1、洛 陽(yáng) 理 工 學(xué) 院課 程 設(shè) 計(jì) 報(bào) 告 脈沖與數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)課程名稱 _數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目 _通信工程專 業(yè) _B120510班 級(jí) _B12051022學(xué) 號(hào) _李彪榕姓 名 _2014年6月21日完成日期 _課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目：_設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求：用中小規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字電子鐘，具備有以下功能：（1）能顯示的事件最大示數(shù)為23:59:59；周期為24小時(shí).（2）具有調(diào)節(jié)時(shí)，分功能；（3）具有整點(diǎn)報(bào)時(shí)功能，XX時(shí)59分50秒以后每隔1秒閃1下，持續(xù)10秒。設(shè)計(jì)要求：（1）設(shè)計(jì)時(shí)分秒顯示電路；（2）設(shè)計(jì)555脈沖發(fā)生電路f=1HZ；（3）設(shè)計(jì)校

2、時(shí)電路；（4）設(shè)計(jì)整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路；（5）時(shí)分秒的進(jìn)位電路；（6）畫出框圖和邏輯電路圖。 指導(dǎo)教師： 趙國(guó)增 2014年6月3日課 程 設(shè) 計(jì) 評(píng) 語(yǔ) 成績(jī)： 指導(dǎo)教師：_ 年 月 日17 / 21文檔可自由編輯打印目 錄1 概述11.1 數(shù)字電子鐘簡(jiǎn)介21.2 研究的內(nèi)容31.3 研究的意義42 數(shù)字電子鐘的元器件介紹52.1 數(shù)字電子鐘的功能和結(jié)構(gòu)62.2 數(shù)字電子鐘的主器件選擇73 數(shù)字電子鐘的電路設(shè)計(jì)83.1 六十進(jìn)制“秒”計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)93.2 六十進(jìn)制“分”計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)103.3 二十四進(jìn)制“時(shí)”計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)113.4 秒脈沖電路設(shè)計(jì)123.5 校分校時(shí)電路設(shè)計(jì)133.6 整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路設(shè)計(jì)14

3、4 數(shù)字電子鐘電路的安裝及調(diào)試154.1總體電路圖164.2電路的安裝174.3電路的調(diào)試185 總體功能詳細(xì)描述195.1 工作過(guò)程205.2 整點(diǎn)報(bào)時(shí)過(guò)程215.3校時(shí)過(guò)程22總結(jié)23參考文獻(xiàn)241 概述 1.1 數(shù)字電子鐘簡(jiǎn)介    電子鐘是人們?nèi)粘Ｉ钪谐Ｓ玫挠?jì)時(shí)工具，而數(shù)字式電子鐘又有其體積小、重量輕、走時(shí)準(zhǔn)確、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、耗電量少等優(yōu)點(diǎn)而在生活中被廣泛應(yīng)用，因此本次設(shè)計(jì)就用數(shù)字集成電路和一些簡(jiǎn)單的邏輯門電路來(lái)設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字式電子鐘，使其完成時(shí)間及星期的顯示功能。多功能數(shù)字鐘采用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)對(duì)“時(shí)”、“分”、“秒”數(shù)字顯示的計(jì)時(shí)裝置。具有時(shí)間顯示、走時(shí)準(zhǔn)確、

4、顯示直觀、精度、穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。電路裝置十分小巧,安裝使用也方便。同時(shí)在日期中，它以其小巧，價(jià)格低廉，走時(shí)精度高，使用方便，功能多，便于集成化而受廣大消費(fèi)的喜愛。1.2 研究的內(nèi)容（1）設(shè)計(jì)一個(gè)有“時(shí)”、“分”、“秒”（23小時(shí)59分59秒）顯示，且有手動(dòng)校時(shí)功能的電子鐘；（2）用中小規(guī)模集成電路組成電子鐘，并在實(shí)驗(yàn)箱上進(jìn)行組裝、調(diào)試；（3）畫出框圖和邏輯電路圖，寫出設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)總結(jié)報(bào)告；（4）整點(diǎn)報(bào)時(shí)。在59分50秒開始，每2s報(bào)時(shí)一次至整點(diǎn)1.3 研究的意義20世紀(jì)末，電子技術(shù)獲得了飛速的發(fā)展，在其推動(dòng)下，現(xiàn)代電子產(chǎn)品幾乎滲透了社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域，有力地推動(dòng)了社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展和社會(huì)信息化程度的提高，

