电子技术课程设计

1、电子技术课程设计 数字电子钟的设计目录目录1摘要2Abstract3第1章 绪论41.1数字电子钟的背景41.2 数字电子钟的意义5第2章 系统硬件设计62.1 74LS90N芯片介绍62.2 译码显示器介绍72.3 系统硬件框图82.4总电路图8第3章 系统软件设计与仿真103.1 系统软件介绍103.2 秒计数器介绍113.3时钟仿真电路图12总结14参考文献15摘要数字钟是工作生活中常用的电器，它为我们生活带来了许多方便。我们所研究的电子级数钟是生活中最典型的一个代表，其最基本的功能是能过准确地显示时、分、秒时间信息。其主要构成部件有显示器、译码器、计数器、振荡器和分频器。数字钟完整地显

2、示时、分、秒信息需要6个数码管，要分别实现时、分、秒的计时需要1个二十四进制计数器和两个六十进制计数器，要实现校时功能，需要分别针对时、分、秒的校时电路，要实现1Hz的秒钟计数需要时钟振荡电路，所以数字钟电路一般由数码显示器、六进制和二十四进制计数器、时钟振荡器和校时电路等几个部分组成。分、秒计数需要的六十进制计数器可由十进制和六进制的计数器串联而成，小时计数需要的二十四进制计数器也可以由两个十进制计数器串联加上必要的反馈置零电路设计完成，1Hz的始终信号可以由晶体振荡器分频后提供，也可以由555定时来产生脉冲并分频为1Hz后提供。关键字： 数字电子时钟 74LS90N数码管 振荡器Abstr

3、actDigital clock is commonly used in working life of electric equipment， it brought a lot of convenience to our life. We studied the electronic clock series is one of the most typical representative， its most basic function is to accurately display， minutes and seconds time information. The main com

4、ponents are the display， decoder， counter， oscillator and a frequency divider. Digital clock， minutes and seconds when fully display information need 6 digital tube， to respectively， minutes and seconds of time need a 24 hexadecimal counter and six two decimal counter， in order to realize the school

5、 when the function， the need for hours， minutes， seconds， respectively， the school when the circuit， in order to achieve the 1 hz need seconds count clock oscillation circuit， therefore， generally speaking， digital display digital clock circuit， six hexadecimal and 24 a binary counter， clock oscilla

6、tor and the school when the circuit components.Minutes and seconds count to 6 decimal counter can be made of a decimal and six hexadecimal counter series， and need 24 hours count hexadecimal counter can also be made up of two decimal counter in series with the necessary feedback reset circuit design

7、 is completed， 1 hz always signal can be provided by the crystal oscillator frequency division after， can also be produced by 555 timer to provide after pulse and frequency of 1 Hz.Key words: Digital electronic clock ;74LS90N digital tube ;oscillator.第1章 绪论1.1数字电子钟的背景随着科学技术的不断发展，人们对时间计量的精度要求越来越高。数字式

8、电子钟用集成电路计时时，译码代替机械式传动，用LED显示器代替指针显示进而显示时间，减小了计时误差。这种表具有时、分、秒、显示时间的功能，还可以进行时、分的校对。芯片选择的灵活性好。简介：电子钟亦称数显钟（数字显示钟），是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置，与机械时钟相比，直观性为其主要显著特点，且因非机械驱动，具有更长的使用寿命，相较石英钟的石英机芯驱动，更具准确性。电子钟已成为人们日常生活中必不可少的必需品，广泛用于个人家庭以及车站、码头、剧院、办公室等公共场所，给人们的生活、学习、工作、娱乐带来极大地方便。相对于其他时钟类型，它的特点可归结为“两强一弱”比机械钟强在观时显著，比石

9、英钟强在走时准确，但是它的弱点为显时较为单调。功能描述：电子钟的时钟功能：具有可选的24h（小时）或12h（小时）的计时方式，显示时、分、秒；具有快速校准时、分、秒的功能；能设置起闹时刻、响闹时间为1min（分钟），超过1min（分钟）自动停止；具有人工止闹功能，止闹后不再重新操作，将不再发生起闹；具有整点报时功能。随着科技的进步与发达，部分电子钟还带投影功能，同时衍生为许多其他产品的辅助功能。工作原理：电子钟是一个将“ 时”，“分”，“秒”显示于人的视觉器官的计时装置。它的计时周期为24小时，显示满刻度为23时59分59秒，具有校时功能和报时功能。因此，一个基本的数字钟电路主要由译码显示器、

