安徽工程大學(xué)數(shù)字邏輯課程設(shè)計(jì)-12時(shí)制電子鐘

1、12時(shí)制數(shù)字顯示電子鐘摘要：數(shù)字電子鐘是一種用數(shù)字顯示秒、分、時(shí)、日的計(jì)時(shí)裝置，與傳統(tǒng)的機(jī)械鐘相比，它具有走時(shí)準(zhǔn)確、顯示直觀、無機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)裝置等優(yōu)點(diǎn)，因而得到了廣泛的應(yīng)用，例如人們?nèi)粘Ｉ钪械碾娮邮直?，以及車站、碼頭、機(jī)場(chǎng)等公共場(chǎng)所的大型數(shù)顯電子鐘等。數(shù)字鐘是一個(gè)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)頻率（1HZ）進(jìn)行計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)電路。由于計(jì)數(shù)的起始時(shí)間不可能與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間（如北京時(shí)間）一致，故需要在電路上加一個(gè)校時(shí)電路，同時(shí)標(biāo)準(zhǔn)的1HZ時(shí)間信號(hào)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)字電子鐘由主體電路和擴(kuò)展電路構(gòu)成，分別完成數(shù)字鐘的基本功能和擴(kuò)展功能。主體電路由石英晶體振蕩體，分頻器，計(jì)數(shù)器，譯碼器，顯示器和校時(shí)

2、器等組成。 關(guān)鍵詞：振蕩器，分頻器，計(jì)數(shù)器，顯示器，校時(shí)器目 錄1引言 42.方案論證與選擇53.單元電路的設(shè)計(jì)和元器件的選擇83.1 T觸發(fā)器的設(shè)計(jì) 83.2 十進(jìn)制電路的設(shè)計(jì)93.3 六進(jìn)制電路的設(shè)計(jì) 123.4 六十進(jìn)制電路的設(shè)計(jì) 123.5 雙六十進(jìn)制電路的設(shè)計(jì) 123.6 十二進(jìn)制電路的設(shè)計(jì) 133.7 時(shí)間計(jì)數(shù)電路的設(shè)計(jì) 143.8標(biāo)志燈的設(shè)計(jì) 143.9 主要元件選擇 144. 系統(tǒng)電路總圖及原理15結(jié)論16致謝17參考文獻(xiàn)18附錄：系統(tǒng)電路原理圖引言數(shù)字電子技術(shù)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程,加強(qiáng)工程訓(xùn)練,特別是技能的培養(yǎng),對(duì)于培養(yǎng)工程人員的素質(zhì)和能力具有十分重要的作用.在電子信息類本

3、科教學(xué)中,電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)是一個(gè)重要的實(shí)踐環(huán)節(jié),它包括選擇課題,電子電路設(shè)計(jì),組裝,調(diào)試和編寫總結(jié)報(bào)告等實(shí)踐內(nèi)容.通過課程設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)以下兩個(gè)目標(biāo):第一,讓學(xué)生初步掌握電子線路的試驗(yàn),設(shè)計(jì)方法.即學(xué)生根據(jù)設(shè)計(jì)要求和性能參數(shù),查閱文獻(xiàn)資料,收集,分析類似電路的性能,并通過組裝調(diào)試等實(shí)踐活動(dòng),使電路達(dá)到性能指標(biāo);第二,課程設(shè)計(jì)為后續(xù)的畢業(yè)設(shè)計(jì)打好基礎(chǔ).畢業(yè)設(shè)計(jì)是系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)實(shí)踐,而課程設(shè)計(jì)的著眼點(diǎn)是讓學(xué)生開始從理論學(xué)習(xí)的軌道上逐漸引向?qū)嶋H運(yùn)用,從已學(xué)過的定性分析,定量計(jì)算的方法,逐步掌握工程設(shè)計(jì)的步驟和方法,了解科學(xué)實(shí)驗(yàn)的程序和實(shí)施方法,同時(shí),課程設(shè)計(jì)報(bào)告的書寫,為今后從事技術(shù)工作撰寫科技報(bào)告和技

4、術(shù)資料打下基礎(chǔ).。本次我的課程設(shè)計(jì)是關(guān)于數(shù)字顯示電子鐘的設(shè)計(jì)，數(shù)字鐘是一種用數(shù)字電路技術(shù)實(shí)現(xiàn)時(shí)、分、秒計(jì)時(shí)的裝置，與機(jī)械式時(shí)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(zhǎng)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(shí)序電路。因此，我們此次設(shè)計(jì)數(shù)字鐘就是為了了解數(shù)字鐘的原理，從而學(xué)會(huì)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(shí)用方法。且由于數(shù)字鐘包括組合邏輯電路和時(shí)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(shí)序電路的原理與使用方法。2. 方案論證與選擇2.1 數(shù)字鐘的系統(tǒng)方案數(shù)字鐘

