最新數(shù)電模電數(shù)字時(shí)鐘設(shè)計(jì)

1、揚(yáng)州大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院本科生課程設(shè)計(jì)題 目： 數(shù)字時(shí)鐘設(shè)計(jì) 課 程： 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) 專(zhuān) 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 班 級(jí)： 電氣8888班 學(xué) 號(hào)： 111712345 姓 名： 提莫隊(duì)長(zhǎng) 指導(dǎo)教師： 年* 蔣* 完成日期： 2021年6月14日 總 目 錄第一部分：任務(wù)書(shū) 第二部分：課程設(shè)計(jì)報(bào)告第三部分：設(shè)計(jì)圖紙第 一 部 分任務(wù)書(shū)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)一、課程設(shè)計(jì)的目的 本課程是在學(xué)完數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)、數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)之后，集中一周時(shí)間，進(jìn)行的復(fù)雜程度較高、綜合性較強(qiáng)的設(shè)計(jì)課題的實(shí)踐環(huán)節(jié)，通過(guò)該教學(xué)環(huán)節(jié)，要求達(dá)到以下目的： 1.使學(xué)生進(jìn)一步掌握數(shù)字電子技術(shù)的理論知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)

2、生工程設(shè)計(jì)能力和綜合分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力； 2.使學(xué)生基本掌常用電子電路的一般設(shè)計(jì)方法，提高電子電路的設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ?3.熟悉并學(xué)會(huì)選用電子元器件，為以后從事生產(chǎn)和科研工作打下一定的基礎(chǔ)。二、課程設(shè)計(jì)的要求1. 設(shè)計(jì)時(shí)要綜合考慮實(shí)用、經(jīng)濟(jì)并滿(mǎn)足性能指標(biāo)要求；2. 必須獨(dú)立完成設(shè)計(jì)課題； 3. 合理選用元器件； 4. 按時(shí)完成設(shè)計(jì)任務(wù)并提交設(shè)計(jì)報(bào)告。 三、課程設(shè)計(jì)進(jìn)度安排1、方案設(shè)計(jì)；(半天) 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)給定的技術(shù)指導(dǎo)和條件，進(jìn)行調(diào)查研究、查閱參考文獻(xiàn)，進(jìn)行反復(fù)比較和可行性論證，確定出方案電路，畫(huà)出主要單元電路，數(shù)據(jù)通道，輸入、輸出及重要控制信號(hào)概貌的框圖。2、電路設(shè)計(jì)：(一天)根據(jù)方

3、案設(shè)計(jì)框圖，并畫(huà)出詳細(xì)的邏輯圖3、裝配圖設(shè)計(jì)：(半天)根據(jù)給定的元器件，結(jié)合邏輯圖，設(shè)計(jì)出電路制作的具體裝配圖(即繪出組件數(shù)量，管腳號(hào)以及器件布置的實(shí)際位置)。同時(shí)配以必要的文字說(shuō)明。4、電路制作：(兩天)對(duì)選定的設(shè)計(jì)，按裝配圖進(jìn)行裝配，調(diào)試實(shí)驗(yàn)。5、總結(jié)鑒定：(一天)考核樣機(jī)是否全面達(dá)到現(xiàn)定的技術(shù)指標(biāo)，能否長(zhǎng)期可靠地工作，并寫(xiě)出設(shè)計(jì)總結(jié)報(bào)。四、設(shè)計(jì)題目及內(nèi)容 1、題目：數(shù)字時(shí)鐘電路 2、內(nèi)容：（1）具有“時(shí)”“分”的數(shù)字顯示時(shí)鐘；（2）“秒”不作數(shù)字顯示，只使“時(shí)”和“分”之間“：”間隔閃亮；（3）具有校分和校時(shí)功能；（4）具有整點(diǎn)報(bào)時(shí)功能（59分50秒開(kāi)始間歇報(bào)時(shí)）。五、設(shè)計(jì)要求1、用中小

