1、電子技術課程設計總結報告課題名稱：數字顯示電子時鐘專 業:電氣工程及其自動化班 級：學 號：姓 名：指導教師：摘要3第一章設計指標41.1設計題目41.2設計任務和要求41.3設計原理4第二章系統方案52.1系統模塊及框圖52.2單元電路設計62. 2.1秒基準信號發生器6計數器7數碼顯示8校時切換電路8校時切換電路92. 2. 4整體電路圖9部分芯片實際引腳圖及功能112 3 multisim 仿真12第三章方案總結123. 1元件清單123.2電路及方案的特點123.3心得體會13參考文獻：13摘要時鐘是生活中必不可少的工具，實際生活中，時鐘小巧精致甚至很多是作為另一個工具 的附加物（如手

2、機、收音機等）。但實際上時鐘的原型一一脈沖源是時序邏輯電路完成其邏 輯功能的基礎。如果電源是數字電路的發動機的話，那么時鐘源就是它的輪胎使它能向前運 行，所以幾乎所有電子產品都離不開時鐘源。本設計目的不在制作生活用的電子時鐘，而是 希望通過對電子鐘的分模塊設計，加深對震蕩電路、波形轉換、分頻器、計數器、數據選擇 器、譯碼器、數碼管等的理解，加強對實際集成器件的應用，鍛煉電路焊接技術和檢查排錯 能力。本設計通過32768Hz晶體和14位二進制分頻器4060產生2Hz的脈沖信號，再通過JK 觸發器4027組成的二分頻器產生1Hz秒脈沖，比基于555定時器的時鐘源蓿確和穩定。顯 示部分采用CD451

3、1驅動共陰極7段數碼管。校時部分采用四二選一數據選擇器74157芯片 選擇正常走時或手動校時。設計過程中先使用multisimll. 0進行仿真設計，后又進行實際焊接。第一章設計指標11設計題目數字電子時鐘1.2設計任務和要求1、時鐘的"時”要求用兩位顯示，采用24進制。2、時鐘的“分”、“秒”要求各用兩位顯示。3、整個系統要有校時部分，校時時不能產生進位。1.3設計原理1, 由石英晶體多諧振蕩器和分頻器產生1HZ標準秒脈沖。2, “秒電路”、“分電路”均為00-59的六十進制計數、譯碼、顯示電路。3, “時電路”為00-23的二十四進制計數、譯碼、顯示電路。第二章系統方案2.1系統

4、模塊及框圖數字顯示電子鐘系統包括秒脈沖發生器、秒60進制計數器、分60進制計數器、時24 進制計數器、6個數碼管及數字顯示譯碼器、校時與正常走時選擇電路、手動校時脈沖發生 電路。系統總體框圖如下。顯示顯示顯示顯示顯示顯示其過控制開關控制數據選擇器可以選擇將1HZ秒脈沖信號送紿秒計數器并且斷開校時 脈沖對分、時計數器的控制，或斷開1HZ對秒計數器的控制給之清零信號并接通校時電路與 分.時計數器的通道。2.2單元電路設計秒基準信號發生器秒基準信號發生器實質上是1Hz的時鐘信號源，數字電路中的時鐘是由振蕩器產生的， 振蕩器是數字鐘的核心。振蕩器的穩定度及頻率的精度決定了數字鐘計時的準確程度，一般 來

5、說，振蕩器的頻率越高，計時精度越高。它利用某種反饋方式產生時鐘信號。對數字電路 來說，振蕩器的輸出的幅度圍為0v-5v的方波信號而不是鋸齒波、三角波或其他形式。利 用555定時器和電容電阻可以產生時鐘脈沖但是其精確度和穩定性不高。而通過32768Hz 石英晶體和非門構成的振蕩器穩定性和精度都很高，但其頻率太高需要多15級二分頻器才 能產生1Hz的秒基準信號。所以考慮使用含有非門和14級二進制串行分頻器的集成塊CD4060,既可以提供非門又 可以進行14級二分頻產生2Hz的信號，其中反相器并聯電阻可使反相器工作在，電壓跳變 的轉折區，利于起振，阻值不能太小否則無法起振。如圖1。再將2Hz的信號經

