數(shù)字電子課程設(shè)計(jì)數(shù)字鐘

1、數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)報(bào)告目錄一、設(shè)計(jì)課題二、設(shè)計(jì)任務(wù)三、設(shè)計(jì)要求四、分析及設(shè)計(jì)過程五、組裝及調(diào)試過程六、參考文獻(xiàn)（各芯片功能）七、設(shè)計(jì)心得及總結(jié)一、設(shè)計(jì)課題多功能數(shù)字鐘電路設(shè)計(jì).二、設(shè)計(jì)任務(wù)三、數(shù)字鐘的功能要求基本功能以數(shù)字形式顯示時(shí)、分、秒的時(shí)間，為節(jié)省器件，其中秒的個(gè)位可以用發(fā)光二極管指示，小時(shí)的十位亦可以用發(fā)光二極管指示，燈亮為“1”，燈滅為“0”。小時(shí)計(jì)數(shù)器的計(jì)時(shí)要求為“12翻1”。要求手動(dòng)快速校時(shí)、校分或慢校時(shí)、慢校分。 擴(kuò)展功能定時(shí)控制，其時(shí)間自定；仿廣播電臺(tái)整點(diǎn)報(bào)時(shí)；觸摸報(bào)整點(diǎn)時(shí)數(shù)或自動(dòng)報(bào)整點(diǎn)時(shí)數(shù)。 2、設(shè)計(jì)步驟與要求：擬定數(shù)字鐘電路的組成框圖，要求設(shè)計(jì)優(yōu)化，電路功能多，器件少，成本

2、低。 設(shè)計(jì)并安裝各單元電路，要求布線整齊、美觀，便于級(jí)聯(lián)與調(diào)試。 測(cè)試數(shù)字鐘系統(tǒng)的邏輯功能，使?jié)M足設(shè)計(jì)功能的要求。 畫出數(shù)字鐘系統(tǒng)的整機(jī)邏輯電路圖。 寫出課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告。四、設(shè)計(jì)分析于過程本課題是數(shù)字電路中計(jì)數(shù)、分頻、譯碼、顯示及時(shí)鐘振蕩器等組合邏輯電路與時(shí)序邏輯電路的綜合應(yīng)用。通過學(xué)習(xí)，要求掌握多功能數(shù)字鐘電路的設(shè)計(jì)方法、裝調(diào)技術(shù)及數(shù)字鐘的擴(kuò)展應(yīng)用。1、數(shù)字鐘的功能要求 （1）基本功能：準(zhǔn)確計(jì)時(shí)，以數(shù)字形式顯示時(shí)、分、秒的時(shí)間； 小時(shí)的計(jì)時(shí)要求為“12翻1”，分和秒的計(jì)時(shí)要求為60進(jìn)位； 校正時(shí)間。 （2）擴(kuò)展功能 定時(shí)控制；仿廣播電臺(tái)整點(diǎn)報(bào)時(shí)；報(bào)整點(diǎn)時(shí)數(shù)；觸摸報(bào)整點(diǎn)時(shí)數(shù)。2、數(shù)字鐘電路系

3、統(tǒng)的組成框圖如圖S1-1所示，數(shù)字鐘電路系統(tǒng)由主體電路和擴(kuò)展電路兩大部分所組成。其中主體電路完成數(shù)字鐘的基本功能，擴(kuò)展電路完成數(shù)字鐘的擴(kuò)展功能。系統(tǒng)的工作原理是：振蕩器產(chǎn)生的穩(wěn)定的高頻脈沖信號(hào)，作為數(shù)字鐘的時(shí)間基準(zhǔn)，然后經(jīng)分頻器輸出標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖。秒計(jì)數(shù)器計(jì)滿60后向分計(jì)數(shù)器進(jìn)位，分計(jì)數(shù)器計(jì)滿60后向小時(shí)計(jì)數(shù)器進(jìn)位，小時(shí)計(jì)數(shù)器按照“12翻1”規(guī)律計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)器的輸出分別經(jīng)譯碼器送顯示器顯示。計(jì)時(shí)出現(xiàn)誤差時(shí)可以用校時(shí)電路校時(shí)、校分、校秒。各擴(kuò)展電路必須在主體電路正常運(yùn)行的情況下才能進(jìn)行功能擴(kuò)展。圖S1-1 多功能數(shù)字鐘系統(tǒng)組成框圖3、主體電路的設(shè)計(jì)主體電路是由功能部件或單元電路組成的。在設(shè)計(jì)這些電路或

