1、中北大學信息與通信工程學院通信工程專業電子線路及系統課程設計任務書2016/2017學年第 一 學期學生 姓名： 張濤 學 號： 1405024119李子鵬 學 號： 1405024125課程設計題目： 數字電子鐘的設計起迄日期：2017年1月4日2017年7月10日課程設計地點：科學樓指導教師：姚愛琴2017課程設計任務書1. 設計目的：1）綜合運用所學的理論知識，掌握一般微機和電子線路分析和設計的基本方法和步驟；2）培養一定的獨立分析問題、解決問題的能力；3）實踐利用EDA軟件繪制電子線路原理圖及仿真；4）學會說明書的規范整理和書寫。2. 設計內容和要求（包括原始數據、技術參數、條件、設計

2、要求等）：1）時間以12小時為一個周期；2）顯示時、分、秒；3）具有校時功能，可以分別對時及分進行單獨校時，使其校正到標準時間；4）計時過程具有報時功能，當時間到達整點前 10秒進行蜂鳴報時；5）為了保證計時的穩定及準確須由晶體振蕩器提供表針時間基準信號。3. 設計工作任務及工作量的要求1）分析設計任務，查閱相關資料；2）確定系統方案，設計各模塊電路，計算參數，分析其特性，使其滿足題目要求;3）用相關軟件進行仿真；4）按格式要求撰寫課程設計說明書。4. 設計成果形式及要求：1）用計算機仿真軟件制圖或仿真；2）課程說明書用計算機打印，并裝訂;3 ）電子文檔一份。5. 主要參考文獻：1畢滿清主編.

3、電子技術實驗與課程設計第4版.北京：機械工業出版社，20132陳曉文主編.電子線路課程設計第1版.北京：電子工業出版社，20043謝自美主編電子線路綜合設計第1版.武漢：華中科技大學出版社，20066.工作計劃及進度：2017年1月3日分析設計任務書，查閱相關資料及設計手冊；2017年1月6日確定系統方案，組成模塊框圖，提交開題報告；2017年6月12日設計各模塊電路，分析電路各參數及其特性并繪制電子線路原理圖及仿真分析并撰寫課程設計說明書；2017年6月19日按格式要求完成課程設計說明書；2017年6月23日成績考核系主任審查意見簽字：年 月日1中北大學信息與通信工程學院通信工程專業電子線路

4、及系統課程設計開題報告2016/2017 學年第一 學期題 目：數字電子鐘的設計學生姓名：張濤 學 號： 1405024119李子鵬 學 號： 1405024125指導教師：姚愛琴2017 年 1 月 6 日中北大學信息與通信工程學院通信工程專業電子線路及系統課程設計說明書2016/2017 學年第二 學期題目:數字電子鐘的設計學生姓名：張濤學號：1405024119李子鵬學 號：1405024125指導教師：姚愛琴2017年月日目錄1 引言 62 數字電子鐘設計方案 62.1 數字計時器的設計思想 62.2 數字電路設計及元器件參數選擇 . 62.2.1 秒信號電路 62.2.2 時、分、秒

5、計數器 72.2.3 計數顯示電路 82.2.4 校時電路 92.2.5 整點報時電路 102.2.6 總體電路 102.3 安裝與調試 112.3.1 數字電子鐘 PCB圖 113 設計單元原理說明 113.1 555 定時器原理 123.2 計數器原理 123.3 譯碼和數碼顯示電路原理 123.4 校時電路原理 124 心得與體會 12數字鐘是一種用數字電子技術實現時，分，秒計時的裝置，具有較高的準確性和直 觀性等各方面的優勢，而得到廣泛的應用。此次設計數字電子鐘是為了了解數字鐘的原 理，在設計數字電子鐘的過程中，用數字電子技術的理論和制作實踐相結合，進一步加深數字電子技術課程知識的理解

6、和應用，同時學會使用Multisim 電子設計軟件。2 數字電子鐘設計方案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一一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。值得注意的是：任何記時裝置都有

