1、-目 錄摘 要11數(shù)字鐘的構(gòu)造設(shè)計及方案選擇11.1振蕩器的選擇11.2計數(shù)單元的構(gòu)成及選擇11.3譯碼顯示單元的構(gòu)成選擇11.4校時單元電路設(shè)計及選擇12 數(shù)字鐘單元電路的設(shè)計12.1振蕩器電路設(shè)計12.2時間計數(shù)單元設(shè)計12.2.1集成異步計數(shù)器74LS39012.2.2 用74LS390構(gòu)成秒和分計數(shù)器電路12.2.3用74LS390構(gòu)成時計數(shù)器電路12.2.4 時間計數(shù)單元總電路12.3譯碼顯示單元電路設(shè)計12.4 校時單元電路設(shè)計12.5整點報時單元電路設(shè)計.13 數(shù)字鐘的實現(xiàn)電路及其工作原理14電路的搭建與調(diào)試15完畢語1參考文獻(xiàn)1附錄1：1. z-摘 要數(shù)字鐘被廣泛用于個人家庭及

2、公共場所,成為人們?nèi)粘Ｉ钪械谋匦杵贰ＶT如定時自動報警、按時自動打鈴、定時播送、自動起閉路燈、定時開關(guān)烘箱、甚至各種定時電氣的自動啟用等，所有這些，都是以鐘表數(shù)字化為根底的。因此，研究數(shù)字鐘及擴(kuò)大其應(yīng)用，有著非常現(xiàn)實的意。數(shù)字電子鐘，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。數(shù)字電子鐘有以下幾局部組成：振蕩器，分頻器，60進(jìn)制的秒、分計時器和12進(jìn)制計時計數(shù)器，秒、分、時的譯碼顯示局部及校正電路等。關(guān)鍵詞：數(shù)字鐘 555多諧振蕩器 計數(shù)器 74LS390 74LS48數(shù)字電子時鐘的設(shè)計及制作1數(shù)字鐘的構(gòu)造設(shè)計及方案選擇數(shù)字鐘實際上是一個對標(biāo)準(zhǔn)頻率(1HZ)進(jìn)展計數(shù)的計數(shù)

3、電路。主要由振蕩器、分頻器、計數(shù)器、譯碼器顯示器和校時電路組成。振蕩器產(chǎn)生穩(wěn)定的高頻脈沖信號，作為數(shù)字鐘的時間基準(zhǔn)，通常使用石英晶體震蕩器，然后經(jīng)過分頻器輸出標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖，或者由555構(gòu)成的多諧振蕩器來直接產(chǎn)生1HZ的脈沖信號。秒計數(shù)器滿60后向分計數(shù)器進(jìn)位，分計數(shù)器滿60后向小時計數(shù)器進(jìn)位，小時計數(shù)器按照“12翻1規(guī)律計數(shù)。計數(shù)器的輸出分別經(jīng)譯碼器送顯示器顯示。由于計數(shù)的起始時間不可能與標(biāo)準(zhǔn)時間一致，故需要在電路上加一個校時電路，當(dāng)計時出現(xiàn)誤差時，可以用校時電路校時、校分。如圖 1-1所示為數(shù)字鐘電路系統(tǒng)的組成框圖。圖1-1數(shù)字鐘電路系統(tǒng)的組成框圖方案一：首先構(gòu)成一個NE555定時器產(chǎn)生震蕩周

4、期為0.5秒的標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖，在加一個74ls74分頻電路。由74LS390采用清零法分別組成六十進(jìn)制的秒計數(shù)器、六十進(jìn)制分計數(shù)器、十二進(jìn)制時計數(shù)器。使用74ls74d的輸出作為秒記數(shù)器的CP脈沖，把秒記數(shù)器地進(jìn)位輸出作為分記數(shù)器地CP脈沖，分記數(shù)器的進(jìn)位輸出作為時記數(shù)器的CP脈沖。使用74LS48為驅(qū)動器，共陰極數(shù)碼管作為顯示器,再以根本RS鎖存器構(gòu)成校時電路。方案二：首先構(gòu)成一個由石英晶體振蕩器和由CD4060構(gòu)成的分頻器構(gòu)成的產(chǎn)生震蕩周期為一秒的標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖，由CD4518采用清零法分別組成六十進(jìn)制的秒計數(shù)器、六十進(jìn)制分計數(shù)器、十二進(jìn)制時計數(shù)器。使用由石英晶體振蕩器和由CD4060構(gòu)成的分頻器

