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摘要
數(shù)字電子鐘是一種用數(shù)字顯示秒、分、時(shí)的記時(shí)裝置，與傳統(tǒng)的機(jī)械時(shí)鐘相比，它一般具有走時(shí)準(zhǔn)確、顯示直觀、無(wú)機(jī)械傳勁裝置等優(yōu)點(diǎn)，因而得到了廣泛的應(yīng)用。數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)方法有許多種,例如可用中小規(guī)模集成電路組成電子鐘:也可以利用專用的電子鐘芯片配以顯示電路及其所需要的外圍電路組成電子鐘:還可以利用單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)電子鐘等等。本課程設(shè)計(jì)采用的是中小規(guī)模集成電路法，時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器用555定時(shí)器做多諧振蕩器，產(chǎn)生1Hz時(shí)鐘脈沖;用74LS160設(shè)計(jì)兩個(gè)六十進(jìn)制的計(jì)數(shù)器對(duì)“分”“秒”信號(hào)記數(shù)，二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器對(duì)“時(shí)”信號(hào)記數(shù)、再通過(guò)“時(shí)”“分”校正電路進(jìn)行時(shí)間的校正，實(shí)現(xiàn)數(shù)字電子鐘的功能。
1、設(shè)計(jì)題目
1.1設(shè)計(jì)指標(biāo)及要求
2、整機(jī)電路框圖
2.1整機(jī)電路工作原理
3、基本元器件的選擇與原理
3.1 555定時(shí)器
3.2 計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)
3.2.1 分、秒位實(shí)現(xiàn)六十進(jìn)制
3.2. 2 小時(shí)位實(shí)現(xiàn)二十四進(jìn)制
3.3譯碼顯示電路
3.4校時(shí)電路
3.4.1 時(shí)時(shí)間校準(zhǔn)電路
3.4.2 分時(shí)間校準(zhǔn)電路
3.4.3 秒時(shí)間校準(zhǔn)電路
4、致謝
5、設(shè)計(jì)總結(jié)
6、參考文獻(xiàn)
1、設(shè)計(jì)題目
數(shù)字鐘設(shè)計(jì)
1.1設(shè)計(jì)指標(biāo)及要求
要求：
1.設(shè)計(jì)一個(gè)具有“時(shí)”、“分”、“秒”的十進(jìn)制顯示計(jì)時(shí)器,要求為24小時(shí)循環(huán)。
2.具有校時(shí)、校分、校秒功能。
3.用集成電路組件實(shí)現(xiàn)；
給定條件
（1）直流電源任意
（2）晶振頻率100KHZ或32768HZ 。
選作：
※整點(diǎn)報(bào)時(shí)。在59分51秒、53秒、55秒、57秒、輸出750Hz音頻信號(hào)，在59分59秒時(shí)輸出1000Hz信號(hào)，音響持續(xù)1秒，在1000Hz音響結(jié)束時(shí)刻為整點(diǎn)。
2、整機(jī)電路框圖
2.1整機(jī)電路工作原理
電子鐘由信號(hào)發(fā)生器、“時(shí)、分、秒”計(jì)數(shù)器、譯碼器及顯示器、校時(shí)電路、整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路等組成。秒信號(hào)產(chǎn)生器是整個(gè)系統(tǒng)的時(shí)基信號(hào)，它直接決定計(jì)時(shí)系統(tǒng)的精度，將標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖信號(hào)送入“秒計(jì)數(shù)器”，該計(jì)數(shù)器采用60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，每累計(jì)60秒發(fā)出一個(gè)“分脈沖”信號(hào)，該信號(hào)將作為“分計(jì)數(shù)器”的時(shí)鐘脈沖。“分計(jì)數(shù)器”也采用60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，每累計(jì)60分發(fā)出一個(gè)“時(shí)脈沖”信號(hào)，該信號(hào)將被送到“時(shí)計(jì)數(shù)器”。