4、型規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)出所要求的電路；2、在實(shí)驗(yàn)箱上安裝、調(diào)試出所設(shè)計(jì)的電路；3、部分課題要求用可編程邏輯器件（FPGA/CPLD）設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)；4、在EDA編程實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上完成硬件系統(tǒng)的功能仿真；5、寫(xiě)出設(shè)計(jì)、調(diào)試、總結(jié)報(bào)告。六 、器件與器材 1、元器件LED共陰數(shù)碼管BS2074片BCD七段譯碼器74LS484片十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS16012片四2輸入與非門(mén)74LS003片雙4輸入與非門(mén)74LS201片六反相器74LS041片雙上升沿D觸發(fā)器74LS741片石英晶體4MHz1個(gè)發(fā)光二極管2只開(kāi)關(guān)K1、K22只電阻1千歐5只電容001微法1只電容10皮法1只 2、工具 導(dǎo)線(xiàn)、鑷子、剪刀、打火機(jī)等。七、

5、使用儀器設(shè)備1.YDNDI型數(shù)字電子綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)；2.裝有Multisim軟件的PC;3.面包板等。八、參考文獻(xiàn)1、“數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)”教材；2、有關(guān)“電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)”；3、“集成電路特性應(yīng)用手冊(cè)”；4、EDA技術(shù)使用教程；5、其他。九、設(shè)計(jì)總結(jié)報(bào)告主要內(nèi)容1、任務(wù)及要求；2、方案特點(diǎn)；3、各組成部分及工作原理(應(yīng)結(jié)合框圖寫(xiě))；4、單元電路設(shè)計(jì)與調(diào)試；5、總邏輯圖；6、總裝配圖；7、實(shí)驗(yàn)仿真結(jié)果；8、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析(畫(huà)出必要的波形，進(jìn)行測(cè)量精度和誤差分析)；9、調(diào)試中出現(xiàn)問(wèn)題的解決；10、改進(jìn)意見(jiàn)及收獲體會(huì)等。第 二 部 分課程設(shè)計(jì)報(bào)告目 錄1設(shè)計(jì)任務(wù)及要求82系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案92.

6、1總體設(shè)計(jì)方案92.2方案特點(diǎn)93控制電路設(shè)計(jì)103.1控制電路工作原理103.2參數(shù)計(jì)算103.3器件選型104 振蕩電路設(shè)計(jì)114.1振蕩電路工作原理114.2參數(shù)計(jì)算114.3器件選型115 計(jì)數(shù)電路設(shè)計(jì)125.1計(jì)數(shù)電路工作原理125.2參數(shù)計(jì)算135.3器件選型136 譯碼顯示電路設(shè)計(jì)146.1譯碼顯示電路工作原理146.2參數(shù)計(jì)算146.3器件選型147系統(tǒng)總體電路設(shè)計(jì)157.1系統(tǒng)總體電路157.2 電路說(shuō)明158電路調(diào)試168.1振蕩電路調(diào)試及實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析168.2 計(jì)數(shù)電路調(diào)試及實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析168.3 譯碼顯示電路調(diào)試及實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析168.4 控制電路調(diào)試及實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析168

7、.5 系統(tǒng)聯(lián)調(diào)及實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析169改進(jìn)意見(jiàn)及收獲體會(huì)1810器件明細(xì)清單19參 考 文 獻(xiàn)201設(shè)計(jì)任務(wù)及要求設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字時(shí)鐘電路，要求具有以下功能：1、具有“時(shí)”“分”的數(shù)字顯示時(shí)鐘；2、“秒”不作數(shù)字顯示，只使“時(shí)”和“分”之間“：”間隔閃亮；3、具有校分和校時(shí)功能；4、具有整點(diǎn)報(bào)時(shí)功能（59分50秒開(kāi)始間歇報(bào)時(shí)）。 2系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案2.1總體設(shè)計(jì)方案數(shù)字鐘是一個(gè)T=1s的計(jì)時(shí)儀器。它由石英晶體振蕩器、分頻器、記數(shù)器、譯碼器、顯示器和校時(shí)電路組成。石英晶體振蕩器產(chǎn)生的信號(hào)經(jīng)過(guò)分頻器產(chǎn)生秒脈沖，將秒脈沖送入計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)結(jié)果通過(guò)譯碼器進(jìn)行譯碼和輸出。 數(shù)字電子鐘的總體框圖如下圖所示：2.

