數(shù)字邏輯課程設(shè)計(jì)數(shù)字電子鐘

1、課程設(shè)計(jì)（綜合實(shí)驗(yàn)）報(bào)告題目：第四個(gè)實(shí)驗(yàn) 數(shù)字電子鐘院 系：計(jì)算機(jī)科學(xué)系班級：計(jì)算計(jì)科學(xué)與技術(shù) 1班學(xué) 號：學(xué)生姓名：隊(duì)員姓名:指導(dǎo)教師：數(shù)字邏輯綜合實(shí)驗(yàn)任務(wù)書一、 目的與要求1目的1.1 綜合實(shí)驗(yàn)是教學(xué)中必不可少的重要環(huán)節(jié)，通過綜合實(shí)驗(yàn)鞏固、深化和擴(kuò)展學(xué)生的理論知識與初步的專業(yè)技能，提高綜合運(yùn)用知識的能力，逐步增強(qiáng)實(shí)際工程 訓(xùn)練。1.2 注重培養(yǎng)學(xué)生正確的設(shè)計(jì)思想，掌握綜合實(shí)驗(yàn)的主要內(nèi)容、步驟和方法。1.3 培養(yǎng)學(xué)生獲取信息和綜合處理信息的能力、文字和語言表達(dá)能力以及協(xié)作工作能力。1.4 提高學(xué)生運(yùn)用所學(xué)的理論知識和技能解決實(shí)際問題的能及其基本工程素質(zhì)。2. 要求2.1 能夠根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)和指

2、標(biāo)要求，綜合運(yùn)用電子技術(shù)課程中所學(xué)到的理論知 識與實(shí)踐技能獨(dú)立完成一個(gè)設(shè)計(jì)課題。2.2 根據(jù)課題需要選擇參考書籍，查閱手冊、圖表等有關(guān)文獻(xiàn)資料。要求通過獨(dú)立思考、深入鉆研綜合實(shí)驗(yàn)中所遇到的問題，培養(yǎng)自己分析、解決問題的能力。2.3 進(jìn)一步熟悉常用電子器件的類型和特性，掌握合理選用的原則。2.4 學(xué)會(huì)電子電路的安裝與調(diào)試技能，掌握常用儀器設(shè)備的正確使用方法。利用“觀察、判斷、實(shí)驗(yàn)、再判斷”的基本方法，解決實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問題。2.5 學(xué)會(huì)撰寫綜合實(shí)驗(yàn)總結(jié)報(bào)告。2.6 通過綜合實(shí)驗(yàn)，逐步形成嚴(yán)肅認(rèn)真、一絲不茍、實(shí)事求是的工作作風(fēng)和科學(xué)態(tài)度，培養(yǎng)學(xué)生樹立一定的生產(chǎn)觀點(diǎn)、經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)和全局觀點(diǎn)。要求學(xué)生在設(shè)計(jì)

3、過程中，堅(jiān)持勤儉節(jié)約的原則，從現(xiàn)有條件出發(fā)，力爭少損壞元件。2.7 在綜合實(shí)驗(yàn)過程中，要做到愛護(hù)公物、遵守紀(jì)律、團(tuán)結(jié)協(xié)作、注意安全。主要內(nèi)容數(shù)字電子鐘設(shè)計(jì)一臺(tái)能顯示時(shí)、分、秒的數(shù)字電子鐘，要求如下：1）秒、分為0059六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，時(shí)為 0023二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器；2）可手動(dòng)校正：可分別對秒、分、時(shí)進(jìn)行手動(dòng)脈沖輸入調(diào)整或連續(xù)脈沖輸入校 正，（校正時(shí)不能輸出進(jìn)位）。元器件選擇74LS162: 4塊 與非門74LS00: 2塊共陽數(shù)碼管LED74LS161: 2 塊 GAL16V8 : 2 塊 晶體振蕩器：1MHZGAL20V8 1 塊 TDS-4 實(shí)驗(yàn)箱導(dǎo)線若干所需要器件的圖片如下1同步十進(jìn)制計(jì)

