電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)-- 數(shù)字電子鐘

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1、河南理工大學(xué)課程設(shè)計(jì) 說明書 課程名稱：電子技術(shù)基礎(chǔ) 設(shè)計(jì)題目： 數(shù)字電子鐘 院 系：電氣工程及其自動(dòng)化學(xué)院 專業(yè)班級(jí)： 自動(dòng)化11-02班 姓 名： 王鴻舸 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)老師： 王素玲 數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì) 摘要：數(shù)字電子鐘電路采用protues進(jìn)行仿真，實(shí)現(xiàn)以下功能：計(jì)時(shí)、上下午顯示、調(diào)時(shí)、定時(shí)鬧鐘，此設(shè)計(jì)用555定時(shí)器組成的多諧振蕩器產(chǎn)生秒脈沖，用74161計(jì)數(shù)器進(jìn)行脈沖計(jì)數(shù)，用BCD-7段譯碼器驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管，用數(shù)碼管作為顯示電路。用7485作為數(shù)

2、值比較器以判斷上下午時(shí)間，用74LS688數(shù)值比較器來實(shí)現(xiàn)定時(shí)功能。 關(guān)鍵詞：protues；555定時(shí)器；74161計(jì)數(shù)器；BCD-7段譯碼器；數(shù)碼管；7485、74LS688數(shù)值比較器 目錄 第1章 數(shù)字電子鐘設(shè)計(jì)框圖及方案選擇…………1 1.1系統(tǒng)框圖……………………………………………1 1.2方案選擇……………………………………………1 第2章 數(shù)字電子鐘各單元功能的實(shí)現(xiàn)……………3 2.1秒脈沖產(chǎn)生電路……………………………………3 2.2脈沖計(jì)數(shù)電路………………………………………3 2.3BCD譯碼及顯示電路………………………………4 2.4 上下午LED顯示電

3、路………………………………5 2.5調(diào)時(shí)電路……………………………………………6 2.6定時(shí)及鬧鐘電路……………………………………7 第3章 數(shù)字電子鐘電路仿真…………………………8 3.1protues仿真軟件的介紹……………………………8 3.2數(shù)字電子鐘電路仿真效果…………………………8 結(jié)語 數(shù)字電子鐘電路設(shè)計(jì)的總結(jié)…………………12 參考文獻(xiàn)…………………………………………………13 附錄A元件清單…………………………………………14 附錄B數(shù)字電子鐘總電路效果圖……………………15 第1章 數(shù)字電子鐘總設(shè)計(jì)框圖及設(shè)計(jì)方案選擇 1.1數(shù)字電子鐘總設(shè)計(jì)框圖 1

4、.2數(shù)字電子鐘設(shè)計(jì)方案選擇 a.秒脈沖產(chǎn)生電路選擇 方案一：使用門電路組成的多諧振蕩器產(chǎn)生秒脈沖 方案二：用施密特觸發(fā)器構(gòu)成的波形產(chǎn)生電路產(chǎn)生秒脈沖 方案三：用555定時(shí)器組成的多諧振蕩器產(chǎn)生秒脈沖 通過合適設(shè)計(jì)這三種方案均能產(chǎn)生秒脈沖，但考慮到555比較器內(nèi)部的比較器靈敏度更高，且采用差分電路形式，其組成的多諧振蕩器的振蕩頻率受電源電壓和溫度變化的影響很小，工作更為穩(wěn)定，所以選擇方案三。 b.上下午LED顯示電路選擇 方案一：時(shí)計(jì)數(shù)每到12或24就向T觸發(fā)器發(fā)送一個(gè)脈沖，使其輸出電平跳變一次以實(shí)現(xiàn)上下午顯示LED燈亮滅狀態(tài)的切換。 方案二：時(shí)計(jì)數(shù)每到12或24就向兩個(gè)D觸發(fā)器

5、組成的循環(huán)移位電路發(fā)送一個(gè)脈沖，使兩個(gè)D觸發(fā)器的Q端電平跳變一次，以實(shí)現(xiàn)上下午顯示LED燈亮滅狀態(tài)的切換。 方案三：使用數(shù)值比較器來拿時(shí)計(jì)數(shù)與12比較，來判斷上下午，然后控制上下午對(duì)應(yīng)的LED燈的亮滅。 前兩個(gè)方案需要考慮觸發(fā)器的初始狀態(tài)，設(shè)計(jì)比較麻煩，而且出錯(cuò)的可能性較大，所以選擇方案三。 c.調(diào)時(shí)電路的選擇 方案一：使用6個(gè)8撥碼開關(guān)組成的預(yù)置數(shù)電路，將其各個(gè)預(yù)置數(shù)輸出端口對(duì)應(yīng)接到各個(gè)74161的D0、D1、D2、D3端，通過調(diào)節(jié)各個(gè)撥碼開關(guān)的閉合來調(diào)節(jié)其組成的預(yù)置數(shù)電路的預(yù)置數(shù)，然后向各個(gè)74161的PE（load）端發(fā)送一個(gè)低電平，將用撥碼開關(guān)調(diào)好的預(yù)置數(shù)輸出到74161的Q端