5、構(gòu)成的產(chǎn)生震蕩周期為一秒的標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖，把秒計數(shù)器地進(jìn)位輸出作為分計數(shù)器的CP脈沖，分計數(shù)器的進(jìn)位輸出作為時計數(shù)器的CP脈沖。使用CD4511為驅(qū)動器，共陰極數(shù)碼管作為顯示器。本次設(shè)計中我選用方案一進(jìn)展設(shè)計。1.1振蕩器的選擇方案一：采用石英晶體振蕩器。石英晶體振蕩器具有體積小、重量輕、可靠性高、頻率穩(wěn)定度高等優(yōu)點。其具有極高的頻率穩(wěn)定性主要用在要求頻率十分穩(wěn)定的振蕩電路中作諧振元件但本錢相對較高。 方案二：采用555多諧振蕩器。555多諧振蕩器只需簡單的電阻器、電容器即可完成特定的振蕩延時作用。其延時圍極廣可由幾微秒至幾小時之久。其操作電源圍廣可與TTL、CMOS等邏輯電路配合，它的計時準(zhǔn)確度

6、高、溫度穩(wěn)定度佳且本錢較低。 綜上所述分析應(yīng)選方案二555多諧振蕩器做數(shù)字鐘的核心。1.2計數(shù)單元的構(gòu)成及選擇時間計數(shù)電路由秒個位和秒十位計數(shù)器、分個位和分十位計數(shù)器及時個位和時十位計數(shù)器電路構(gòu)成，其中秒個位和秒十位計數(shù)器、分個位和分十位計數(shù)器為60進(jìn)制計數(shù)器，而根據(jù)設(shè)計要求，時個位和時十位計數(shù)器為12進(jìn)制計數(shù)器。計數(shù)單元可選擇異步十進(jìn)制計數(shù)器74LS390，異步十進(jìn)制計數(shù)器74LS90，雙時鐘同步加減計數(shù)器74LS192都可以很容易構(gòu)成十進(jìn)制，十二進(jìn)制，二十四進(jìn)制，六十進(jìn)制分頻器。方案一：采用CMOS電路。CMOS電路是一種低功耗器件。雖功耗低但是當(dāng)電流過大時會燒毀芯片并且S電路的速度慢傳輸

7、延遲時間長(25-50ns)。 方案二:采用TTL電路。TTL電路是電流控制器件TTL電路的速度快傳輸延遲時間短(5-10ns)能到達(dá)很好的精度。 通過以上兩種方案的比較應(yīng)選方案二。在設(shè)計中我選擇74LS390。1.3譯碼顯示單元的構(gòu)成選擇譯碼驅(qū)動電路將計數(shù)器輸出的8421BCD碼轉(zhuǎn)換為數(shù)碼管需要的邏輯狀態(tài)，并且為保證數(shù)碼管正常工作提供足夠的工作電流。顯示電路的組成主要是數(shù)碼管，數(shù)碼管由7個發(fā)光二極管組成，行成一個日字形，它門可以共陰極，也可以共陽極，本設(shè)計中為共陰極七段顯示LED數(shù)碼管。可采用74LS47，74LS48,CD4511等集成電路將BCD碼譯成段碼發(fā)送給7段發(fā)光二極管數(shù)碼管，當(dāng)然