4、數(shù)器 74LS162 3輸入正與非門74LS00CClear LCClock Carry1A1BII 4B2 異步十六進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS1614 GAL20V8設(shè)計(jì)（實(shí)驗(yàn)）正文數(shù)字鐘實(shí)際上是一個(gè)對標(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。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1MH*13 2A20HZ的方波信號，可保證數(shù)字鐘的走時(shí)準(zhǔn)確及穩(wěn)定。不管是指針式的電子鐘還是數(shù)字顯示的電子鐘都使用了晶體振蕩器電路。分頻器電路將1MHZ

5、的高頻方波信號經(jīng)2A20次分頻后得到差不多1Hz的方波信號供秒計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)。分頻器實(shí)際上也就是計(jì)數(shù)器。時(shí)間計(jì)數(shù)電路由秒個(gè)位和秒十位計(jì)數(shù)器、分個(gè)位和分十位計(jì)數(shù)器及時(shí)個(gè)位和時(shí)十位計(jì)數(shù)器電路構(gòu)成，其中秒個(gè)位和秒十位計(jì)數(shù)器、分個(gè)位和分十位計(jì)數(shù)器為 60 進(jìn)制計(jì)數(shù)器，而根據(jù)設(shè)計(jì)要求，時(shí)個(gè)位和時(shí)十位計(jì)數(shù)器為24 進(jìn)制計(jì)數(shù)器。1；系統(tǒng)原理框圖如下設(shè)計(jì)框圖系統(tǒng)原理框 圖說明2.1 時(shí)、分、秒計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)器為一個(gè)24進(jìn)制計(jì)數(shù)器，分、秒計(jì)時(shí)器均為60進(jìn)制計(jì)數(shù)器。當(dāng)秒計(jì)時(shí)器接受到一個(gè)秒脈沖時(shí)，秒計(jì)數(shù)器開始從1計(jì)數(shù)到60,此時(shí)秒顯示器將顯示00、01、02、59、00;每當(dāng)秒計(jì)數(shù)器數(shù)到 00時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)脈沖輸 出

6、送至分計(jì)時(shí)器，此時(shí)分計(jì)數(shù)器數(shù)值在原有基礎(chǔ)上加1,其顯示器將顯示00、01、02、59、00;每當(dāng)分計(jì)數(shù)器數(shù)到00時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)脈沖輸出送至?xí)r計(jì)時(shí)器，此時(shí)時(shí)計(jì)數(shù)器數(shù)值在原有基礎(chǔ)上加1,其顯示器將顯示 00、01、02、.、23、00即當(dāng)數(shù)字鐘運(yùn)行到23點(diǎn)59分59秒時(shí)，當(dāng)秒計(jì)時(shí)器在接受一個(gè)秒脈沖， 數(shù)字鐘將自 動(dòng)顯示00點(diǎn)00分00秒。2.2 校時(shí)電路當(dāng)開關(guān)撥至校時(shí)檔時(shí)，電子鐘暫停工作，通過時(shí)、分校時(shí)開關(guān)分別對時(shí)、分進(jìn)行校對，開關(guān)每按兩次，與開關(guān)對應(yīng)的時(shí)或分計(jì)數(shù)器加1,當(dāng)調(diào)至需要的時(shí)與分時(shí)，開啟運(yùn)行開關(guān)，電子鐘從設(shè)置的時(shí)間開始往后計(jì)時(shí)。2.3 秒信號產(chǎn)生電路晶體振蕩器電路給數(shù)字鐘提供一個(gè)頻率穩(wěn)

