整點(diǎn)報(bào)時數(shù)字鐘電路設(shè)計(jì)

1、數(shù)字邏輯課程設(shè)計(jì)說明書前言20世紀(jì)末，電子技術(shù)獲得了飛速的發(fā)展，在其推動下，現(xiàn)代電子產(chǎn)品幾乎滲透了社會的各個領(lǐng)域，有力地推動了社會生產(chǎn)力的發(fā)展和社會信息化程度的提高，同時也使現(xiàn)代電子產(chǎn)品性能進(jìn)一步提高，產(chǎn)品更新?lián)Q代的節(jié)奏也越來越快。 時間對人們來說總是那么寶貴，工作的忙碌性和繁雜性容易使人忘記當(dāng)前的時間。忘記了要做的事情，當(dāng)事情不是很重要的時候，這種遺忘無傷大雅。但是，一旦重要事情，一時的耽誤可能釀成大禍。數(shù)字鐘是采用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)對.時,分,秒.數(shù)字顯示的計(jì)時裝置,廣泛用于個人家庭,車站, 碼頭辦公室等公共場所,成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢缮俚谋匦杵?由于數(shù)字集成電路的發(fā)展和石英晶體振蕩器的廣泛應(yīng)用

2、,使得數(shù)字鐘的精度,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過老式鐘表, 鐘表的數(shù)字化給人們生產(chǎn)生活帶來了極大的方便，而且大大地?cái)U(kuò)展了鐘表原先的報(bào)時功能。諸如定時自動報(bào)警、按時自動打鈴、時間程序自動控制、定時廣播、自動起閉路燈、定時開關(guān)烘箱、通斷動力設(shè)備、甚至各種定時電氣的自動啟用等，所有這些，都是以鐘表數(shù)字化為基礎(chǔ)的。因此，研究數(shù)字鐘及擴(kuò)大其應(yīng)用，有著非常現(xiàn)實(shí)的意義。目錄一、課程設(shè)計(jì)題目3二、課程設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)任務(wù)和基本要求3三、課程設(shè)計(jì)題目分析3四、課程設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)框圖4五、課程設(shè)計(jì)的單元電路設(shè)計(jì)4六、課程設(shè)計(jì)中部分元器件的使用說明10七、課程設(shè)計(jì)的心得體會12八、參考資料13九、附錄14數(shù)字邏輯課程設(shè)計(jì)正文一、課程設(shè)計(jì)題目: 整

3、點(diǎn)報(bào)時數(shù)字鐘電路設(shè)計(jì)二、課程設(shè)計(jì)任務(wù)和基本要求:2.1 能直接顯示時、分、秒的數(shù)字鐘，要求二十四為一計(jì)數(shù)周期；2.2 當(dāng)電路發(fā)生走時誤差時，要求電路具有校時功能；2.3 要求電路具有整點(diǎn)報(bào)時功能，整點(diǎn)前10秒開始持續(xù)10秒，揚(yáng)聲器響；2.4 秒脈沖可由石英晶體振蕩器、分頻器與D觸發(fā)器提供標(biāo)準(zhǔn)時間的基準(zhǔn)信號。三、課程設(shè)計(jì)題目分析:3.1 設(shè)計(jì)要點(diǎn)1 設(shè)計(jì)一個精確的秒脈沖信號產(chǎn)生電路2 設(shè)計(jì)60進(jìn)制、24進(jìn)制計(jì)數(shù)器3 設(shè)計(jì)譯碼顯示電路4 設(shè)計(jì)操作方面的校時電路5 設(shè)計(jì)整點(diǎn)報(bào)時電路3.2 工作原理數(shù)字電子鐘由信號發(fā)生器、“時、分、秒”計(jì)數(shù)器、譯碼器及顯示器、校時電路、整點(diǎn)報(bào)時電路等組成。秒信號產(chǎn)生器