5、同時(shí)也使現(xiàn)代電子產(chǎn)品性能進(jìn)一步提高，產(chǎn)品更新?lián)Q代的節(jié)奏越來(lái)越快。數(shù)字鐘已成為人們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚谋匦杵罚瑥V泛用于個(gè)人家庭以及車站、碼 頭、劇場(chǎng)、辦公室等公共場(chǎng)所，給人們的生活、學(xué)習(xí)、工作、娛樂(lè)帶來(lái)極大的方便。由于數(shù)字集成電路技術(shù)的發(fā)展和采用了先進(jìn)的石英技術(shù)，使數(shù)字鐘具有走時(shí)準(zhǔn)確、性能穩(wěn)定、集成電路有體積小、功耗小、功能多、攜帶方便等優(yōu)點(diǎn)，因此在許多電子設(shè)備中被廣泛使用。給人們帶來(lái)了生活上的方便。2 數(shù)字電子鐘的元器件介紹2.1 數(shù)字電子鐘的功能和結(jié)構(gòu)2.1.1 數(shù)字電子鐘的功能需求本課題研究的數(shù)字電子鐘，應(yīng)滿足經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的特點(diǎn)。經(jīng)濟(jì)和實(shí)用這兩個(gè)因素就要求了這種溫度不僅實(shí)現(xiàn)基本的測(cè)量溫度的功

6、能，還應(yīng)該結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且有可擴(kuò)展的其他功能。2.1.2數(shù)字電子鐘的結(jié)構(gòu)組成根據(jù)數(shù)字電子鐘的功能分析，在這里設(shè)計(jì)了數(shù)字電子鐘的框架圖。如圖1所示。圖1 數(shù)字電子鐘框架圖它主要包括以下幾大模塊，功能如下所述：核心部分即時(shí)鐘的主要運(yùn)行及顯示部分，實(shí)現(xiàn)最高為24小時(shí)的周期性運(yùn)行。擴(kuò)展功能部分包括整點(diǎn)報(bào)時(shí)和校時(shí)功能。整點(diǎn)報(bào)時(shí)功能是在XX:59：50秒以后，每隔1秒，小燈閃一下。直到XX：00:00時(shí)結(jié)束。校時(shí)功能實(shí)現(xiàn)的是對(duì)時(shí)、分的獨(dú)立校時(shí)功能。2.2 數(shù)字電子鐘的主器件選擇2.2.1 74LS160 74LS160為十進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器，邏輯功能描述如下： 由邏輯圖與功能表知，在CT74

7、LS160中LD為預(yù)置數(shù)控制端，D0-D3為數(shù)據(jù)輸入端，C為進(jìn)位輸出端，RD為異步置零端，Q0-Q3位數(shù)據(jù)輸出端，EP和ET為工作狀態(tài)控制端。當(dāng)RC=0時(shí)所有觸發(fā)器將同時(shí)被置零，而且置零操作不受其他輸入端狀態(tài)的影響。當(dāng)RC=1、LD=0時(shí)，電路工作在預(yù)置數(shù)狀態(tài)。這時(shí)門G16-G19的輸出始終是1，所以FF0-FF1輸入端J、K的狀態(tài)由D0-D3的狀態(tài)決定。當(dāng)RC=LD=1而EP=0、ET=1時(shí)，由于這時(shí)門G16-G19的輸出均為0，亦即FF0-FF3均處在J=K=0的狀態(tài)，所以CP信號(hào)到達(dá)時(shí)它們保持原來(lái)的狀態(tài)不變。同時(shí)C的狀態(tài)也得到保持。如果ET=0、則EP不論為何狀態(tài)，計(jì)數(shù)器的狀態(tài)也保持不變

8、，但這時(shí)進(jìn)位輸出C等于0。當(dāng)RC=LD=EP=ET=1時(shí)，電路工作在計(jì)數(shù)狀態(tài)。從電路的0000狀態(tài)開始連續(xù)輸入16個(gè)計(jì)數(shù)脈沖時(shí)，電路將從1111的狀態(tài)返回0000的狀態(tài)，C端從高電平跳變至低電平。利用C端輸出的高電平或下降沿作為進(jìn)位輸出信號(hào)。邏輯功能如表1。表1 74LS160邏輯圖CPEPET工作狀態(tài)X0XXX置零10XX預(yù)置數(shù)X1101保持X11X0保持（C=0）1111計(jì)數(shù)引腳圖以及邏輯符號(hào)如圖2所示。圖2 74LS160引腳圖2.2.2 555脈沖發(fā)生器555集成定時(shí)器由四個(gè)部分組成：（1）基本RS觸發(fā)器：由兩個(gè)“與非”門組成。（2）比較器：C1、C2是兩個(gè)電壓比較器。（3）分壓器：阻