5、實(shí)際上是一個(gè)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)頻率（1HZ）進(jìn)行計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)電路。由于計(jì)數(shù)的起始時(shí)間不可能與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間（如北京時(shí)間）一致，故需要在電路上加一個(gè)校時(shí)電路，同時(shí)標(biāo)準(zhǔn)的1HZ時(shí)間信號(hào)必須做到準(zhǔn)確穩(wěn)定。在許多應(yīng)用場(chǎng)合下都對(duì)多諧振蕩器的振蕩頻率穩(wěn)定性有嚴(yán)格的要求，目前普遍采用的一種穩(wěn)頻方法是在多諧振蕩器電路中接入石英晶體，組成石英晶體多諧振蕩器，本次設(shè)計(jì)就是使用石英晶體多諧振蕩器電路構(gòu)成數(shù)字鐘。圖1 數(shù)字電子鐘方案框圖2.2 晶體振蕩器電路秒脈沖發(fā)生器是數(shù)字鐘的核心部分，它的精度和穩(wěn)定度決定了數(shù)字鐘的質(zhì)量，通常用晶體振蕩器發(fā)出的脈沖經(jīng)過整形、分頻獲得1Hz的脈沖。晶體振蕩器電路給數(shù)字鐘提供一個(gè)頻率穩(wěn)定準(zhǔn)確的32768H

6、Z的方波信號(hào)，可保證數(shù)字鐘的走時(shí)準(zhǔn)確及穩(wěn)定，通過4020BD分頻后可產(chǎn)生2Hz的脈沖，然后使用74LS74再進(jìn)行一次分頻，最后輸出1Hz的脈沖，電容C1、C2與晶體構(gòu)成一個(gè)諧振型網(wǎng)絡(luò)，完成對(duì)振蕩頻率的控制功能，同時(shí)提供了一個(gè)180度相移，從而和非門構(gòu)成一個(gè)正反饋網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了振蕩器的功能。由于晶體具有較高的頻率穩(wěn)定性及準(zhǔn)確性，從而保證了輸出頻率的穩(wěn)定和準(zhǔn)確。電路圖如下圖所示：圖2 石英 晶體振蕩器（仿真電路）2.3 時(shí)間計(jì)數(shù)電路一般采用十進(jìn)制計(jì)數(shù)器如74HC290、74HC390、74LS161、74LS160等來實(shí)現(xiàn)時(shí)間計(jì)數(shù)單元的計(jì)數(shù)功能。這一部分均使用中規(guī)模集成電路74LS160實(shí)現(xiàn)秒、分的

7、計(jì)數(shù)，使用T觸發(fā)器和74LS160來實(shí)現(xiàn)時(shí)的計(jì)數(shù)，其中秒、分為六十進(jìn)制，時(shí)為十二進(jìn)制。其中，秒、分兩組六十進(jìn)制計(jì)數(shù)電路完全相同，當(dāng)計(jì)數(shù)到59時(shí)，再來一個(gè)脈沖變成00，然后從新開始計(jì)數(shù)每一個(gè)計(jì)數(shù)器均有一個(gè)異步清零端，通過利用“異步清零”反饋到CLRN端而實(shí)現(xiàn)個(gè)位十進(jìn)制，十位六進(jìn)制的功能。時(shí)個(gè)位計(jì)數(shù)單元電路結(jié)構(gòu)仍與秒或個(gè)位計(jì)數(shù)單元相同，但是要求，整個(gè)時(shí)計(jì)數(shù)單元應(yīng)為十二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，不是10的整數(shù)倍，因此需將個(gè)位和十位計(jì)數(shù)單元合并為一個(gè)整體才能進(jìn)行十二進(jìn)制轉(zhuǎn)換。高位由T觸發(fā)器構(gòu)成，低位由74LS160構(gòu)成，控制T=1，當(dāng)開始計(jì)數(shù)時(shí)，個(gè)位按十進(jìn)制計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)到9時(shí)，高位為1，低位為0，如果高位為1，低位為