4、是整個系統(tǒng)的時基信號，它直接決定計(jì)時系統(tǒng)的精度，一般采用石英晶體振蕩器、分頻器與D觸發(fā)器來實(shí)現(xiàn)。將標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖信號送入“秒計(jì)數(shù)器”，該計(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“分脈沖”信號，該信號將作為“分計(jì)數(shù)器”的時鐘脈沖。“分計(jì)數(shù)器”也采用60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，每累計(jì)60分，發(fā)出一個“時脈沖”信號，該信號將被送到“時計(jì)數(shù)器”?！皶r計(jì)數(shù)器”采用24進(jìn)制計(jì)數(shù)器，可以實(shí)現(xiàn)一天24h的累計(jì)。譯碼顯示電路將“時、分、秒”計(jì)數(shù)器的輸出狀態(tài)經(jīng)七段顯示譯碼器譯碼，通過六位LED顯示器顯示出來。整點(diǎn)報(bào)時電路是根據(jù)計(jì)時系統(tǒng)的輸出狀態(tài)產(chǎn)生一個脈沖信號，然后去觸發(fā)音頻發(fā)生器實(shí)現(xiàn)報(bào)時。校時電路是用來對“時、分”顯示數(shù)

5、字進(jìn)行校對調(diào)整。四、課程設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)框圖圖1結(jié)構(gòu)框圖五、課程設(shè)計(jì)的單元電路設(shè)計(jì)5.1 秒脈沖信號發(fā)生器秒脈沖信號發(fā)生器是數(shù)字電子鐘的核心部分，它的精度和穩(wěn)定度決定了數(shù)字鐘的質(zhì)量。由石英晶體振蕩器、分頻器與D觸發(fā)器組合產(chǎn)生秒脈沖信號。5.1.1 石英晶體振蕩器:通常用32768晶體振蕩發(fā)生器，經(jīng)過電容和電阻的電路調(diào)整，輸出穩(wěn)定的32768Hz脈沖。5.1.2 分頻器: 分頻器功能主要有兩個，一是產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖信號，一是提供電路所需要的信號，用CD4060進(jìn)行14分頻獲得穩(wěn)定的2Hz脈沖，然后用D觸發(fā)器進(jìn)行2分頻就獲得穩(wěn)定的1Hz標(biāo)準(zhǔn)脈沖。電路圖如下:圖2 秒脈沖發(fā)生器5.2 秒、分、時計(jì)時器電路設(shè)計(jì)

6、秒、分計(jì)數(shù)器為60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，小時計(jì)數(shù)器為24進(jìn)制計(jì)數(shù)器。實(shí)現(xiàn)這兩種模數(shù)的計(jì)數(shù)器采用中規(guī)模集成計(jì)數(shù)器74LS290構(gòu)成。5.2.1 60進(jìn)制計(jì)數(shù)器由74LS290構(gòu)成的60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，將一片74LS290設(shè)計(jì)成10進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，另一片設(shè)置6進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。兩片74LS290按反饋清零法串接而成。秒計(jì)數(shù)器的十位和個位，輸出脈沖用作自身清零。秒、分計(jì)數(shù)器的十位中的Qb與Qc，同時出現(xiàn)11的情況時（及相與后輸出高電平），對下一計(jì)數(shù)器進(jìn)行進(jìn)位輸出。下圖電路即可作為秒計(jì)數(shù)器，也可作為分計(jì)數(shù)器。圖3 六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器5.2.2 24進(jìn)制計(jì)數(shù)器由74LS290構(gòu)成的二十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，將一片74LS290設(shè)計(jì)成