“時(shí)計(jì)數(shù)器”采用24進(jìn)制計(jì)數(shù)器，可以實(shí)現(xiàn)一天24h的累計(jì)。譯碼顯示電路將“時(shí)、分、秒”計(jì)數(shù)器的輸出狀態(tài)經(jīng)七段顯示譯碼器譯碼，通過(guò)六位LED顯示器顯示出來(lái)。整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路是根據(jù)計(jì)時(shí)系統(tǒng)的輸出狀態(tài)產(chǎn)生-個(gè)脈沖信號(hào)，然后去觸發(fā)音頻發(fā)生器實(shí)現(xiàn)報(bào)時(shí)。校時(shí)電路是來(lái)對(duì)“時(shí)、分”顯示數(shù)字進(jìn)行校對(duì)調(diào)整。
3、單元電路選擇與原理
3.1 秒脈沖
用555定時(shí)器制成多諧振蕩器產(chǎn)生1s的脈沖信號(hào)。
秒信號(hào)的發(fā)生電路
秒信號(hào)發(fā)生電路由集成電路555定時(shí)器與RC組成的多諧振蕩器構(gòu)成。需要的芯片有集成電路555定時(shí)器，還有電阻和電容。下圖為其電路圖：
振蕩電路是數(shù)字鐘的核心部分，它的頻率和穩(wěn)定性直接關(guān)系到表的精度。因此選擇555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器，其中電容C1為47微法，C2為0.01微法，兩個(gè)電阻R1=R2=10K歐姆。此時(shí)在電路的輸出端就得到了一個(gè)周期性的矩形波，其振蕩頻率為： f=1.43/[(R1+2R2)C] 由公式（3-1）代入R1 ，R2和C的值得，f=1Hz。即其輸出頻率為1Hz的矩形波信號(hào)
3.2 計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)
獲得秒脈沖信號(hào)后，可根據(jù)60秒為1分，60 分為1小時(shí)，24小時(shí)為1天的規(guī)律計(jì)數(shù)。因此，計(jì)數(shù)器由“秒”計(jì)數(shù)器電路、“分”計(jì)數(shù)器電路和“時(shí)”計(jì)數(shù)器電路組成，“秒"、 “分”計(jì)數(shù)器為六十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，時(shí)計(jì)數(shù)器為二十四進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。
3.2.1 分、秒位實(shí)現(xiàn)六十進(jìn)制
六十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器采用兩片中規(guī)模集成電路74L5160組成六十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)，可利用 7415160異步清零端通過(guò)反饋歸零的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可以利用7415160同步置數(shù)端用置數(shù)法來(lái)實(shí)現(xiàn)。
本設(shè)計(jì)由兩個(gè)741.5160 和74Ls00四2輸人與非門組成六十進(jìn)制“秒”計(jì)數(shù)器，其中個(gè)位計(jì)數(shù)器接成十進(jìn)制形式。十位計(jì)數(shù)器選擇Q1與Q2做反饋端，經(jīng)與非門輸出控制清零端CR非,接成六進(jìn)制計(jì)數(shù)形式。個(gè)位與十位計(jì)數(shù)器之間采用同步級(jí)聯(lián)方式，將個(gè)位計(jì)數(shù)器的進(jìn)位輸出控制端(CO)接至十位計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)容許端P，完成個(gè)位對(duì)十位計(jì)數(shù)器的進(jìn)位控制。秒信號(hào)脈沖作為計(jì)數(shù)脈沖輸人到CP端。同理，由兩個(gè)741S160 和741S00四2輸入與非門，組成六十進(jìn)制“分"計(jì)數(shù)器電路。
3.2. 2 小時(shí)位實(shí)現(xiàn)二十四進(jìn)制
二十四進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。由兩個(gè)74LS160 ( IC8、IC9 )和74LS00四2輸人與非門組成二十四進(jìn)制“時(shí)”計(jì)數(shù)器，個(gè)位與十位計(jì)數(shù)器均采用同步級(jí)聯(lián)方式。選擇十位計(jì)數(shù)器的輸出端Q1和個(gè)位計(jì)數(shù)器的輸出端Q2通過(guò)與非門控制兩片計(jì)數(shù)器的清零端，可實(shí)現(xiàn)二十四進(jìn)制遞增計(jì)數(shù)。
