數(shù)字邏輯電路課程設計-數(shù)字鐘

1、數(shù)字邏輯課程設計數(shù)字鐘姓名：學號：班級：物聯(lián)網(wǎng)工程 131班學院：計算機學院-1 -2015年10月10日任務與要求設計任務：設計一個具有整點報時功能的數(shù)字鐘要求：1顯示時、分、秒的十進制數(shù)字顯示，采用 24小時制。2、校時功能。3、整點報時。功能：1、計時功能：要求準確計時，以數(shù)字形式顯示時、分、秒的時間。小時的計時要求為“12翻1”。2、校時功能：當數(shù)字鐘接通電源或者計時出現(xiàn)誤差時，需要校正時間（簡稱校時）。校時是數(shù)字鐘應具備的基本功能，一般電子手表都具有時、分、秒等校時功能。為使電路 簡單，這里只進行分和小時的校時。 對校時電路的要求是：在小時校正時不影響 分和秒的正常計數(shù)；在分校正時不

2、影響秒和小時的正常計數(shù)。 校時方式有“快校 時”和“慢校時”兩種?！翱煨r”是通過開關控制，使計數(shù)器對 1Hz的校時脈 沖計數(shù)?！奥r”是用手動產(chǎn)生單脈沖作校時脈沖。3、整點報時：每當數(shù)字鐘計時快要到整點時發(fā)出聲響； 通常按照4低音1高音的順序發(fā)出間斷 聲響；以最后一聲高音結(jié)束的時刻為整點時刻 。二、設計方案電路組成框圖:數(shù)字鐘電路是一個典型的數(shù)字電路系統(tǒng)，其由時、分、秒計數(shù)器以及校時和顯示電路組成。其主要功能為計時、校時和報時。利用60進制和12進制遞增計數(shù)器 子電路構(gòu)成數(shù)字鐘系統(tǒng)，由2個60進制同步遞增計數(shù)器完成秒、分計數(shù)，由12 進制同步遞增計數(shù)器完成小時計數(shù)。秒、分、時之間采用同步級

3、聯(lián)的方式。開關S1和S2分別是控制分和時的校時。報時功能在此簡化為小燈的閃爍，分別在59 分51秒、53秒、55秒、57秒及59秒時閃爍，持續(xù)的時間為1秒。三、設計和實現(xiàn)過程1. 各元件功能74LS160可預置BCD異步清除器，具有清零與置數(shù)功能的十進制遞增計數(shù)器。74LSO0二輸入端四與非門74LS04:六反相器74LS08:二輸入端四與門74LS20 :四輸入端雙與非門2. 各部分電路的設計過程（1）時分秒計數(shù)器的設計時間計數(shù)電路由秒個位和秒十位計數(shù)器、分個位和分十位計數(shù)器及時個位和 時十位計數(shù)器電路構(gòu)成，其中秒個位和秒十位計數(shù)器、分個位和分十位計數(shù)器為 60進制計數(shù)器，而根據(jù)設計要求，時

4、個位和時十位計數(shù)器為 12進制計數(shù)器。秒/分鐘顯示電路：由于秒鐘與分鐘的都是為 60進制的，所以它們的電路 大體上是一樣的，都是由一個10進制計數(shù)器和一個6進制計數(shù)器組成；有所不 同的是分鐘顯示電路中的10進制計數(shù)器的ENP和 ENT引腳是由秒鐘顯示電路的 進位信號控制的。分和秒計數(shù)器都是模 M=6 0的計數(shù)器，其計數(shù)規(guī)律為 00 01585900?？蛇x兩片74LS160設計較為簡單。時計數(shù)器是一個“12翻1”的特殊進制計數(shù)器，即當數(shù)字鐘運行到 12時59 分59秒時，秒的個位計數(shù)器再輸入一個秒脈沖時，數(shù)字鐘應自動顯示為 01時 00分00秒，實現(xiàn)日常生活中習慣用的計時規(guī)律?？蛇x兩片 74LS