8、2方案特點(diǎn)經(jīng)我們小組的周密分析和深入探討，我們發(fā)現(xiàn)該電路主要實(shí)現(xiàn)3個(gè)功能：1、 整點(diǎn)報(bào)時(shí)功能：由于器件緣故，有發(fā)光二極管代替蜂鳴器。2、 12小時(shí)制計(jì)時(shí)功能：時(shí)、分由四個(gè)七段數(shù)碼管顯示，秒由小數(shù)點(diǎn)顯示。3、 校時(shí)校分功能：通過(guò)兩個(gè)開(kāi)關(guān)分別實(shí)現(xiàn)3控制電路設(shè)計(jì)3.1控制電路工作原理數(shù)字在使用前需要先進(jìn)行校時(shí)、校分，然后才能讓其正常工作計(jì)時(shí)，如圖3.1.1分別是我們小組設(shè)計(jì)的校分、校時(shí)電路的原理圖：圖3.1.1校分、校時(shí)電路以校時(shí)電路為例，其工作原理為：通過(guò)單刀雙擲開(kāi)關(guān)J1將校時(shí)脈沖作為時(shí)鐘計(jì)數(shù)器的輸入信號(hào)，校時(shí)結(jié)束后撥動(dòng)開(kāi)關(guān)，將來(lái)自低一位（分鐘計(jì)數(shù)器）的進(jìn)位信號(hào)作為輸入信號(hào)與時(shí)鐘計(jì)數(shù)器的輸入端相連

9、，使其正常工作。校時(shí)脈沖，可用由多級(jí)分頻器產(chǎn)生的秒脈沖，也可以用人工觸發(fā)計(jì)數(shù)器。3.2參數(shù)計(jì)算參數(shù)均為固定器件參數(shù)，對(duì)照資料裝配3.3器件選型 兩塊單刀雙擲開(kāi)關(guān)、4片74LS160N4 振蕩電路設(shè)計(jì)4.1振蕩電路工作原理晶體振蕩器是構(gòu)成數(shù)字式時(shí)鐘的核心，它保證了時(shí)鐘的走時(shí)準(zhǔn)確及穩(wěn)定。石英晶體振蕩振蕩器的特點(diǎn)是振蕩頻率準(zhǔn)確、電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、頻率易調(diào)整。它還具有壓電效應(yīng)，在晶體某一方向加一電場(chǎng)，則在與此垂直的方向產(chǎn)生機(jī)械振蕩，有了機(jī)械振動(dòng)，就會(huì)在相應(yīng)的垂直面上產(chǎn)生電場(chǎng)，從而使機(jī)械振動(dòng)和電場(chǎng)互為因果，這種循環(huán)過(guò)程一直持續(xù)到晶體的機(jī)械強(qiáng)度限制時(shí)，才達(dá)到最后穩(wěn)定，這種壓電諧振的頻率即為晶體振蕩器的固有頻率

