CPLD技術(shù)設(shè)計數(shù)字時鐘 電子報告

1、 課程設(shè)計設(shè)計題目: 數(shù)字電路 專業(yè)班級: 07電氣六2班 學生姓名: 學號: 學生姓名: 學號: 指導(dǎo)老師: 起止日期2010年1月8日到2010年1月19日 電氣技術(shù)系 二零一零年十二月 目 錄1、摘要32、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)33、獲取脈沖信號的方法43.1、霍爾傳感器43.2、光電傳感器63.3、光電編碼器74、硬件連接圖及原理95、仿真106、protel dxp原理圖117、pcb圖 138、cpld芯片實物圖 149、硬件調(diào)試結(jié)果 1410、 cpld內(nèi)部原理圖 1411、 課程設(shè)計實物圖 1612、 元件清單1713、 謝詞18摘 要數(shù)字時鐘是我們在生活中經(jīng)常要用到的是生活中不可缺少的，學

2、會使用cpld技術(shù)設(shè)計數(shù)字時鐘具有很重要的意義，可以大大的節(jié)省成本。數(shù)字鐘實際上是一個對標準頻率（1hz）進行計數(shù)的計數(shù)電路。由于計數(shù)的起始時間不可能與標準時間（如北京時間）一致，故需要在電路上加一個校時電路，同時標準的1hz時間信號必須做到準確穩(wěn)定。通常使用石英晶體振蕩器電路構(gòu)成數(shù)字鐘。要讓數(shù)字時鐘能計數(shù)，首先要解決是跳數(shù)和停止的問題。在使用模擬電路制作數(shù)字時鐘時用cpld芯片來計數(shù)的方法，即將cpld芯片和數(shù)碼管的管 角相連，用按鈕來控制數(shù)碼管計數(shù)準確，用其來校準時間，使用蜂鳴器來模擬數(shù)字時鐘的整點報時，如此來控制設(shè)計的準確和完整。1總體設(shè)計方案1.1 設(shè)計目的 1. 熟悉并且了解集成電路

3、的引腳安排。2. 掌握每一塊芯片的邏輯功能及使用方法。4. 了解數(shù)字鐘的組成及工作原理和分析方法。5. 熟悉分時秒數(shù)字時鐘的設(shè)計繪圖與線路板的制作1.2設(shè)計指標 數(shù)字時鐘的時間以24小時為一個周期；或者以24進制和60進制的方法經(jīng)過譯碼驅(qū)動部分來顯示時、分、秒；用蜂鳴器來整點報時，而達到數(shù)字時鐘的效果。 1.3設(shè)計要求2.1畫出數(shù)字時鐘電路原理圖或畫出仿真的電路圖。2.2電路元器件和各元件的參數(shù)選擇。2.3 用protus7.4仿真軟件進行電路仿真以及調(diào)試。2.4 protel的原理圖繪畫和pcb板的繪制生成。3 制作要求 自行裝接和調(diào)試，焊點焊的飽滿，盡量不要虛焊，遇到問題，不害怕，不緊張將

4、其按老師的要求制作出來。4制作設(shè)計報告 寫出設(shè)計與制作的全過程，附上相關(guān)資料，圖紙和心得體會。 二 電路設(shè)計2.1 計數(shù)器電路 個位和十位計數(shù)器及時個位和時間計數(shù)電路由秒個位和秒十位計數(shù)器、分個時十位計數(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(shè)計要求，時個位和時十位計數(shù)器為24進制計數(shù)器。2.2 譯碼驅(qū)動電路 譯碼驅(qū)動電路將計數(shù)器輸出的bcd碼轉(zhuǎn)換為數(shù)碼管需要的邏輯狀態(tài)，并且為保證數(shù)碼管正常工作提供足夠的工作電流。2.3數(shù)碼管 數(shù)碼管通常有發(fā)光二極管（led）數(shù)碼管和液晶（lcd）數(shù)碼管，我這次設(shè)計所用到的是最常見的7段數(shù)碼管。 這種數(shù)碼管是利用八個

5、發(fā)光二極管，按一定順序連接制作成的數(shù)字、字符顯示元器件。在使用時，只需在數(shù)碼管的各個引腳上送入合適的高低電平，從而達到顯示09一系列不同的數(shù)字。led數(shù)碼管內(nèi)部集結(jié)了八個條狀發(fā)光二極管排列成“日”字圖案，它有共陽極和共陰極之分，當8個發(fā)光二極管的負極接在一起時稱之為共陰極數(shù)碼管，正極接在一起時稱之為共陽數(shù)碼管，對于共陰極數(shù)碼管，把陰極接低電平，其余8個輸入端接高電平，數(shù)碼管發(fā)光；對于共陽極數(shù)碼管，將陽極接高電平，其余8個輸入端接低電平，數(shù)碼管發(fā)光。這次用的是共陰極數(shù)碼管。2.4 7段led數(shù)碼管的特點7段led數(shù)碼管被廣泛用在數(shù)字化儀器儀表數(shù)控裝置中,也長用于微機的數(shù)顯器件.它有以下幾個特點:

