整點報時數(shù)字鐘課程設(shè)計報告書

.PAGE.信息工程學(xué)院課程設(shè)計報告書〔2009/2010學(xué)年第二學(xué)期課程名稱：電子技術(shù)課程設(shè)計題目：能整點報時的電子表專業(yè)班級：自動化111學(xué)生姓名：胡義海學(xué)號：6100311301指導(dǎo)教師：康耀明設(shè)計成績：..1課程設(shè)計目的12系統(tǒng)的方案設(shè)計13系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計23.1脈沖產(chǎn)生和分頻電路2脈沖產(chǎn)生和分頻電路的設(shè)計2館建器件74LS74的介紹3關(guān)鍵器件CD4060的介紹33.2計時電路5分,秒計時電路的設(shè)計5小時計時電路的設(shè)計7關(guān)鍵器件CD4510的介紹83.3顯示譯碼電路10顯示譯碼電路的設(shè)計10關(guān)鍵器件CD4511和數(shù)碼管的介紹113.4校時電路13校時的電路的詳細(xì)設(shè)計13關(guān)鍵器件RS觸發(fā)器的詳細(xì)介紹143.5整點報警電路164心得體會215參考文獻(xiàn)21..1課程設(shè)計目的※讓學(xué)生掌握組合邏輯電路、時序邏輯電路及數(shù)字邏輯電路系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、測試方法；※進(jìn)一步鞏固所學(xué)的理論知識,提高運(yùn)用所學(xué)知識分析和解決實際問題的能力；※提高電路布局﹑布線及檢查和排除故障的能力；※培養(yǎng)書寫綜合實驗報告的能力。2系統(tǒng)的方案設(shè)計2．1簡述數(shù)字電子鐘是一種用數(shù)字顯示秒﹑分﹑時﹑日的記時裝置,與傳統(tǒng)的機(jī)械鐘相比,他具有走時準(zhǔn)確﹑顯示直觀﹑無機(jī)械傳動裝置等優(yōu)點,因而得到了廣泛的應(yīng)用：小到人們的日常生活中的電子手表,大到車站﹑碼頭﹑機(jī)場等公共場所的大型數(shù)顯電子鐘。2．2課程設(shè)計題目描述和要求〔1設(shè)計一個有"時"、"分"、"秒"〔12小時59分59秒顯示,且有校時功能的電子鐘；〔2用中小規(guī)模集成電路組成電子鐘,并在實驗箱上進(jìn)行組裝、調(diào)試；〔3畫出框圖和邏輯電路圖,寫出設(shè)計、實驗總結(jié)報告；〔4選做：整點報時。在59分50秒輸出一高電平驅(qū)動鳴聲器發(fā)生。2.3數(shù)字電子鐘基本原理數(shù)字電子鐘的邏輯圖如圖1所示由振蕩電路、分頻器、計數(shù)器、顯示器和校時電路組成。振構(gòu)成的振蕩電路產(chǎn)生的信號經(jīng)過分頻器作為秒脈沖,秒脈沖送入秒計數(shù)器,秒計數(shù)結(jié)果通過秒譯碼器譯碼并且通過顯示器顯示出來,當(dāng)達(dá)到60時向分位進(jìn)位,分位和十位也是如此。可手動校正：能分別進(jìn)行秒﹑分﹑時﹑日的校正。只要將開關(guān)置于手動位置,可分別對秒﹑分﹑時﹑日進(jìn)行手動脈沖輸入調(diào)整或連續(xù)脈沖輸入的校正。整點報時。整點報時電路要求在每個整點前鳴叫。圖1數(shù)字鐘邏輯電路圖3系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計3.1脈沖產(chǎn)生和分頻電路脈沖產(chǎn)生和分頻電路的設(shè)計石英晶體振蕩器的特點是振蕩頻率準(zhǔn)確、電路結(jié)構(gòu)簡單、頻率易調(diào)整。