專業課程設計報告

題目：數字電子鐘課程設計

系

別

電氣工程系

專業班級

電氣班

學生姓名

指導教師

提交日期

2011年X月X日

一、設計目的3

二、設計要求和設計指標

三、設計內容

3.1方案設計與選擇

3.2原理設計和功能描述

3.2.1數字計時器的設計思想

3.2.2數字電子鐘總體框架圖

3.3單元電路的設計

3.3.1數字電子鐘原理效果圖

3.3.2晶體振蕩器電路

3.3.3分頻器電路

3.3.4時間計數器電路

3.3.5數碼管

3.3.6揚聲器

3.4元器件清單

3.4.1數字電子鐘仿真

四、本設計改進建議

五、感想

六、主要參考文獻

附錄

一、設計目的數字鐘是一種用數字電路技術實現時、分、秒計時的裝置，與機械式時鐘相比具有更高的準確性和直觀性，且無機械裝置，具有更更長的使用壽命，因此得到了廣泛的使用。

數字鐘從原理上講是一種典型的數字電路，其中包括了組合邏輯電路和時序電路。

因此，我們此次設計與制做數字鐘就是為了了解數字鐘的原理，從而學會制作數字鐘.而且通過數字鐘的制作進一步的了解各種在制作中用到的中小規模集成電路的作用及實用方法.且由于數字鐘包括組合邏輯電路和時敘電路.通過它可以進一步學習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、設計要求和設計指標

1、設計一個能顯示時、分、秒的數字鐘，顯示時間從00：00：00到23：59：592、設計的電路包括產生時基信號，時、分、秒的計時電路，顯示電路。

3、擴展功能：能實現校時、教分、教秒；整點報時。

三、設計內容

3.1方案設計與選擇

數字電子技術的復雜性和靈活性決定了數字電子鐘的設計方案有多種，如下是我總結的部分方案。

方案一：

脈沖信號源的選擇。用555定時器制作的多諧振蕩器，信號發生器，脈沖芯片等方式都可以作為脈沖信號源，在此我選擇的是多諧振蕩器，主要考慮的是它的易于制作和很好的穩定性。

方案二：

時分秒計數器的選擇。時分秒計數器的選擇同樣有多種，74160N和74161N都是不錯的選擇，74LS160和

74LS161,74LS190和74LS191等等也都可以，考慮到其簡單易用和作為課本上重點內容在此我們選擇的是74160N。

方案三：

譯碼顯示器的選擇。DCD_HEX或7448加上SEVEN_SEG_COM_K等也是多種方案，這里我選擇的是DCD_HEX。

3.2原理設計和功能描述

3.2.1數字計時器的設計思想

要想構成數字鐘，首先應選擇一個脈沖源——能自動地產生穩定的標準時間脈沖信號。而脈沖源產生的脈沖信號地頻率較高，因此，需要進行分頻，使得高頻脈沖信號變成適合于計時的低頻脈沖信號，即“秒脈沖信號”（頻率為1Hz）。經過分頻器輸出的秒脈沖信號到計數器中進行計數。由于計時的規律是：60秒=1分，60分=1小時，24小時=1天，就需要分別設計60進制，24進制計數器，并發出驅動信號。各計數器輸出信號經譯碼器、驅動器到數字顯示器，是“時”、“分”、“秒”得以數字顯示出來。

3.2.2數字電子鐘總體框架圖

圖2-2

3.3單元電路的設計

3.3.1數字電子鐘原理效果圖

圖2-3-1

3.3.2晶體振蕩器電路

晶體振蕩器是電子鐘的核心，晶體振蕩器設計的質量直接影響了整個電的好壞。這里我用555定時器制作了一個多諧振蕩器。

其中R1=57.72

kΩ,R1=115.4

kΩ,C=100nF,Cf=10nF,f=1/0.7(Rw+2R)C=1/[0.7(57.72+2*115.4)*103*100*10-9]≈50Hz。

其產生的頻率為50Hz,然后經過整形、分頻獲得1Hz的秒脈沖。如圖：

圖2-3-2

3.3.3分頻器電路

分頻器是由兩個74160N組成的50進制計數器。則輸出端的頻率則是將原來的50Hz分成1Hz的頻率輸出，實現分頻效果。

圖2-3-3

3.3.4時間計數器電路

時間計數電路由秒個位和秒十位計數器、分個位和分十位計數器、時個位和時十位計數器電路構成，其中秒個位和秒十位計數器、分個位和分十位計數器為60進制計數器，時個位和時十位計數器為24進制計數器，其原理圖如下：