6、 其一 能被低電壓,小電流驅(qū)動發(fā)光,普通的數(shù)碼管每筆段工作電流5ma10ma,導(dǎo)通正向壓降約2v與ttl,coms信號兼容。其二 發(fā)光響應(yīng)時間小于0.1us,高頻特性好,單色性好,亮度高。其三,重量輕， 成本低，體積小，抗沖擊性能好.其四 正常使用時間長達10萬小時以上,有的可達100萬小時2.5 555電路工作原理 它含有兩個電壓比較器，一個基本rs觸發(fā)器，一個放電開關(guān)t，比較器的參考電壓由三只5k的電阻器構(gòu)成分壓，它們分別使高電平比較器a1同相比較端和低電平比較器a2的反相輸入端的參考電平為和。a1和a2的輸出端控制rs觸發(fā)器狀態(tài)和放電管開關(guān)狀態(tài)。當輸入信號輸入并超過時，觸發(fā)器復(fù)位，555

7、的輸出端3腳輸出低電平，同時放電，開關(guān)管導(dǎo)通；當輸入信號自2腳輸入并低于時，觸發(fā)器置位，555的3腳輸出高電平，同時放電，開關(guān)管截止。是復(fù)位端，當其為0時，555輸出低電平。平時該端開路或接vcc。vc是控制電壓端（5腳），平時輸出作為比較器a1的參考電平，當5腳外接一個輸入電壓，即改變了比較器的參考電平，從而實現(xiàn)對輸出的另一種控制，在不接外加電壓時，通常接一個0.01uf的電容器到地，起濾波作用，以消除外來的干擾，以確保參考電平的穩(wěn)定。t為放電管，當t導(dǎo)通時，將給接于腳7的電容器提供低阻放電電路。2.6 cd4511的引腳功能 bi：4腳是消隱輸入控制端，當bi=0 時，不管其它輸入端狀態(tài)是

8、怎么樣的，七段數(shù)碼管都會處于消隱也就是不顯示的狀態(tài)。 le：鎖定控制端，當le=0時，允許譯碼輸出。 le=1時譯碼器是鎖定保持狀態(tài)，譯碼器輸出被保持在le=0時的數(shù)值。lt：3腳是測試信號的輸入端，當bi=1，lt=0 時，譯碼輸出全為1，不管輸入 dcba 狀態(tài)如何，七段均發(fā)亮全部顯示。它主要用來檢測數(shù)7段碼管是否有物理損壞。a1、a2、a3、a4、為8421bcd碼輸入端。 a、b、c、d、e、f、g：為譯碼輸出端，輸出為高電平1有效。cd4511的里面有上拉電阻，可直接或者接一個電阻與七段數(shù)碼管接口。2.7 74ls192 74ls192采用雙時鐘的邏輯結(jié)構(gòu)。加計數(shù)和減計數(shù)具有各自的時

9、鐘通道。計數(shù)方向由時鐘脈沖進入的通道來決定。作加計數(shù)時，cpd端為高電平，時鐘脈沖由cpu端輸入，在上升沿的作用下，計數(shù)器作增量計數(shù)。作減計數(shù)時，cpu為高電平，時鐘脈沖由cpd端輸入，在上升沿的作用下，計數(shù)器作減量計數(shù)。四、安裝調(diào)試測速的方法決定了測速信號的硬件連接，測速實際上就是測頻，因此，頻率測量的一些原則同樣適用于測速。 通常，可以用計數(shù)法、測脈寬法和等精度法來進行測試。所謂計數(shù)法，就是給定一個閘門時間，在閘門時間內(nèi)計數(shù)輸入的脈沖個數(shù)；測脈寬法是利用待測信號的脈寬來控制計數(shù)門，對一個高精度的高頻計數(shù)信號進行計數(shù)。由于閘門與被測信號不能同步，因此，這兩種方法都存在1誤差的問題，第一種方法

10、適用于信號頻率高時使用，第二種方法則在信號頻率低時使用。等精度法則對高、低頻信號都有很好的適應(yīng)性。 這里為簡化討論，僅采用計數(shù)法來進行測試。 如上圖：因為光電傳感器不好仿真，這里我們采用了555芯片構(gòu)成一個施密特觸發(fā)器，由光電傳感器得到的脈沖由2腳輸入，經(jīng)74160輸出接到7447。經(jīng)7447譯碼處理后輸出通過數(shù)碼管顯示出轉(zhuǎn)速！6、軟 件 如上圖是用兩塊555電路來充當時鐘信號和電機轉(zhuǎn)速信號，實際連接時用晶振來用作時鐘信號，用傳感器來檢測電機轉(zhuǎn)速。6、 用protel 畫出原理圖如下 50兆的有源晶振經(jīng)過分頻來實現(xiàn)1赫茲的信號 7、 根據(jù)原理圖得到的pcb 8、 cpld芯片實物圖9、硬件調(diào)試結(jié)果：這次課程設(shè)計，主要對電機進行測速，用了5個檔位來實現(xiàn)電機轉(zhuǎn)速測試時間，對應(yīng)按鈕按下對電機測量一次轉(zhuǎn)速！由于工具不太足，做硬件的時候遇到了不少的困難！總體來說能夠?qū)崿F(xiàn)其基本功能！電機轉(zhuǎn)速700-1