4、選擇部件時(shí)，盡量選用同類型的器件，如所有功能部件都采用TTL集成電路或都采用CMOS集成電路。整個(gè)系統(tǒng)所用的器件種類應(yīng)盡可能少。下面介紹各功能部件或電路的設(shè)計(jì)。（1）振蕩器振蕩器是數(shù)字鐘的核心，振蕩器的穩(wěn)定度和頻率的精準(zhǔn)度決定了數(shù)字鐘計(jì)時(shí)的準(zhǔn)確程度，所以通常選用石英晶體來構(gòu)成振蕩器電路。一般來說，振蕩器的頻率越高，計(jì)時(shí)的精度就越高，但耗電量將增大。如圖S1-2所示電路為電子手表集成電路（如5C702）中的晶體振蕩器電路，常取晶振的頻率為32768Hz，因其內(nèi)部有15級(jí)2分頻集成電路，所以輸出端正好得到1Hz的標(biāo)準(zhǔn)脈沖。如果精度要求不高也可以采用由集成邏輯門與RC組成的時(shí)鐘源振蕩器或由集成電路定

5、時(shí)器555與RC組成的多諧振蕩器。這里選用555構(gòu)成的多諧振蕩器，設(shè)振蕩器頻fO=103Hz，電路參數(shù)如圖S1-3所示，其中10K電位器RP可微調(diào)振蕩器的輸出頻率fO.（2）分頻器分頻器的功能主要有兩個(gè)：一是產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖信號(hào)；二是可提供功能擴(kuò)展電路所需要的信號(hào)，如仿電臺(tái)報(bào)時(shí)用的103Hz的高音頻信號(hào)和500Hz的低音頻信號(hào)等。選用中規(guī)模集成電路計(jì)數(shù)器74LS90可以完成上述功能。如圖S1-4所示，將3片74LS90進(jìn)行級(jí)聯(lián)，因每片為1/10分頻器，3片級(jí)聯(lián)正好獲得1Hz的標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖。由74LS90的功能表可得，當(dāng)它接成BCD十進(jìn)制計(jì)數(shù)器時(shí)，QA的輸出是輸入脈沖CP的2分頻，所以第1片74LS

6、90的QA輸出脈沖的頻率為500Hz。圖S1-3 555振蕩器圖S1-4 振蕩器與分頻器電路（3）時(shí)分秒計(jì)數(shù)器分和秒計(jì)數(shù)器都是模M=60的計(jì)數(shù)器，采用中規(guī)模集成電路十進(jìn)制計(jì)數(shù)器至少需要2片，因?yàn)?0<M<100。它們的個(gè)位都是十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，而十位則是六進(jìn)制計(jì)數(shù)器，其計(jì)數(shù)規(guī)律為0001585900。選用74LS92作為十位位計(jì)數(shù)器，74LS90作個(gè)位位計(jì)數(shù)器，再將它們進(jìn)行級(jí)聯(lián)組成模數(shù)M=60的計(jì)數(shù)器。時(shí)計(jì)數(shù)器是一個(gè)“12翻1”的特殊進(jìn)制計(jì)數(shù)器，即當(dāng)數(shù)字鐘的計(jì)時(shí)器運(yùn)行到12時(shí)59分59秒時(shí)，秒的個(gè)位計(jì)數(shù)器再輸入一個(gè)秒脈沖時(shí)，數(shù)字鐘應(yīng)自動(dòng)顯示為01時(shí)00分00秒，實(shí)現(xiàn)日常生活中習(xí)慣用的計(jì)

7、時(shí)規(guī)律。由此可見，時(shí)計(jì)數(shù)器的個(gè)位有09十個(gè)狀態(tài)，十位只有0和1兩種狀態(tài)，因此，十位位可以采用僅有兩個(gè)狀態(tài)的集成觸發(fā)器，如雙D觸發(fā)器74LS74（只用其中一個(gè)D觸發(fā)器）。時(shí)的個(gè)位雖然只有09十個(gè)狀態(tài)，但其重復(fù)周期需要輸入13個(gè)時(shí)鐘脈沖，因而需要采用功能較靈活的4位2進(jìn)制計(jì)數(shù)器，這里選用74LS191。再將74LS74與74LS191通過控制門和反饋控制線進(jìn)行級(jí)聯(lián)，組成“12翻1”的小時(shí)計(jì)數(shù)器。（4）譯碼顯示電路譯碼顯示電路的作用是將時(shí)分秒計(jì)數(shù)器輸出的4位二進(jìn)制代碼翻譯并顯示出相應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)的狀態(tài)，通常譯碼器與顯示器是配套使用的，如果選擇共陰發(fā)光二極管數(shù)碼顯示器BS201/202，則譯碼驅(qū)動(dòng)器應(yīng)選

