數(shù)電課程設(shè)計(4)

1、.二一二一一學年第 二 學期電子信息工程系課程設(shè)計計劃書班 級： 電子信息工程2009級 2 班 課程名稱： 數(shù)字電子電路 學 號： 200904135060 姓 名： 李亞雄 指導教師： 尚濤 二一一 年 六 月 十三 日設(shè)計目的（1） 掌握BCD碼十進制、六十進制、二十四進制計數(shù)器的設(shè)計方法（2） 掌握CPLD/FPGA的層次化設(shè)計方法（3） 學習VHDL基本邏輯電路的綜合設(shè)計應(yīng)用（4） 掌握各芯片的邏輯功能及使用方法（5） 進一步掌握數(shù)字鐘的設(shè)計方法和和計數(shù)器相互級聯(lián)的方法。（6） 進一步掌握數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計和數(shù)字系統(tǒng)功能的測試方法。（7） 進一步掌握數(shù)字系統(tǒng)的制作和布線方法。設(shè)計分析設(shè)計

2、指標1 數(shù)字鐘具有顯示時、分、秒的功能，其中時可以是十二進制，也可以是二十四進制，分秒均為六十進制。有校時功能，可以分別對時及分進行單獨校時，使其校正到標準時間。輸出都為BCD碼。2 有驅(qū)動7段共陰極LED數(shù)碼管的七段譯碼輸出和片選信號輸出。3 計時過程具有報時功能，當當分位計數(shù)到59分時，秒為51、53、55、57時，產(chǎn)生低音的報時驅(qū)動信號，59時為高音。設(shè)計要求1.畫出電路原理圖（或仿真電路圖）；2.元器件及參數(shù)選擇，有相關(guān)原器件清單；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。總體

3、概要設(shè)計數(shù)字鐘按步驟劃分分為信號產(chǎn)生電路（震蕩電路）、計數(shù)電路、校對電路、驅(qū)動電路（譯碼驅(qū)動）和顯示電路（數(shù)碼管）。數(shù)字鐘電路也可按工作單元劃分：信號發(fā)生單元、信號計數(shù)單元、信號校對單元以及報時單元。其中信號計數(shù)單元分位秒計數(shù)單元、分計數(shù)單元、時計數(shù)單元以及日期計數(shù)單元。下面是整體設(shè)計框圖。數(shù)碼管數(shù)碼管數(shù)碼管數(shù)碼管數(shù)碼管數(shù)碼管數(shù)碼管 譯碼驅(qū)動譯碼驅(qū)動譯碼驅(qū)動譯碼驅(qū)動譯碼驅(qū)動譯碼驅(qū)動譯碼驅(qū)動秒個位計數(shù)秒十位計數(shù)分個位計數(shù)分十位計數(shù)時個位計數(shù)時十位計數(shù)日位計數(shù)調(diào)分控制電路調(diào)時控制電路分頻器分頻器振蕩器圖1 數(shù)字鐘的組成框圖 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

4、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。電路設(shè)計1.單元電路設(shè)計信號發(fā)生單元電路設(shè)計 利用555集成定時器構(gòu)造多諧振蕩器來實現(xiàn)信號發(fā)生電路。如圖：電容C1放電時間為：t1=R2*C1*ln2，充電時間為：t2=（R1+R2）*C1*ln2，則其震蕩頻率為f=10/(t1+t2)。選擇合適的R1、R2、C1值可使f=1HZ。 555構(gòu)成的多諧振蕩器信號計數(shù)單元秒計數(shù)單元選用兩塊74LS162芯片和一塊74LS10（三輸入與非門）采用同步式清零的方法完成六十進制。當秒鐘的個位芯片的輸出QA=QD=1，十位芯片

5、QA=QC=1時通過三輸入與非門在清零端加低電平，待下一個脈沖到來時使計數(shù)器輸出全部歸零并進位。分計數(shù)單元同樣選用秒計數(shù)單元的元件和連接方法時計數(shù)單元選用兩塊74LS162芯片和一塊74LS10采用同步式清零的方法完成24進制。當時鐘個位芯片的輸出QC=QA=1，十位芯片的輸出QB=1時通過三輸入與非門在清零端加低電平，待下一個脈沖到來時使計數(shù)器輸出全部歸零并進位。日期計時單元由于顯示的是星期，所以為七進制則選用一塊74LS162/一塊74LS10和一塊CD4511芯片預(yù)置的方法來完成。當芯片的輸出端QA=QB=QC時，通過與非門在待下一個預(yù)置端加低電平，脈沖到來時使計數(shù)器輸出預(yù)置值。將預(yù)置端

6、設(shè)置為A=1，B=C=D=0來實現(xiàn)預(yù)置為1.同時將預(yù)置值接入CD4511芯片的LT/端使輸入為六時跳躍為8，不顯示7，以此來完成星期1到8（不計7）的計數(shù)。下面是計數(shù)單元的電路圖。計數(shù)單元電路圖報時單元當時間到達為XX時59分51秒時蜂鳴器開始響一次，并持續(xù)一秒停一秒，這樣連續(xù)響五次。在59分50秒到59秒之間，秒的個位計數(shù)，十位輸出為0101,；個位輸出為1001，十位輸出為0101。而秒的個位QA計數(shù)過程中輸出在0和1之間轉(zhuǎn)。對此，把分的十位的QC、QA，分的個位的QD、QA，秒的十位的QC、QA和秒的個位的QA相與非作為控制與非門的開關(guān)，從而控制蜂鳴器的響和停。電路圖如下： 蜂鳴單元電路

7、圖譯碼驅(qū)動電路譯碼驅(qū)動電路將計數(shù)器輸出的8421BCD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。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，本設(shè)計采用的為數(shù)碼管。各單元模塊設(shè)計和分析振蕩器電路振蕩器是構(gòu)成數(shù)字式時鐘的核心，它保證了時鐘的走時準確及穩(wěn)定時間計數(shù)單元時間計數(shù)單元有時計數(shù)、分計數(shù)和秒計數(shù)等幾個部分。時計數(shù)單元一般為24進制計數(shù)器計數(shù)器，其輸出為兩位8421BCD碼形式；分計數(shù)和秒計數(shù)單元為進制計數(shù)器，其輸出也為8421BCD碼。譯碼驅(qū)動及顯示單元整點報時電路總結(jié)設(shè)計過程中遇到的問題及其解決方法。在檢測面包板狀況的過程中，出現(xiàn)本該

8、相通的地方被斷了的導線堵塞，用鑷子將其挑出。在檢測74LS162路的過程中發(fā)現(xiàn)有兩個數(shù)碼管顯示的數(shù)字是沒有規(guī)律的（不是從0到9的顯示），正是由于我們布線的整齊簡明，經(jīng)過檢查發(fā)現(xiàn)是74LS162兩跟譯碼線與顯示管腳連接出錯，交換，就OK了！在連接晶振的過程中，晶振起振，但是輸出的脈沖明顯不是1HZ的，對照設(shè)計電路檢查，發(fā)現(xiàn)CD4511管腳接錯，接上3號管腳，一切OK！。在制作報時電路的過程中，發(fā)現(xiàn)蜂鳴器在57分59秒的時候就開始報時，后經(jīng)檢測電路發(fā)現(xiàn)是由于把74LS10引腳的芯片來接，以至接線都錯位，重新接線后能正常報時。在布置地線和5V電壓線時，不甚把兩線接到了一起，導致整個板沒法工作。經(jīng)認真的檢查，排除了問題！設(shè)計體會在此次的數(shù)字鐘設(shè)計過程中，更進一步地熟悉了芯片的結(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，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。在設(shè)計電路中，往