10、。如圖4.1.1，將晶體與對(duì)稱(chēng)式諧振蕩器中的耦合電容串聯(lián)起來(lái)，就組成了所需要的石英晶體多諧振蕩器。 圖4.1.1通常，石英晶體多諧振蕩器輸出頻率較高，為了得到1Hz的秒信號(hào)輸入，需要對(duì)振蕩器的輸出信號(hào)進(jìn)行分頻。振蕩器輸出4MHz信號(hào)，先送到10分頻計(jì)數(shù)器（74LS160），經(jīng)過(guò)6次10分頻而獲得4Hz的脈沖信號(hào)，再通過(guò)2個(gè)D觸發(fā)器（74LS74）進(jìn)行4分頻變成1Hz。如圖4.1.2即為對(duì)由石英晶體多諧振蕩器產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行分頻產(chǎn)生秒脈沖的電路原理圖。4.2參數(shù)計(jì)算R1=R2=1K；C1=0.01uF；C2=10pF；4MHz的石英晶振。4.3器件選型2個(gè)1K的電阻；1個(gè)0.01uF的電容；1

11、個(gè)10pF的電容；1片74LS04，6片74LS160，1片74LS74。5 計(jì)數(shù)電路設(shè)計(jì)5.1計(jì)數(shù)電路工作原理秒脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)6級(jí)計(jì)數(shù)器，分別得到“秒”個(gè)位、“秒”十位、“分”個(gè)位、十位及“時(shí)”個(gè)位、十位的計(jì)時(shí)?！懊搿?、“分”計(jì)數(shù)為60進(jìn)制，小時(shí)為24進(jìn)制。1計(jì)秒電路：2計(jì)分電路： 首先將兩片74LS160接成百進(jìn)制計(jì)數(shù)器，然后將電路的60狀態(tài)譯碼產(chǎn)生置零信號(hào)加到2片74LS160的“LOAD”和“CLR”上，從而得到六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。進(jìn)位信號(hào)直接有與非門(mén)的輸出端引出。3.計(jì)時(shí)電路首先將兩片74160連成一個(gè)一百進(jìn)制計(jì)數(shù)器。當(dāng)計(jì)數(shù)器從全0狀態(tài)開(kāi)始計(jì)數(shù)，計(jì)入11個(gè)脈沖時(shí)，經(jīng)與非門(mén)譯碼產(chǎn)生低電平信號(hào)

12、立刻將兩片74160同時(shí)置零，于是便得到了12進(jìn)制計(jì)數(shù)器。5.2參數(shù)計(jì)算 參數(shù)均為固定器件參數(shù)，對(duì)照資料裝配5.3器件選型 6片74LS160； 2片74LS20。6 譯碼顯示電路設(shè)計(jì)6.1譯碼顯示電路工作原理計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)了對(duì)時(shí)間的累計(jì)以8421BCD碼形式輸出，為了將計(jì)數(shù)器輸出的8421BCD碼顯示出來(lái)，需用顯示譯碼電路將計(jì)數(shù)器的輸出數(shù)碼轉(zhuǎn)換為數(shù)碼顯示器件所需要的輸出邏輯和一定的電流，一般這種譯碼器通常稱(chēng)為7段譯碼顯示驅(qū)動(dòng)器。74LS48譯碼器對(duì)應(yīng)的顯示器是共陰（接地）顯示器。6.2參數(shù)計(jì)算高電壓取5V6.3器件選型4片74LS48，4片BS207。7系統(tǒng)總體電路設(shè)計(jì)7.1系統(tǒng)總體電路7.2