7、定準(zhǔn)確的1MHZ的方波信號，可保證數(shù)字鐘的走時(shí)準(zhǔn)確及穩(wěn)定。不管是指針式的電子鐘還是數(shù)字顯示的電子鐘都使用了晶體振蕩器電路。分頻器電路將1MHZ勺高頻方波信號經(jīng)2A20次分頻后得到差不多1Hz 的方波信號供秒計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)。2.4 電路的基本接法如下圖依次是時(shí)，分，秒三、各部分功能及其具體實(shí)現(xiàn)方案3.1 主體電路部分（ 1）時(shí)、分、秒計(jì)時(shí)器3.11 二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器簡要原理說明：24 進(jìn)制計(jì)數(shù)器是由兩個(gè)10 進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS162 器件還有GAL20V玩件級聯(lián)構(gòu)成，然后利用同步預(yù)置的方法實(shí)現(xiàn)。二十四進(jìn)制采用了同步預(yù)置的作用，所以若是時(shí)間控制為0 到 23，則23 所存在的時(shí)間不夠一個(gè)周期，若反

8、饋的數(shù)定為24. 這樣 24 與 0 共占用一個(gè)周期的時(shí)間。當(dāng)達(dá)到 24 即 00100100 是，恰好有與非電路實(shí)現(xiàn)清零。24 進(jìn)制的連接圖（上圖）3.12 六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器簡單原理說明：60進(jìn)制計(jì)數(shù)器是由一個(gè)10進(jìn)制計(jì)數(shù)器：74LS162還有一個(gè)10進(jìn)制： 74LS161 級聯(lián)構(gòu)成，然后利用個(gè)位同步清零，十位異步清零的方法實(shí)現(xiàn)。如圖所示，14 到 11 是高位的，組成100 進(jìn)制后，當(dāng)高位為0101. 即 5 時(shí)，低位開始進(jìn)行計(jì)數(shù)。從0000 一直到 1001 ，此時(shí) 11 為 1 ，則經(jīng)過非門后為0，也就是說在這個(gè)過程中經(jīng)歷了一個(gè)下降沿，這使得高位有效，即高位可以繼續(xù)增加了，但11和 13

9、經(jīng)過與門回到直接置數(shù)端，這樣置數(shù)有效，因?yàn)榻尤朦c(diǎn)均接地，即為輸入均為0，又開始計(jì)時(shí)了。這樣就實(shí)現(xiàn)了00 到 59 的變化，因?yàn)槭峭街脭?shù)，所以不會(huì)出現(xiàn)60。對于兩種電路的設(shè)計(jì)，既運(yùn)用到了同步置數(shù)，又利用了異步清零，兩者協(xié)調(diào)好了，就可以靈活的工作了。60 進(jìn)制的連接圖（上圖）（分與秒都是一樣）分頻器是由三個(gè) GAL 16V8級連接而成五 調(diào)試電路具體調(diào)試步驟與方法：（ 1）用示波器檢測石英晶振的輸出信號波形和頻率，輸出頻率應(yīng)為0.1MHZ，（2）將0.1MHZ信號送入分頻器，用示波器檢查各級分頻器的輸出頻率是否符合要求，（3）將1HZ秒脈沖分別送入時(shí) 分秒計(jì)數(shù)器，檢查各組計(jì)數(shù)器的工作情況，（ 4

10、）觀察校時(shí)電路功能是否滿足要求，（ 5）當(dāng)分頻器和計(jì)數(shù)器調(diào)試工作正常后，觀察電子鐘是否正確，正常地工作。2 校時(shí)電源電路當(dāng)重新接通電源或走時(shí)出現(xiàn)誤差時(shí)都需要對時(shí)間進(jìn)行校正。通常，校正時(shí)間的 方法是：首先截?cái)嗾５挠?jì)數(shù)通路，然后再進(jìn)行人工觸發(fā)計(jì)數(shù)或?qū)㈩l率較高的方波信號加到需要校正的計(jì)數(shù)單元的輸入端，校正好后，再轉(zhuǎn)入正常計(jì)時(shí)狀態(tài)即可。根據(jù)要求，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)信號與校正信號可以隨時(shí)切換的電路接入其中。校正好后再將單刀雙擲開關(guān)切換到正常的計(jì)時(shí)檔位，校時(shí)結(jié)束。簡要原理說明：這個(gè)電路連接部分也實(shí)現(xiàn)了以上分，秒， 時(shí)計(jì)數(shù)電路的連接。在

