數(shù)字時(shí)鐘報(bào)告

1、廈門(mén)工學(xué)院 數(shù)字邏輯系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)報(bào)告題 目： 數(shù)字時(shí)鐘設(shè)計(jì) 專(zhuān)業(yè)、班級(jí)： 13級(jí)通信3班 學(xué)生姓名： 董榮 學(xué) 號(hào)： 1302303009 指導(dǎo)教師： 劉玉玲 分 數(shù) : 2015年 月 日任 務(wù) 書(shū)設(shè)計(jì)題目數(shù)字時(shí)鐘設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名董榮 1302303009所在院系電子信息工程系專(zhuān)業(yè)13通信3班 設(shè)計(jì)要求： 1、時(shí)鐘：24小時(shí)制； 2、能同時(shí)顯示時(shí)鐘、分鐘和秒鐘； 3、具備時(shí)、分、秒三級(jí)校時(shí)功能； 4、接入電源后，時(shí)鐘能自動(dòng)運(yùn)行顯示時(shí)間； 創(chuàng)新要求：1、能同時(shí)顯示星期幾 2、能整點(diǎn)報(bào)時(shí) 設(shè)計(jì)步驟： 1、理解數(shù)字時(shí)鐘的基本原理； 2、學(xué)習(xí)proteus 軟件的使用； 3、用proteus軟件仿真電

2、路圖； 4、電路圖仿真運(yùn)行無(wú)誤后畫(huà)出pcb圖，買(mǎi)元件，印圖焊接電路板。課設(shè)進(jìn)度安排：第11周 查閱資料，制定方案，系統(tǒng)框圖第12周 設(shè)計(jì)單元電路，利用proteus進(jìn)行電路 仿真，驗(yàn)證方案（明德221驗(yàn)收）第13周 制作電路板第14周 驗(yàn)收實(shí)物（明德221驗(yàn)收）第15周 提交課設(shè)報(bào)告目錄一、基本要求·························

3、·····················1二、設(shè)計(jì)方案選取與論證···························

4、·········1 2.1原理框圖·······································

5、83;·····1 2.2設(shè)計(jì)思路···········································

6、··2三、電路設(shè)計(jì)與仿真·········································2 3.1所需芯片資料···

7、83;·····································3 3.2秒信號(hào)發(fā)生電路··········

8、83;·····························5 3.3時(shí)鐘顯示電路··················

9、3;·····················6 3.4校時(shí)電路···························&

10、#183;············7 3.5整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路···································&#

11、183;····8 3.6總電路圖········································9 3.7 PCB圖··&

12、#183;·····································9 3.8 3D預(yù)覽··········

13、83;·····························10四、制作及調(diào)試過(guò)程··················

14、3;·····················11五、心得體會(huì)···························&#

15、183;············12一、基本要求1、時(shí)鐘：24小時(shí)制；2、能同時(shí)顯示時(shí)鐘、分鐘和秒鐘；3、具備時(shí)、分、秒三級(jí)校時(shí)功能；4、接入電源后，時(shí)鐘能自動(dòng)運(yùn)動(dòng)顯示時(shí)間；5、能夠進(jìn)行整點(diǎn)報(bào)時(shí)；二、設(shè)計(jì)方案選取與論證1、原理框圖數(shù)碼管顯示器數(shù)碼管顯示器數(shù)碼管顯示器數(shù)碼管顯示器數(shù)碼管顯示器數(shù)碼管顯示器BCD碼七段譯碼器轉(zhuǎn)換電路BCD碼七段譯碼器轉(zhuǎn)換電路BCD碼七段譯碼器轉(zhuǎn)換電路BCD碼七段譯碼器轉(zhuǎn)換電路BCD碼七段譯碼器轉(zhuǎn)換電路BCD碼七段譯碼器轉(zhuǎn)換電路二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器二十四

16、進(jìn)制計(jì)數(shù)器二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器校時(shí)電路校時(shí)電路校時(shí)電路秒脈沖信號(hào)發(fā)生電路 整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路2、設(shè)計(jì)思路時(shí)間顯示模塊電路：我用了CD4511一個(gè)用于驅(qū)動(dòng)共陰極LED（數(shù)碼管）顯示器的BCD碼七段碼譯碼器以及十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS160來(lái)作為時(shí)間顯示模塊。但是74LS160只有一個(gè)CP脈沖輸入端，在進(jìn)行校時(shí)時(shí)會(huì)出現(xiàn)高位校時(shí)干擾低位顯示的情況，在經(jīng)過(guò)一番考慮思索以后，我用了兩個(gè)二極管來(lái)解決這一情況。二極管具有單向?qū)щ娦?，在進(jìn)行校時(shí)時(shí)產(chǎn)生的低電位不會(huì)再影響低位的CP脈沖輸入端，從而不會(huì)影響其時(shí)間顯示。整點(diǎn)報(bào)時(shí)模塊電路：在每小時(shí)的59分5059秒的時(shí)候，分位產(chǎn)生的信號(hào)的BCD碼是0101 1010，秒位