6、由雙JK觸發器4027芯片組成的二分頻器進行二分頻得到1Hz的秒基 準信號。如下圖2：1L20pL847TT1610VDD10m11CD4060Q14-1卜CPI16VDDHEF4027 Q+5v1HzUout圖2 （秒基準脈沖發生器）2. 2. 2計數器秒、分計數器都是60進制計數器，時計數器為24進制。考慮到成本，采用2-5-10計數器741s90,共需六個。每個7490的引腳1和12相接構成十進制計數黠再由兩個10進制計數器配上與門構成60進制和10進制計數器如圖3 （60進制）和圖4 （24進制）。丄 2 1 0-OO 9 9RR RRQAQBX3NBJ D A CJ,Q <0

7、丄12 1 2OO 9 9RR RR53ABB>-1圖3 （ 60進制計數器尸2. 2.3數碼顯示顯示模塊采用7段顯示共陰極數碼管,使用CD4511BE譯碼并驅動，330Q電阻限流,4511的試燈和消隱都接高電平，鎖定接地,電路圖如圖5 （顯示電路）rA B C D EJ圖5 （顯示電路）2. 2.3校時切換電路校時電路的核心是四二選一數選器74157,相當于四個同步切換單刀雙擲開關，切換開 關通過與非門改造的反相器把信號送給74157的地址輸入端，加個反相器可以有效控制控制 開關切換時對已經校準過的分、時產生干擾。分脈沖輸入時接的與非門也是為了防止控制開 關切回正常走時時對已經校準的分

8、的干擾。注：由于仿真軟件的限制，輕觸開關用單刀單擲開關代替。2. 2.4整體電路圖U4U9U6U14DCD HEX YELLOW24U15A26254)8nR9IM2U1DCD HEX YELLOWDCD HEX YELLOWDCD HEX YELLO5V19929nnn:XBMlRG2MlM2IHXDCKIK2旳R52R&l171439X3vccTto:如腳入n1 DCD HEX yinliiiU11DCD HEX YELLOW :Kfc3 :KBce ccMlR020IWl0 IXBce ccRD1R&2R91R5Qcc7490H二U18A心青寥信號埼入妙5V74SOOD1

9、Y2Y3Y4YU2A*U132B3B衛 MY34妙計算器脈神3彳 時脈神域入圏6（校時電賂）U18B74SOOO74157N注：由于仿真軟件的限制，輕觸開關用單刀雙擲開關代替。數碼管已經置譯碼器。2. 2.5部分芯片實際引腳圖及功能s1691514g13s12g11410g9oZVCCFGAiBCIECD4511BELT BL LE A3 A0VSSAl A2Z1引腳3和引腳4分別為試燈和消隱，低電平有效，故本設計使用時接高電平。 引腳5為鎖定功能，高電平有效，使用時接低電平。INPUTSSTROBE丫 4INPUTSA3INPUTSB2GNDINPUTS °UTPUTOUTPUTB

10、3Y3B1 . Y1A2OUTPUTSELECT 、引腳l為地址端，用于選擇將A送給Y或者將B送給Y2. 3 multisim 仿真在仿真妙基準信號發生器時，發現用CD4060和晶體模擬晶振并不能出現脈沖信號。在網 上查閱資料后發現，可能是模擬晶振需要耗費大量計算資源，所以一般仿真軟件無法仿真晶 振。但可以用單獨的反相器和晶體等仿真出振蕩電路。小時的高位能顯示0、1、2三個數，屬于三進制，剛開始誤以為它是二進制故最初時計數 器的高位7490芯片沒有將引腳1和12相接構成十進制，結果仿真時發現高位岀現2就自動 清零，此問題才得以發現并更正。剛開始沒有考慮，校時切換開關動作對分、時的影響。仿真結果