10、“时”，“分”，“秒”计数器、校时电路、报时电路和振荡器组成。主电路系统由秒信号发生器、“时、分、秒”计数器、译码器及显示器、校时电路、整点报时电路组成。秒信号产生器是整个系统的时基信号，它直接决定计时系统的精度，一般用石英晶体振荡器加分频器来实现。将标准秒信号送入“秒计数器”，“秒计数器”采用60进制计数器，每累计60秒发出一个“分脉冲”信号，该信号将作为“分计数器”的时钟脉冲。“分计数器”也采用60进制计数器，每累计60分钟，发出一个“时脉冲”信号，该信号将被送到“时计数器”。“时计数器”采用24进制计时器，可实现对一天24小时的累计。译码显示电路将“时”、“分”、“秒”计数器的输出状态用

11、七段显示译码器译码，通过七段显示器显示出来。时根据计时系统的输出状态产生一脉冲信号，然后去触发一音频发生器实现报时。校时电路时用来对“时”、“分”、“秒”显示数字进行校对调整。1.2 数字电子钟的意义目前，在国内，电子钟因LCD数字显示效用直接有效，所以大多运用在城市的主要营业场所，以及车站、码头等公共场所。在对公共场所的电子钟设定的时候，使用者还可根据周边的气候、温度等对LCD屏进行设置。同时，因为LCD的显示耗电量很省，所以能够保持持续的工作效果。夜间在睡觉的时候，床头如果放个带投影功能的电子钟，可以不用起床，直接让时间显示在天花板上，非常直观与有效。现在生产的大部分汽车中，车内前方仪表盘

12、旁边一般也都自带电子钟功能，采取蓝色背景光板成像效果，非常清晰。与传统的机械钟先比，电子钟具有更优异的优点。由于电子钟采用数字集成电路的发展和采用了先进的石英技术，使电子钟具有走时准确、性能稳定、携带方便等优点，电子钟用于定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播及自动控制等各个领域。因为电子钟毕竟是电子产品，电子产品都有辐射，不过电子钟危害极低，对人体够不成任何危害，不像手机的辐射那么大。数字电子钟实际上是一个对标准频率（1Hz）进行计数的计数电路。由振荡电路形成秒脉冲信号，秒脉冲信号输入计数器进行计数，并把累计结果以“时”、“分”“秒”的数字显示出来。秒计数器电路计满60后触发

13、分计数器电路，分、计数器电路计满60后触发时计数器电路，当计满24小时后又开始下一轮的循环计数。一般由振荡电路、计数器、数码显示器等几部分组成。振荡电路：主要用来产生时间标准信号，NE555组成的多谐振电路产生，由但是因为时钟的精度主要取决于时间标准信号的频率及稳定度，所以一般采用石英晶体振荡器。分频器：因为振荡器产生的标准信号频率很高，要是要得到“秒”信号，需一定级数的分频器进行分频。计数器：有了“秒”信号，则可以根据60秒为1分，小时为1天的进制，24分别设定“时”、“分”、“秒”的计数器，分别为60进制，60进制，24进制计数器，并输出一分，一小时的进位信号。第2章 系统硬件设计2.1

14、74LS90N芯片介绍1集成二进制计数器74LS90N74LS90N是4位二进制同步加法计数器，除了有二进制加法计数功能外，还具有异步清零、同步并行置数 、保持等功能。74LS90N的逻辑电路图和引脚排列图如图1所示，CR是异步清零端，LD是预置数控制端，D0 ，D1，D2，D3是预置数据输人端，P和T是计数使能端，C是进位输出端，它的设置为多片集成计数器的级联提供了方便。74LS90N的功能表如表1所示。由表可知，74LS90N具有以下功能。图2.1 74LS90N引脚排列（1）异步清零功能当CR0时，不管其他输人端的状态如何（包括时钟信号CP），4个触发器的输出全为零。（2）同步并行预置数

15、功能在CR1的条件下，当LD0且有时钟脉冲CP的上升沿作用时，D3，D2，D1，D0输入端的数据将分别被Q3Q0所接收。由于置数操作必须有CP脉冲上升沿相配合，故称为同步置数。（3）保持功能在CR=LD1的条件下，当TP0时，不管有无CP脉冲作用，计数器都将保持原有状态不变（停止计数）。（4）同步二进制计数功能当CRLDPT1时，74LS90N处于计数状态，电路从0000状态开始，连续输入16个计数脉冲后，电路 将从1111状态返回到0000状态，状态表见表2。（5）进位输出C 当计数控制端T1，且触发器全为1时，进位输出为1，否则为零。若输入计数器的CP脉冲频率为f，则从Qo端输出脉冲频率为