17、產(chǎn)生的BCD碼是0101,100X(X表示0或1)我們可以把這些產(chǎn)生高電平的位接在CD4068（CD4068是8輸入與/與非門(mén)）的6個(gè)輸入引腳上，再把X這一位也接在CD4068上從而產(chǎn)生一個(gè)頻率為2HZ的方波來(lái)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器使蜂鳴器發(fā)出“嘀、嘀、嘀”的響聲。以實(shí)現(xiàn)整點(diǎn)報(bào)時(shí)功能。秒信號(hào)發(fā)生器：555芯片可以接成多諧振蕩器，通過(guò)調(diào)節(jié)所使用的電阻和電容的值可以改變555芯片輸出方波的頻率，當(dāng)調(diào)到合適的值時(shí)，可以使它恰好輸出頻率為1HZ的方波作為秒信號(hào)使用?？紤]到開(kāi)關(guān)抖動(dòng)現(xiàn)象，校時(shí)模塊電路實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)箱上的按鍵開(kāi)關(guān)，每輸出一個(gè)脈沖信號(hào)可以改變分個(gè)位和十個(gè)位，同時(shí)考慮到干擾問(wèn)題，進(jìn)位接線和校時(shí)接線接在不同的時(shí)鐘

18、輸入端。三、電路設(shè)計(jì)與仿真1、所需芯片及其管腳圖和部分資料（1）555計(jì)時(shí)器（用于產(chǎn)生秒脈沖）它的各個(gè)引腳功能如下：  1腳：外接電源負(fù)端VSS或接地，一般情況下接地。  8腳：外接電源VCC，雙極型時(shí)基電路VCC的范圍是4.5  16V，CMOS型時(shí)基電路VCC的范圍為3  18V。一般用5V。3腳：輸出端Vo    2腳：低觸發(fā)端    6腳：TH高觸發(fā)端  4腳：是直接清零端。當(dāng)此端接低電平，則時(shí)基電路不工作，

19、此時(shí)不論TR、TH處于何電平，時(shí)基電路輸出為“0”，該端不用時(shí)應(yīng)接高電平。  5腳：VC為控制電壓端。若此端外接電壓，則可改變內(nèi)部?jī)蓚€(gè)比較器的基準(zhǔn)電壓，當(dāng)該端不用時(shí)，應(yīng)將該端串入一只0.01F電容接地，以防引入干擾。    7腳：放電端。該端與放電管集電極相連，用做定時(shí)器時(shí)電容的放電。（2）十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS16074LS160同步可預(yù)置四位二進(jìn)計(jì)數(shù)器是由四個(gè)D 型觸發(fā)器和若干個(gè)門(mén)電路構(gòu)成，內(nèi)部有超前進(jìn)位，具有計(jì)數(shù)、置數(shù)、禁止、直接（異步）清零等功能。對(duì)所有觸發(fā)器同時(shí)加上時(shí)鐘，使得當(dāng)計(jì)數(shù)使能輸入和內(nèi)部門(mén)發(fā)出指令時(shí)輸出變化彼

20、此協(xié)調(diào)一致而實(shí)現(xiàn)同步工作。這種工作方式消除了非同步（脈沖時(shí)鐘）計(jì)數(shù)器中常有的輸出計(jì)數(shù)尖峰。緩沖時(shí)鐘輸入將在時(shí)鐘輸入上升沿觸發(fā)四個(gè)觸發(fā)器。這種計(jì)數(shù)器是可全編程的，即輸出可預(yù)置到任何電平。當(dāng)預(yù)置是同步時(shí)，在置數(shù)輸入上將建立一低電平，禁止計(jì)數(shù)，并在下一個(gè)時(shí)鐘之后不管使能輸入是何電平，輸出都與建立數(shù)據(jù)一致。清除是異步的（直接清零），不管時(shí)鐘輸入、置數(shù)輸入、使能輸入為何電平，清除輸入端的低電平把所有四個(gè)觸發(fā)器的輸出直接置 為低電平。有了超前進(jìn)位電路后， 無(wú)須另加門(mén)，即可級(jí)聯(lián)出n位同步應(yīng)用的計(jì)數(shù)器。它是借助于兩個(gè)計(jì)數(shù)使能輸入和一個(gè)動(dòng)態(tài)進(jìn)位輸出來(lái)實(shí)現(xiàn)的。兩個(gè)計(jì)數(shù)使能輸入（ENP 