11、是，校時切換時，分和時 都自動出現進位，后經改進控制開關串聯一個與非門構成的反相器，并使用與非門將校時切 換時送給秒的清零信號反饋給分的時鐘輸入端抑制其進位。第三章方案總結3. 1元件清單名稱/型號數量/個備注七段共陰極數碼管6顯不譯碼器CD4511BE6驅動數碼管計數器741s906構成60進制和24進制計數器四二選一數選器741S1571構成校時切換電路與門741s081幫助計數器清零計數與非門74hc001單刀雙擲開關1控制校時電路的切換輕觸開關2產生校時脈沖晶體1一起構成2Hz,時鐘信號發生 電路CD4060110mQ電阻120pf瓷電容2雙JK觸發器CD40271構成二分頻器5V直流

12、電源1試驗臺等提供330Q電阻42作為數碼管限流電阻5kG電阻3用于手動開關切換高電平限 流3.2電路及方案的特點該電子時鐘電路，釆用32768Hz晶體和CD4060部的反相器構成振蕩器，晶體生產工藝 成熟，頻率精確穩定，而且反相器可對其波形整形，故可產生精確穩定的脈沖信號，通過 CD4060的14級分頻器和JK觸發器改造的二分頻器將脈沖變成1Hz的妙基準脈沖。所用器 件不多就可產生妙基準時鐘。該電路還通過四二選一數選器構成，校時和正常走時切換電路，校時的時候切斷了秒脈 沖并將秒計數器清零不會產生進位。正常走時的時候切斷了校時脈沖，校時輕觸開關不起作 用。同時利用與非門構成的反相器消除開關動作

13、和抖動對分、時計數器的影響。由于成本的原因，選用7490作為10進制計數器，需要先將2-5進制連接成10進制， 造成連線增多不利于實際焊接。由于譯碼器限制未考慮數碼管無效零消隱，增加了電路功耗。 由于時間原因，未設計整點報時電路。改進方向是增加無效零消隱功能，利用減法計數器觸發555定時器并驅動蜂嗚器實現整 點前報時相應次數。3.3心得體會通過此次數字顯示電子時鐘的設計，熟悉了課程設計的基本原則和一般過程。強化了將復 雜系統分功能塊設計的思想。設計時很大程度上利用了計算機的模擬仿真技術，幫助發現和 解決了許多問題，例如通過仿真異步清零法實現的60進制計數器，徹底弄清楚了同步清零 與異步清零的不

14、同，和實際應用中的使用方法。但有時仿真軟件也帶來了一些問題，比如仿 真時采用方波電源提供1Hz秒脈沖，結果走了好長時間也沒出現走秒，用示波器測其波形， 結果好長時間才出現一次跳變，于是發現仿真的頻率比實際頻率低的多，后來將頻率提高到 幾千赫茲才出現了接近走秒頻率。而且通過了解還發現不同的計算機仿真的結果還不一樣， 有的同學將頻率調為幾百赫茲就能得到接近秒的頻率。這讓我對仿真軟件有了更深的認識。理論和仿真上沒問題后，開始了實際焊接。焊接可是花費了大量時間，一方面實際管腳圖 與仿真管腳不同，而且芯片正面與反面管腳位置分布相反很容易搞混；另一方面初次焊接電 路板，由于電子鐘所用元件多，受限于萬用板面積，芯片排布很緊密，更增加了管腳識別和 焊接難度。焊接時不是焊接不牢固就是焊接短路，真是花費了好長時間才逐漸掌握。但可惜的是最終焊出來的板，后面的線占滿了板，小時部分顯示與校準也有問題，管腳和 連線實在太多，檢查多次找不到問題。而且由于使用網線里面的細線作為連接用線，后來才 發現這種比較硬的線不敢多次掰動檢查，否則很容易折斷，于是最終放棄了檢查小時部分。 雖然實物沒有做成功，但還是在焊接過程中學了不少東西。比如用萬用表檢查連通性，可有 效的檢查出短路和虛焊，這是我焊板時使用最多的排錯方法。有時候不得不接通電源，測量 特定點的電壓