6、，實(shí)現(xiàn)調(diào)時(shí)功能。 方案二：使用一個(gè)7撥碼開關(guān)選擇需要調(diào)節(jié)的計(jì)數(shù)器使其使能，并關(guān)斷多諧振蕩器產(chǎn)生的秒脈沖，然后用按鍵脈沖產(chǎn)生電路手動(dòng)向計(jì)數(shù)器的CP端輸入單個(gè)脈沖，實(shí)現(xiàn)時(shí)間調(diào)節(jié)。 因?yàn)榉桨付迷骷偾译娐贩浅：?jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，所以選擇方案二。 d.定時(shí)器鬧鐘中的延時(shí)電路選擇 方案一：以秒脈沖作為輸入脈沖，使用觸發(fā)器及其他門電路組成一個(gè)5計(jì)數(shù)電路，每計(jì)完5個(gè)數(shù)輸出端跳變一次，完成鬧鐘延時(shí)。 方案二：以秒脈沖作為輸入脈沖，使用74161計(jì)數(shù)器計(jì)脈沖數(shù)，判斷計(jì)完5個(gè)數(shù)后，關(guān)閉鬧鐘。 方案二思路更為清晰，設(shè)計(jì)非常簡(jiǎn)便，所以選擇方案二。 第2章 數(shù)字電子鐘各單元功能的實(shí)現(xiàn) 2.1秒脈沖產(chǎn)

7、生電路 使用555定時(shí)器組成的多諧振蕩器產(chǎn)生秒脈沖，如下圖。 利用公式：,令，保證脈沖寬度為1S，并使盡量小，保證脈沖高低電平占空比接近50%。 2.2脈沖計(jì)數(shù)電路 以4位計(jì)數(shù)器74161作為計(jì)數(shù)器。 2.3BCD譯碼及顯示電路 以74LS47作為BCD譯碼器驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管，以8段碼共陽數(shù)碼管作為時(shí)鐘顯示部分。 2.4 上下午LED顯示電路 以7485作為數(shù)值比較器比較時(shí)計(jì)數(shù)與12的大小，如果時(shí)計(jì)數(shù)小于等于12，說明時(shí)間為上午，讓綠色LEDD1亮；如果時(shí)計(jì)數(shù)大于12，說明時(shí)間為下午，讓紅色LEDD2亮。 2.5調(diào)時(shí)電路 圖中為正常計(jì)時(shí)時(shí)的撥碼開關(guān)狀態(tài)。如果需要調(diào)時(shí)需要將第7個(gè)開

8、關(guān)關(guān)閉，即關(guān)斷555多諧振蕩電路產(chǎn)生的秒脈沖，然后把第六個(gè)開關(guān)打開，以使秒計(jì)時(shí)的個(gè)位計(jì)數(shù)器的ENP和ENT置低，防止手動(dòng)調(diào)時(shí)時(shí)秒計(jì)時(shí)的個(gè)位計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，再將需要調(diào)時(shí)的計(jì)數(shù)器對(duì)應(yīng)的撥碼開關(guān)打開。最后通過按按鍵進(jìn)行時(shí)間調(diào)節(jié)。 2.6定時(shí)及鬧鐘電路 用兩個(gè)8位數(shù)值比較器74LS688比較計(jì)時(shí)分計(jì)數(shù)器的數(shù)值與通過撥碼開關(guān)設(shè)置好的數(shù)值。如果數(shù)值不同，計(jì)數(shù)器U32處于清零狀態(tài)，蜂鳴器不發(fā)聲；如果數(shù)值相同，說明定時(shí)時(shí)間已到，此時(shí)圖中或門U29會(huì)輸出一個(gè)低電平，計(jì)數(shù)器U32開始從0計(jì)數(shù)，蜂鳴器BUZ1發(fā)出聲響。當(dāng)計(jì)數(shù)到5時(shí)U32的ENP被置低，計(jì)時(shí)器停止計(jì)數(shù)，蜂鳴器停止發(fā)聲。 第3章 數(shù)字電子鐘電路仿真