21、;和ENT）計(jì)數(shù)時(shí)必須是高電平，且輸入ENT必須正反饋，以便使能動(dòng)態(tài)進(jìn)位輸出。因而被使能的動(dòng)態(tài)進(jìn)位輸出將產(chǎn)生一個(gè)高電平輸出脈沖，其寬度近似等于QA 輸出高電平。此高電平溢出進(jìn)位脈沖可用來(lái)使能其后的各個(gè)串聯(lián)級(jí)。使能ENP 和ENT 輸入的跳變不受時(shí)鐘輸入的影響。電路有全獨(dú)立的時(shí)鐘電路。改變工作模式的控制輸入（使能ENP、ENT 或清零）縱使發(fā)生變化，直到時(shí)鐘發(fā)生為止，都沒(méi)有什么影響。計(jì)數(shù)器的功能（不管使能、不使能、置數(shù)或計(jì)數(shù)）完全由穩(wěn)態(tài)建立時(shí)間和保持時(shí)間所要求的條件來(lái)決定。（3）CD4511CD4511是一個(gè)用于驅(qū)動(dòng)共陰極LED（數(shù)碼管）顯示器的 

22、;BCD 碼七段碼譯碼器，特點(diǎn)：具有BCD轉(zhuǎn)換、消隱和鎖存控制、七段譯碼及驅(qū)動(dòng)功能的CMOS電路能提供較大的拉電流?？芍苯域?qū)動(dòng)LED顯示器。CD4511是一片 CMOS BCD鎖存/7 段譯碼/驅(qū)動(dòng)器，引腳排列如圖2所示。其中a b c d 為BCD碼輸入，a為最低位。LT為燈測(cè)試端，加高電平時(shí)，顯示器正常顯示，加低電平時(shí)，顯示器一直顯示數(shù)碼“8”，各筆段都被點(diǎn)亮，以檢查顯示器是否有故障。BI為消隱功能端，低電平時(shí)使所有筆段均消隱，正常顯示時(shí)， B1端應(yīng)加高電平。另外 CD4511有拒絕偽碼的特

23、點(diǎn)，當(dāng)輸入數(shù)據(jù)越過(guò)十進(jìn)制數(shù)9(1001)時(shí)，顯示字形也自行消隱。LE是鎖存控制端，高電平時(shí)鎖存，低電平時(shí)傳輸數(shù)據(jù)。ag是 7 段輸出，可驅(qū)動(dòng)共陰LED數(shù)碼管。另外，CD4511顯示數(shù)“6”時(shí)，a段消隱；顯示數(shù)“9”時(shí)，d段消隱，所以顯示6、9這兩個(gè)數(shù)時(shí)，字形不太美觀 圖3是 CD4511和CD4518配合而成一位計(jì)數(shù)顯示電路，若要多位計(jì)數(shù)，只需將計(jì)數(shù)器級(jí)聯(lián)，每級(jí)輸出接一只CD4511和LED數(shù)碼管即可。所謂共陰LED數(shù)碼管是指7段LED的陰極是連在一起的，在應(yīng)用中應(yīng)接地。限流電阻要根據(jù)電源電壓來(lái)選取，電源電壓5V時(shí)可使用300的限流電阻。2、秒信號(hào)發(fā)生電

24、路電路圖如下：在這個(gè)電路中，使用555接成多諧振蕩器其震蕩頻率可以用以下公式計(jì)算： T=（R1+RV1上+2R2+2RV1下）*C1*In2 當(dāng)我們?nèi)1=R2=40K，RV1=5K，C1=10u時(shí)通過(guò)調(diào)整RV1可以使 （R1+RV1上+2R2+2RV1下）=144K時(shí)恰可使T=1s從而得到秒信號(hào)。秒信號(hào)由引腳3引出做為電路的計(jì)時(shí)信號(hào)。3、顯示電路電路圖如下上圖為電子時(shí)鐘的時(shí)位和分位。整個(gè)電子表的的核心芯片是74LS160，它是一個(gè)10進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，因此只需要6個(gè)芯片，進(jìn)行級(jí)聯(lián)即可實(shí)現(xiàn)兩個(gè)六十進(jìn)制和一個(gè)二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器，再加上一些合適的邏輯門(mén)，實(shí)現(xiàn)置零和進(jìn)位。&