13、電路說(shuō)明整個(gè)數(shù)字鐘由時(shí)間計(jì)數(shù)電路、晶體振蕩電路、校正電路組成。以校正電路代替時(shí)間計(jì)數(shù)電路中的時(shí)、分、秒之間的進(jìn)位，當(dāng)校時(shí)電路處于正常輸入信號(hào)時(shí)，時(shí)間計(jì)數(shù)電路正常計(jì)時(shí)，但當(dāng)分校正時(shí)，其不會(huì)產(chǎn)生向時(shí)進(jìn)位，而分與時(shí)的校位是分開(kāi)的，而校正電路也是一個(gè)獨(dú)立的電路。由晶體振蕩電路和分頻電路產(chǎn)生1Hz的秒脈沖，將秒脈沖信號(hào)送人發(fā)光二極管和“秒”計(jì)數(shù)器電路。8電路調(diào)試8.1振蕩電路調(diào)試及實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析要使電路具有整點(diǎn)報(bào)時(shí)功能，只需將“分”的到“59”時(shí)和“秒”到“50”時(shí)通過(guò)與非門(mén)相連接，然后連接到發(fā)光2級(jí)管就行了。8.2 計(jì)數(shù)電路調(diào)試及實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析將秒脈沖分別作為分鐘/時(shí)鐘計(jì)數(shù)器的輸入信號(hào)，觀測(cè)數(shù)碼管的顯示。

14、在實(shí)物測(cè)試時(shí)發(fā)現(xiàn)60進(jìn)制的分鐘計(jì)數(shù)器出現(xiàn)了顯示60的狀態(tài)，檢查電路發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)時(shí)出現(xiàn)邏輯錯(cuò)誤。不是將狀態(tài)59而是60時(shí)的輸出信號(hào)通過(guò)非門(mén)、與非門(mén)產(chǎn)生低電平，作為置數(shù)信號(hào)讓電路清零.改接后發(fā)現(xiàn)問(wèn)題解決，電路正常工作。8.3 譯碼顯示電路調(diào)試及實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析結(jié)合計(jì)數(shù)電路一起觀察檢測(cè)。起初發(fā)現(xiàn)分鐘十位的顯示管的一個(gè)二極管始終不亮，起初以為電路接線(xiàn)松動(dòng)或開(kāi)路，檢查一遍后發(fā)現(xiàn)問(wèn)題依然存在。后來(lái)隊(duì)員方國(guó)章提出來(lái)，可能是數(shù)碼管的問(wèn)題，更換數(shù)碼管后發(fā)現(xiàn)顯示正常。8.4 控制電路調(diào)試及實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析撥動(dòng)開(kāi)關(guān)J2對(duì)分鐘進(jìn)行校時(shí)，校時(shí)結(jié)束后再次撥動(dòng)J2，之后撥動(dòng)開(kāi)關(guān)J3對(duì)時(shí)鐘進(jìn)行校時(shí)，校時(shí)結(jié)束后同樣再次波動(dòng)J3。8.5 系

15、統(tǒng)聯(lián)調(diào)及實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析在實(shí)驗(yàn)箱上組裝電子鐘，注意器件管腳的連接一定要準(zhǔn)確，“懸空端”、“清零端”、“置1端”要正確處理。當(dāng)所有器件調(diào)試正常以后，觀察電子鐘是否準(zhǔn)確正常工作。 主要故障現(xiàn)象分析和排除：（1）數(shù)碼管能有顯示，但不正常：計(jì)數(shù)不正常：則先檢查74LS48和74LS160集成電路塊的16與8引腳間是否等于電源電壓，（表筆要接到它們的引腳上，測(cè)量結(jié)果 5V，誤差±0.1V）否則應(yīng)查找原因。錯(cuò)筆劃，檢查數(shù)碼管的a、b、c、d、e、f、g連接是否有錯(cuò)。缺筆劃，檢查數(shù)碼管的a、b、c、d、e、f、g連接有沒(méi)有連通。數(shù)碼管是否完好。（2）數(shù)碼管表現(xiàn)“全滅”：先把74LS160的MR置低電平

