數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)數(shù)字電子鐘

1、數(shù)字電路邏輯設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)學(xué)校：學(xué)院：專業(yè)班級(jí)：姓名：學(xué)號(hào)：同組人：課程設(shè)計(jì)題目數(shù)字電子鐘設(shè)計(jì)要求1. 設(shè)計(jì)一個(gè)具有時(shí)、分、秒顯示的電子鐘（23小時(shí)59分59秒）。2. 該電子鐘應(yīng)具有手動(dòng)校時(shí)、校分得功能。3. 整點(diǎn)報(bào)時(shí)。從59分50秒起，每隔2s發(fā)出一次“嘟”的信號(hào)。連續(xù)5次，最后1次信號(hào)結(jié)束即達(dá)到正點(diǎn)。設(shè)計(jì)方案1. 數(shù)字電子鐘基本工作原理和整體設(shè)計(jì)方案數(shù)字鐘實(shí)際上是一個(gè)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)頻率進(jìn)行計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)電路。它的計(jì)時(shí)周期是24小時(shí)，由于計(jì)數(shù)器的起始時(shí)間不可能與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間（如北京時(shí)間）一致所以采用校準(zhǔn)功能和報(bào)時(shí)功能。數(shù)字電子鐘是由石英晶體振蕩器、分頻器、計(jì)數(shù)器、譯碼器、顯示器和校時(shí)電路組成，石英晶體振蕩器

2、產(chǎn)生的信號(hào)經(jīng)過分頻器作為秒脈沖，秒脈沖送入計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)結(jié)果通過時(shí)、分、秒譯碼器顯示時(shí)間。秒脈沖是整個(gè)系統(tǒng)的時(shí)基信號(hào)，它直接決定計(jì)時(shí)系統(tǒng)的精度，將標(biāo)準(zhǔn)秒信號(hào)送入“秒計(jì)數(shù)器”，“秒計(jì)數(shù)器”采用60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，每累計(jì)60秒發(fā)出一個(gè)“分脈沖”信號(hào)，該信號(hào)將作為“分計(jì)數(shù)器”的時(shí)鐘脈沖?！胺钟?jì)數(shù)器”也采用60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，每累計(jì)60分鐘，發(fā)出一個(gè)時(shí)脈沖信號(hào)，該信號(hào)將被送到時(shí)計(jì)數(shù)器。時(shí)計(jì)數(shù)器采用24進(jìn)制計(jì)時(shí)器，可實(shí)現(xiàn)對(duì)一天24小時(shí)的計(jì)時(shí)。譯碼顯示電路將“時(shí)”、“分”、“秒”計(jì)數(shù)器的輸出狀態(tài)通過顯示驅(qū)動(dòng)電路，七段顯示譯碼器譯碼，在經(jīng)過六位LED七段顯示器顯示出來。整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路時(shí)根據(jù)計(jì)時(shí)系統(tǒng)的輸出狀態(tài)產(chǎn)生一個(gè)脈沖

3、信號(hào)，然后去觸發(fā)一音頻發(fā)生器實(shí)現(xiàn)報(bào)時(shí)。校準(zhǔn)電路時(shí)用來對(duì)“時(shí)”、“分”、“秒”顯示數(shù)字進(jìn)行校對(duì)調(diào)整的。數(shù)字電子鐘邏輯框圖如下：12. 數(shù)字電子鐘單元電路設(shè)計(jì)、參數(shù)計(jì)算和元件芯片選擇（1）石英晶體振蕩器和分頻器石英晶體振蕩器的特點(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)，在晶體的某一方向加一電場(chǎng)，則在與此垂直的方向產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，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)，從而機(jī)械振動(dòng)和電場(chǎng)互為因果，這種循環(huán)過程一直持續(xù)到晶體的機(jī)械強(qiáng)度限止時(shí)，才達(dá)到最后穩(wěn)定。這個(gè)壓電諧振的頻率就是即為晶體振蕩器的固有頻率。一般來說，振蕩器的頻率越高，計(jì)時(shí)精度越高，但耗電量將增大。如果精度要求不高也

