1、電工電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)與制作 一、數(shù)字時鐘簡介及設(shè)計(jì)目的數(shù)字鐘是一種用數(shù)字電路技術(shù)實(shí)現(xiàn)時、分、秒計(jì)時的裝置，與傳統(tǒng)的機(jī)械式時鐘相比具有走時準(zhǔn)確，顯示直觀且無機(jī)械裝置等優(yōu)點(diǎn)，除此之外它還具有更長的使用壽命，因此得到了廣泛的應(yīng)用。數(shù)字鐘從原理上講是一種典型的數(shù)字電路，其中包括了組合邏輯電路和時序電路。因此，我們此次設(shè)計(jì)與制作數(shù)字鐘主要是為了了解數(shù)字鐘的原理，進(jìn)而學(xué)會制作數(shù)字鐘.而且通過數(shù)字鐘的制作進(jìn)一步了解各種在制作過程中用到的中小規(guī)模集成電路的作用及實(shí)用方法.且由于數(shù)字鐘包括組合邏輯電路和時敘電路.通過它可以進(jìn)一步學(xué)習(xí)與掌握各種組合邏輯電路與時序電路的原理與使用方法.二、設(shè)計(jì)內(nèi)容及

2、要求（1）設(shè)計(jì)指標(biāo) 由晶振電路產(chǎn)生1HZ標(biāo)準(zhǔn)秒信號； 分、秒為0059六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器； 時為0023二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器； 周顯示從17日為七進(jìn)制計(jì)數(shù)器； 校時功能，可以分別對時及分進(jìn)行單獨(dú)校時，使其校正到標(biāo)準(zhǔn)時間； 整點(diǎn)報(bào)時功能，當(dāng)時間到達(dá)整點(diǎn)前鳴叫五次低音（500HZ），整點(diǎn)時再鳴叫一次高音（1000HZ）。（2）設(shè)計(jì)要求 畫出電路原理圖（或仿真電路圖）； 元器件及參數(shù)選擇； 電路仿真與調(diào)試。（3）制作要求 自行裝配和調(diào)試，并能發(fā)現(xiàn)問題和解決問題。（4）編寫設(shè)計(jì)報(bào)告 寫出設(shè)計(jì)與制作的全過程，附上有關(guān)資料和圖紙，有心得體會。三、原理框圖數(shù)字鐘實(shí)際上是一個對標(biāo)準(zhǔn)頻率（1HZ）進(jìn)行計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)電路。由

3、于計(jì)數(shù)的起始時間不可能與標(biāo)準(zhǔn)時間（如北京時間）一致，故需要在電路上加一個校時電路，同時標(biāo)準(zhǔn)的1HZ時間信號必須做到準(zhǔn)確穩(wěn)定。通常使用石英晶體振蕩器電路構(gòu)成數(shù)字鐘。數(shù)字電子鐘的總體圖如圖（1）所示。由圖（1）可見，數(shù)字電子鐘由以下幾部分組成：石英晶體振蕩器和分頻器組成的秒脈沖發(fā)生器；校對電路；六十進(jìn)制秒、分計(jì)數(shù)器、二十進(jìn)制時計(jì)數(shù)器及七十進(jìn)制日計(jì)數(shù)器；以及秒、分、時的譯碼顯示部分等。顯 示 器顯 示 器顯 示 器顯 示 器譯碼器譯碼器譯碼器譯碼器7進(jìn)制周計(jì)數(shù)器24進(jìn)制時計(jì)數(shù)器60進(jìn)制分計(jì)數(shù)器60進(jìn)制秒計(jì)數(shù)器晶體振蕩器分頻器四主要部分的實(shí)現(xiàn)方案 1 秒脈沖電路 由晶振32768Hz經(jīng) CD4060分