圖2-3-4

3.3.5數碼管

數碼管通常有發光二極管（LED）數碼管和液晶（LCD）數碼管，本設計提供的為LED數碼管DCD_HEX，其已內含譯碼器功能，所以不用再另加譯碼器。

圖2-3-5

3.3.6揚聲器

該揚聲器的額定頻率為200Hz，額定電壓為3V，額定電流為0.05A。

圖2-3-6

3.4元器件清單

元件名稱

數量(個)

DCD_HEX

74160N

555_VIRTUAL

4049BT_5V

74LS00D

57.72kΩ電阻

115.4kΩ電阻

5V直流電源

BUZZER

100nF電容

10nF電容

導線

若干

表2-4

3.4.1數字電子鐘仿真

下圖為仿真結果，仿真開始時，多諧振蕩器產生50Hz的正弦脈沖信號，然后經過分頻器后其輸出的頻率變為1Hz。計數器接收到脈沖信號后開始計數，計數結果顯示在數碼管上。當分秒計數器達到59分59秒，然后再來一個脈沖信號時揚聲器開始發聲，也就是整點報時。下面為其中的一張仿真圖。

圖3-1

四、本設計改進建議

1、應選用石英晶體振蕩器，為了簡化電路分頻選用CD4040。

2、本設計校時電路是將各個位上的使能端引出接一個單刀雙擲開關，一端（1端）接低位的進位信號，另一端（2端）接校時電路。校正某位上的時間時，可以將相應位的開關接到2端，通過撥動校時電路就能實現校時功能。

3、沒有校時電路。

五、感想

（1）

布局設計：要先根據主體電路圖和擴展電路圖想象各個元件的分布位置，哪塊電路板該放哪些元件，如何最大限度利用電路板的空間，怎么樣才能使走線明朗、簡潔。

（2）

布線工藝：一開始看到電線像蜘蛛網一樣，密密麻麻的，非常難看懂和檢查，后來看了預先設計的線路，而且用各種顏色的導線區分，顯得明朗清晰。

（3）

課題核心及使用價值：該課題用一個生活中的實力展示了振蕩電路、計數電路、譯碼電路的作用與銜接過程，揭示了電子鐘內部電路圖及其各部分的作用。我們通過此課題，結合上學期學習的模擬電子、數字電子技術的理論課知識，可以系統地學習電子設計與測試的流程、方法、原理，為我們以后設計更加專業、復雜的集成電路打下雄厚的基礎。

六、主要參考文獻

[1]

清華大學電子學教研組編，童詩白、華成英主編：《

模擬電子技術基礎

》

[

M

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.（第四版）.北京：高等教育出版社,2006.5（2009重?。?/p>

[2]華中工學院電子學教研室編，康華光主編：《電子

基礎——數字部分》

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.（第四版）.北京:高等教育出版社，1988年

[3]

清華大學電子學教研組編，閻

石主編：《

數學電子技術基礎

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.（第五版).北京：高等教育出版社，2006.5（2008年重?。?/p>

[4]遼寧工程技術大學電工與電子技術實驗中心組編，馬玉芳、樸忠學、張國軍主編：《

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[5]朱清慧、張鳳蕊、翟天蒿、王志奎編著：《

Proteus教程——電子線路設計、制版與仿真

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.北京：清華大學教育出版社，2008.9

[6]熊幸明主編：《電子電工技能訓練》

[M].北京:電子工業出版社，2005年

華nan理工大學guang州學院

附錄