7、4進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，另一片設(shè)置2進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。既個位計(jì)數(shù)狀態(tài)為Qd Qc Qb Qa = 0100十位計(jì)數(shù)狀態(tài)為Qd Qc Qb Qa = 0010時，要求計(jì)數(shù)器歸零。通過把個位Qc、十位Qb相與后的信號送到個位、十位計(jì)數(shù)器的清零端，使計(jì)數(shù)器清零，從而構(gòu)成24進(jìn)制計(jì)數(shù)器。電路圖如下:圖4 二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器5.3 譯碼電路設(shè)計(jì)譯碼電路的功能是將秒、分、時計(jì)數(shù)器的輸出代碼進(jìn)行翻譯，變成相應(yīng)的數(shù)字。用與驅(qū)動LED七段數(shù)碼管的譯碼器常用的有74LS48。74LS48是BCD-7段譯碼器/驅(qū)動器，輸出高電平有效，專用于驅(qū)動LED七段共陰極顯示數(shù)碼管。若將秒、分、時計(jì)數(shù)器的每位輸出分別送到相應(yīng)七段譯嗎管的

8、輸入端，便可以進(jìn)行不同數(shù)字的顯示。在譯碼管輸出與數(shù)碼管之間串聯(lián)電阻R作為限流電阻。譯碼電路如下：圖5 譯碼器5.4 LED數(shù)碼顯示電路設(shè)計(jì)5.4.1 共陽極接法。把發(fā)光二極管的陽極連在一起構(gòu)成公共陽極，使用時公共陽極接+5V，每個發(fā)光二極管的陰極通過電阻與輸入端相連。當(dāng)陰極端輸入低電平時，段發(fā)光二極管就導(dǎo)通點(diǎn)亮，而輸入高電平時則不點(diǎn)亮。5.4.2 共陰極接法。把發(fā)光二極管的陰極連在一起構(gòu)成公共陰極，使用時公共陰極接地。每個發(fā)光二極管的陽極通過電阻與輸入端相連。當(dāng)陽極端輸入高電平時，段發(fā)光二極管就導(dǎo)通點(diǎn)亮，而輸入低電平時則不點(diǎn)亮。在本設(shè)計(jì)中所采用的是共陰極LED數(shù)碼顯示器。共陰極接法引腳排列如下

9、圖所示圖6 共陰極數(shù)碼管圖7 共陰極數(shù)碼管電路圖5.5 校時電路校時電路是數(shù)字鐘不可缺少的部分，每當(dāng)數(shù)字鐘與實(shí)際時間不符時，需要根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)時間進(jìn)行校時。K1、K2分別是時校正、分校正開關(guān)。不校正時，K1、K2開關(guān)是閉和的。當(dāng)校正時位時，需要把K1開關(guān)打開，然后用手撥動K3開關(guān)，來回?fù)軇右淮?，就能使時位增加1，根據(jù)需要去撥動開關(guān)的次數(shù)，校正完畢后把K1開關(guān)閉上。校正分位時和校正時位的方法相同。其電路圖如下:圖8 校正電路5.6 整點(diǎn)報(bào)時電路設(shè)計(jì)一般的時鐘都具備整點(diǎn)報(bào)時的功能，及在時間出現(xiàn)整點(diǎn)數(shù)前若干秒內(nèi)，數(shù)字鐘會自動報(bào)時，用來提醒時間。這里設(shè)計(jì)報(bào)時從XX時59分50秒開始，持續(xù)到XX時59分59秒

10、。XX時59分50秒的計(jì)時器輸出為：秒低位0000，秒高位0101，分低位1001，分高位0101；XX時59分59秒的計(jì)時器輸出為：秒低位1001，秒高位0101，分低位1001，分高位0101。因?yàn)閳?bào)時持續(xù)十秒鐘的時間，所以可以忽略秒低位的變化。將秒高位，分低位和分高位的所有計(jì)數(shù)器輸出中的1進(jìn)一個與門邏輯（或取反后進(jìn)一個與非門邏輯），所有計(jì)時器輸出中的0進(jìn)一個與非門邏輯（或取反后進(jìn)一個與門邏輯），然后把兩路信號引入一個與門邏輯，最后取反后連接揚(yáng)聲器的一個接口，并將揚(yáng)聲器的另一接口連接一個高電平，揚(yáng)聲器將在XX時59分50秒的時候發(fā)出警告聲，并持續(xù)十秒鐘。采用另外的高電平進(jìn)行揚(yáng)聲器的驅(qū)動，主