16、f/2，通常也称Qo端输出信号是输人计数脉冲 CP的2分频信号，Q1端输出信号是输人计数脉冲CP的4分频信号，Q4端输出信号是输人计数脉冲CP的16分频 信号。N进制计数器可实现n分频。2十进制计数器二进制计数器电路简单，运算也方便，但人们最习惯的是十进制，所以在应用中常使用十进制计数器。使用较多的十进制计数器是按照8421BCD码进行计数的电路，计数器由“0000”状态开始计 数，每10个脉冲一个循环，也就是第10个脉冲到来时，由“1001”变为“0000”，就实现了“逢十进一” ，同时产生一个进位信号。74LS90N是集成同步十进制计数器，它是按8421BCD码进行加法计数的，74LS16

17、0的引脚图、逻辑功能与74LS90N相同，只是计数状态是按照十进制加法规律来计数的，因此不再重述。2.2 译码显示器介绍译码器是一个多输入、多输出的组合逻辑电路。它的工作是把给定的代码进行“翻译”，变成相应的状态，使输出通道中相应的一路有信号输出。译码器在数字系统中有广泛的用途，不仅用于代码的转换、终端的数字显示，还用于数字分配，存储器寻址和组合控制信号等。译码器可以分为通用译码器和显示译码器两大类。在电路中用的译码器是共阴极译码器74LS48，用74LS48把输入的8421BCD码ABCD译成七段输出a-g，再由七段数码管显示相应的数。七段显示器，它由ag七个光段，从09十个数码将有其中不同

18、的光段组合而成。半导体七段显示器的每个光段都是一个发光二极管。发光二极管和普通二极管一样，具有单向导电性，当外加反向电压时，处于截止状态；当外加正向电压而且足够大时，才处于导通状态，而当正向电流足够大时才能发光。发光二极管的驱动电路，其中门电路均为集电极开路门（OC）.当门处于导通状态（即输出为低电平）时，发光二极管因正向电压太低而不可能发光；当门处于截止状态时（即输出电平为高电平）时，只要电阻R取值得当，发光二极管就会有足够大的正向电流而发光，可见该电路为高电平驱动。当门电路处于导通状态（即输处为低电平）时，只要电阻R取值得当，发光二极管就会有足够的正向电流，因而发光；当处于截止状态（即输处

19、为高电平）时，发光二极管正向电压过小不足以使其导通，因而不会发光。则该电平为低电平驱动。在管脚图中，管脚LT、RBI、BI/RBO都是低电平是起作用，作用分别为：LT为灯测检查，用LT可检查七段显示器个字段是否能正常被点燃。BI是灭灯输入，可以使显示灯熄灭。RBI是灭零输入，可以按照需要将显示的零予以熄灭。BI/RBO是共用输出端，RBO称为灭零输出端，可以配合灭零输出端RBI，在多位十进制数表示时，把多余零位熄灭掉，以提高视图的清晰度。图2.2系统硬件框图2.3 系统硬件框图图2.3 脉冲原理图2.4总电路图图2.4总电路图 第3章 系统软件设计与仿真3.1 系统软件介绍Multisim本是

20、加拿大图像交互技术公司（Interactive Image Technoligics简称IIT公司)推出的以Windows为基础的仿真工具，被美国NI公司收购后，更名为NI Multisim，而V10.0是其（即NI，National Instruments）最新推出的Multisim最新版本。目前美国NI公司的EWB的包含有电路仿真设计的模块Multisim、PCB设计软件Ultiboard、布线引擎Ultiroute及通信电路分析与设计模块Commsim 4个部分，能完成从电路的仿真设计到电路版图生成的全过程。Multisim、Ultiboard、Ultiroute及Commsim4个部分

21、相互独立，可以分别使用。Multisim、Ultiboard、Ultiroute及Commsim4个部分有增强专业版（Power Professional）、专业版（Professional）、个人版（Personal）、教育版（Education）、学生版（Student）和演示版（Demo）等多个版本，各版本的功能和价格有着明显的差异。NI Multisim10用软件的方法虚拟电子与电工元器件，虚拟电子与电工仪器和仪表，实现了“软件即元器件”、“软件即仪器”。NI Multisim 10是一个原理电路设计、电路功能测试的虚拟仿真软件。图3.1 NI Multisim 10操作界面NI Mu

22、ltisim 10的元器件库提供数千种电路元器件供实验选用，同时也可以新建或扩充已有的元器件库，而且建库所需的元器件参数可以从生产厂商的产品使用手册中查到，因此也很方便的在工程设计中使用。NI Multisim 10的虚拟测试仪器仪表种类齐全，有一般实验用的通用仪器，如万用表、函数信号发生器、双踪示波器、直流电源；而且还有一般实验室少有或没有的仪器，如波特图仪、字信号发生器、逻辑分析仪、逻辑转换器、失真仪、频谱分析仪和网络分析仪等。NI Multisim 10具有较为详细的电路分析功能，可以完成电路的瞬态分析和稳态分析时域和频域分析、器件的线性和非线性分析、电路的噪声分析和失真分析、离散傅里叶