8、2，則再有進(jìn)位時(shí)將置為01.2.4顯示單元電路選擇共陰8段數(shù)碼管作為顯示單元電路。通過不同的元件輸出端輸出的端口接到數(shù)碼管的端口進(jìn)行顯示。2.5 校時(shí)電路數(shù)字鐘應(yīng)具有分校正和時(shí)校正功能，因此，應(yīng)截?cái)喾謧€(gè)位和時(shí)個(gè)位的直接計(jì)數(shù)通路，并采用正常計(jì)時(shí)信號(hào)與校正信號(hào)可以隨時(shí)切換的電路接入其中。如下圖所示，圖中有5個(gè)開關(guān)，第一個(gè)是單次脈沖開關(guān)，通過單擊此開關(guān)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)間的改變，可以用鼠標(biāo)點(diǎn)擊，也可按鍵盤上的空格鍵，A、B、C、D四個(gè)開關(guān)分別控制上下午切換、時(shí)、分、秒，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)間的調(diào)整，當(dāng)開關(guān)接在上面時(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)校時(shí)功能，接在下面時(shí)實(shí)現(xiàn)手動(dòng)校時(shí)功能，按下哪個(gè)開關(guān)，則實(shí)現(xiàn)對(duì)哪一部分的校時(shí)，可分別通過按鍵盤

9、上對(duì)應(yīng)的按鍵實(shí)現(xiàn)校時(shí)。圖3校正電路2.6 顯示上、下午標(biāo)志電路 標(biāo)志燈起到作用是能顯示上下午的標(biāo)志，如果是上午則上面的燈亮，如果是下午則下面的燈亮，可用一個(gè)T觸發(fā)器構(gòu)成，控制T=1，當(dāng)時(shí)計(jì)數(shù)器有進(jìn)位輸出時(shí)，T觸發(fā)器的狀態(tài)改變，從而使上下午標(biāo)志燈發(fā)生改變。3. 單元電路的設(shè)計(jì)與元器件選擇數(shù)字鐘從原理上講是一種典型的數(shù)字電路，可以由許多中小規(guī)模集成電路組成，所以可以分成許多獨(dú)立的電路。3.1 T觸發(fā)器的設(shè)計(jì) 在某些應(yīng)用場(chǎng)合下，需要這樣一種邏輯功能的觸發(fā)器，當(dāng)控制信號(hào)T = 1 時(shí)每來一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)它的狀態(tài)就翻轉(zhuǎn)一次；而當(dāng)T = 0 時(shí)，時(shí)鐘信號(hào)到達(dá)后它的狀態(tài)保持不變。具備這種邏輯功能的觸發(fā)器稱為T

10、觸發(fā)器。它的特性表如表3.1.1所示T001101010110表3.1.1從特性表寫出T 觸發(fā)器的特性方程為 =T+它的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖和邏輯符號(hào)如圖3-1-1 所示。圖3-1-1事實(shí)上只要將JK觸發(fā)器的兩個(gè)輸入端連在一起作為T 端，就可以構(gòu)成T 觸發(fā)器。正因?yàn)槿绱耍谟|發(fā)器的定型產(chǎn)品中通常沒有專門的T 觸發(fā)器。JK觸發(fā)器的特性表及狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如表3.1.2和圖3-1-2所示：J K0 00 00 1 0 11 01 01 11 10101010101001110圖3-1-2T觸發(fā)器仿真電路的設(shè)計(jì)3.2 十進(jìn)制電路的設(shè)計(jì) 圖3-2-1是中規(guī)模集成的同步十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器74160 的邏輯圖。它不僅有十進(jìn)

11、制計(jì)數(shù)的功能，又增加了同步預(yù)置數(shù)、異步置零和保持的功能。圖3-2-1其狀態(tài)轉(zhuǎn)換表及狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如下圖所示由數(shù)碼管、74160構(gòu)成的十進(jìn)制仿真電路如下圖：3.3 六進(jìn)制電路的設(shè)計(jì) 六進(jìn)制計(jì)數(shù)器可用74LS160十進(jìn)制計(jì)數(shù)器改造而成，當(dāng)計(jì)數(shù)計(jì)成Q3Q2Q1Q0=0110狀態(tài)時(shí)，圖中的與非門起到譯碼的作用，此時(shí)輸出低電平可使計(jì)數(shù)器置零，六進(jìn)制電路主要由74LS160、數(shù)碼管組成。其仿真電路如下圖：3.4 六十進(jìn)制電路的設(shè)計(jì)六十進(jìn)制電路可由十進(jìn)制電路和六進(jìn)制電路進(jìn)行級(jí)聯(lián)組成；十進(jìn)制電路作為低位，六進(jìn)制電路作為高位，計(jì)數(shù)器從全0狀態(tài)開始計(jì)時(shí)，當(dāng)計(jì)入60個(gè)脈沖時(shí)經(jīng)與非門使兩個(gè)74LS60芯片同時(shí)置零，十進(jìn)制

