數(shù)字電子技術(shù)電路課程設(shè)計

1、精選文檔數(shù)字電子技術(shù)電路課程設(shè)計 題 目：數(shù)字時鐘說明書 所在學院：信息工程學院 專 業(yè)：通信工程 班 級：16-1 授課教師： 小組成員： 時 間：2014-6-10數(shù)字時鐘說明書 數(shù)字鐘是一種用數(shù)字電子技術(shù)實現(xiàn)時，分，秒計時的裝置，具有較高的準確性和直 觀性等各方面的優(yōu)勢，而得到廣泛的應(yīng)用。此次設(shè)計數(shù)字電子鐘是為了了解數(shù)字鐘的原理，在設(shè)計數(shù)字電子鐘的過程中，用 數(shù)字電子技術(shù)的理論和制作實踐相結(jié)合，進一步加深數(shù)字電子技術(shù)課程知識的理解和應(yīng)用，同時學會使用Multisim電子設(shè)計軟件。一、設(shè)計目的1. 熟悉集成電路的引腳安排.2.掌握各芯片的邏輯功能及使用方法.3.了解面包板結(jié)構(gòu)及其接線方法.

2、4.了解數(shù)字鐘的組成及工作原理.5.熟悉數(shù)字鐘的設(shè)計與制作. 二、設(shè) 計 要求 1.顯示時，分，秒，用24小時制 2.能夠進行校時，可以對數(shù)字鐘進行調(diào)時間1.設(shè)計指標時間以24小時為一個周期;顯示時,分,秒;有校時功能,可以分別對時及分進行單獨校時,使其校正到標準時間;為了保證計時的穩(wěn)定及準確須由晶體振蕩器提供表針時間基準信號.畫出電路原理圖(或仿真電路圖);判斷元器件及參數(shù)選擇;電路仿真與調(diào)試;PCB文件生成與打印輸出.3.制作要求 自行裝配和調(diào)試,并能發(fā)現(xiàn)問題和解決問題.4.編寫設(shè)計報告 寫出設(shè)計與制作的全過程,附上有關(guān)資料和圖紙,有心得體會. 1.數(shù)字鐘的構(gòu)成數(shù)字鐘實際上是一個對標準頻率

3、(1HZ)進行計數(shù)的計數(shù)電路.由于計數(shù)的起始時間不可能與標準時間(如北京時間)一致,故需要在電路上加一個校時電路,同時標準的1HZ時間信號必須做到準確穩(wěn)定.通常使用石英晶體振蕩器電路構(gòu)成數(shù)字鐘.圖 3-1所示為數(shù)字鐘的一般構(gòu)成框圖.1.秒脈沖發(fā)生器脈沖發(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的秒脈沖。如晶振為32768 Hz，通過15次二分頻后可獲得1Hz的脈沖輸出.2. 計數(shù)譯碼顯示秒、分、時、日分別為60、60、24、7進制計數(shù)器、秒、分均為60進制，即顯示0059，它們的個位為十進制，十位為六進制。時為二十四進制計數(shù)

4、器，顯示為0023，個位仍為十進制，而十位為三進制，但當十進位計到2，而個位計到4時清零，就為二十四進制了。晶體振蕩器電路 晶體振蕩器電路給數(shù)字鐘提供一個頻率穩(wěn)定準確的32768Hz的方波信號,可保證數(shù)字鐘的走時準確及穩(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 分頻器電路將32768Hz的高頻方波信號經(jīng)32768()次分頻后得到1Hz的方波信號供秒計數(shù)器進行計數(shù).分頻器實際上也就是計數(shù)器.時間計數(shù)器電路 時間計數(shù)電路由秒個位和秒十位計數(shù)器,分個位和分十位計數(shù)器及時個位和時十位計數(shù)器電路構(gòu)成,其中秒個位和秒十位計數(shù)器,分個位和分十位計數(shù)器為60進制計數(shù)器,而