23、分析、电路零极点分析、交直流灵敏度分析等电路分析方法，以帮助设计人员分 析电路的性能。NI Multisim 10可以设计、测试和演示各种电子电路，包括电工学、模拟电路、数字电路、射频电路及微控制器和接口电路等。可以对被仿真的电路中的元器件设置各种故障，如开路、短路和不同程度的漏电等，从而观察不同故障情况下的电路工作状况。在进行仿真的同时，软件还可以存储测试点的所有数据，列出被仿真电路的所有元器件清单，以及存储测试仪器的工作状态、显示波形和具体数据等。NI Multisim 10有丰富的Help功能，其Help系统不仅包括软件本身的操作指南，更要的是包含有元器件的功能解说，Help中这种元器件

24、功能解说有利于使用EWB进行CAI教学。另外，NI Multisim 10还提供了与国内外流行的印刷电路板设计自动化软件Protel及电路仿真软件PSpice之间的文件接口，也能通过Windows的剪贴板把电路图送往文字处理系统中进行编辑排版。支持VHDL和Verilog HDL语言的电路仿真与设计。利用NI Multisim 10可以实现计算机仿真设计与虚拟实验，与传统的电子电路设计与实验方法相比，具有如下特点：设计与实验可以同步进行，可以边设计边实验，修改调试方便；设计和实验用的元器件及测试仪器仪表齐全，可以完成各种类型的电路设计与实验；可方便地对电路参数进行测试和分析；可直接打印输出实验

25、数据、测试参数、曲线和电路原理图；实验中不消耗实际的元器件，实验所需元器件的种类和数量不受限制，实验成本低，实验速度快，效率高；设计和实验成功的电路可以直接在产品中使用。NI Multisim 10易学易用，便于电子信息、通信工程、自动化、电气控制类专业学生自学、便于开展综合性的设计和实验，有利于培养综合分析能力、开发和创新的能力。3.2 秒计数器介绍由秒个位和秒十位计数器构成，秒”计数器为60进制计数器。60进制可通过十进制和六进制串联而成，从而完成数码显示。因为同步加法计数器74LS90N可构成10进制以下的计数器，所以此电路中秒的计时采用74LS90N来进行设计。译码驱动电路将计数器输出

26、的8421BCD码转换为数码管需要的逻辑状态，并且为七段数码管的正常工作提供足够的工作电流。译码电路的功能是将“秒”计数器的输出代码进行编译，变成相应的数字。用于驱动LED七段数码显示常用的有74LS48。74LS48是BCD-7段译码器/驱动器，其输出是OC门输出且高电平有效，专用于驱动LED七段共阴极显示数码管。由74LS48和LED七段共阴极数码管组成一位数码显示电路。若将“秒”计数器的每位输出分别接到相应七段译码器的输入端，便可进行不同数字显示。在译码器输出与数码管之间串联的R为限流电阻。当数字钟的计数器在CP脉冲的作用下，就应将其状态显示成清晰的数字符号，需要将计数器的状态进行译码并

27、将其显示出来。选用的计数器全部是二十进制集成片，“秒”的个位和十位的状态分别由集成片中的四个触发器的输出状态反映。每组输出的计数状态都按BCD代码以高低电平来表现。因此，需要经过译码电路将计数器输出的BCD代码变成能驱动七段数码显示器的工作信号。将计数器和译码显示器连在一起。同理，分计时器与秒计时器相同，而时计时器则是将秒计时器的60进制改为24进制即可。3.3时钟仿真电路图图3.1 秒计时器电路图图3.2 分、秒计时器电路图图3.3总电路图总结转眼间，为期两周的课程设计就结束了。通过这两周的课程设计，我拓宽了知识面，锻炼了能力，综合素质得到较大提高。设计，给人以创作的冲动。但凡涉及设计都是一件良好的事情，因为她能给人以美的幻想，因为她能丰富人的知识，因为她能给人以成就之感，更为现实的是她能给人以成长以及成长所需的营养，而这种营养更是一种福祉，一辈子消受不竭享用不尽。安排课程设计的基本目的，在于通过理论与实际的结合、人与人的沟通，进一步提高思想觉悟。尤其是观察、分析和解决问题的实际工作能力，以便培养成为能够主动适应社会主义现代化建设需要的高素质