16、，若能正常顯示“0”，則按數(shù)碼管顯示“0”繼續(xù)調(diào)試檢查74LS160和74LS48集成電路塊的16與8引腳之間是否等于電源電壓，（表筆接到它們的引腳上，測(cè)量結(jié)果+5V, 誤差:±0.1V）數(shù)碼管公共陰極與電源地的回路是否開(kāi)路或所接的電阻阻值過(guò)大。數(shù)碼管是否良好？74LS48的A、B、C、D輸入端同時(shí)懸空。（3）輸入脈沖時(shí),數(shù)碼管不是按“0 - 9”順序顯示：先把74LS160的16腳（VCC）懸空，再把74LS160的QA、QB、QC、QD引腳分別置低電平, 數(shù)碼管應(yīng)分別顯示三個(gè)相應(yīng)的錯(cuò)碼和“7”。（參考數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)175頁(yè)）如果某個(gè)引腳沒(méi)有反映的(不能顯示相應(yīng)錯(cuò)碼)，則是該引腳

17、與74LS48的相應(yīng)的引腳連接開(kāi)路。（該故障比較普遍，應(yīng)該思考和理解這是根據(jù)什么道理）（4）數(shù)碼管按“0 - 1”顯示：把74LS160的清零端暫時(shí)接高電平 (完成后拆除)，如能正常按“0 - 9”順序顯示即可。（5）確認(rèn)外圍電路沒(méi)有問(wèn)題后，還需考慮對(duì)應(yīng)的74LS160、74LS48是否損壞，解決的方法是：把懷疑損壞的集成電路與其它能正常工作的同型號(hào)集成電路調(diào)換，作出判斷。然后要求更換。9改進(jìn)意見(jiàn)及收獲體會(huì)通過(guò)這一周的課程設(shè)計(jì)實(shí)習(xí)，我學(xué)到了許多在課堂上學(xué)不到的東西。不僅對(duì)課本上所學(xué)的理論知識(shí)有了更進(jìn)一層的了解，并且增加了實(shí)際動(dòng)手操作能力。我感覺(jué)本次課程設(shè)計(jì)與以往最大的不同之處就是學(xué)生思考和實(shí)踐

18、的獨(dú)立性更強(qiáng)，老師只提供一些指導(dǎo)和建議。這次課程設(shè)計(jì)最主要最復(fù)雜的工作就是連接電路，電路中集成塊起到了非常大的作用 ，但是管腳的連接非常繁瑣，一不小心就會(huì)連錯(cuò)。所以，這次實(shí)驗(yàn)需要十分的小心和耐心。只要有一根線(xiàn)接錯(cuò)了，結(jié)果就出不來(lái)。連接電路時(shí)，我就發(fā)現(xiàn)電路不能正常工作，經(jīng)過(guò)多次的排查，我才發(fā)現(xiàn)是少接了線(xiàn)。我想只要多檢查幾遍，應(yīng)該可以找出毛病。終于，在同學(xué)的幫助下，以及自己的努力下成功的完成了。雖然本次實(shí)驗(yàn)困難重重，但最終我們還是完成了任務(wù)。相信在今后的課程設(shè)計(jì)中我們一定能做的更好。10器件明細(xì)清單1、元器件LED共陰數(shù)碼管BS2074片BCD七段譯碼器74LS484片十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS16012片四2輸入與非門(mén)74LS003片雙4輸入與非門(mén)74LS201片六反相器74LS041片雙上升沿D觸發(fā)器74LS741片石英晶體4MHz1個(gè)發(fā)光二極管2只開(kāi)關(guān)K1、K22只電阻1千歐5只電容001微法1只電容10皮法1只2、工具 導(dǎo)線(xiàn)、鑷子、剪刀、打火機(jī)等。參 考 文 獻(xiàn) 1 閻石主編數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第四版）北京：高教出版社， 2022第 三 部 分設(shè)計(jì)圖紙圖 紙 目 錄序號(hào)圖 紙 名 稱(chēng)圖幅圖紙編號(hào)備 注1系統(tǒng)總體方框圖A3電012系統(tǒng)總電路圖A3電023系統(tǒng)總接線(xiàn)圖A3電03附 設(shè)計(jì)深度規(guī)定：系統(tǒng)總體方框圖：標(biāo)注各單元模塊，圖中給出各單元模塊的正確連接、