數(shù)電課程設(shè)計---12時制數(shù)字顯示電子鐘

1、<p>　　設(shè)計題目（1）：12時制數(shù)字顯示電子鐘</p><p>　　設(shè)計任務(wù)書：設(shè)計一個數(shù)字顯示顯示時鐘，要求：</p><p>　　1、時鐘的“時”要求用兩位顯示（1~12）；</p><p>　　2、時鐘的“分”、“秒”要求各用兩位顯示；</p><p>　　3、整個系統(tǒng)要有校時部分（可以手動，也可以自動），校時時不能產(chǎn)生進(jìn)

2、位；</p><p>　　4*、能顯示上午、下午標(biāo)志。</p><p><b>　　提示：</b></p><p>　　1、由石英晶體多諧振蕩器和分頻器產(chǎn)生1HZ標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖。</p><p>　　2、“分”、“秒”是60進(jìn)制，可用兩片74160構(gòu)成；</p><p>　　3、“時”是12進(jìn)制計數(shù)器

3、，高位可用T觸發(fā)器構(gòu)成，低位可用74160構(gòu)成。如果高位為1，低位為2，則再有進(jìn)位時將置為01；</p><p>　　4、標(biāo)志燈，如果是上午則上面的燈亮；如果是下午則下面的燈亮?？捎靡粋€T觸發(fā)器構(gòu)成。</p><p>　　12時制數(shù)字顯示電子鐘</p><p><b>　　摘要：</b></p><p>　　數(shù)字電子鐘是

4、一種用數(shù)字顯示秒、分、時、日的計時裝置，與傳統(tǒng)的機(jī)械鐘相比，它具有走時準(zhǔn)確、顯示直觀、無機(jī)械轉(zhuǎn)動裝置等優(yōu)點(diǎn)，因而得到了廣泛的應(yīng)用，例如人們?nèi)粘Ｉ钪械碾娮邮直?，以及車站、碼頭、機(jī)場等公共場所的大型數(shù)顯電子鐘等。。</p><p>　　數(shù)字鐘是一個對標(biāo)準(zhǔn)頻率（1HZ）進(jìn)行計數(shù)的計數(shù)電路。由于計數(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。&l

5、t;/p><p>　　通常使用石英晶體振蕩器電路構(gòu)成數(shù)字鐘。</p><p>　　數(shù)字電子鐘由主體電路和擴(kuò)展電路構(gòu)成，分別完成數(shù)字鐘的基本功能和擴(kuò)展功能。</p><p>　　主體電路由石英晶體振蕩體，分頻器，計數(shù)器，譯碼器，顯示器和校時器等組成。</p><p>　　關(guān)鍵詞：振蕩器，分頻器，計數(shù)器，顯示器，校時器</p><

6、p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1．引言 …………………………………………………………………4</p><p>　　2.方案論證與選擇……………………………………………………………………5</p><p>　　3.單元電路的設(shè)計和元器件的選擇…………………………………………………8</p&g

7、t;<p>　　3.1 T觸發(fā)器的設(shè)計 ………………………………………………………………8</p><p>　　3.2 十進(jìn)制電路的設(shè)計……………………………………………………………9</p><p>　　3.3 六進(jìn)制電路的設(shè)計………………………………………………………… 12</p><p>　　3.4 六十進(jìn)制電路的設(shè)計 ……………………………

8、……………………… 12</p><p>　　3.5 雙六十進(jìn)制電路的設(shè)計…………………………………………………… 12</p><p>　　3.6 十二進(jìn)制電路的設(shè)計……………………………………………………… 13</p><p>　　3.7 時間計數(shù)電路的設(shè)計……………………………………………………… 14</p><p>　　3.8標(biāo)志

9、燈的設(shè)計……………………………………………………………… 14</p><p>　　3.9 主要元件選擇 ………………………………………………………………14</p><p>　　4. 系統(tǒng)電路總圖及原理……………………………………………………………15</p><p>　　結(jié)論………………………………………………………………………………16</p>

10、<p>　　致謝…………………………………………………………………………………17</p><p>　　參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………18</p><p>　　附錄：系統(tǒng)電路原理圖</p><p><b>　　引言</b></p><p>　　數(shù)字電子技術(shù)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課

