數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計報告——電子鐘設(shè)計.doc

數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計報告課 題：數(shù)字鐘的設(shè)計與制作學(xué) 年：09學(xué)年 學(xué) 期： 第二學(xué)期專 業(yè)： 班 級：姓 名： 時 間：2009年6月20日2009年6月26日數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計報告一、設(shè)計目的數(shù)字鐘是一種用數(shù)字電路技術(shù)實現(xiàn)時、分、秒計時的裝置，與機(jī)械式時鐘相比具有更高的準(zhǔn)確性和直觀性，且無機(jī)械裝置，具有更更長的使用壽命，因此得到了廣泛的使用。數(shù)字鐘從原理上講是一種典型的數(shù)字電路，其中包括了組合邏輯電路和時序電路。因此，我們此次設(shè)計與制作數(shù)字鐘就是為了了解數(shù)字鐘的原理，從而學(xué)會制作數(shù)字鐘.而且通過數(shù)字鐘的制作進(jìn)一步的了解各種在制作中用到的中小規(guī)模集成電路的作用及實用方法.且由于數(shù)字鐘包括組合邏輯電路和時敘電路.通過它可以進(jìn)一步學(xué)習(xí)與掌握各種組合邏輯電路與時序電路的原理與使用方法.二、設(shè)計內(nèi)容及要求（1）設(shè)計指標(biāo) 由晶振電路產(chǎn)生1HZ標(biāo)準(zhǔn)秒信號； 分、秒為0059六十進(jìn)制計數(shù)器； 時為0023二十四進(jìn)制計數(shù)器； 周顯示從1日為七進(jìn)制計數(shù)器； 具有校時功能，可以分別對時及分進(jìn)行單獨校時，使其校正到標(biāo)準(zhǔn)時間； 整點具有報時功能，當(dāng)時間到達(dá)整點前鳴叫五次低音（500HZ），整點時再鳴叫一次高音（1000HZ）。（2）設(shè)計要求 畫出電路原理圖（或仿真電路圖）； 元器件及參數(shù)選擇； 電路仿真與調(diào)試。（3）制作要求 自行裝配和調(diào)試，并能發(fā)現(xiàn)問題和解決問題。（4）編寫設(shè)計報告 寫出設(shè)計與制作的全過程，附上有關(guān)資料和圖紙，有心得體會。三、原理框圖數(shù)字鐘實際上是一個對標(biāo)準(zhǔn)頻率（1HZ）進(jìn)行計數(shù)的計數(shù)電路。由于計數(shù)的起始時間不可能與標(biāo)準(zhǔn)時間（如北京時間）一致，故需要在電路上加一個校時電路，同時標(biāo)準(zhǔn)的1HZ時間信號必須做到準(zhǔn)確穩(wěn)定。通常使用石英晶體振蕩器電路構(gòu)成數(shù)字鐘。數(shù)字電子鐘的總體圖如圖（1）所示。由圖（1）可見，數(shù)字電子鐘由以下幾部分組成：石英晶體振蕩器和分頻器組成的秒脈沖發(fā)生器；校對電路；六十進(jìn)制秒、分計數(shù)器、二十進(jìn)制時計數(shù)器及七十進(jìn)制日計數(shù)器；以及秒、分、時的譯碼顯示部分等。顯 示 器顯 示 器顯 示 器顯 示 器譯碼器譯碼器譯碼器譯碼器7進(jìn)制周計數(shù)器24進(jìn)制時計數(shù)器60進(jìn)制分計數(shù)器60進(jìn)制秒計數(shù)器晶體振蕩器分頻器四、主要部分的實現(xiàn)方案 1 秒脈沖電路 由晶振32768Hz經(jīng) CD4060分頻為2Hz，再經(jīng)過74LS74一次分頻，即得1Hz 標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖，提供給時鐘計數(shù)脈沖。如圖示： 20pF74LS74 10 Q1Hz CD4060Q14 C1 320pF 1D 11 R 32768Hz 22M 12 秒脈沖發(fā)生器 2 時間計數(shù)器電路由6個74LS90 計數(shù)器組成時分秒的計數(shù)電路，74LS90 是4位二進(jìn)制同步加計數(shù)器，它的設(shè)置為多片集成計數(shù)器的級聯(lián)提供方便。它具有異步清零，同步并行預(yù)置數(shù)，保持和計數(shù)的功能。 （）秒計數(shù)器 秒的個位計數(shù)單元為10進(jìn)制計數(shù)器，當(dāng)QDQCQBQA變成1010時，通過與非門把它的清零端變成0，計數(shù)器的輸出被置零，跳過1011到1111的狀態(tài)，又從0000開始，如此重復(fù)。秒的十為計數(shù)單元為6進(jìn)制，當(dāng)QDQCQBQA變成0101時，通過與非門把它的清零端變成0，計數(shù)器的輸出被置零，跳過0110到1111的狀態(tài)，又從0000開始，如此就是60進(jìn)制。同時秒十位上的0101時，要把進(jìn)位信號傳輸給“分”個位的計數(shù)單元。 （2）分計數(shù)器 分的個位和十位計數(shù)單元的狀態(tài)轉(zhuǎn)換和秒的是一樣的，只是它要把進(jìn)位信號傳輸給時的個位計數(shù)單元。 （3）時計數(shù)器 當(dāng)“時”十位的QDQCBA為0000或0001時，“時”的個位計數(shù)單元是十進(jìn)制計數(shù)器，當(dāng)他的QDQCQBQA到1010時，通過與非門使得個位74LS90上的清零端為0，則計數(shù)器的輸出直接置零，從0000有開始。當(dāng)十位的QDQCQBQA為0010時，通過與非門使得該74LS90的清零端為0，“時”的十位有重新從0000開始，此時的個位計數(shù)單元變成4進(jìn)制，即當(dāng)個位計數(shù)單元的QDQCQBQA為0100時，就要又從0000開始計數(shù)。這樣就實現(xiàn)了“時”24進(jìn)制的計數(shù) ( 4 ) 日計數(shù)器日計數(shù)器由兩個74LS74，四個TTL 和一個 74LS20 構(gòu)成，實現(xiàn)了七定制的功能。每個74LS74控制一個輸入，即控制QDQCQBQA中的一個。當(dāng)從0000到0111 時，顯示是按照74LS74集成們電路的邏輯功能來實現(xiàn)的，當(dāng)為0111的時候，QCQBQA各為1 1 1 ，他們?nèi)齻€通過74LS74 與非門輸出為0 。再與QD 所控的0 通過 TTL集成門電路輸出了0 ，如此循環(huán)，使得四個TTL 輸出都為 0000。即使得輸出變?yōu)榱恕爸昧恪睜顟B(tài)。從而實現(xiàn)了七禁止循環(huán)。如下圖所示:Q4 Q3 Q2 Q1 顯 示 1 0 0 0 日 0 0 0 1 1 0 0 1 0 2 0 0 1 1 3 0 1 0 0 4 0 1 0 1 5 0 1 1 0 63數(shù)字鐘的譯碼及顯示單元電路 譯碼顯示采用共陽極LED八段數(shù)碼管和譯碼器74SL247組成。 4.整點報時電路 電路應(yīng)在整點前10秒鐘內(nèi)開始整點報時，即當(dāng)時間在59分54秒到59分59秒期間時，報時電路報時控制信號。 當(dāng)時間在59分50秒到59分59秒期間時，分十位、分個位和秒十位均保持不變，分別為5、9和5，因此可將分計數(shù)器十位的QC和QA 、個位的QD和QA及秒計數(shù)器十位的QC和QA相與，從而產(chǎn)生報時控制信號。 報時電路由74LS08高音和74LS04低音通過74LS32來構(gòu)成。 五、實驗過程中遇到的問題及解決方法大部分的線路都連完了之后，我們用干電池進(jìn)行了試驗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管不發(fā)光。于是重新檢查電路，發(fā)現(xiàn)有幾處的地線與地線、電源線與電源線之間沒有連接，連上后數(shù)碼管可以正常發(fā)光。但是問題接踵而至，數(shù)字不會變動，即沒有起振。檢查晶振等原件及附近電路，未發(fā)現(xiàn)問題。再檢查74LS90的接線，發(fā)現(xiàn)管腳多處未接地，接上后數(shù)字開始跳動。秒的顯示正常，但是不進(jìn)位，經(jīng)過檢查發(fā)現(xiàn)是某一根線接錯了，改正后進(jìn)位正常。時、分、秒的顯示都正常后，日的顯示又出現(xiàn)了問題。在歐陽同學(xué)反復(fù)檢查與試驗之下，終于發(fā)現(xiàn)了錯誤的根源。糾正了接錯的導(dǎo)線之后，終于，數(shù)字鐘可以正常顯示時間。當(dāng)遇到蜂鳴器不能在要求的時間上發(fā)聲時，我們請教了部分已經(jīng)完成設(shè)計的同學(xué)，了解到了一些可能的原因，對這些可能一一試驗，究其根本，并最終解決了問題,達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。六、心得體會 通過這次對數(shù)字鐘的設(shè)計與制作，讓我們了解了設(shè)計電路的程序，也讓我們了解了數(shù)字鐘的原理和設(shè)計理念。要設(shè)計一個電路總要對著一個參考電路圖才可以連接，但是最后的成品卻不一定與想象的完全一樣，因為在事跡接線中有著各種各樣的條件制約，所以要合理布局這樣連出來的成品才比較美觀。設(shè)計過程中，在一次又一次的失敗面前，我們沒有退縮，而是勇敢的去面對，積極的去解決，充分運用所學(xué)知識和他人的幫助，最終取得了成功。通過親自動手連線，試驗，遇到問題，解決問題，我們鞏固了書本的知識，同時也學(xué)到了新的學(xué)問，明白了實踐的可貴性。動手能力的提高，細(xì)心與耐心的培養(yǎng)，品嘗自己勞動成果的喜悅，是我們在這次課程設(shè)計中最大的收獲。七、元器件 1四連面包板1塊 2鑷子1把 3剪刀1把 4共陽八段數(shù)碼管7個 5導(dǎo)線若干 674LS90 集成塊6塊 7CD4060集成塊1塊 874LS247集成塊7塊 974LS20 集成塊1塊 1074LS00 集成塊1塊 1174LS08集成塊2塊 1274LS32