3.3譯碼顯示電路
譯碼是將給定的代碼進(jìn)行翻譯。計(jì)數(shù)器采用的碼制不同，譯碼電路也不同。用七段發(fā)光二極管來(lái)顯示譯碼器輸出的數(shù)字，顯示器有兩種:共陽(yáng)極或共陰極顯示。譯碼和顯示電路是將“秒”、“分”、“時(shí)”計(jì)數(shù)器中每塊集成電路的輸出狀態(tài)(8421 代碼)翻譯成七段數(shù)碼管能顯示十進(jìn)制數(shù)所要求的電信號(hào)，然后經(jīng)數(shù)碼管，把相應(yīng)的數(shù)字顯示出來(lái)。譯碼器有多個(gè)型號(hào)可供選擇，如74LS248 (可驅(qū)動(dòng)共陰極數(shù)碼管)、74LS247 (可驅(qū)動(dòng)共陽(yáng)極數(shù)碼管)、CD4511等。
本設(shè)計(jì)譯碼和顯示電路由74LS248和七段數(shù)碼管組成。此電路共需要六個(gè)7415248和六個(gè)七段數(shù)碼管。六個(gè)七段數(shù)碼管，隨著秒計(jì)數(shù)脈沖不斷的輸入和計(jì)時(shí)的變化，連續(xù)地進(jìn)行時(shí)、分、秒計(jì)時(shí)顯示。一個(gè)741S248和一個(gè)七段數(shù)碼管組成的電路如圖4.26所示。
74LS248的譯碼輸出端通過(guò)限流電阻(9歐姆)與數(shù)碼管相連，以防電流過(guò)大燒壞發(fā)光二極管。改變限流電阻的大小，可以改變發(fā)光二極管的亮度。
3.4校時(shí)電路
校時(shí)電路的作用是當(dāng)計(jì)時(shí)器剛接通電源或走時(shí)出現(xiàn)誤差時(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)“時(shí)”，“分”，“秒” 的校準(zhǔn)。在電路中設(shè)有正常計(jì)時(shí)和校時(shí)位置。校時(shí)電路可以采用手動(dòng)校準(zhǔn)或者自動(dòng)校時(shí)。例如，自動(dòng)校時(shí)以校分為例，當(dāng)把開關(guān)打到校分時(shí)，分計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)脈沖CP不是接到六十進(jìn)制秒計(jì)數(shù)器的輸出，而是直接接到分頻電路的輸出的標(biāo)準(zhǔn)的秒信號(hào)上，使得分計(jì)數(shù)器進(jìn)行快速的計(jì)數(shù)，而達(dá)到自動(dòng)校分的目的。可用門電路或觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)。
3.4.1 時(shí)時(shí)間校準(zhǔn)電路
“時(shí)” 時(shí)間校準(zhǔn)電路如圖4-2-7所示
由741LS08 四2輸人與門、74LS32 四2輸人或門、741LS02 四2輸入或非門組成。當(dāng)校時(shí)開關(guān)處于校時(shí)位置，即接0電平，秒脈沖
信號(hào)經(jīng)或非門輸出，再到或門輸出接時(shí)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)脈沖CP,控制時(shí)計(jì)數(shù)器計(jì)時(shí)，每秒加1，當(dāng)時(shí)計(jì)數(shù)器顯示出校準(zhǔn)的小時(shí)數(shù)字時(shí)將開關(guān)置于5V電源，或非門輸出為低電平，時(shí)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)脈沖CP接分計(jì)數(shù)器的進(jìn)位信號(hào)，恢復(fù)時(shí)計(jì)數(shù)器正常計(jì)數(shù)。
3.4.2 分時(shí)間校準(zhǔn)電路
由741LS08 四2輸人與門、74LS32 四2輸人或門、741LS02 四2輸入或非門組成。當(dāng)校時(shí)開關(guān)處于校時(shí)位置，即接0電平，分脈沖