11、程,加強(qiáng)工程訓(xùn)練,特別是技能的培養(yǎng),對于培養(yǎng)工程人員的素質(zhì)和能力具有十分重要的作用.在電子信息類本科教學(xué)中,電子技術(shù)課程設(shè)計是一個重要的實(shí)踐環(huán)節(jié),它包括選擇課題,電子電路設(shè)計,組裝,調(diào)試和編寫總結(jié)報告等實(shí)踐內(nèi)容.通過課程設(shè)計要實(shí)現(xiàn)以下兩個目標(biāo):第一,讓學(xué)生初步掌握電子線路的試驗(yàn),設(shè)計方法.即學(xué)生根據(jù)設(shè)計要求和性能參數(shù),查閱文獻(xiàn)資料,收集,分析類似電路的性能,并通過組裝調(diào)試等實(shí)踐活動,使電路達(dá)到性能指標(biāo);第二,課程設(shè)計為后續(xù)的畢業(yè)設(shè)計打好

12、基礎(chǔ).畢業(yè)設(shè)計是系統(tǒng)的工程設(shè)計實(shí)踐,而課程設(shè)計的著眼點(diǎn)是讓學(xué)生開始從理論學(xué)習(xí)的軌道上逐漸引向?qū)嶋H運(yùn)用,從已學(xué)過的定性分析,定量計算的方法,逐步掌握工程設(shè)計的步驟和方法,了解科學(xué)實(shí)驗(yàn)的程序和實(shí)施方法,同時,課程設(shè)計報告的書寫,為今后從事技術(shù)工作撰寫科技報告和技術(shù)資料打下基礎(chǔ).。</p><p>　　本次我的課程設(shè)計是關(guān)于數(shù)字顯示電子鐘的設(shè)計，數(shù)字鐘是一種用數(shù)字電路技術(shù)實(shí)現(xiàn)時、分、秒計時的裝置，與機(jī)械式時鐘相比具有更

13、高的準(zhǔn)確性和直觀性，且無機(jī)械裝置，具有更更長的使用壽命，因此得到了廣泛的使用。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。</p><p>　　因此，我們此次設(shè)計數(shù)字鐘就是為了了解數(shù)字鐘的原理，從而學(xué)會制作數(shù)字鐘。而且通過數(shù)字鐘的制作進(jìn)一步的了解各種在制作中用到的中小規(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

14、路的原理與使用方法。</p><p>　　2. 方案論證與選擇</p><p>　　2.1 數(shù)字鐘的系統(tǒng)方案</p><p>　　數(shù)字鐘實(shí)際上是一個對標(biāo)準(zhǔn)頻率（1HZ）進(jìn)行計數(shù)的計數(shù)電路。由于計數(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。在許多應(yīng)用場合下都對多諧振蕩器的振蕩頻率穩(wěn)定性有嚴(yán)格的

15、要求，目前普遍采用的一種穩(wěn)頻方法是在多諧振蕩器電路中接入石英晶體，組成石英晶體多諧振蕩器，本次設(shè)計就是使用石英晶體多諧振蕩器電路構(gòu)成數(shù)字鐘。</p><p>　　圖1 數(shù)字電子鐘方案框圖</p><p>　　2.2 晶體振蕩器電路</p><p>　　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，通常用晶體振蕩器發(fā)出的脈沖經(jīng)過整形、分頻獲得1H

16、z的脈沖。晶體振蕩器電路給數(shù)字鐘提供一個頻率穩(wěn)定準(zhǔn)確的32768HZ的方波信號，可保證數(shù)字鐘的走時準(zhǔn)確及穩(wěn)定，通過4020BD分頻后可產(chǎn)生2Hz的脈沖，然后使用74LS74再進(jìn)行一次分頻，最后輸出1Hz的脈沖，電容C1、C2與晶體構(gòu)成一個諧振型網(wǎng)絡(luò)，完成對振蕩頻率的控制功能，同時提供了一個180度相移，從</p><p>　　而和非門構(gòu)成一個正反饋網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了振蕩器的功能。由于晶體具有較高的頻率穩(wěn)定性及準(zhǔn)確性，從