5、根據(jù)設(shè)計要求,時個位和時十位計數(shù)器為12進制計數(shù)器.譯碼驅(qū)動電路 譯碼驅(qū)動電路將計數(shù)器輸出的8421BCD碼轉(zhuǎn)換為數(shù)碼管需要的邏輯狀態(tài),并且為保證數(shù)碼管正常工作提供足夠的工作電流.數(shù)碼管 數(shù)碼管通常有發(fā)光二極管(LED)數(shù)碼管和液晶(LCD)數(shù)碼管,本設(shè)計提供的為LED數(shù)碼管.2.數(shù)字鐘的工作原理1)晶體振蕩器電路晶體振蕩器是構(gòu)成數(shù)字式時鐘的核心,它保證了時鐘的走時準確及穩(wěn)定.晶體XTAL的頻率選為32768HZ.該元件專為數(shù)字鐘電路而設(shè)計,其頻率較低,有利于減少分頻器級數(shù).當要求頻率準確度和穩(wěn)定度更高時,還可接入校正電容并采取溫度補償措施.由于CMOS電路的輸入阻抗極高,因此反饋電阻R1可選

6、為1.8K.較高的反饋電阻有利于提高振蕩頻率的穩(wěn)定性.2)分頻器電路通常,數(shù)字鐘的晶體振蕩器輸出頻率較高,為了得到1Hz的秒信號輸入,需要對振蕩器的輸出信號進行分頻.通常實現(xiàn)分頻器的電路是計數(shù)器電路,一般采用多級2進制計數(shù)器來實現(xiàn).例如,將32768Hz的振蕩信號分頻為1HZ的分頻倍數(shù)為32768(215),即實現(xiàn)該分頻功能的計數(shù)器相當于15極2進制計數(shù)器.常用的2進制計數(shù)器有74HC393等.3）6進制計數(shù)器轉(zhuǎn)換電路分個位和分十位計數(shù)單元電路結(jié)構(gòu)分別與秒個位和秒十位計數(shù)單元完全相同,只不過分個位計數(shù)單元的Q3作為向上的進位信號應(yīng)與分十位計數(shù)單元的CPA相連,分十位計數(shù)單元的Q2作為向上的進位

7、信號應(yīng)與時個位計數(shù)單元的CPA相連.時個位計數(shù)單元電路結(jié)構(gòu)仍與秒或個位計數(shù)單元相同,但是要求,整個時計數(shù)單元應(yīng)為12進制計數(shù)器,不是10的整數(shù)倍,因此需將個位和十位計數(shù)單元合并為一個整體才能進行12進制轉(zhuǎn)換.利用1片74HC390實現(xiàn)12進制計數(shù)功能的電路如圖3-6所示.4)譯碼驅(qū)動及顯示單元計數(shù)器實現(xiàn)了對時間的累計以8421BCD碼形式輸出,選用顯示譯碼電路將計數(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,選用CD4511作為顯示譯碼電路,選用LED數(shù)碼管作為顯示單元電路.5)校時電源電路當重新接通電源或走時出現(xiàn)誤差時都需要對時間進行校正.通常,校正時間的方法是:首先截斷正常

8、的計數(shù)通路,然后再進行人工出觸發(fā)計數(shù)或?qū)㈩l率較高的方波信號加到需要校正的計數(shù)單元的輸入端,校正好后,再轉(zhuǎn)入正常計時狀態(tài)即可.根據(jù)要求,數(shù)字鐘應(yīng)具有分校正和時校正功能,因此,應(yīng)截斷分個位和時個位的直接計數(shù)通路,并采用正常計時信號與校正信號可以隨時切換的電路接入其中.圖3-7所示即為帶有基本RS觸發(fā)器的校時電路,1.實驗中所需的器材5V電源.面包板1塊.示波器.萬用表.鑷子1把.剪刀1把.網(wǎng)絡(luò)線2米/人.共陰八段數(shù)碼管6個.HD74LS48P芯片6個.HD74LS90P芯片6個.HD74LS08P芯片2個.555芯片一個.1.8K電阻一個.設(shè)計圖為：面包板內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖面包板右邊一列上五組豎的相通,下

9、五組豎的相通,面包板的左邊上下分四組,每組中X,Y列(0-15相通,16-40相通,41-55相通,ABCDE相通,FGHIJ相通,E和F之間不相通.個功能塊電路圖一個CD4511和一個LED數(shù)碼管連接成一個CD4511驅(qū)動電路,數(shù)碼管可從0-9顯示,以次來檢查數(shù)碼管的好壞,見附圖5-1.利用一個LED數(shù)碼管,一塊CD4511,一塊74HC390,一塊74HC00連接成一個十進制計數(shù)器,電路在晶振的作用下數(shù)碼管從09顯示,總接線元件布局簡圖,見附圖6-1芯片連接圖見附圖7-1八,總結(jié)設(shè)計過程中遇到的問題及其解決方法.在檢測面包板狀況的過程中,出現(xiàn)本該相通的地方卻未通的狀況,后經(jīng)檢驗發(fā)現(xiàn)是由于萬