7、誤差，因此應考慮校準時間電路。校時電路一般 采用自動快速調整和手動調整，“自動快速調整”可利用分頻器輸出的不同頻率的脈沖 使顯示時間自動迅速調整時間。“手動調整”可利用手動的節拍調準顯示時間。2.2數字電路設計及元器件參數選擇2.2.1秒信號電路它是數字電子鐘的核心部分，它的精度和穩定度決定于數字中的質量通常晶體振蕩器發出的脈沖經過整形、分頻獲得 1Hz的秒脈沖。多諧振蕩器電路與分頻電路如圖1.1所示。多諧振蕩器與分頻電路為計數器提供計數脈 沖和為計數器提供校時脈沖。圖1.1多諧振蕩器電路與分頻電路f=1/0.7(Rw+2R)C多諧振蕩器的頻率設計為2Hz, R為50k Q ,C為4.7卩F。

8、f=1/0.7(Rw+2R)C=1/0.7(50+2*51)*103*4.7*10-62Hz調節電位器Rw使多諧振蕩器產生頻率為2Hz的方波信號。多諧振蕩器產生的2Hz 脈沖信號經過CD4013組成的分頻器，進行2分頻，輸出1Hz的秒脈沖為計數器的計數 脈沖。222時、分、秒計數器秒信號經秒計數器、分計數器、時計數器之后。分別得到顯示電路，以便實現用數 字顯示時、分、秒的要求。“秒”和“分”計數器應為六十進制，而“時”計數器應為 二十四進制。要實現這一要求，可選用的中規模集成計數器較多，這里推薦74LS160(1) 采用兩片十進制計數器 74LS160NT展連接，設計60進制的計數器，顯示0

9、到59,在59時采用置數的方法，將兩片 74LS160N同時置數至0,以循環顯示0到59。(2) 24進制亦采用兩片十進制計數器 74LS160NT展連接，設計24進制的計數器， 顯示0到23,在23時采用置數的方法，將兩片 74LS160N同時置數至0,以循環顯示0 到23。圖1.3 兩塊74LS160構成的二十四進制計數器（3） 禾U用秒鐘的置數信號（為低電平），取反后作為分鐘各位的使能端（EP和ET 的控制信號，以實現分秒之間的進位功能。同理可以實現分時之間的進位功能。（4） 顯示功能 采用Multisim 里面的DCD_HE濕示管進行時分秒的顯示。將 DCD_HE顯示管的四個針腳對應接

10、到 74LS160N的四個輸出端。2.2.3計數顯示電路選用器件時應當注意譯碼器和顯示器件相互配合。一是驅動功率要足夠大，二是邏 輯電平要匹配秒計數器、分計數器、和時計數器的計數分別輸送給各自的顯示譯碼器CD4511在數送給各自的數碼管，顯示出時、分、秒的計時。電路如圖 1.4所示為計數、譯碼顯 示電路。MLSIBdHYfuirnLFILIEO1! UT4LS1gM Ui7JL&HEJII u-Efl號匕圖1.4 計數顯示電路IM224校時電路在剛接通電源或者時鐘走時出現誤差時， 則需要進行時間的校準。置開關在手動位 置，分別對時、分、秒進行單獨計數，計數脈沖由單次脈沖或連續脈沖輸入。校時電路

11、 如圖1.5所示為校時電路。由與非門和二個開關組成，實現對“時”、“分”的校準。IJUASftR 1 secOS MiG 1 験jc1.R3 . -AMr J7kO圖1.5校時.分電路當校時開關J1、J2扳到下端時，校時的2Hz脈沖輸送到時計數器和分計數器個位 的CP端，進行時計數器和分計數器“時”、“分”的校準。當校時開關J1、J2扳到上端 時，時計數器和分計數器的進位脈沖輸送到時計數器和分計數器個位的CP端，時鐘正常計時。2.2.5整點報時電路甘口口VDD12VVsrLf50kQROUTR.STDISTHRc二Cf555 VIRTUAL. = Timer|l111.L11111ITRICO