8、配74LS48。（5）校時(shí)電路當(dāng)數(shù)字鐘接通電源或者計(jì)時(shí)出現(xiàn)誤差時(shí)，均需要校正時(shí)間，校時(shí)是數(shù)字鐘應(yīng)具備的基本功能。一般電子手表都具有時(shí)、分、秒等校時(shí)功能。為使電路簡(jiǎn)單，本課題只進(jìn)行分和小時(shí)的校正。對(duì)校時(shí)電路的要求是，在進(jìn)行小時(shí)校正時(shí)不影響分和秒計(jì)數(shù)器的正常計(jì)數(shù)，同理，進(jìn)行分校正時(shí)不影響秒計(jì)數(shù)器的正常計(jì)數(shù)。校正時(shí)間的方式有“快校時(shí)”和“慢校時(shí)”兩種，其中“快校時(shí)”是，通過校時(shí)開關(guān)的控制，使校時(shí)脈沖進(jìn)入校時(shí)電路，則計(jì)數(shù)器對(duì)校時(shí)脈沖計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)到需要校正的時(shí)間時(shí)，再使計(jì)數(shù)器轉(zhuǎn)入正常計(jì)數(shù)。“慢校時(shí)”是用單脈沖發(fā)生器的輸出作校時(shí)脈沖，通過校時(shí)開關(guān)的控制，每觸發(fā)一次輸出一個(gè)單脈沖，則計(jì)數(shù)器加1，當(dāng)計(jì)到需要校正

9、的時(shí)間時(shí)，再使計(jì)數(shù)器轉(zhuǎn)入正常計(jì)數(shù)。由此可見，兩種校時(shí)方式的電路應(yīng)基本相同，不同的是校時(shí)脈沖的產(chǎn)生與控制方式有所區(qū)別。圖S1-5 校時(shí)電路 表S1-1 校時(shí)開關(guān)的功能圖S1-5所示電路為?！皶r(shí)”、?！胺帧彪娐?。其中S1為?！胺帧庇玫目刂崎_關(guān)，S2為?！皶r(shí)”用的控制開關(guān)，它們的控制功能如表S1-1所示。其中校時(shí)脈沖如果直接采用如圖S1-4所示的分頻器的10Hz的輸出脈沖，當(dāng)S1或S2分別為“1”時(shí)可進(jìn)行“快校時(shí)”。如果校時(shí)脈沖由單次脈沖產(chǎn)生器提供，則可以進(jìn)行“慢校時(shí)”。需要注意的是，圖S1-5所示的校時(shí)電路是由與非門構(gòu)成的組合邏輯電路，開關(guān)S1或S2為“0”或“1”時(shí)，可能會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)，必要時(shí)還應(yīng)將

10、其改為去抖動(dòng)開關(guān)電路。 （6）主體電路的裝調(diào)根據(jù)圖S1-1所示的數(shù)字鐘系統(tǒng)組成框圖按照信號(hào)的流向分級(jí)安裝，逐級(jí)進(jìn)行級(jí)聯(lián)，這里的每一級(jí)是指組成數(shù)字鐘的各功能電路。 根據(jù)數(shù)字電路安裝與調(diào)試基本方法，測(cè)試主體電路的邏輯功能。級(jí)聯(lián)時(shí)，如果出現(xiàn)時(shí)序配合不同步，或尖峰脈沖干擾，引起邏輯功能不正常時(shí)，可以通過增加邏輯門進(jìn)行延時(shí)或反相。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，可在集成電路器件的電源端VCC加退耦濾波電容。 畫數(shù)字鐘的主體邏輯電路圖經(jīng)過聯(lián)調(diào)并糾正方案中的錯(cuò)誤和不足之處后，再測(cè)試電路的邏輯功能是否滿足設(shè)計(jì)要求。最后畫出滿足設(shè)計(jì)要求的總體邏輯電路圖。如果因?qū)嶒?yàn)器材有限，其中秒