5、160設計。-13 -DCD HEX皿5V土士U1主TdLeODD63= J-AWCoc口*3KX)-uuin48U2U3A 3 74LS08D zc 74LSOOCU4A-CLF ML射和)GND4U111 =-0 -LC7JLS160D12進制同步遞增計數(shù)器(2) 校時電路的設計S1為校“分”用的控制開關，S2為?！皶r”用的控制開關。校時脈沖采用1Hz脈沖，當S1或S2分別為“0”時可進行校時分校時開關S1分計數(shù)脈沖CP10校時脈沖1秒進位脈沖CP1 = S1 CR交時 S1 Cp秒進位時校時開關S2時計數(shù)脈沖CP20校時脈沖1分進位脈沖CP2 = S2 CP校時 S2 CP分進位U22A

6、74LSOOD1?4LS00CTdLSDOD74LS00C8 74LSD0DCLKR23.3k；J3AQ= e .U27AT U20A iiC-yaisooD31 U23AQU25ACPHIU21A校時電路當重新接通電源或走時出現(xiàn)誤差時都需要對時間進行校正。通常，校正 時間的方法是：首先截斷正常的計數(shù)通路，然后再進行人工出觸發(fā)計數(shù)或?qū)?頻率較高的方波信號加到需要校正的計數(shù)單元的輸入端，校正好后，再轉(zhuǎn)入 正常計時狀態(tài)即可。根據(jù)要求，數(shù)字鐘應具有分校正和時校正功能，因此， 應截斷分個位和時個位的直接計數(shù)通路，并采用正常計時信號與校正信號可 以隨時切換的電路接入其中。（3）仿廣播電臺整點報時電路的設

7、計設4聲低音（約500Hz）分別發(fā)生在59分51秒、53秒、55秒及57秒，最后一聲 高音（約1kHz）發(fā)生在59分59秒，它們的持續(xù)時間均為1秒。秒個位計數(shù)器的狀態(tài)分十位 7分個位YQoQ2QoQ3 一&秒十位 Q0 -L Q2 秒個位Qo -1kHz 秒個位 Q3 f1r500Hz 1- &r43音響電路整點報時電路CP（秒）QsiQsiQs1Q）s1功能500000510001鳴低音520010停530011鳴低音540100停550101鳴低音560110停570111鳴低音581000停591001鳴咼音000000停CLKU20AU30A4LS00D5074LS04D- CLKU2

8、SA74LSOOD05274LSO0D1874LS04DU34AU32A74LS20Dz2074LS04D74LS20C報時電路一般時鐘都具備整點報時的功能，即在時間出現(xiàn)整點前數(shù)秒內(nèi)，數(shù)字鐘會自 動報時，以示提醒。其作用方式是發(fā)出連續(xù)的或有節(jié)奏的音頻聲波。根據(jù)要求， 電路應在整點前10秒鐘內(nèi)開始整點報時。即當時間在 59分50秒到59分59秒 期間時，報時電路報時控制信號。分計數(shù)器顯示“ 59”，即分計數(shù)器的輸出為 01011001 ;秒計數(shù)器的十位顯示“ 5”，即秒計數(shù)器的十位的輸出為 0101時，只 需要控制秒個位計數(shù)器，就能實現(xiàn)仿電臺整點報時。3. 部分電路的仿真圖（1）秒向分產(chǎn)生進位時

9、，秒計數(shù)器輸出及進位信號的波形4 JOOm56000m 5B OOOra 60 000m62 000n64 000m44F.i.Ii.1 1_1L4Jin43)iiH；，4445i|d+647ill |： 1 ! ! !43聃i|i前i|i27申139抻i|iSO申MlIII幻jClodiit_Lrn_jLJLJLJL-rn_jLJL_rn24圖中60.000m之前為秒計數(shù)器輸出的波形，60.000m時刻為秒向分進位,由低電平變?yōu)楦唠娖剑溆噙€為低電平，說明此時分位為01分。(2)時計數(shù)器(12進制)的輸出波形Time (S)圖中58.000m時刻為12進制清零波形之后為01-02-12循環(huán)的