17、而保證了輸出頻率的穩(wěn)定和準(zhǔn)確。電路圖如下圖所示：</p><p>　　圖2 石英 晶體振蕩器（仿真電路）</p><p>　　2.3 時間計數(shù)電路</p><p>　　一般采用十進(jìn)制計數(shù)器如74HC290、74HC390、74LS161、74LS160等來實(shí)現(xiàn)時間計數(shù)單元的計數(shù)功能。這一部分均使用中規(guī)模集成電路74LS160實(shí)現(xiàn)秒、分的計數(shù)，使用T觸發(fā)器和74LS1

18、60來實(shí)現(xiàn)時的計數(shù)，其中秒、分為六十進(jìn)制，時為十二進(jìn)制。其中，秒、分兩組六十進(jìn)制計數(shù)電路完全相同，當(dāng)計數(shù)到59時，再來一個脈沖變成00，然后從新開始計數(shù)每一個計數(shù)器均有一個異步清零端，通過利用“異步清零”反饋到CLRN端而實(shí)現(xiàn)個位十進(jìn)制，十位六進(jìn)制的功能。</p><p>　　時個位計數(shù)單元電路結(jié)構(gòu)仍與秒或個位計數(shù)單元相同，但是要求，整個時計數(shù)單元應(yīng)為十二進(jìn)制計數(shù)器，不是10的整數(shù)倍，因此需將個位和十位計數(shù)單元合

19、并為一個整體才能進(jìn)行十二進(jìn)制轉(zhuǎn)換。高位由T觸發(fā)器構(gòu)成，低位由74LS160構(gòu)成，控制T=1，當(dāng)開始計數(shù)時，個位按十進(jìn)制計數(shù)，當(dāng)計到9時，高位為1，低位為0，如果高位為1，低位為2，則再有進(jìn)位時將置為01.</p><p><b>　　2.4顯示單元電路</b></p><p>　　選擇共陰8段數(shù)碼管作為顯示單元電路。通過不同的元件輸出端輸出的端口接到數(shù)碼管的端口進(jìn)行顯

20、示。</p><p><b>　　2.5 校時電路</b></p><p>　　數(shù)字鐘應(yīng)具有分校正和時校正功能，因此，應(yīng)截斷分個位和時個位的直接計數(shù)通路，并采用正常計時信號與校正信號可以隨時切換的電路接入其中。如下圖所示，圖中有5個開關(guān)，第一個是單次脈沖開關(guān)，通過單擊此開關(guān)可以實(shí)現(xiàn)對時間的改變，可以用鼠標(biāo)點(diǎn)擊，也可按鍵盤上的空格鍵，A、B、C、D四個開關(guān)分別控制上下午

21、切換、時、分、秒，可以實(shí)現(xiàn)對時間的調(diào)整，當(dāng)開關(guān)接在上面時實(shí)現(xiàn)自動校時功能，接在下面時實(shí)現(xiàn)手動校時功能，按下哪個開關(guān)，則實(shí)現(xiàn)對哪一部分的校時，可分別通過按鍵盤上對應(yīng)的按鍵實(shí)現(xiàn)校時。</p><p><b>　　圖3校正電路</b></p><p>　　2.6 顯示上、下午標(biāo)志電路</p><p>　　標(biāo)志燈起到作用是能顯示上下午的標(biāo)志，如果是上午

22、則上面的燈亮，如果是下午則下面的燈亮，可用一個T觸發(fā)器構(gòu)成，控制T=1，當(dāng)時計數(shù)器有進(jìn)位輸出時，T觸發(fā)器的狀態(tài)改變，從而使上下午標(biāo)志燈發(fā)生改變。</p><p>　　3. 單元電路的設(shè)計與元器件選擇</p><p>　　數(shù)字鐘從原理上講是一種典型的數(shù)字電路，可以由許多中小規(guī)模集成電路組成，所以可以分成許多獨(dú)立的電路。</p><p>　　3.1 T觸發(fā)器的設(shè)計<

23、;/p><p>　　在某些應(yīng)用場合下，需要這樣一種邏輯功能的觸發(fā)器，當(dāng)控制信號T = 1 時每來一個時鐘信號它的狀態(tài)就翻轉(zhuǎn)一次；而當(dāng)T = 0 時，時鐘信號到達(dá)后它的狀態(tài)保持不變。具備這種邏輯功能的觸發(fā)器稱為T 觸發(fā)器。它的特性表如表3.1.1所示</p><p><b>　　表3.1.1</b></p><p>　　從特性表寫出T 觸發(fā)器的特性方