它還具有壓電效應(yīng),在晶體某一方向加一電場,則在與此垂直的方向產(chǎn)生機(jī)械振動,有了機(jī)械振動,就會在相應(yīng)的垂直面上產(chǎn)生電場,從而機(jī)械振動和電場互為因果,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,才達(dá)到最后穩(wěn)定。這用壓電諧振的頻率即為晶體振蕩器的固有頻率。石英振蕩電路圖如圖2所示。圖2石英振蕩電路圖館建器件74LS74的介紹在晶振產(chǎn)生震蕩進(jìn)行第二次分頻時用到分頻器件74LS74。其引腳圖如圖3所示。圖374LS74引腳圖3.1.3關(guān)鍵器件CD4060的介紹秒脈沖發(fā)生器是數(shù)字鐘的核心部分,它的精度和穩(wěn)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32768Hz,通過15次二分頻后可獲得1Hz的脈沖輸出。CD4060引腳圖和真值表如圖4所示,連接方式如圖5所示。圖4CD4060引腳圖和真值表圖5CD4060連接方式3.2計時電路分,秒計時電路的設(shè)計秒﹑分﹑為60﹑60進(jìn)制計數(shù)器。秒﹑分﹑均為60進(jìn)制,即顯示00—59,它們的各位為十進(jìn)制,十位為六進(jìn)制。數(shù)字鐘采用計數(shù)器使用的是CD4510加減計數(shù)器,數(shù)字鐘采用的是加計數(shù)功能。其其連接圖如圖6。整個系統(tǒng)由脈沖電流從CLK端輸入,驅(qū)動計數(shù)器CD4510計數(shù),CD4510以8421BCD碼進(jìn)行十進(jìn)制計數(shù),并接把結(jié)果傳輸給譯碼器CD4511,CD4511將其譯碼驅(qū)動共陰極數(shù)碼管顯示出數(shù)字。其中秒的各位直接向十位進(jìn)位,其進(jìn)位信號直接輸給十位的CLK端。秒的十位為六進(jìn)制計數(shù)器,只要將其輸出的11.14角接入與門回送到RST端即可。僅為連接圖如圖7分位其功能和秒位類似,在此就不一一列出了,不過,其各位的脈沖信號要接秒十位的進(jìn)位信號,其他都一樣。圖6CD4510連接圖圖7秒分進(jìn)位連接圖小時計時電路的設(shè)計小時為24進(jìn)制計數(shù)器。小時為24進(jìn)制,即顯示00—23,它們的各位為十進(jìn)制,十位為2進(jìn)制。數(shù)字鐘采用計數(shù)器使用的是CD4510加減計數(shù)器,數(shù)字鐘采用的是加計數(shù)功能。其連接方法是十位的11角和個位的14角接入一個與門回送到十位和個位的RST端,其連接圖如圖8。圖8小時進(jìn)位連接圖關(guān)鍵器件CD4510的介紹表一十進(jìn)制同步加減計數(shù)器CC45113.3顯示譯碼電路顯示譯碼電路的設(shè)計CD4510與CD4511相連,CD4511的連接方式為3.4角接電源。5角接地。.6角分別接計數(shù)器來的信號。9到15分別接顯示器的各角。其連接圖如圖9。圖9CD4511連接圖本系統(tǒng)用七段發(fā)光二極管來顯示譯碼器輸出的數(shù)字,顯示器有兩種：共陽極顯示器或共陰極顯示器。連接圖如圖10所示。圖10CD4511以顯示管連接圖關(guān)鍵器件CD4511和數(shù)碼管的介紹CD4511是一組用來作為BCD對共陰極LED七段顯示器譯碼的包裝。