11、計(jì)數(shù)器的個(gè)位和時(shí)計(jì)數(shù)器的十位可以采用發(fā)光二極管指示，因而可以省去2片譯碼器和2只數(shù)碼顯示器。74ls00管腳圖五、組裝及調(diào)試過程1、555振蕩器的功能測(cè)試與調(diào)節(jié)555振蕩器工作的正常與否決定了本次設(shè)計(jì)的成敗，它是第一道坎，也是最關(guān)鍵的一步。根據(jù)555工作原理，設(shè)計(jì)出能夠產(chǎn)生多諧振蕩頻率的邏輯電路圖，并根據(jù)電路圖連線。用頻率計(jì)測(cè)試輸出頻率，并通過調(diào)節(jié)電位器可以得到1000Hz的輸出頻率。2、時(shí)鐘秒位電路的測(cè)試與調(diào)節(jié)我們知道74LS90芯片是十進(jìn)制的計(jì)數(shù)器，而74LS92芯片是二-六-十混合進(jìn)制計(jì)數(shù)器。時(shí)鐘的秒剛好是六十進(jìn)制，通過2片芯片的共同使用，振蕩器產(chǎn)生的頻率分頻后作為90的輸入脈沖，90的

12、進(jìn)位輸出作為92的輸入脈沖顯然就以實(shí)現(xiàn)這一功能。連線時(shí)，務(wù)必認(rèn)清各芯片的引腳，否則將前功盡棄。3、時(shí)鐘分位電路的測(cè)試與調(diào)節(jié)時(shí)鐘的分位和秒位測(cè)試完全相同，只需將秒十位的進(jìn)位輸出作為分個(gè)位的輸入信號(hào)即可實(shí)現(xiàn)。4、時(shí)鐘十位電路的測(cè)試與調(diào)節(jié)時(shí)計(jì)數(shù)器是一個(gè)“12翻1”的特殊進(jìn)制計(jì)數(shù)器，即當(dāng)數(shù)字鐘的計(jì)時(shí)器運(yùn)行到12時(shí)59分59秒時(shí)，秒的個(gè)位計(jì)數(shù)器再輸入一個(gè)秒脈沖時(shí)，數(shù)字鐘應(yīng)自動(dòng)顯示為01時(shí)00分00秒。也就是說時(shí)位的個(gè)位應(yīng)取十進(jìn)制，而再來3個(gè)信號(hào)后時(shí)位應(yīng)變?yōu)?0。這里時(shí)位的個(gè)位用191計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，十位采用74LS74芯片。最終完成了時(shí)鐘時(shí)位的計(jì)數(shù)功能。六、參考文獻(xiàn)（各芯片功能）74ls191引腳圖 74l

13、s90引腳圖74ls74引腳圖CD4511引腳圖七、實(shí)驗(yàn)總結(jié)及心得在這里首先感謝老師的悉心指導(dǎo)、教誨、督促和幫助，讓我能夠在兩天時(shí)間內(nèi)完成多功能數(shù)字鐘這個(gè)課程設(shè)計(jì)。之前通過對(duì)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程的學(xué)習(xí)，我已經(jīng)初步掌握了數(shù)字電子技術(shù)的基本概念、結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)的基本方法，但實(shí)際動(dòng)手、設(shè)計(jì)電路和電路調(diào)試的能力還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足?；仡櫰鸫舜握n程設(shè)計(jì)，至今我們?nèi)愿锌级?。的確，自從拿到題目到完成整個(gè)數(shù)字鐘的功能，從理論到實(shí)踐，可以學(xué)到很多很多的東西， 我更進(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(jiǎn)單的課程設(shè)計(jì)，但通過這次課程設(shè)計(jì)我了解了課程設(shè)計(jì)的一般步驟，和設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題。這次實(shí)驗(yàn)中我最主要的難題就是校時(shí)和校分，對(duì)校時(shí)電路的要求是，在進(jìn)行小時(shí)校正時(shí)不影響分和秒計(jì)數(shù)器的正常計(jì)數(shù)，同理，進(jìn)行分校正時(shí)不影響秒計(jì)數(shù)器的正常計(jì)數(shù)，對(duì)于這個(gè)電路所用的與非門較為復(fù)雜，稍有