9、值均為5千歐的電阻串聯(lián)起來(lái)構(gòu)成分壓器，為比較器C1和C2提供參考電壓。（4）晶體管開卷和輸出緩沖器：晶體管VT構(gòu)成開關(guān)，其狀態(tài)受端控制。輸出緩沖器就是接在輸出端的反相器G3，其作用是提高定時(shí)器的帶負(fù)載能力和隔離負(fù)載對(duì)定時(shí)器的影響。其引腳排列如圖3。 圖3 555引腳排列圖2.2.3 LED顯示屏LED是發(fā)光二極管Light Emitting Diode的英文縮寫。LED顯示屏是由發(fā)光二極管排列組成的一顯示器件。它采用低電壓掃描驅(qū)動(dòng)，具有：耗電少、使用壽命長(zhǎng)、成本低、亮度高、故障少、視角大、可視距離遠(yuǎn)、規(guī)格品種全等特點(diǎn)。目前LED顯示屏作為新一代的信息傳播媒體，已經(jīng)成為城市信息現(xiàn)代化建設(shè)的標(biāo)志。

10、管腳分別接輸出段的、圖形顯示如圖4所示：圖4 LED顯示屏2.2.4 與非門、非門、或非門圖5 與非門 圖6 多腳與非門功能：與非門是數(shù)字電路的一種基本邏輯電路。若當(dāng)輸入均為高電平（1），則輸出為低電平（0）；若輸入中至少有一個(gè)為低電平（0），則輸出為高電平（1）。與非門可以看作是與門和非門的疊加。3 數(shù)字電子鐘的電路設(shè)計(jì)3.1 六十進(jìn)制“秒”計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)3.1.1所需器件兩塊中規(guī)模集成十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS160，兩個(gè)LED顯示屏，四個(gè)74LS04非門，一個(gè)四輸入與門。各器件功能見第2部分。3.1.2原理六十進(jìn)制秒計(jì)數(shù)器，它由兩塊中規(guī)模集成十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS160，一塊組成十進(jìn)制，另一塊組成六

11、進(jìn)制。組合起來(lái)就構(gòu)成六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，如圖7所示六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。六進(jìn)制采用的是置零范圍為05，當(dāng)?shù)诹鶄€(gè)脈沖到來(lái)的瞬間置零，構(gòu)成六進(jìn)制計(jì)數(shù)器。原理圖如下。 圖7 秒鐘部分電路圖3.2 六十進(jìn)制“分”計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)3.2.1所需器件兩塊中規(guī)模集成十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS160，兩個(gè)LED顯示屏，四個(gè)74LS04非門，一個(gè)四輸入與門。3.2.2 原理六十進(jìn)制分計(jì)數(shù)器，它由兩塊中規(guī)模集成十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS160，一塊組成十進(jìn)制，另一塊組成六進(jìn)制。組合起來(lái)就構(gòu)成六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，如圖5.1所示六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。六進(jìn)制采用的是置零法，其變化范圍為05，當(dāng)?shù)诹鶄€(gè)脈沖到來(lái)的瞬間置零，構(gòu)成六進(jìn)制計(jì)數(shù)器。與六十進(jìn)制秒計(jì)數(shù)器相

12、同。原理圖如下。圖8 分鐘部分電路圖3.3 二十四進(jìn)制“時(shí)”計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)3.3.1所需器件兩塊中規(guī)模集成十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS160和74ls162，兩個(gè)LED顯示屏，一個(gè)74LS00與門。各器件功能見第2部分3.3.2原理二十四進(jìn)制時(shí)計(jì)數(shù)器，它由兩塊中規(guī)模集成十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS160，一塊組成四進(jìn)制，另一塊組成二進(jìn)制。組合起來(lái)就構(gòu)成二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器，同理，各片均采用置零法。原理圖如下。圖9 小時(shí)部分電路圖13.4 秒脈沖電路設(shè)計(jì)秒脈沖發(fā)生器是數(shù)字鐘的核心部分，它的精度和穩(wěn)定度決定了數(shù)字鐘的質(zhì)量，本實(shí)驗(yàn)可采用555定時(shí)器組成的多諧振蕩器發(fā)出秒脈沖即1Hz脈沖。3.4.1所需器件電阻R1=25k