10、計數(shù)(3)進行分校時時，分校時開關 S1和分計數(shù)脈沖的波形Time (S)33.2iOm36.750m40.2J0m43.7i0m47.250m50.750mCPMIrLTLrLrLn_:nrT-TLELr TJ1J圖中為開關S1波形圖，CPMI為分計數(shù)脈沖的波形，S1的開關均為手動。(4) 整點時，報時輸出信號的波形Time (S)165.750m 163 250m172.750m 17(5250m17?.750m 133_250i啟 I ! !門； ! 口 ！ 口丨 rj !圖中由低電平變?yōu)楦唠娖降臅r刻為分鐘59秒鐘為51的時刻，53, 55，57，59時刻均為高電平，意為報警顯示。4.

11、實物電路組裝調(diào)試的方法、調(diào)試過程及遇到的問題：根據(jù)電路圖進行實物的連接。首先分別進行秒、分、時電路的連接，進行調(diào) 試，實現(xiàn)成功后再進行校時電路的連接，檢驗分校時的開關是否正確，然后檢驗時校時的開關。最后連接報時電路。連接完成將分調(diào)到59分，觀察當秒為51，53, 55，57, 59時是否發(fā)光報警。調(diào)試分、秒時，如果到59后立刻清零則表示運行正常。調(diào)試小時部分時， 如果在計數(shù)到12,下一時刻就清零則表示運行正常。校時電路的調(diào)試為按下邏 輯開關后，所對應的校時部分和秒同步，再按下后則停止。報時電路的調(diào)試為： 先將分調(diào)到59 分,在秒到51, 53, 55, 57, 59的時候會有發(fā)光二極管發(fā)光報警

12、。 整體電路的調(diào)試為將小時調(diào)到12,分調(diào)到59，當秒為51, 53, 55, 57, 59時發(fā) 光二極管發(fā)光，然后變?yōu)?1時00分00秒。電路連接好后，打開電源有時會出現(xiàn) LED數(shù)碼顯示不穩(wěn)定的現(xiàn)象，可能是數(shù) 字電子技術試驗箱接觸不良的問題。電路連接在沒有問題的情況下，出現(xiàn)秒和分40進位的情況。將秒和分的輸 出取反后再連接，這種情況就消失了5. 設計結(jié)論此次的數(shù)字鐘設計需要先進行仿真，再將電路連接出來，只有熟悉邏輯電路 及其芯片各引腳的功能，那么在電路出錯時便能準確地找出錯誤所在并及時糾正 了。四、經(jīng)驗、體會總結(jié)在此次的數(shù)字鐘設計過程中,更進一步地熟悉了 74LS160 74LSO0 74LS

13、0474LS08 74LS20等芯片的結(jié)構(gòu)及掌握了各芯片的工作原理和其具體的使用方法在連接六進制，十進制,六十進制的進位及十二進制的接法中，要求熟悉邏輯電路 及其芯片各引腳的功能.此次的數(shù)字鐘設計重在于仿真和接線。 總的來說，通過 這次的設計實驗更進一步地增強了實驗的動手能力并學到了很多以前不了解的 知識。勺片1 A光譜制系統(tǒng)的設計與研究PV8/A內(nèi)嵌EEPROM的工藝和制程方法及對良率的影響 切系統(tǒng)的研制正（研究STR ）調(diào)節(jié)器HP/IP協(xié)議棧的實現(xiàn) 的研集與處理技術的研究 切研究研究與開發(fā) 實持控制面板的研制 式制度儀的研制 花發(fā)線切割機床短循環(huán)走絲方式研究 與儀的研制系統(tǒng)的研制研究量的研究開究究污染