10、用表筆尖未與面包板內(nèi)部垂直接觸所至.在檢測CD4511驅(qū)動電路的過程中發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管不能正常顯示的狀況,經(jīng)檢驗發(fā)現(xiàn)主要是由于接觸不良的問題,其中包括線的接觸不良和芯片的接觸不良,在實驗過程中,數(shù)碼管有幾段二極管時隱時現(xiàn),有時會消失.用5V電源對數(shù)碼管進行檢測,一端接地,另一端接觸每一段二極管,發(fā)現(xiàn)二極管能正常顯示的,再用萬用表歐姆檔檢測每一根線是否接觸良好,在檢測過程中發(fā)現(xiàn)有幾根線有時能接通,有時不能接通,把接觸不好的線重新接過后發(fā)現(xiàn)能正常顯示了.其次是由于芯片接觸不良的問題,用萬用表歐姆檔檢測有幾個引腳本該相通的地方卻未通,而檢測的導(dǎo)線狀況良好,其解決方法為把CD4511的芯片拔出,根據(jù)面包板孔

11、的的狀況重新調(diào)整其引腳,使其正對于孔,再用力均勻地將芯片插入面包板中,此后發(fā)現(xiàn)能正常顯示,本次實驗中還發(fā)現(xiàn)一塊壞的LED數(shù)碼管和兩塊壞的CD4511,經(jīng)更換后均能正常顯示.在連接晶振的過程中,晶振無法起振.在排除線與芯片的接觸不良問題后重新對照電路圖,發(fā)現(xiàn)是由于12腳未接地所至.在連接六進制的過程中,發(fā)現(xiàn)電路只能4,5的跳動,后經(jīng)發(fā)現(xiàn)是由于接到與非門的引腳接錯一根所至,經(jīng)糾正后能正常顯示.在連接校正電路的過程中,出現(xiàn)時和分都能正常校正時,但秒?yún)s受到影響,特別時一較分鐘的時候秒亂跳,而不校時的時候,秒從40跳到59,然后又跳回40,分和秒之間無進位,電路在時,分,秒進位過程中能正常顯示,故可排除

12、芯片和連線的接觸不良的問題.經(jīng)檢查,校正電路的連線沒有錯誤,后用萬用表的直流電壓檔帶電檢測秒十位的QA,QB,QC和QD腳,發(fā)現(xiàn)QA腳時有電壓時而無電壓,再檢測秒到分和分到時的進位端,發(fā)現(xiàn)是由于秒到分的進位未拔掉所至.在制作報時電路的過程中,發(fā)現(xiàn)蜂鳴器在57分59秒的時候就開始報時,后經(jīng)檢測電路發(fā)現(xiàn)是由于把74HC30芯片當16引腳的芯片來接,以至接線都錯位,重新接線后能正常報時.連接分頻電路時,把時個位的QD和時十位的1腳斷開,然后時十位的1腳接到晶振的3腳,時十位的3腳接到秒個位的1腳,所連接的電路圖無法正常工作,時十位從0-9的跳,時個位只能顯示一個0,在這個電路中3腳的分頻用到兩次,故

13、無法正常顯示,因此要把12進制接到74HC390的一個邏輯電路空出來用于分頻即可,因此把時十位的CD4511的12,6腳接地,7腳改為接74HC390的5腳,74HC390的3,4腳斷開,然后4腳接9腳即可,其中空出的74HC390的3腳就可用于2Hz的分頻,分頻后變?yōu)?Hz,整個電路也到此為正常的數(shù)字鐘計數(shù).2.設(shè)計體會在此次的數(shù)字鐘設(shè)計過程中,更進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.在連接六進制,十進制,六十進制的進位及十二進制的接法中,要求熟悉邏輯電路及其芯片各引腳的功能,那么在電路出錯時便能準確地找出錯誤所在并及時糾正了.在設(shè)計電路中,往往是先仿真后連接實物圖,但有時候仿真和電路連接并不是完全一致的,例如仿真的連接示意圖中,往往沒有接高電平的16腳或14腳以及接低電平的7腳或8腳,因此在實際的電路連接中往往容易遺漏.又例如74H