4、頻為2Hz，再經(jīng)過74LS74一次分頻，即得1Hz 標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖，提供給時鐘計(jì)數(shù)脈沖。如圖示： 20pF74LS74 10 Q1Hz CD4060Q14 C1 320pF 1D 11 R 32768Hz 22M 12 秒脈沖發(fā)生器 2 時間計(jì)數(shù)器電路由6個74LS90 計(jì)數(shù)器組成時分秒的計(jì)數(shù)電路，74LS90 是4位二進(jìn)制同步加計(jì)數(shù)器，它的設(shè)置為多片集成計(jì)數(shù)器的級聯(lián)提供方便。它具有異步清零，同步并行預(yù)置數(shù)，保持和計(jì)數(shù)的功能。 （）秒計(jì)數(shù)器 秒的個位計(jì)數(shù)單元為10進(jìn)制計(jì)數(shù)器，當(dāng)QDQCQBQA變成1010時，通過與非門把它的清零端變成0，計(jì)數(shù)器的輸出被置零，跳過1011到1111的狀態(tài)，又從000

5、0開始，如此重復(fù)。秒的十為計(jì)數(shù)單元為6進(jìn)制，當(dāng)QDQCQBQA變成0101時，通過與非門把它的清零端變成0，計(jì)數(shù)器的輸出被置零，跳過0110到1111的狀態(tài)，又從0000開始，如此就是60進(jìn)制。同時秒十位上的0101時，要把進(jìn)位信號傳輸給“分”個位的計(jì)數(shù)單元。 （2）分計(jì)數(shù)器 分的個位和十位計(jì)數(shù)單元的狀態(tài)轉(zhuǎn)換和秒的是一樣的，只是它要把進(jìn)位信號傳輸給時的個位計(jì)數(shù)單元。 （3）時計(jì)數(shù)器 當(dāng)“時”十位的QDQCBA為0000或0001時，“時”的個位計(jì)數(shù)單元是十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，當(dāng)他的QDQCQBQA到1010時，通過與非門使得個位74LS90上的清零端為0，則計(jì)數(shù)器的輸出直接置零，從0000有開始。當(dāng)十

6、位的QDQCQBQA為0010時，通過與非門使得該74LS90的清零端為0，“時”的十位有重新從0000開始，此時的個位計(jì)數(shù)單元變成4進(jìn)制，即當(dāng)個位計(jì)數(shù)單元的QDQCQBQA為0100時，就要又從0000開始計(jì)數(shù)。這樣就實(shí)現(xiàn)了“時”24進(jìn)制的計(jì)數(shù) ( 4 ) 日計(jì)數(shù)器日計(jì)數(shù)器由兩個74LS74，四個TTL 和一個 74LS20 構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)了七定制的功能。每個74LS74控制一個輸入，即控制QDQCQBQA中的一個。當(dāng)從0000到0111 時，顯示是按照74LS74集成們電路的邏輯功能來實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)為0111的時候，QCQBQA各為1 1 1 ，他們?nèi)齻€通過74LS74 與非門輸出為0 。再與QD

7、 所控的0 通過 TTL集成門電路輸出了0 ，如此循環(huán)，使得四個TTL 輸出都為 0000。即使得輸出變?yōu)榱恕爸昧恪睜顟B(tài)。從而實(shí)現(xiàn)了七禁止循環(huán)。如下圖所示： Q4 Q3 Q2 Q1 顯 示 1 0 0 0 日 0 0 0 1 1 0 0 1 0 2 0 0 1 1 3 0 1 0 0 4 0 1 0 1 5 0 1 1 0 63數(shù)字鐘的譯碼及顯示單元電路 譯碼顯示采用共陽極LED八段數(shù)碼管和譯碼器74SL247組成。 4.整點(diǎn)報(bào)時電路 電路應(yīng)在整點(diǎn)前10秒鐘內(nèi)開始整點(diǎn)報(bào)時，即當(dāng)時間在59分54秒到59分59秒期間時，報(bào)時電路報(bào)時控制信號。 當(dāng)時間在59分50秒到59分59秒期間時，分十位、分個

