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1、电子技术课程设计报告目录一、设计题目 2二、设计要求 2三、设计的性质和目的2四、题目分析 21）数字钟的工作原理 22）数字电子钟集成电路的构成 23）数字时钟的基本原理图2五、 总体方案 31）振荡器的选择 32）分频器的选择 53）计数器 64 ） 显示器85 ） 较时电路9六、电路的总体设计与调试 10七、 元器件清单12八、设计总结 15九、参考文献 16一、设计题目数字钟的设计与仿真二、设计的性质和目的电子技术基础是机电专业很重要的一门专业基础课，电子课程设计是该课 程的实践环节。该课程的目的是：通过对电子技术的实际应用课题的设计实践， 使学生掌握电子技术的基本设计方法、调试方法、
2、资料的收集整理和电气原理图 的绘制方法。并通过这一实践环节，培养学生从事设计工作的全局理念，为全面 提高学生的综合素质及增强工作适应能力打下一定的基础。三、设计要求设计并仿真一数字式电子钟，要求：1）采用 24 小时制，要有时/分/秒显示；2）显示采用六只 LED 数码管分别显示时分秒；3）时间的小时、分可手动调整；4）采用+5V电源供电。主要器件：1）74LS00、555、74LS90、cc4511四、题目分析1）数字钟的工作原理数字式计数器一般由振荡器、分频器、计数器、译码器、显示器等几部分组 成。其中振荡器和分频器组成标准秒信号发生器，由不同进制的计数器、译码器 和显示器组成计时系统。秒
3、脉冲发生器产生频率稳定度很高的秒脉冲，秒脉冲被 送入到一个六十进制秒计数器计数，将计数结果送至秒个位和十位译码器译码， 译码结果分别由两只七段半导体数码管以十进制数形式显示出来。当秒六十进制 计数器累计到第59 秒时，若再来一个秒脉冲，秒计数器的进位输出就会产生进 位脉冲，同时，秒计数器的十位和个位都复位到零。分计数脉冲又被送到分六十 进制计数器计数，经译码电路译码后数码管就显示相应的数字。当记满59 分 59 秒的时候，要是再来一个秒脉冲，则分计数器便向时计数器送出时计数脉冲，同 时，分、秒计数器均复位到零。时计数器是一个二十四进制计数器，当计数显示 23 时 59 分 59 秒时，若再来一
4、个秒脉冲，则时、分、秒计数器都应回到零，并 显示（00.00.00）表示已经达到午夜时刻，第二天开始继续计数。2）数字电子钟集成电路的构成 有振荡器，分频器，校时电路，计数器，译码器和显示器六部分组成。振荡器和分频器组成标准秒信号发生器，不同进制的计数器产生计数，译码器和显 示器进行显示，通过校时电路实现对时，分的校准。3）数字时钟的基本原理图如下所示：图表1由上图可以看出，振荡器产生的信号经过分频器作为产生秒脉冲，秒脉冲送 入计数器，计数结果经过“时”、“分”、“秒”，译码器，显示器显示时间。其中 振荡器和分频器组成标准秒脉冲信号发生器，由不同进制的计数器，译码器和显 示电路组成计时系统。秒
5、信号送入计数器进行计数，把累计的结果以“时”，“分”、 “秒”的数字显示出来。“时”显示由二十四进制计数器，译码器，显示器构成； “分”、“秒”显示分别由六十进制的计数器，译码器，显示器构成；校时电路实 现对时，分的校准。五、总体方案1）振荡器的选择秒发生电路-振荡器是计时器的核心，振荡器的稳定度和频率的精确度决 定了计时器的准确度。常见的振荡器有石英晶体振荡器和 555 与 RC 构成的多谐振荡器，石英晶体 振荡器的特点是振荡器频率准确、电路结构简单、频率易调整，它还具有压电效 应，在晶体某一方向加一电场，则在与此垂直的方向产生机械振动，有了机械振 动就会在相应的垂直面上产生电场从而使机械振
6、动和电场互为因果，这样的循环 过程一直持续到晶体的机械强度限制时才达到最后稳定。石英振荡器的电路图如 图2 所示：图表 2555定时器与RC构成的多谢振荡器的特点是电路没有稳态，仅存在两个暂 态，电路亦不需要外加触发信号，利用电源通过R1,R2向C1充电，C1通过R2 向放电端DIS放电，使电路产生振荡，电容。在（l/3）Vcc和（2/3）Vcc之间充 电和放电。输出信号的时间参数是T=t +t ,t=0.7（R+R）C, t =0.7R C1 2 1 1 2 2 2当v上升到2/3V时，触发器又被复位发生翻转，如此周而复始，在输出CCC端就得到一个周期性的方波，其频率为1 2 1 2元件的稳
7、定性决定了多谐振荡电路的稳定性，555定时器配以少量的元件即可获 得较高精度的振荡频率和具有较强的功率输出能力。因此这种形式的多谢振荡器 广泛应用于信号的产生、变换、控制与检测。一般来说，振荡器的频率越高，计时精度就越高，但耗电量将越大。所以， 在设计电路时要根据需要而设计出最佳电路。在本设计中，采用的是精度不高的， 由集成电路555与RC组成的多谐振荡器。具体电路如下图3所示；接通电源后，电容C1被充电，V上升，当v上升到大于2/3V时，触发器被复CCCC位，放电管T导通，此时v为低电平，电容C1通过R和T放电，使v下降。当02Cv下降到小于1/3V时，触发器被置位，v翻转为高电平。本设计中