8、要選擇相配的共陰極或共陽極譯碼驅(qū)動器。方案一：使用CD4511和LG5011AH。方案二：選擇74LS48和TLG342。在這個電路中我選擇了74LS48+數(shù)碼顯示管。1.4校時單元電路設(shè)計及選擇當(dāng)重新接通電源或走時出現(xiàn)誤差時都需要對時間進(jìn)展校正，所以數(shù)字鐘應(yīng)具有分校正和時校正功能。對校時電路的要：在小時校正時不影響分和秒的正常計數(shù)；在分校正時不影響秒和小時的正常計數(shù)。手動產(chǎn)生單次脈沖作校時脈沖，即每撥動校時開關(guān)一個來回，計數(shù)器計數(shù)一次，屢次撥動開關(guān)就可以進(jìn)展準(zhǔn)確校時。在設(shè)計中我選用根本SR鎖存器進(jìn)展設(shè)計校時電路，因為在校時時可能會出現(xiàn)抖動現(xiàn)象使結(jié)果不準(zhǔn)確，根本SR鎖存器既簡單方便又可以消除這

9、個現(xiàn)象。2 數(shù)字鐘單元電路的設(shè)計2.1振蕩器電路設(shè)計多諧振蕩器是能產(chǎn)生矩形波的一種自激振蕩器電路，由于矩形波中除基波外還含有豐富的高次諧波，故稱為多諧振蕩器。多諧振蕩器沒有穩(wěn)態(tài)，只有兩個暫穩(wěn)態(tài)，在自身因素的作用下，電路就在兩個暫穩(wěn)態(tài)之間來回轉(zhuǎn)換，故又稱它為無穩(wěn)態(tài)電路。由555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器如圖1所示，R1，R2和C是外接定時元件，電路中將高電平觸發(fā)端6腳和低電平觸發(fā)端2腳并接后接到R2和C的連接處，將放電端7腳接到R1，R2的連接處。由于接通電源瞬間，電容C來不及充電，電容器兩端電壓UC為低電平，小于1/3VCC，故高電平觸發(fā)端與低電平觸發(fā)端均為低電平，輸出UO為高電平，放電管VT截止

10、。這時，電源經(jīng)R1，R2對電容C充電，使電壓UC按指數(shù)規(guī)律上升，當(dāng)UC上升到2/3VCC時，輸出UO為低電平，放電管VT導(dǎo)通，把UC從1/3VCC上升到2/3VCC這段時間電路的狀態(tài)稱為第一暫穩(wěn)態(tài)，其維持時間TPH的長短與電容的充電時間有關(guān)。時間常數(shù)T=0.7R12R2C。不難理解，接通電源后，電路就在兩個暫穩(wěn)態(tài)之間來回翻轉(zhuǎn)，則輸出可得矩形波。其原理圖如圖2-1：圖2-1 用555定時器組成振蕩器的電路2.2時間計數(shù)單元設(shè)計時間計數(shù)單元由時計數(shù)、分計數(shù)和秒計數(shù)等幾個局部組成。時計數(shù)單元為12數(shù)器計數(shù)，其輸出為兩位8421BCD碼形式，分計數(shù)和秒計數(shù)單元為60進(jìn)制計數(shù)器，其輸出也為8421BCD

11、碼。本實驗采取了用兩塊74LS390芯片進(jìn)展級聯(lián)來產(chǎn)生60進(jìn)制和12進(jìn)制計數(shù)器。2.2.1集成異步計數(shù)器74LS39074LS390是雙十進(jìn)制計數(shù)器，具有雙時鐘輸入，并具有下降沿觸發(fā)、異步清零、二進(jìn)制、五進(jìn)制、十進(jìn)制計數(shù)等功能。如圖2-2為74LS390引腳圖，表2.1為74LS390的功能表。圖2-2 74LS390引腳圖表2-2 74LS390功能表1異步清零：CR為高電平時直接清0，與CP信號無關(guān)即異步清零。2二進(jìn)制計數(shù)器：CP接ACP端，為下降沿觸發(fā)，0Q有相應(yīng)的狀態(tài)變化01。3五進(jìn)制計數(shù)器：CP接BCP端，為下降沿觸發(fā)，3Q2Q1Q三個輸出端有相應(yīng)的狀態(tài)變化000100。4十進(jìn)制計數(shù)