11、 59 分或者 59 秒時(shí)，即 01011001，里面一共有4 個(gè) 1. 分別輸入與門的四個(gè)輸入端，也就是說，只有59時(shí)，與門的輸出才為1 ，當(dāng)單擊空格鍵時(shí)，電路導(dǎo)通，經(jīng)過一個(gè)非門與時(shí)電路連接，這樣就順利的在下降沿實(shí)現(xiàn)增長。所以經(jīng)過一個(gè)59 秒時(shí)， 分鐘增加一分鐘，經(jīng)過一個(gè) 59 分時(shí)，小時(shí)增加一小時(shí)。這樣一個(gè)基本的數(shù)字電子鐘就完成了。四 課程設(shè)計(jì)總結(jié)（心得體會(huì)）通過這次數(shù)字電子鐘的課程設(shè)計(jì)，我們才把學(xué)到的東西與實(shí)踐相結(jié)合。從中對我們學(xué)的知識有了更進(jìn)一步的理解。這是一次綜合性很強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)，從最初的模型規(guī)劃，到具體功能的實(shí)現(xiàn)，再到電路的連接，直至最后的電路調(diào)試，每一個(gè)環(huán)節(jié)都讓我加深了對實(shí)際問題的思

12、考，同時(shí)也讓我動(dòng)手能力有了很大的提高。在此次的數(shù)字鐘設(shè)計(jì)過程中，更進(jìn)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。也鍛煉了自己獨(dú)立思考問題的能力和通過查看相關(guān)資料來解決問題的習(xí)慣。雖然這只是一次簡單的課程設(shè)計(jì)，但通過這次課程設(shè)計(jì)我們了解了課程設(shè)計(jì)的一般步驟，和設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題。設(shè)計(jì)本身并不是有很重要的意義，而是同學(xué)們對待問題時(shí)的態(tài)度，團(tuán)隊(duì)精神和處理事情的能力。至于設(shè)計(jì)的成績無須看的太過于重要，而是設(shè)計(jì)的過程，設(shè)計(jì)的思想和設(shè)計(jì)電路中的每一個(gè)環(huán)節(jié)，電路中各個(gè)部分的功能是如何實(shí)現(xiàn)的。各個(gè)芯片能夠完成什么樣的功能，使用芯片時(shí)應(yīng)該注意那些要點(diǎn)。同一個(gè)電路可以用那些芯片實(shí)現(xiàn)，各個(gè)芯片實(shí)現(xiàn)同一個(gè)功能的區(qū)別。首先，本次實(shí)驗(yàn)均能按照實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要求的各項(xiàng)功能完成，包括秒脈沖電路，時(shí)鐘顯示，校時(shí)電路。完成的電路可以做到顯示2 4進(jìn)制小時(shí)，六十進(jìn)制分鐘和六十進(jìn)制秒鐘。并能夠在時(shí)間顯示不準(zhǔn)確的時(shí)候進(jìn)行校時(shí)。其次，在設(shè)計(jì)過程當(dāng)中，在選擇芯片上面，我們同組的人會(huì)產(chǎn)生一些分歧，比如在選擇六十進(jìn)制和十進(jìn)制的計(jì)數(shù)器中，我們選擇了用74SL162,而他們則選擇74SL161,盡管有些不同但經(jīng)過大家的調(diào)試均可以實(shí)現(xiàn)其應(yīng)要的功能。在這個(gè)過程中，我更深刻地體會(huì)從分立元件到中小規(guī)模集成電路再到大規(guī)模集成電路的組成過程。同時(shí)也更加深入地了解了TDS-4