13、1個(gè)，R3=15k 1個(gè)；555脈沖發(fā)生器1個(gè)，電容C1=1uF，C2=30uF。 3.4.2 原理圖圖10 秒脈沖電路圖頻率f=1T=1（R2+2R3）C1*ln2=1Hz。3.5 校分校時(shí)電路設(shè)計(jì)3.5.1所需器件單刀雙向開關(guān)2個(gè)、12個(gè)與非門、2個(gè)非門、1個(gè)555脈沖發(fā)生器、20K電阻1個(gè)、5K電阻1個(gè)，電容C1=30uF、C2=1uF。3.5.2 功能描述當(dāng)走時(shí)出現(xiàn)誤差的時(shí)候，需進(jìn)行調(diào)整。置開關(guān)在手動(dòng)位置，分別對(duì)時(shí)、分、秒進(jìn)行單獨(dú)計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)脈沖由秒脈沖輸入。為了校時(shí)較方便，所以校時(shí)脈沖設(shè)置頻率稍快，不至于和秒脈沖一樣慢。這樣沒(méi)有效率，設(shè)計(jì)也就沒(méi)多大實(shí)際意義了。電路的部分截圖如圖11。功

14、能如下：a.如果閉合右邊開關(guān)S2，校時(shí)脈沖輸入分計(jì)數(shù)器，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)分的校準(zhǔn)。b.如果閉合右邊開關(guān)S2，校時(shí)脈沖輸入時(shí)計(jì)數(shù)器，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)的校準(zhǔn)。c.當(dāng)校時(shí)開關(guān)接地時(shí)，計(jì)數(shù)器正常計(jì)數(shù)和進(jìn)位；當(dāng)校時(shí)開關(guān)接高電位時(shí)，電子鐘處于校時(shí)狀態(tài)，此時(shí)計(jì)數(shù)器由秒到分、由分到時(shí)的進(jìn)位脈沖被屏蔽，此時(shí)可對(duì)分鐘或小時(shí)進(jìn)行手動(dòng)校對(duì)，通過(guò)單次脈沖使計(jì)數(shù)器進(jìn)位。校時(shí)電路如圖。圖11 校時(shí)電路圖3.6 整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路設(shè)計(jì)3.6.1所需器件1個(gè)與非門，2個(gè)或非門，指示燈1個(gè)。 3.6.2 整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路 電路應(yīng)在整點(diǎn)前 10秒鐘內(nèi)開始整點(diǎn)報(bào)時(shí)，即當(dāng)時(shí)間在 59 分 50秒時(shí)，報(bào)時(shí)電路發(fā)出報(bào)時(shí)控制信號(hào)，指示燈每隔1S閃爍一次。當(dāng)時(shí)間

15、在 59 分 50 秒時(shí)，分鐘的個(gè)位Qa=Qd=1、十位Qc=1；秒鐘的十位Qd=1，他們進(jìn)行與非，與非之后結(jié)果為0,再與秒鐘個(gè)位數(shù)的Qa進(jìn)行或非。此時(shí)，隨著秒鐘個(gè)位脈沖的到來(lái)，或非的結(jié)果為1-0-1-0-1-0-1-0-1-0,實(shí)現(xiàn)指示燈的閃爍。當(dāng)時(shí)間變?yōu)閄X:00：00燈停止閃爍，整點(diǎn)報(bào)時(shí)完成.圖12 整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路4 數(shù)字電子鐘電路的安裝及調(diào)試4.1總體電路圖圖13 總體電路圖4.2電路的安裝按照?qǐng)D11總電路圖，先整體擺放各主要元器件，例如6片74LS160，555脈沖發(fā)生器，開關(guān)，與非門，非門，指示燈等，擺好位置按照總原理圖進(jìn)行連線。為避免出錯(cuò)，應(yīng)該按照校時(shí)電路、555脈沖發(fā)生器、時(shí)、分