12、器：將0Q直接與BCP相連接，由ACP作輸入脈沖可構(gòu)成8421BCD碼十進(jìn)制計數(shù)器。2.2.2 用74LS390構(gòu)成秒和分計數(shù)器電路秒個位計數(shù)單元為10計數(shù)器，無需進(jìn)制轉(zhuǎn)換，只需將QA與INB相連即可。INA與1HZ秒輸入信號相連，Q3可作為進(jìn)位信號與十位計數(shù)單元的INA相連。秒十位計數(shù)單元為6進(jìn)制計數(shù)器，需要進(jìn)制轉(zhuǎn)換。將10進(jìn)制計數(shù)器轉(zhuǎn)換為6進(jìn)制計數(shù)器的電路連接方法為：將Q1，Q2和一個與門相連接，與門輸出到MR即可實現(xiàn)異步清0實現(xiàn)6進(jìn)制。Q2可作為進(jìn)位信號與分個位的計數(shù)單元的CKA相連，如圖2-3所示。圖2-3 秒和分計數(shù)器的連接電路圖分個位和分十位計數(shù)單元電路構(gòu)造分別與秒個位和秒十位計數(shù)

13、單元完全一樣，也是分個位計數(shù)單元的Q3作為進(jìn)位信號與分十位計數(shù)單元的CKA相連，分十位計數(shù)單元的Q2作為進(jìn)位信號應(yīng)與時個位計數(shù)單元的CKB相連。秒十位計數(shù)單元為6進(jìn)制計數(shù)器，需要進(jìn)制轉(zhuǎn)換，將10進(jìn)制計數(shù)器轉(zhuǎn)換為6進(jìn)制計數(shù)器。2.2.3用74LS390構(gòu)成時計數(shù)器電路時計數(shù)單元的個位和十位分別為2進(jìn)制和3進(jìn)制計數(shù)。個位的輸入脈沖為分十位的Q2，將QA接至CKB，十位的輸入為個位的Q1，CKB不需要輸入信號，再將十位的QO與個位的Q1與一個與門連接，將輸出接至個位與十位的MR即可構(gòu)成異步清零實現(xiàn)12進(jìn)制計數(shù)。如圖2-4為時計數(shù)器的電路圖： 圖2-4 時計數(shù)器連接電路圖2.2.4 時間計數(shù)單元總電路

14、如圖2-5所示電路為數(shù)字鐘的時間計數(shù)單元電路連接：圖2-5 數(shù)字鐘的時間計數(shù)單元電路連接圖2.3譯碼顯示單元電路設(shè)計時分秒計時器輸出8421BCD碼之后，直接輸給自帶譯碼功能的DCD_HE* BLUE數(shù)碼管這個譯碼顯示電路相當(dāng)于由共陰極譯碼器74LS48和七段數(shù)碼管LED組成。2.4 校時單元電路設(shè)計2.4 校時單元電路設(shè)計當(dāng)重新接通電源或走時出現(xiàn)誤差時都需要對時間進(jìn)展校正，所以數(shù)字鐘應(yīng)具有分校正和時校正功能。對校時電路的要：在小時校正時不影響分和秒的正常計數(shù)；在分校正時不影響秒和小時的正常計數(shù)，所以，必須要有兩個控制開關(guān)分別控制分個位和十個位的脈沖信號。在校時時，應(yīng)截斷分個位或者時個位的直接

15、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。 圖2-10為校“時、校“分電路。其中Key =B為校“分用的控制開關(guān)，Key = A為校“時用的控制開關(guān)。圖2-10 校時電路2.5整點報時單元電路設(shè)計電路在整點10前開場報時，即在59分50秒到59分59秒之間報時電路工作。在此期間分十位分個位，秒個位是不變的而且都是高電平，所以采用與電路相連接之后輸出高電平給蜂鳴器。3 數(shù)字鐘的實現(xiàn)電路及其工作原理數(shù)字鐘的完整電路圖如圖3-1所示：數(shù)字鐘的工作原理：首先要將開關(guān)SW4打向下邊電路才會開場工作，給秒個位的INA端輸入一個標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖信號此信號即為555脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)脈沖信