8、，由电路图CCC0和f的公式可以算出，微调R3=60k左右，其输出的频率为f=1000Hz。2）分频器的选择 分频器的功能主要有两个：一个是产生标准秒脉冲信号；二是提供功能扩 展电路所需要的信号。本设计中，由于振荡器产生的信号频率太高，要得到标准的秒信号，就需 要对所得的信号进行分频。这里所采用的分频电路是由3个总规模计数器74LS90 来构成的 3 级 1/10 分频。图表 4从图 3 可以看出，由振荡器的 1000Hz 高频信号从 U1 的 14 端输入，经过 3 片 74LS90 的三级 1/10 分频，就能从 U3 的 11 端输出得到标准的秒脉冲信 号。3）计数器由图 1 的方框图可
9、以清楚的看到，显示“时”、“分”、“秒”需要6 片中规 模计数器；其中“秒”、“分”各为60 进制计数，“时”为24进制计数。在本设计 中均用 74LS90 来实现。（1）六十进制计数器： “秒”计数器电路与“分”计数器电路都是六十进制，它由一级十进制计 数器和一级六进制计数器连接构成，如图 4 所示，是采用两片中规模集成电路 74LS90 串接起来构成的“秒”，“分”计数器。图表 5IICJC0込3RD! ftPl召 R9Z （2）二十四进制计数：小时计数电路是由 U1 和 U2 组成的 24 进制数电路，如图 5 所示。当“时” 个位U2计数输入端U2来到第10个触发信号时，U2计数器复零
10、，进位端QD向 IU1 “时”十位计数器输出进位信号，当第24个“时”脉冲到达时，U2计数器 的状态为“0100”，U1计数器的状态为“00 10”，此时“时”个位计数器的 Qc和“时”十位计数器的QB输出为1。把它们分别送到U1和U2计数器的清 零端 R 1和 R 2，通过 74LS90 内部的 R 1和 R 2与非后清零，计数器复零，完成 010201022 4进制计数。4）显示器显示器件的种类很多，在数字电路中最常用的显。示器是半导体显示器（又 称为发光二级管显示器，LED）和液晶显示器（LCD）。LED主要用于显示数字和 字母， LCD 可以显示数字、字母、文字和图形等。7段LED数码
11、显示器俗称数码管，它的工作原理是将要显示的十进制数码分 成7段，每段为一个发光二极管，利用不同发光的组合来显示不同的数字。用七段发光二极管来显示译码器输出的数字，显示器有两种：共阴极和共阳 极显示器。 74LS48 译码器译码的是高电平，所以对应的显示器应为共阴极显示 器，故是高电平有效。在本设计中用的是解码七段排列显示器，即包含译码器的 七段显示器。其图形管脚如下图所示：图表 7U2 是一个解码七段排列显示器，由 1、2、3、4 脚输入二进制数，就可显示 数字；而 U3 是个译码器，和未解码的七段显示管 U1 也可以构成显示器，连接 如上面所示。5）较时电路 当刚接通电源或计时出现误时，都需
12、要对时间进行校正，校时电路如下图所 示。六电路的总体设计与调试由 555 和 RC 构成的振荡器产生的 1000Hz 的高频信号经过由 3 片 74LS90 构成的1/1000 分频的分频器后得到标准的秒脉冲信号，进入 60 进制的“秒”计 时，“秒”的分位进入 60 进制的“分”计时，最后，由分的“时”进位进入 24 进制的“时”计时。在电路中，还有由门电路和开关构成的校时电路对电路的“时”，“分”进行校时，得到正确的时间。八元器件清单74LS90、555 定时器、74LS00、CC4511、显示器。1)74LS90 的管脚：74LS90 功能表输入输出功能清0S 9时钟Q 二 Q： Qe
13、QaRn(l).血(2)勺(D、中(2)CPi CPa1 10XX0XX0 0 0 0清 00XX01 1XX10 0 190XX00XX01 1Qi输出进制计数1 1価QcQe输出11进制计数QdQcQeQa 输出8121BCD 码卜进制讣数心1曉0氐4输出5421BCD 码卜进划i：数1 1不变保持2)555 定时器目前生产的定时器有双极型和CMOS两种类型，其型号分别有NE555(或 5G555)和C7555等多种。它们的结构及工作原理基本相同。通常，双极型定时器 具有较大的驱动能力，而CMOS定时器具有低功耗、输入阻抗高等优点。555定清零端RD咼触发端TH低触发端TLQn+1放电管T
14、功能0XX0导通直接清零1-V3 cc1V3 cc0导通置01-V3 cc 1V3 cc1截止置11-V3 cc1V3 ccQn不变保持3) 74LS00管脚图:时器工作的电源电压很宽，并可承受较大的负载电流。双极型定时器电源电压范围为516V,最大负载电流可达200mA； CMOS定时器电源电压范围为318V, 最大负载电流在4mA以下定时器的管脚：555 引脚图其功能如下表：X110110210310410510610710110210310410510610710810910101011101210131014108109101010111012TOT3I01474LS004）显示译码器
