電子技術課程設計-- 數(shù)字電子鐘

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1、河南理工大學課程設計 說明書 課程名稱：電子技術基礎 設計題目： 數(shù)字電子鐘 院 系：電氣工程及其自動化學院 專業(yè)班級： 自動化11-02班 姓 名： 王鴻舸 學 號： 指導老師： 王素玲 數(shù)字電子鐘的設計 摘要：數(shù)字電子鐘電路采用protues進行仿真，實現(xiàn)以下功能：計時、上下午顯示、調(diào)時、定時鬧鐘，此設計用555定時器組成的多諧振蕩器產(chǎn)生秒脈沖，用74161計數(shù)器進行脈沖計數(shù)，用BCD-7段譯碼器驅(qū)動數(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間，用74LS688數(shù)值比較器來實現(xiàn)定時功能。 關鍵詞：protues；555定時器；74161計數(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)字電子鐘設計框圖及方案選擇…………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現(xiàn)……………3 2.1秒脈沖產(chǎn)生電路……………………………………3 2.2脈沖計數(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)時電路……………………………………………6 2.6定時及鬧鐘電路……………………………………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 結語 數(shù)字電子鐘電路設計的總結…………………12 參考文獻…………………………………………………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)字電子鐘總設計框圖及設計方案選擇 1.1數(shù)字電子鐘總設計框圖 1

4、.2數(shù)字電子鐘設計方案選擇 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)器構成的波形產(chǎn)生電路產(chǎn)生秒脈沖 方案三：用555定時器組成的多諧振蕩器產(chǎn)生秒脈沖 通過合適設計這三種方案均能產(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：時計數(shù)每到12或24就向T觸發(fā)器發(fā)送一個脈沖，使其輸出電平跳變一次以實現(xiàn)上下午顯示LED燈亮滅狀態(tài)的切換。 方案二：時計數(shù)每到12或24就向兩個D觸發(fā)器

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

6、，實現(xiàn)調(diào)時功能。 方案二：使用一個7撥碼開關選擇需要調(diào)節(jié)的計數(shù)器使其使能，并關斷多諧振蕩器產(chǎn)生的秒脈沖，然后用按鍵脈沖產(chǎn)生電路手動向計數(shù)器的CP端輸入單個脈沖，實現(xiàn)時間調(diào)節(jié)。 因為方案二所用元器件更少且電路非常簡單，操作簡便，所以選擇方案二。 d.定時器鬧鐘中的延時電路選擇 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5計數(shù)電路，每計完5個數(shù)輸出端跳變一次，完成鬧鐘延時。 方案二：以秒脈沖作為輸入脈沖，使用74161計數(shù)器計脈沖數(shù)，判斷計完5個數(shù)后，關閉鬧鐘。 方案二思路更為清晰，設計非常簡便，所以選擇方案二。 第2章 數(shù)字電子鐘各單元功能的實現(xiàn) 2.1秒脈沖產(chǎn)

7、生電路 使用555定時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脈沖計數(shù)電路 以4位計數(shù)器74161作為計數(shù)器。 2.3BCD譯碼及顯示電路 以74LS47作為BCD譯碼器驅(qū)動數(shù)碼管，以8段碼共陽數(shù)碼管作為時鐘顯示部分。 2.4 上下午LED顯示電路 以7485作為數(shù)值比較器比較時計數(shù)與12的大小，如果時計數(shù)小于等于12，說明時間為上午，讓綠色LEDD1亮；如果時計數(shù)大于12，說明時間為下午，讓紅色LEDD2亮。 2.5調(diào)時電路 圖中為正常計時時的撥碼開關狀態(tài)。如果需要調(diào)時需要將第7個開

8、關關閉，即關斷555多諧振蕩電路產(chǎn)生的秒脈沖，然后把第六個開關打開，以使秒計時的個位計數(shù)器的ENP和ENT置低，防止手動調(diào)時時秒計時的個位計數(shù)器計數(shù)，再將需要調(diào)時的計數(shù)器對應的撥碼開關打開。最后通過按按鍵進行時間調(diào)節(jié)。 2.6定時及鬧鐘電路 用兩個8位數(shù)值比較器74LS688比較計時分計數(shù)器的數(shù)值與通過撥碼開關設置好的數(shù)值。如果數(shù)值不同，計數(shù)器U32處于清零狀態(tài)，蜂鳴器不發(fā)聲；如果數(shù)值相同，說明定時時間已到，此時圖中或門U29會輸出一個低電平，計數(shù)器U32開始從0計數(shù)，蜂鳴器BUZ1發(fā)出聲響。當計數(shù)到5時U32的ENP被置低，計時器停止計數(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，還能仿真單片機及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機及外圍器件的工具。雖然目前國內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機愛好者、從事單片機教學的教師、致力于單片機開發(fā)應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.正常計時功能 b．上下午狀態(tài)顯示功能 上午： 下午： c.調(diào)時功能 示例：將時計數(shù)個位調(diào)為6 初始狀態(tài)： 調(diào)時步驟： 1. 撥碼開關設置 2.按動上圖按鍵5次，調(diào)時結果如下 3.把撥碼開關回

10、復正常，進行正常計數(shù) d.定時鬧鐘功能 以定時0時3分為例。 步驟： 1. 用撥碼開關設置定時時間 2. 初始時間，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 結語 數(shù)字電子鐘電路設計的總結 這次設計電子鐘的時候我采用的以前解決問題時的化整為零，逐個擊破，層層遞進的策略，取得了比較好的效果。 我先是用74LS47驅(qū)動數(shù)碼管的仿真，然后是把計數(shù)器74161計數(shù)功能與數(shù)碼管顯示電路結合的仿真。接下來把多個計數(shù)器結合起來設計10進制與6進制計數(shù)電路。再后來是各個拓展功能的實現(xiàn)：上下午LED顯示、調(diào)時、定時鬧鐘及鬧鐘延時。 在設計每個功能電路的時候都會有很多

11、方案出現(xiàn)在腦海里，但經(jīng)過仔細斟酌我選出工作最穩(wěn)定，設計比較簡便的電路。然后逐步實現(xiàn)自己想到的電路。 按我選擇的電路進行設計仿真的時候經(jīng)常會遇到自己沒有想到的錯誤，這就需要我考慮錯誤的原因，找出問題所在。有時候是邏輯上有漏洞，有時候是方案出現(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漏洞，但如果是設計方案出現(xiàn)問題通常需要更換設計方案。 這個電路我利用周六、周日基本做了兩整天，中間盡管遇到了很多困難，但因為我整體的設計策略——“化整為零，逐個擊破，層層遞進”是正確的，這些困難都被我一一克服，這讓我很開心。 設計數(shù)字電子鐘的時候，在功能分塊、思考功能塊設計方案、按選擇的方案著手

12、設計電路、仿真遇到錯誤、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，我學到了很多知識也掌握了很多處理問題的方法，可以說我從這個電路的設計中受益匪淺。 另外驕傲地說一句，我對自己設計的這個電路還是很滿意的，畢竟是我整整兩天奮斗的結果！ 參考文獻 【1】童詩白.模擬電子技術基礎（第四版）[M].北京：高等教育出版社，2006. 【2】艾永樂.模擬電子技術基礎[M].北京：中國電力出版社，2008. 【3】康華光.電子技術基礎數(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 元件個數(shù) 獨立共陽數(shù)碼管 6 BCD譯碼器/驅(qū)動器74LS47 6 計數(shù)器74161 7 4位比較器7485 2 8位比較器74LS688 2 555定時器 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 1 8撥碼開關 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