4、可以采用由集成電路定時(shí)器555與RC組成的多諧振蕩器。由于振蕩器產(chǎn)生的頻率很高，要得到秒脈沖，就需要分頻電路，即為分頻器。 由于本課程設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)室已給出秒脈沖信號(hào)，故不對(duì)振蕩器和分頻器進(jìn)行設(shè)計(jì)。555集成定時(shí)器和RC組成的多諧振蕩器電路圖如下（設(shè)振蕩頻率f=1kHz，RP為可調(diào)電阻，微調(diào)RP可調(diào)出1kHz的輸出）：（2）計(jì)數(shù)器秒脈沖信號(hào)要經(jīng)過6級(jí)計(jì)數(shù)器，分別要得到“秒”個(gè)位、十位，“分”個(gè)位、十位以及“時(shí)”個(gè)位、十位的計(jì)時(shí)，其中“秒”、“分”計(jì)數(shù)器是六十進(jìn)制，“時(shí)”計(jì)數(shù)器是二十四進(jìn)制。六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器秒脈沖信號(hào)首先送到“秒”計(jì)數(shù)器進(jìn)行累加計(jì)數(shù)，“秒”計(jì)數(shù)器應(yīng)該完成一分鐘之內(nèi)秒數(shù)目的累加，并達(dá)到6

5、0秒產(chǎn)生一個(gè)進(jìn)位信號(hào)作為下一級(jí)的時(shí)鐘脈沖信號(hào)輸入。所以用兩片74LS90芯片組成一個(gè)六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，由于74LS90芯片有異步清零端，所以采用異步清零法實(shí)現(xiàn)六十進(jìn)制計(jì)數(shù)。其中，“秒”十位是六進(jìn)制，“秒”個(gè)位是十進(jìn)制。如圖所示：2“分”計(jì)數(shù)器和“秒”計(jì)數(shù)器的構(gòu)造是完全一樣的，只是“秒”計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘脈沖信號(hào)輸入是秒脈沖信號(hào)，即CP秒=CP。而“分”計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘脈沖信號(hào)¢，（QB秒十位×QC秒十位）輸入是“秒”十位計(jì)數(shù)器的QB和QC與非得到的，即CP分=這是因?yàn)?4LS90芯片的時(shí)鐘脈沖輸入是下降沿有效的。如圖所示：二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器在這里“時(shí)”計(jì)數(shù)器還是用兩片74LS90芯片組成

6、一個(gè)二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器，由于74LS90芯片有異步清零端，所以采用異步清零法實(shí)現(xiàn)二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)。 如圖所示：3“時(shí)”計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘脈沖輸入是“分”十位計(jì)數(shù)器的QB和QC與非得到的，¢。如圖所示：（QB分十位×QC分十位）即CP時(shí)=（3）譯碼器和顯示器由于本課程設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)室已給出8421BCD碼高電平有效的譯碼器和顯示器，所以這里不對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)。（4）校時(shí)電路當(dāng)數(shù)字電子鐘走時(shí)出現(xiàn)誤差時(shí)，需要校正時(shí)間。校時(shí)電路實(shí)現(xiàn)對(duì)“時(shí)”、“分”的校準(zhǔn)。在電路中設(shè)有正常計(jì)時(shí)和校對(duì)位置。對(duì)校時(shí)電路的要求是，在小時(shí)校正中不影響分鐘和秒的正常計(jì)數(shù)，在分鐘校正中不影響小時(shí)和秒的計(jì)數(shù)。 校時(shí)電路如圖所示：4