信號(hào)經(jīng)或非門輸出，再到或門輸出接時(shí)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)脈沖CP,控制時(shí)計(jì)數(shù)器計(jì)時(shí)，每秒加1，當(dāng)分計(jì)數(shù)器顯示出校準(zhǔn)的分鐘數(shù)字時(shí)將開關(guān)置于5V電源，或非門輸出為低電平，分計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)脈沖CP接分計(jì)數(shù)器的進(jìn)位信號(hào)，恢復(fù)分計(jì)數(shù)器正常計(jì)數(shù)。
3.4.3 秒時(shí)間校準(zhǔn)電路
秒時(shí)間校準(zhǔn)電路如圖4-2-8所示
當(dāng)校秒開關(guān)處于校秒位置時(shí)，即接0電平，與門741S08 的輸出為0電平，秒計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)，當(dāng)秒計(jì)數(shù)顯示的時(shí)間與標(biāo)準(zhǔn)的秒時(shí)間相同時(shí)，將校秒開關(guān)置于高電平，秒信號(hào)脈沖通過(guò)與門74LS08的輸出作為計(jì)數(shù)脈沖輸人，恢復(fù)秒計(jì)數(shù)器正常的計(jì)數(shù)。
4、致謝
在學(xué)習(xí)中，老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、豐富淵博的知識(shí)、精益求精的工作態(tài)度以及侮人不倦的師者風(fēng)范是我終生學(xué)習(xí)的楷模,老師們的高深精湛的造詣與嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的治學(xué)精神,將永遠(yuǎn)激勵(lì)著我。這三年中還得到眾多老師的關(guān)心支持和幫助。在此，謹(jǐn)向老師們致以衷心的感謝和崇高的敬意!另外，感謝校方給予我這樣一次機(jī)會(huì),能夠獨(dú)立地完成一個(gè)課程設(shè)計(jì)，并在這個(gè)過(guò)程當(dāng)中,給予我們各種方便,使我們?cè)谶@學(xué)期快要結(jié)束的時(shí)候,能夠?qū)W(xué)到的知識(shí)應(yīng)用到實(shí)踐中，增強(qiáng)了我們實(shí)踐操作和動(dòng)手應(yīng)用能力, 提高了獨(dú)立思考的能力。
感謝所有任課老師和所有同學(xué)在這三年來(lái)給自己的指導(dǎo)和幫助, 他們教會(huì)了我專業(yè)知識(shí),教會(huì)了我如何學(xué)習(xí)，教會(huì)了我如何做人。正是由于他們,我才能在各方面取得顯著的進(jìn)步,在此向他們表示我由衷的謝意。在這次課程設(shè)計(jì)的撰寫中，我得到 了許多人的幫助。首 先我要感謝我的老師在課程設(shè)計(jì).上給予我的指導(dǎo)、提供給我的支持和幫助，這是我能順利完成這次設(shè)計(jì)的主要原因，更重要的是老師幫我解決了許多技術(shù)上的難題,讓我能把系統(tǒng)做得更加完善。在此期間,我不僅學(xué)到了許多新的知識(shí),而且也開闊了視野,提高了自己的設(shè)計(jì)能力。其次 ，我要感謝幫助過(guò)我的同學(xué)，他們也為我解決了不少我不太明白的設(shè)計(jì).上的難題。最后再一次感謝所有在設(shè)計(jì)中幫助過(guò)我的良師益友和同學(xué)。
5、設(shè)計(jì)總結(jié)
在進(jìn)行電路的設(shè)計(jì)中，遇到了很多的問(wèn)題,設(shè)計(jì)振蕩電路時(shí)，由于電源和地的選擇不正確，導(dǎo)致數(shù)碼管無(wú)法顯示，設(shè)計(jì)顯示電路時(shí),沒(méi)有注意數(shù)碼管是共陰還是共陽(yáng)，導(dǎo)致連接錯(cuò)誤。設(shè)計(jì)校正電路時(shí)，剛開始的門電路選用2V的CmOS系列，導(dǎo)致校正電路無(wú)法發(fā)揮作用。后改用74LS系列，電路才發(fā)揮作用，通過(guò)自己親身設(shè)計(jì)，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。也鍛煉了自己獨(dú)立思考問(wèn)題的能力和通過(guò)查看相關(guān)資料來(lái)解決問(wèn)題的習(xí)慣。雖然
這只是一次簡(jiǎn)單的課程設(shè)計(jì)，但通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)我們了解了課程設(shè)計(jì)的一般步驟，和設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問(wèn)題。
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