12、NGND-226總體電路圖1.7數字鐘總體電路2.3安裝與調試1首先調試多諧振蕩器。用示波器觀察多諧振蕩器輸出波形，確定多諧振蕩器是否 正常工作，振蕩頻率是否是2Hz。調節電位器Rw使多諧振蕩器產生頻率為2Hz的方波 信號。2調試分頻器。用示波器觀察分頻器輸出波形，確定信號頻率是否是1Hz。3調試計數、譯碼顯示電路。將秒信號輸送給秒計數器、分計數器、和時計數器，觀 察各計數器是否工作正常。4調試校時電路。觀察校時電路是否起到校時作用。5整體調試。各部分電路連接起來，觀察電子鐘是否正常工作。2.3.1 數字電子鐘PCB圖用EDA技術來實現，生成的PCB如下圖所示：圖1.8數字電子鐘PCB圖3 設

13、計單元原理說明數字鐘以成為人們常生活中數字電子鐘一般由振蕩器，分頻器，譯碼器，顯示器等 部分組成。數字鐘的應用非常廣泛，應用于人家庭以及車站。碼頭。劇場，辦公室等公 共場所，給人們的生活，學習，工作，娛樂帶來極大的方便，由于數字集成電路技術的 發展和采用了先進的石英技術，使數字鐘具有走時準確，性能穩定，攜帶方便等特點， 它還用于計時，自動報時及自動控制等各個領域。盡管目前市場上以有現成數字鐘集成電路芯片，價格便宜這些都是數字電路中最基本的，應用最廣的電路。數字電子鐘的 基本邏輯功能框圖如下：它是一個將“時”，“分”，“秒”顯示于人的視覺器官的計時裝 置。他的計時裝置的周期為24小時，顯示滿刻度

14、為23時59分59秒，另外應有校時功 能。因此，一個基本數字鐘主要由五部分組成。3.1 555定時器原理晶體震蕩器的作用是產生時間標準信號。數字鐘的精度，主要取決于時間標準信號 的頻率及其穩定度。因此，一般用石英震蕩器經過分得到。雙極型555定時器由電阻分壓器、比較器、基本RS觸發器、雙極型三極管T和輸出緩沖器組成。3.2計數器原理有了時間標準：“秒”信號后，就可以根據60秒為1分，60分為1小時，24小時為 一天的計數周期，分別組成兩個 60進制，一個24進制的計數器。將這些計數器適當連 接，就可以夠成秒，分時的計數器，實現計時功能。3.3 譯碼和數碼顯示電路原理譯碼和數碼顯示電路是將數字鐘

15、的計時狀態直觀清晰地反映出來，被人們的視覺器 官所接受。顯示器件選用LED數碼管。在譯碼及數碼顯示電路輸出信號的驅動下，顯示 出清晰直觀的數字符號。3.4 校時電路原理實際的數字鐘電路由于秒信號的精確性和不可能做到完全準確無誤，加之電路中其 他原因，數字鐘總會產生其他原因，數字鐘總會產生走時誤差的現象，因此，電路中就 應該有校準時間的功能的電路。4 心得與體會我們學習了數字電子電路和模擬電子電路，對電子技術有了一些初步了解，但那都 是一些理論的東西。通過這次數字電子鐘的課程設計，我們才把學到的東西與實踐相結 合。從中對我們學的知識有了更進一步的理解。在此次的數字鐘設計過程中，更進一步地熟悉了芯

16、片的結構及掌握了各芯片的工作 原理和其具體的使用方法。 也鍛煉了自己獨立思考問題的能力和通過查看相關資料來解 決問題的習慣。雖然這只是一次簡單的課程設計，但通過這次課程設計我們了解了課程 設計的一般步驟，和設計中應注意的問題。設計本身并不是有很重要的意義，而是我們 對待問題時的態度和處理事情的能力。各個芯片能夠完成什么樣的功能，使用芯片時應 該注意那些要點。同一個電路可以用那些芯片實現，各個芯片實現同一個功能的區別。 另外，我們設計要從市場需求出發，既要有強大的功能，又要在價格方面比同等檔次的 便宜。同時對普通計數器如何構成 n 進制計數器有了更深的了解和掌握，對自我的實際 操作能力也有了很高的提升。