9、 3.1protues仿真軟件的介紹 Proteus軟件是英國Labcenter?electronics公司出版的EDA工具軟件。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。雖然目前國內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機(jī)愛好者、從事單片機(jī)教學(xué)的教師、致力于單片機(jī)開發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞。 3.2數(shù)字電子鐘電路仿真效果 a.正常計(jì)時(shí)功能 b．上下午狀態(tài)顯示功能 上午： 下午： c.調(diào)時(shí)功能 示例：將時(shí)計(jì)數(shù)個(gè)位調(diào)為6 初始狀態(tài)： 調(diào)時(shí)步驟： 1. 撥碼開關(guān)設(shè)置 2.按動(dòng)上圖按鍵5次，調(diào)時(shí)結(jié)果如下 3.把撥碼開關(guān)回

10、復(fù)正常，進(jìn)行正常計(jì)數(shù) d.定時(shí)鬧鐘功能 以定時(shí)0時(shí)3分為例。 步驟： 1. 用撥碼開關(guān)設(shè)置定時(shí)時(shí)間 2. 初始時(shí)間，蜂鳴器不發(fā)聲 3.3分鐘蜂鳴器發(fā)聲 4.再過5S后蜂鳴器停止發(fā)聲 結(jié)語 數(shù)字電子鐘電路設(shè)計(jì)的總結(jié) 這次設(shè)計(jì)電子鐘的時(shí)候我采用的以前解決問題時(shí)的化整為零，逐個(gè)擊破，層層遞進(jìn)的策略，取得了比較好的效果。 我先是用74LS47驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的仿真，然后是把計(jì)數(shù)器74161計(jì)數(shù)功能與數(shù)碼管顯示電路結(jié)合的仿真。接下來把多個(gè)計(jì)數(shù)器結(jié)合起來設(shè)計(jì)10進(jìn)制與6進(jìn)制計(jì)數(shù)電路。再后來是各個(gè)拓展功能的實(shí)現(xiàn)：上下午LED顯示、調(diào)時(shí)、定時(shí)鬧鐘及鬧鐘延時(shí)。 在設(shè)計(jì)每個(gè)功能電路的時(shí)候都會(huì)有很多

11、方案出現(xiàn)在腦海里，但經(jīng)過仔細(xì)斟酌我選出工作最穩(wěn)定，設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)便的電路。然后逐步實(shí)現(xiàn)自己想到的電路。 按我選擇的電路進(jìn)行設(shè)計(jì)仿真的時(shí)候經(jīng)常會(huì)遇到自己沒有想到的錯(cuò)誤，這就需要我考慮錯(cuò)誤的原因，找出問題所在。有時(shí)候是邏輯上有漏洞，有時(shí)候是方案出現(xiàn)問題。如果只是邏輯有漏洞，只需要修改或另外添加邏輯電路彌補(bǔ)漏洞，但如果是設(shè)計(jì)方案出現(xiàn)問題通常需要更換設(shè)計(jì)方案。 這個(gè)電路我利用周六、周日基本做了兩整天，中間盡管遇到了很多困難，但因?yàn)槲艺w的設(shè)計(jì)策略——“化整為零，逐個(gè)擊破，層層遞進(jìn)”是正確的，這些困難都被我一一克服，這讓我很開心。 設(shè)計(jì)數(shù)字電子鐘的時(shí)候，在功能分塊、思考功能塊設(shè)計(jì)方案、按選擇的方案著手

12、設(shè)計(jì)電路、仿真遇到錯(cuò)誤、發(fā)現(xiàn)問題、思考解決問題的方法直到最后解決問題的過程中，我學(xué)到了很多知識(shí)也掌握了很多處理問題的方法，可以說我從這個(gè)電路的設(shè)計(jì)中受益匪淺。 另外驕傲地說一句，我對(duì)自己設(shè)計(jì)的這個(gè)電路還是很滿意的，畢竟是我整整兩天奮斗的結(jié)果！ 參考文獻(xiàn) 【1】童詩白.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第四版）[M].北京：高等教育出版社，2006. 【2】艾永樂.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：中國電力出版社，2008. 【3】康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分（第五版） [M].北京：高等教育出版社，2006.1. 附錄A元件清單 元件名稱 元件個(gè)數(shù) 獨(dú)立共陽數(shù)碼管 6 BCD譯碼器/驅(qū)動(dòng)器74LS47 6 計(jì)數(shù)器74161 7 4位比較器7485 2 8位比較器74LS688 2 555定時(shí)器 1 二輸入與非門 6 二輸入與門 4 三輸入與門 5 二輸入或門 3 非門 2 7撥碼開關(guān) 1 8撥碼開關(guān) 2 按鍵 1 10K*8排阻 2 10K電阻 4 13K電阻 1 65K電阻 1 0.01uF電容 1 10uF電容 1 綠色發(fā)光二極管 1 紅色發(fā)光二極管 1 蜂鳴器 1 5v電源 1 附錄B數(shù)字電子鐘總電路效果圖