16、號。1Key = A,Key = B開關(guān)都打向上邊時，數(shù)字鐘開場計數(shù)，其中，秒、分為60進(jìn)制計數(shù)，時為12進(jìn)制計數(shù)。2Key =A打向上邊，Key = B打向下邊時，可以進(jìn)展校分功能：手動產(chǎn)生脈沖作校時脈沖.3Key = A打向下邊，Key = B打向上邊時，可以進(jìn)展校時功能，其方法與校分的方法一樣。圖3-1 數(shù)字鐘原理圖4電路的搭建與調(diào)試安裝與調(diào)試步驟：按照所示的數(shù)字鐘系統(tǒng)組成框圖，先將秒個位、秒十位、分個位、分十位、時個位、時十位分級在面包板上搭好，在經(jīng)過調(diào)試沒有出現(xiàn)問題后再將它們一一逐級級聯(lián)，級聯(lián)后再進(jìn)展整體計時電路的調(diào)試，假設(shè)此電路能夠進(jìn)展正常計數(shù)，則一個完整的計時電路就出來了。最后分

17、別進(jìn)展秒脈沖發(fā)生器及校時電路的安裝，經(jīng)調(diào)試沒有出現(xiàn)問題，再將它們與計時電路連接。最后進(jìn)展整體電路的調(diào)試。在搭建電路的過程中發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管不能正常顯示的狀況，經(jīng)檢驗發(fā)現(xiàn)是由于接地出現(xiàn)問題由于是共陰極數(shù)碼管故不會工作，其中包括線的接觸不良和芯片的接觸不良。在測試校準(zhǔn)電路時撥動兩次脈沖開關(guān)，計數(shù)器并能準(zhǔn)確加1，因為用根本RS觸發(fā)器可以實現(xiàn)防抖動功能。圖4-1為實物圖：5完畢語經(jīng)過多日的努力，終于將本次課程設(shè)計做完了，在本次課程設(shè)計過程中，我增強(qiáng)了自己的動手能力和分析能力。通過跟教師和同學(xué)的交流，也通過自己的努力，我按時完成了這次課程設(shè)計。在此過程中，我學(xué)會了很多，也看到了很多自己的缺乏之處。在以后的學(xué)習(xí)

18、生活中，我會努力學(xué)習(xí)專業(yè)知識，完善自我，為將來的開展做好充分的準(zhǔn)備。這次課程設(shè)計使我受益匪淺，學(xué)到了很多書本上所沒有的東西，懂得了理論和實際聯(lián)系的重要性。在以后的學(xué)習(xí)中，我不僅要把理論知識掌握結(jié)實，更要提高自己的動手能力和分析能力通過本次課程設(shè)計。這期間我遇到了很多的困難，發(fā)現(xiàn)了很多的問題，正是在解決問題的期間我才慢慢地熟悉了數(shù)字電子技術(shù)根底的根底知識，才慢慢學(xué)會了如何去按照給定的要求設(shè)計出適宜的電路。本次課程設(shè)計主要是運用電子技術(shù)根底所學(xué)到的數(shù)字電子技術(shù)根底知識來設(shè)計一個符合要求的數(shù)字鐘，本次設(shè)計不僅要求我們要掌握數(shù)字電子技術(shù)根底課程的根底知識，還要求我們對數(shù)字鐘的各個組成局部的原理，包括振

19、蕩器的原理、計數(shù)器的原理、譯碼驅(qū)動原理和校時原理都有深刻的理解和掌握，本次課程設(shè)計最重要的是要求我們能夠運用所學(xué)的知識將幾種單元電路組合起來，并且能夠根據(jù)給定性能指標(biāo)求解電路中的參數(shù)，用軟件進(jìn)展模擬，用面包板搭出電路，最后驗證結(jié)果。在這次課程設(shè)計我明白了一個道理:無論做什么事情,都必需養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn),認(rèn)真,善思的工作作風(fēng).雖然我現(xiàn)在已經(jīng)初步學(xué)會了如何設(shè)計符合要求的數(shù)字鐘電路，但是離真正能夠利用已學(xué)的數(shù)電知識自由設(shè)計使用電路的還有一段的距離。正如教師所說這是一次我們?nèi)松芤娣藴\的實踐，我想我體會到了。參考文獻(xiàn)1 康光華主編. 電子技術(shù)根底數(shù)字局部. 高等教育，2021年4月2 高建新等主編. 電子技術(shù)