16、、秒、整點(diǎn)報(bào)時(shí)的順序分開連接。由于線路較復(fù)雜，接線時(shí)一定要細(xì)心認(rèn)真細(xì)心。4.3電路的調(diào)試4.3.1計(jì)分、計(jì)秒電路的調(diào)試按照?qǐng)D14所示電路圖連接電路，構(gòu)成60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，把74LS90的QA、QB、QC、QD分別接上指示電平，以便觀測(cè)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)情況，再將秒脈沖和校時(shí)脈沖分別接到74LS160的CLK，然后接通電，再打開開關(guān)開始計(jì)數(shù)，觀察數(shù)碼管及電平指示是否按加法計(jì)數(shù)顯示。圖14 計(jì)分計(jì)秒電路圖4.3.2計(jì)時(shí)電路的調(diào)試按照?qǐng)D15所示電路圖連接電路，構(gòu)成24進(jìn)制計(jì)數(shù)器。用調(diào)試計(jì)分、計(jì)秒電路的方法進(jìn)行調(diào)試。 圖15 計(jì)時(shí)電路圖4.3.3完整時(shí)分秒電路的調(diào)試 按照?qǐng)D16所示電路，將兩個(gè)60進(jìn)制計(jì)數(shù)器和一

17、個(gè)24進(jìn)制計(jì)數(shù)器連接起來(lái)，再用上述調(diào)試計(jì)時(shí)電路的方法進(jìn)行調(diào)試，確保每個(gè)計(jì)數(shù)器間的進(jìn)位正常。圖16 完整時(shí)分秒電路圖4.3.4 校時(shí)電路的調(diào)試按照?qǐng)D17所示電路連接電路，構(gòu)成校時(shí)電路，觀察是否可以進(jìn)行校時(shí)，并注意在斷開開關(guān)后是否會(huì)存在時(shí)間跳變。圖17 校時(shí)電路圖 4.3.5 整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路的調(diào)試按照?qǐng)D12所示電路連接電路，構(gòu)成整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路。接通電路觀察從59分50秒起，是否每隔2s指示燈閃動(dòng)一次，最后一次閃動(dòng)結(jié)束時(shí)達(dá)到正點(diǎn)。5 總體功能詳細(xì)描述打開電路開始運(yùn)行按鈕電路開始工作。555脈沖發(fā)生器輸出1HZ脈沖，作為CP輸入秒鐘個(gè)位CLK接口，打開單刀單擲開關(guān)，此時(shí)數(shù)字電子時(shí)鐘開始工作。5.1 工作過(guò)

18、程（1）秒鐘開始從0計(jì)時(shí)，當(dāng)個(gè)位數(shù)顯示為9的時(shí)候，再來(lái)一個(gè)時(shí)鐘脈沖，則向十位產(chǎn)生一個(gè)進(jìn)位脈沖，此時(shí)十位加1。（2）當(dāng)秒鐘走到59秒時(shí)，會(huì)向分鐘產(chǎn)生一個(gè)進(jìn)位時(shí)鐘脈沖，此時(shí)分鐘顯示01。（3）時(shí)間走到59分59秒時(shí)，再來(lái)一個(gè)時(shí)鐘脈沖，則向小時(shí)產(chǎn)生一個(gè)進(jìn)位時(shí)鐘脈沖。（4）當(dāng)走到23：59:59時(shí)，再來(lái)一個(gè)時(shí)鐘脈沖，則變?yōu)?0：00:00，重復(fù)上述過(guò)程。5.2 整點(diǎn)報(bào)時(shí)過(guò)程當(dāng)時(shí)鐘走到XX:59:50秒的時(shí)候，指示燈開始閃爍，每隔1S閃爍1次，直到XX：00:00，結(jié)束閃爍。5.3校時(shí)過(guò)程當(dāng)發(fā)現(xiàn)時(shí)間錯(cuò)誤，需要對(duì)時(shí)間進(jìn)行校正的時(shí)候，先斷開S3即秒鐘停止，打開S2，則給時(shí)鐘輸入校時(shí)脈沖，可以對(duì)分鐘進(jìn)行校時(shí)，打開S1的時(shí)候，則給小時(shí)輸入校時(shí)脈沖，可以對(duì)小時(shí)進(jìn)行校時(shí)。打開S3可以對(duì)秒鐘進(jìn)行校時(shí)，最大限度的實(shí)現(xiàn)精確校時(shí)?？偨Y(jié)轉(zhuǎn)眼之間，這次的課程設(shè)計(jì)就結(jié)束了，通過(guò)這次的課程設(shè)計(jì)，我拓寬了