24、程為</p><p><b>　　=T+</b></p><p>　　它的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖和邏輯符號如圖3-1-1 所示。</p><p><b>　　圖3-1-1</b></p><p>　　事實(shí)上只要將JK觸發(fā)器的兩個輸入端連在一起作為T 端，就可以構(gòu)成T 觸發(fā)器。正因?yàn)槿绱?，在觸發(fā)器的定型產(chǎn)品中通常

25、沒有專門的T 觸發(fā)器。JK觸發(fā)器的特性表及狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如表3.1.2和圖3-1-2所示：</p><p><b>　　圖3-1-2</b></p><p>　　T觸發(fā)器仿真電路的設(shè)計</p><p>　　3.2 十進(jìn)制電路的設(shè)計</p><p>　　圖3-2-1是中規(guī)模集成的同步十進(jìn)制加法計數(shù)器74160 的邏輯圖。它不僅

26、有十進(jìn)制計數(shù)的功能，又增加了同步預(yù)置數(shù)、異步置零和保持的功能。</p><p><b>　　圖3-2-1</b></p><p>　　其狀態(tài)轉(zhuǎn)換表及狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如下圖所示</p><p>　　由數(shù)碼管、74160構(gòu)成的十進(jìn)制仿真電路如下圖：</p><p>　　3.3 六進(jìn)制電路的設(shè)計</p><p&g

27、t;　　六進(jìn)制計數(shù)器可用74LS160十進(jìn)制計數(shù)器改造而成，當(dāng)計數(shù)計成Q3Q2Q1Q0=0110狀態(tài)時，圖中的與非門起到譯碼的作用，此時輸出低電平可使計數(shù)器置零，六進(jìn)制電路主要由74LS160、數(shù)碼管組成。其仿真電路如下圖：</p><p>　　3.4 六十進(jìn)制電路的設(shè)計</p><p>　　六十進(jìn)制電路可由十進(jìn)制電路和六進(jìn)制電路進(jìn)行級聯(lián)組成；十進(jìn)制電路作為低位，六進(jìn)制電路作為高位，計數(shù)器

28、從全0狀態(tài)開始計時，當(dāng)計入60個脈沖時經(jīng)與非門使兩個74LS60芯片同時置零，十進(jìn)制電路每由兩個數(shù)碼管、兩個74LS160芯片組成，電路如圖</p><p>　　3.5 雙六十進(jìn)制電路的設(shè)計</p><p>　　雙六十進(jìn)制電路可由兩個六十進(jìn)制電路進(jìn)行級聯(lián)組成，兩個六十進(jìn)制電路分別作為高位和低位，通過右邊的進(jìn)位輸出端與左邊的計數(shù)輸入端進(jìn)行連接，圖中的與門與左邊的六十進(jìn)制電路連接起到進(jìn)位輸出的

29、功能，雙六十進(jìn)制電路由四個數(shù)碼管、四個74LS160芯片組成，電路如圖</p><p>　　3.6 十二進(jìn)制電路的設(shè)計</p><p>　　十二進(jìn)制電路可由一個T觸發(fā)器和一個74LS160芯片組成，高位由T觸發(fā)器構(gòu)成，低位由74LS160構(gòu)成，控制T=1，當(dāng)開始計數(shù)時，個位按十進(jìn)制計數(shù)，當(dāng)計到9時，產(chǎn)生進(jìn)位，，高位為1，低位為0，如果高位為1，低位為2，則再有進(jìn)位時將置為01，十二進(jìn)制電路

30、如圖</p><p>　　3.7 時間計數(shù)電路的設(shè)計</p><p>　　時間計數(shù)電路是能夠正確顯示時間的電路，可由十二進(jìn)制電路、雙六十進(jìn)制電路進(jìn)行級聯(lián)組成，其電路如圖</p><p>　　3.8標(biāo)志燈電路的設(shè)計</p><p>　　標(biāo)志燈是能顯示上下午的標(biāo)志，如果上午的話，則上面的紅燈亮，下午則用下面的綠燈表示，通過T觸發(fā)器的功能來實(shí)現(xiàn)上下