11、要是考慮到門邏輯的輸出電壓一般在3V5V之間，而揚(yáng)聲器的驅(qū)動電壓有時會超過這一電壓。電路圖如下：圖9 整點(diǎn)報(bào)時電路5.7 Multism仿真完成理論設(shè)計(jì)基礎(chǔ)之后，對于不太確定的電路和需要進(jìn)行修改的電路，利用軟件Multism進(jìn)行仿真模擬。根據(jù)仿真結(jié)果，判斷電路是否能正常工作與輸出是否能滿足設(shè)計(jì)的需要。六、課程設(shè)計(jì)中部分元器件的使用說明6.1 晶體振蕩器晶體振蕩器 簡稱晶振，工作原理就是利用石英的壓電效應(yīng),當(dāng)石英通電的時候可以產(chǎn)生震動,而震動又可以產(chǎn)生一個震蕩電波，其作用在于產(chǎn)生原始的時鐘頻率，這個頻率經(jīng)過頻率發(fā)生器的放大或縮小后就成了電腦中各種不同的總線頻率，這里應(yīng)用了32768Hz的晶振。6

12、.2 D觸發(fā)器SD 和RD 接至基本RS 觸發(fā)器的輸入端，它們分別是預(yù)置和清零端，低電平有效。當(dāng)SD=0且RD=1時,不論輸入端D為何種狀態(tài)，都會使Q=1，Q非=0，即觸發(fā)器置1；當(dāng)SD=1且RD=0時，觸發(fā)器的狀態(tài)為0,SD和RD通常又稱為直接置1和置0端。我們設(shè)它們均已加入了高電平，不影響電路的工作6.3 4060分頻器CD4060由一振蕩器和14級二進(jìn)制串行計(jì)數(shù)器位組成，振蕩器的結(jié)構(gòu)可以是RC或晶振電路，CR為高電平時，計(jì)數(shù)器清零且振蕩器使用無效。所有的計(jì)數(shù)器位均為主從觸發(fā)器。在CP1(和CP0)的下降沿計(jì)數(shù)器以二進(jìn)制進(jìn)行計(jì)數(shù)。在時鐘脈沖線上使用斯密特觸發(fā)器對時鐘上升和下降時間無限制。圖

13、106.4 74LS290計(jì)數(shù)器 74LS290芯片的符號圖和管腳排列如下圖所示，其中，MS（1）、MS（2）稱為置“9”端，MR（1）、MR（2）稱為置“0”端；CP0、CP1端為計(jì)數(shù)時鐘輸入端，Q3Q2Q1Q0為輸出端，NC表示空腳vcc MR MR CP1CP0 Q0 Q3)74LS290MS NC MS Q2 Q1 NC GND圖11 74LS290計(jì)數(shù)器6.5 七段數(shù)碼管的譯碼器 發(fā)光二極管(LED)由特殊的半導(dǎo)體材料砷化鎵、 磷砷化鎵等制成，可以單獨(dú)使用，也可以組裝成分段式或點(diǎn)陣式LED顯示器件(半導(dǎo)體顯示器)。 分段式顯示器(LED數(shù)碼管)由7條線段圍成8型，每一段包含一個發(fā)光二