7、非門輸入的時(shí)邏輯0。需要注意的時(shí)，校時(shí)電路是由與非門組成的組合邏輯電路構(gòu)成的，開關(guān)S1或S2為“斷開0”或“閉合1”時(shí)，可能會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)，為防止這一情況的發(fā)生，我們可以接入一個(gè)由RS觸發(fā)器組成的防抖動(dòng)電路來控制。放抖動(dòng)電路如圖所示：5說明：開關(guān)在M端是Q端輸出是0；開關(guān)在N端Q端輸出是1；開關(guān)從M端向N端閉合或從N端向M端閉合的過程中，Q端的輸出是保持功能。（5）報(bào)時(shí)電路報(bào)時(shí)電路要求在每個(gè)小時(shí)的59分51秒、53秒、55秒、57秒、59秒都輸出一個(gè)音頻信號(hào)，每個(gè)音頻信號(hào)持續(xù)時(shí)間都為1s。由于本課程設(shè)計(jì)中實(shí)驗(yàn)室給的蜂鳴器是高電平有效的。所以蜂鳴器的輸入是分十位的QC和QA，分個(gè)位的QD和QA，秒十

8、位的QC和QA以及秒個(gè)位的QA一共七個(gè)輸入的與邏輯，即F=QC分十位×QA分十位×QD分個(gè)位×QA分個(gè)位×QC秒十位×QA秒十位×QA秒個(gè)位。報(bào)時(shí)電路可以用74LS30（8端輸入與非門）再級(jí)聯(lián)一個(gè)反相器（可用與非門來實(shí)現(xiàn)），或者用六個(gè)與門（2片74LS08四2輸入與門）相互連接構(gòu)成等等。（6）數(shù)字電子鐘整體電路圖說明：這里沒有給出報(bào)時(shí)電路。（7）數(shù)字電子鐘的組裝和調(diào)試由系統(tǒng)框圖，按照信號(hào)的流向分級(jí)安裝，逐級(jí)級(jí)聯(lián)。這里的每一級(jí)是指數(shù)字電子鐘的各個(gè)功能電路。級(jí)聯(lián)時(shí)如果出現(xiàn)時(shí)序配合不同步，或劍鋒脈沖干擾，引起的邏輯混亂，可以增加多級(jí)邏輯門來

9、延時(shí)。如果顯示字符變化很快，模糊不清，可能是由于電源電流的跳變引起的，可在集成電路的電源端VCC加退藕濾波電容，通常用幾十微法的大電容和0.01F的小電容相并聯(lián)構(gòu)成。6設(shè)計(jì)總結(jié)本學(xué)期開設(shè)了數(shù)字電路邏輯設(shè)計(jì)這門課程。這次課程設(shè)計(jì)使我明白要設(shè)計(jì)一個(gè)成功的電路，必須要細(xì)心，耐心，認(rèn)真。課程設(shè)計(jì)過程中很多步驟在設(shè)計(jì)時(shí)需要反復(fù)實(shí)踐，其過程很煩瑣，有時(shí)花很長(zhǎng)時(shí)間設(shè)計(jì)出來的電路還是需要重做，那時(shí)心中會(huì)很急躁，就需要我們靜下心，仔細(xì)查找原因，然后做出相應(yīng)的改動(dòng)。 同時(shí)我也深刻了解到了仿真與真正的實(shí)驗(yàn)室搭建電路在實(shí)現(xiàn)功能上面的差別是十分大的，有很多在仿真時(shí)沒有發(fā)現(xiàn)和沒有想到的問題都出現(xiàn)了。有的問題雖然已經(jīng)想到了，也提出了解決的方法，但是在真正搭建時(shí)還是有層出不窮的問題出現(xiàn)。就像本次搭建調(diào)時(shí)電路中發(fā)現(xiàn)及時(shí)接上了RS觸發(fā)器進(jìn)行緩沖，在控制調(diào)時(shí)電路開關(guān)的過程中，顯示屏上的數(shù)字還是會(huì)發(fā)生跳變，最終在老師的幫助下使用D觸發(fā)器解決了這個(gè)問題，出現(xiàn)并解決這個(gè)