12、電路每由兩個(gè)數(shù)碼管、兩個(gè)74LS160芯片組成，電路如圖3.5 雙六十進(jìn)制電路的設(shè)計(jì)雙六十進(jìn)制電路可由兩個(gè)六十進(jìn)制電路進(jìn)行級(jí)聯(lián)組成，兩個(gè)六十進(jìn)制電路分別作為高位和低位，通過右邊的進(jìn)位輸出端與左邊的計(jì)數(shù)輸入端進(jìn)行連接，圖中的與門與左邊的六十進(jìn)制電路連接起到進(jìn)位輸出的功能，雙六十進(jìn)制電路由四個(gè)數(shù)碼管、四個(gè)74LS160芯片組成，電路如圖3.6 十二進(jìn)制電路的設(shè)計(jì)十二進(jìn)制電路可由一個(gè)T觸發(fā)器和一個(gè)74LS160芯片組成，高位由T觸發(fā)器構(gòu)成，低位由74LS160構(gòu)成，控制T=1，當(dāng)開始計(jì)數(shù)時(shí)，個(gè)位按十進(jìn)制計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)到9時(shí)，產(chǎn)生進(jìn)位，高位為1，低位為0，如果高位為1，低位為2，則再有進(jìn)位時(shí)將置為01，十

13、二進(jìn)制電路如圖3.7 時(shí)間計(jì)數(shù)電路的設(shè)計(jì)時(shí)間計(jì)數(shù)電路是能夠正確顯示時(shí)間的電路，可由十二進(jìn)制電路、雙六十進(jìn)制電路進(jìn)行級(jí)聯(lián)組成，其電路如圖3.8標(biāo)志燈電路的設(shè)計(jì)標(biāo)志燈是能顯示上下午的標(biāo)志，如果上午的話，則上面的紅燈亮，下午則用下面的綠燈表示，通過T觸發(fā)器的功能來實(shí)現(xiàn)上下午的轉(zhuǎn)變，標(biāo)志燈電路由一個(gè)T觸發(fā)器和2個(gè)標(biāo)志燈組成，其電路如圖3.9 主要元件選擇1共陰8段數(shù)碼管6個(gè)；2、CD4060集成塊1塊；3、74LS74D集成塊1塊；4、74LS160D集成塊5塊；5、T_FF集成塊2塊；6、標(biāo)志燈2個(gè)；7、R145_32.768KHz時(shí)鐘晶體1個(gè)8、50nF二極管2個(gè)；9、1K電阻2個(gè)；10、開關(guān)4個(gè)

14、；11、非門、與非門若干；4. 系統(tǒng)電路總圖及原理 將設(shè)計(jì)的各個(gè)單元電路進(jìn)行級(jí)聯(lián)，得到數(shù)字電子鐘系統(tǒng)電路原理圖見附錄結(jié)論看著自己設(shè)計(jì)、連線、調(diào)試成功的數(shù)字電子鐘，很有成就感。真的很有收獲，體會(huì)到了什么是學(xué)以致用，理論與實(shí)踐的差別到底有多大。以前上課都是上一些最基本的東西而現(xiàn)在卻可以將以前學(xué)的東西做出有實(shí)際價(jià)值的東西。在這個(gè)過程中，我的確學(xué)得到很多在書本上學(xué)不到的東西，如：怎么設(shè)計(jì)一個(gè)六十、十二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，如何實(shí)現(xiàn)校時(shí)的防抖動(dòng)等等。但也遇到了不少的挫折，有時(shí)遇到了一個(gè)錯(cuò)誤怎么找也找不到原因所在，找了老半天結(jié)果卻是接頭的方向接錯(cuò)了，有時(shí)更是忘接地了。在學(xué)習(xí)中的小問題在課堂上不可能犯，在動(dòng)手的過程中卻很有可能犯。特別是在連接電路時(shí)，一不小心就會(huì)犯錯(cuò)，而且很不容易檢查出來。我的動(dòng)手能力又有了進(jìn)一步的提高，我感到十分的高興。同時(shí)學(xué)到了課本上沒有的東西，也鍛煉了自己獨(dú)立解決問題的能力。這在以后的學(xué)習(xí)和生活中會(huì)有很大的用處。但是我還有不足，按照電路連接實(shí)物時(shí)，器件的擺放不夠科學(xué)，最終導(dǎo)致了，只有自己能看懂電路的走向。不過我會(huì)在以后的學(xué)習(xí)中逐步提高，做一個(gè)動(dòng)手能力強(qiáng)的大學(xué)生。致謝通過一個(gè)星期的時(shí)間，我的課程設(shè)計(jì)劃圓滿的完成。本次的課程設(shè)計(jì)能夠順利的完成，僅是靠我本人單方面的努力是不行的，還得到老師和同學(xué)的幫助，在這里我要表示感謝。首先，感謝學(xué)校提供給我們這么好的學(xué)習(xí)環(huán)境，在這樣優(yōu)越的環(huán)境