25、#160;  上圖是秒顯示電路設(shè)計(jì)圖，右邊為秒個(gè)位，左邊為秒十位在這個(gè)電路中主要是應(yīng)用了74LS160的CP端。在右邊的74LS160的CP輸入端也就是引腳2加入秒信號(hào)就可以實(shí)現(xiàn)秒的累加，從而得到秒的個(gè)位。在秒的個(gè)位計(jì)數(shù)到“9”的時(shí)候在RCO端也就是右邊74LS160的引腳15會(huì)產(chǎn)生一個(gè)高電平，在這里我們用這個(gè)高電平做為秒的十位的進(jìn)位信號(hào)。但是由于這個(gè)高電平是在秒的個(gè)位到“9”的時(shí)候就產(chǎn)生上跳變，而74LS160也是在CP脈沖的上跳變到達(dá)時(shí)才會(huì)有效，故如果直接把它與左邊芯片的CP相接的話會(huì)使左邊這個(gè)芯片在09,19,29,39,49,59,時(shí)就進(jìn)位，不滿足電子表的逢10進(jìn)位

26、的要求。因此這個(gè)地方需要做一個(gè)特殊的處理。就是在左邊芯片的CP脈沖與右邊的RCO之間接一個(gè)反相器。在計(jì)時(shí)到“24”時(shí)時(shí)位產(chǎn)生的BCD碼為0010 0100 我用了產(chǎn)生“1”的這兩根信號(hào)線經(jīng)過(guò)一個(gè)與非門(mén)來(lái)使時(shí)位的高位和低位清零，從而產(chǎn)生24進(jìn)制計(jì)數(shù)器。自此，一個(gè)二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器，兩個(gè)六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器就做好了。4、校時(shí)電路電路圖如下圖中是調(diào)秒位與分位的按鍵模塊。當(dāng)校時(shí)時(shí)，把右邊的開(kāi)關(guān)SW1打開(kāi)，調(diào)秒位的時(shí)候，按下右邊的按鍵，秒位的進(jìn)位CP脈沖就會(huì)由高電位變?yōu)榈碗娢唬?dāng)松開(kāi)按鍵時(shí)，就會(huì)有一個(gè)上跳變使計(jì)數(shù)器加一，從而達(dá)到調(diào)時(shí)的目的。但是這種方法只適合調(diào)秒位的時(shí)間，對(duì)于分位還有時(shí)位，就

27、不適用了。對(duì)于時(shí)位和分位來(lái)說(shuō)，位的進(jìn)位信號(hào)與秒位的清零信號(hào)是同一個(gè)信號(hào)，如不在這之間加一個(gè)二極管，分或者時(shí)調(diào)時(shí)信號(hào)會(huì)使秒位的十位清零，影響秒位的時(shí)間。當(dāng)加一個(gè)如圖所示的二極管時(shí)，由于二極管的單向?qū)щ娦?，使得秒位清零信?hào)的高電平不會(huì)受到調(diào)時(shí)分或時(shí)位時(shí)產(chǎn)生的低電平的影響。從而解決了調(diào)時(shí)高位時(shí)會(huì)影響低位時(shí)間的問(wèn)題。5、報(bào)時(shí)電路電路圖如下 報(bào)時(shí)電路模塊中的報(bào)時(shí)信號(hào)輸出電路如上圖所示，用的芯片是CD4068，CD4068是一個(gè)8輸入與/與非門(mén)，與非門(mén)的引腳分別接CD4518芯片的對(duì)應(yīng)的輸出引腳，使其在59分51秒開(kāi)始輸出報(bào)時(shí)信號(hào)，根據(jù)要求將報(bào)時(shí)信號(hào)設(shè)計(jì)為第51、53、55、57、59秒時(shí)輸出報(bào)

28、時(shí)信號(hào)，在這些時(shí)間時(shí)產(chǎn)生的BCD碼為： 0101 1001 0101 XXXX （X表示為0或1）  將4068的引腳2,3,4,5,9,10分別接在產(chǎn)生“1”的這些位上，將秒位個(gè)位的最低位接在引腳11上，引腳12接在高電平上。這樣之后在51、53、55、57、59秒時(shí)在引腳4上就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)高電平，蜂鳴器在有高電平來(lái)臨時(shí)就會(huì)發(fā)出“嘟嘟嘟”的聲音。6、總電路圖7、PCB圖8、3D預(yù)覽 四、制作及調(diào)試過(guò)程跳線多條接錯(cuò)使得電路板正負(fù)極相通導(dǎo)致數(shù)碼管無(wú)法顯示，74ls01芯片方向焊錯(cuò)，以及線路焊的雜亂不穩(wěn)，導(dǎo)致接觸不良。心得體會(huì) 忙忙碌碌的度過(guò)前段時(shí)間