14、極管。外加正向電壓時二極管導(dǎo)通，發(fā)出清晰的光，有紅、黃、綠等色。只要按規(guī)律控制各發(fā)光段的亮、滅，就可以顯示各種字形或符號。 設(shè)計(jì)中使用的是共陰式LED數(shù)碼管的原理圖。使用時，公共陰極接地，7個陽極ag由相應(yīng)的BCD七段譯碼器來驅(qū)動(控制)，6.6 LED數(shù)碼顯示器 數(shù)碼管是一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，其基本單元是發(fā)光二極管。數(shù)碼管按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個發(fā)光二極管單元（多一個小數(shù)點(diǎn)顯示）；按能顯示多少個“8”可分為1位、2位、4位等等數(shù)碼管；按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極(COM)的

15、數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管在應(yīng)用時應(yīng)將公共極COM接到+5V，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮。當(dāng)某一字段的陰極為高電平時，相應(yīng)字段就不亮。共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(COM)的數(shù)碼管。共陰數(shù)碼管在應(yīng)用時應(yīng)將公共極COM接到地線GND上，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮。當(dāng)某一字段的陽極為低電平時，相應(yīng)字段就不亮。使用時，要注意區(qū)分這兩種不同的接法。為了顯示數(shù)字或字符，必須對數(shù)字或字符進(jìn)行編碼。七段數(shù)碼管加上一個小數(shù)點(diǎn)，共計(jì)8段。七、課程設(shè)計(jì)的心得體會經(jīng)過這一周的數(shù)字邏輯課程設(shè)計(jì)，發(fā)現(xiàn)以前上課都是上一些最基本的知識，而現(xiàn)在卻可以將以

16、前學(xué)的東西作出有實(shí)際價(jià)值的東西。在這個過程中，我的確學(xué)得到很多在書本上學(xué)不到的原理，如：如何利用現(xiàn)有的元件組裝得到設(shè)計(jì)要求，如何找到錯誤的原因，如何利用計(jì)算機(jī)來畫圖等等。但也遇到了不少的挫折，在畫圖有時遇到了一個錯誤怎么找也找不到原因所在，找了老半天結(jié)果卻是芯片的管腳接錯了，有時更是忘接電源了。在學(xué)習(xí)中的小問題在課堂上一般不會出現(xiàn)，在動手的過程中卻很有可能屢屢出錯。這一次的課程設(shè)計(jì)，教會了我在以后學(xué)習(xí)和工作中要養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)、耐心的工作態(tài)度，遇到困難要勇于面對，積極從所有可利用的資源，比如網(wǎng)絡(luò)，書籍等，去解決自己所遇到的難題。八、參考資料1.百度百科：2.百度貼吧“課程設(shè)計(jì)吧”：3.CSDN社區(qū)：4

17、.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)華中理工大學(xué)電子學(xué)教研室 唐康華5.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)中南大學(xué)出版社 陳明義6.電工電子實(shí)驗(yàn)教程中南大學(xué)出版社 陳明義7.多功能數(shù)字鐘電路設(shè)計(jì) 長江師范學(xué)院PPT課件8.數(shù)字鐘電路的設(shè)計(jì)與調(diào)試 廣東工業(yè)大學(xué)PPT課件九、附錄9.1原理圖：8.2各個電子元器件報(bào)表Part TypeDesignatorFootprintPart TypeDesignatorFootprint40601DIP-16100R24AXIAL0.574LS2902DIP-14100R25AXIAL0.574LS2903DIP-14100R26AXIAL0.574LS2904DIP-14100R27AXIA

18、L0.574LS2905DIP-14100R28AXIAL0.574LS2906DIP-14100R29AXIAL0.574LS2907DIP-1410KR3AXIAL0.574488DIP-16100R30AXIAL0.574489DIP-16100R31AXIAL0.5744810DIP-16100R32AXIAL0.5744811DIP-16100R33AXIAL0.5744812DIP-16100R34AXIAL0.5744813DIP-16100R35AXIAL0.533pfC1RAD-0100R36AXIAL0.533pfC2RAD-0100R37AXIAL0.54013DS1DIP-14100R38AXIAL0.5DPY_7-SEGDSHH-1手動封裝100R39AXIAL0.5DPY_7-