 块74LS32集成块。1 块74LS48集成块。6 块74LS90集成块。2 块74LS160集成块。4 块CD4060集成块。1 块74HC74 集成块。1 块22M 电阻。5 个22p 电容。2 个32.768k 时钟晶体。1 个共阴八段数码管。6 个蜂鸣器。1 个开关4 个面包板1 块导线若干16（附录）参照文件1、华成英模拟电子技术基本教程2、电子技术基础（第五版），康华光主编，高等教育第一版社（ 2006）3、高祥瑞电子技术基础实验与课程设计 （第二版）4、南航航空大学电子实践技术 25、谢自美 电子线路设计、课题、测试 （第二版）17