8、位和秒十位均保持不變，分別為5、9和5，因此可將分計(jì)數(shù)器十位的QC和QA 、個位的QD和QA及秒計(jì)數(shù)器十位的QC和QA相與，從而產(chǎn)生報(bào)時控制信號。 報(bào)時電路由74LS08高音和74LS04低音通過74LS32來構(gòu)成。 五、元器件 1大面包板 1塊 2鑷子 1把 3剪刀 1把 4數(shù)碼管5101BE 7個 5硬導(dǎo)線 若干 6計(jì)數(shù)器74LS90 6塊 7計(jì)數(shù)/分頻/振蕩器CD4060集成塊 1塊 8譯碼/驅(qū)動器 74LS247集成塊 7塊9雙4輸入與非門74LS20 集成塊 1塊 10與非門74LS00 集成塊 1塊 11四二輸入與門74LS08集成塊 2塊 12四二輸入或門74LS32 集成塊 1

9、塊13六反相器74LS04 集成塊 1塊14 雙D觸發(fā)器74LS74 集成塊 4塊 15晶振32.768kHZ 1個 1622pF和322pF可調(diào)電容 各一個17三極管8050 一個18電阻3007個 22M一個 1K一個 六、總體電路圖 數(shù)字鐘電路圖七.實(shí)驗(yàn)過程中遇到的問題及解決方法在寢室我們有變壓器，所以數(shù)字顯示部分我們是在寢室調(diào)試的。調(diào)試過程中秒的顯示中十進(jìn)制沒有問題，但是不進(jìn)位，經(jīng)過檢查發(fā)現(xiàn)是進(jìn)位線連錯了。依次向分顯示排查，發(fā)現(xiàn)分顯示也不正常，結(jié)果發(fā)現(xiàn)我們是在分顯示的一個74LS90下面沒有接電源，連上電源后發(fā)現(xiàn)分顯示正常。在日顯示部分發(fā)現(xiàn)74LS20的一個輸出線應(yīng)該是接74LS74的

10、非S端，我們接錯了，改了之后顯示部分幾乎就沒有什么問題了。蜂鳴器的調(diào)試部分是在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的，我們接上后就正常鳴叫了，沒有需要多進(jìn)行調(diào)試。主要是我們在連這一部分時，一起對著邏輯電路參考圖以及集成電路引出端功能圖，一根線一根線的檢查，每連接完一根線就在參考圖上標(biāo)記一個，這樣比較容易發(fā)現(xiàn)是否漏連了線，所以這部分在調(diào)試的時候沒出現(xiàn)什么問題。還有就是排版的問題，為了避免導(dǎo)線交叉，合理利用版面，我們做了大量的嘗試和該進(jìn)，最后的結(jié)果自己還是比較滿意。八.心得體會通過這次對數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)與制作，讓我了解了關(guān)于數(shù)字鐘的原理與設(shè)計(jì)理念，要設(shè)計(jì)并完成一個成品必須自己先手繪一張電路圖，這樣才會對電路原理有一個清晰地思路

11、。在接線之前必須要合理布局這樣連出來的作品才比較美觀。但是，在制作過程中總會遇到一些問題，最后的成品也不一定與想象的完全一樣，因?yàn)樵趯?shí)際接線中有著各種約束，我們預(yù)料到的和我們預(yù)料不到的，所以要有足夠的耐心和合理的小組分工與合作。通過這次的課程設(shè)計(jì)，讓我對各種電路都有了大概的了解，也發(fā)現(xiàn)自己平時接觸到的一些科技業(yè)不是那么的高端，只要有一定的專業(yè)知識，敢想敢做，我們也可以做出一些，雖然這個數(shù)字鐘不是高科技。所以說，坐而言不如立而行，對于這些電路還是應(yīng)該自己動手實(shí)際操作才會有深刻理解。耐心與團(tuán)隊(duì)合作這兩點(diǎn)是至關(guān)重要的。在調(diào)試過程中，任何問題都可能導(dǎo)致致命的失誤，我們必須一點(diǎn)一點(diǎn)地檢查，這就要求我們有足