31、午的轉(zhuǎn)變，標(biāo)志燈電路由一個T觸發(fā)器和2個標(biāo)志燈組成，其電路如圖</p><p>　　3.9 主要元件選擇</p><p>　　1．共陰8段數(shù)碼管6個；</p><p>　　2、CD4060集成塊1塊；</p><p>　　3、74LS74D集成塊1塊；</p><p>　　4、74LS160D集成塊5塊；</p&

32、gt;<p>　　5、T_FF集成塊2塊；</p><p><b>　　6、標(biāo)志燈2個；</b></p><p>　　7、R145_32..768KHz時鐘晶體1個</p><p>　　8、50nF二極管2個；</p><p><b>　　9、1K電阻2個；</b></p>

33、<p><b>　　10、開關(guān)4個；</b></p><p>　　11、非門、與非門若干；</p><p>　　4. 系統(tǒng)電路總圖及原理 </p><p>　　將設(shè)計的各個單元電路進(jìn)行級聯(lián)，得到數(shù)字電子鐘系統(tǒng)電路原理圖見附錄</p><p><b>　　結(jié)論</b></p>

34、<p>　　看著自己設(shè)計、連線、調(diào)試成功的數(shù)字電子鐘，很有成就感。真的很有收獲，體會到了什么是學(xué)以致用，理論與實(shí)踐的差別到底有多大。以前上課都是上一些最基本的東西而現(xiàn)在卻可以將以前學(xué)的東西做出有實(shí)際價值的東西。在這個過程中，我的確學(xué)得到很多在書本上學(xué)不到的東西，如：怎么設(shè)計一個六十、十二進(jìn)制計數(shù)器，如何實(shí)現(xiàn)校時的防抖動等等。但也遇到了不少的挫折，有時遇到了一個錯誤怎么找也找不到原因所在，找了老半天結(jié)果卻是接頭的方向接錯了，

35、有時更是忘接地了。在學(xué)習(xí)中的小問題在課堂上不可能犯，在動手的過程中卻很有可能犯。特別是在連接電路時，一不小心就會犯錯，而且很不容易檢查出來。</p><p>　　我的動手能力又有了進(jìn)一步的提高，我感到十分的高興。同時學(xué)到了課本上沒有的東西，也鍛煉了自己獨(dú)立解決問題的能力。這在以后的學(xué)習(xí)和生活中會有很大的用處。但是我還有不足，按照電路連接實(shí)物時，器件的擺放不夠科學(xué)，最終導(dǎo)致了，只有自己能看懂電路的走向。不過我會在以

36、后的學(xué)習(xí)中逐步提高，做一個動手能力強(qiáng)的大學(xué)生。</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　通過一個星期的時間，我的課程設(shè)計劃圓滿的完成。本次的課程設(shè)計能夠順利的完成，僅是靠我本人單方面的努力是不行的，還得到老師和同學(xué)的幫助，在這里我要表示感謝。</p><p>　　首先，感謝學(xué)校提供給我們這么好的學(xué)習(xí)環(huán)境，在這樣優(yōu)越的環(huán)境下

37、，對我課程設(shè)計的圓滿完成有提供了硬件基礎(chǔ)。</p><p>　　然后，也感謝xx老師這學(xué)期對我們辛勤的教導(dǎo)以及在課程設(shè)計方面對我們的指導(dǎo)。</p><p>　　最后，還要感謝給予我?guī)椭耐瑢W(xué)，課程設(shè)計的圓滿完成有你們的一份功勞。</p><p>　　在本次課程設(shè)計完成時，由衷的感謝幫助過我的人。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)

38、</b></p><p>　　[1]：閆石 ，數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) ，高等教育出版社 </p><p>　　[2]：楊志忠，華沙，電子技術(shù)課程設(shè)計，機(jī)械工業(yè)出版社</p><p>　　[3]：朱定華，現(xiàn)代數(shù)字電路與邏輯設(shè)計，清華大學(xué)出版社 北京交通大學(xué)出版社</p><p>　　[4]：趙淑范，王憲偉，電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計，清華大學(xué)