其引腳圖如圖11所示。圖11CD4511引腳圖在CD4511中LT：做燈泡測試用,當(dāng)LT=0,則不論其它輸入狀態(tài)為何,其輸出abcdefg=1111111,使七段顯示器全亮,即顯示8,以便觀測七段顯示器是否正常。當(dāng)LT=1,則正常*。BI：空白輸入控制,當(dāng)BI=0<LT為1時>則不論DCBA之輸入為何,其輸出abcdefg皆為0,即七段顯示器完全不亮,此腳可供使用者控制僅對有效數(shù)據(jù)譯碼,避免在無意義的數(shù)據(jù)輸入時顯示出來造成字型的系亂。CD4511和數(shù)碼管的鏈接原理圖如圖12圖12CD4511和數(shù)碼管的鏈接原理圖LE：數(shù)據(jù)栓鎖致能控制；在CD4511中,不但具譯碼功能,更具有數(shù)據(jù)栓鎖的記憶功能。當(dāng)LE=0時<LT=1且BI=1>,DCBA數(shù)據(jù)會被送入IC的緩存器中保存,以供譯碼器碼；當(dāng)LE=1時,則IC中的暫存器會關(guān)閉,僅保存原來在LE=0時的DCBA數(shù)據(jù)供譯碼器譯碼。換句話說當(dāng)LE=1時,不論DCBA的輸入數(shù)據(jù)為何,皆不影響其輸出,其輸出abcdefg仍保留原來在LE由0轉(zhuǎn)為1以前的資料。3.4校時電路校時的電路的詳細(xì)設(shè)計在剛剛開機(jī)接通電源時,由于時﹑分﹑秒均為任意值,所以,需進(jìn)行調(diào)整。置開關(guān)在手動位置,分別對時﹑分﹑秒﹑日進(jìn)行單獨(dú)計數(shù),計數(shù)脈沖由單次脈沖或連續(xù)脈沖輸入。在數(shù)字鐘中采用了一個74LS00和74LS08兩個集成電路塊,用到了其內(nèi)部兩個與非門和兩個與門。其連接方法如圖14：圖14校時電路圖其中,當(dāng)正常計時時S1、S2、S3都打向右側(cè)。讓進(jìn)位信號能夠正常進(jìn)位,當(dāng)需要調(diào)整時,只需將要調(diào)整的位的開關(guān)打向左側(cè)然后控制S4即可。關(guān)鍵器件RS觸發(fā)器的詳細(xì)介紹在開關(guān)S4后加一個有兩個與非門構(gòu)成的RS觸發(fā)器,其目的是消除因操縱開關(guān)而產(chǎn)生的抖動,防止干擾。電路結(jié)構(gòu)把兩個與非門G1、G2的輸入、輸出端交叉連接,即可構(gòu)成基本RS觸發(fā)器,其邏輯電路如圖15所示。它有兩個輸入端R、S和兩個輸出端Q、Q。工作原理圖15RS觸發(fā)器基本RS觸發(fā)器的邏輯方程為：根據(jù)上述兩個式子得到它的四種輸入與輸出的關(guān)系:1.當(dāng)R=1、S=0時,則Q=0,Q=1,觸發(fā)器置1。2.當(dāng)R=0、S=1時,則Q=1,Q=0,觸發(fā)器置0。如上所述,當(dāng)觸發(fā)器的兩個輸入端加入不同邏輯電平時,它的兩個輸出端Q和Q有兩種互補(bǔ)的穩(wěn)定狀態(tài)。一般規(guī)定觸發(fā)器Q端的狀態(tài)作為觸發(fā)器的狀態(tài)。通常稱觸發(fā)器處于某種狀態(tài),實際是指它的Q端的狀態(tài)。Q=1、Q=0時,稱觸發(fā)器處于1態(tài),反之觸發(fā)器處于0態(tài)。S=0,R=1使觸發(fā)器置1,或稱置位。因置位的決定條件是S=0,故稱S端為置1端。R=0,S=1時,使觸發(fā)器置0,或稱復(fù)位。同理,稱R端為置0端或復(fù)位端。若觸發(fā)器原來為1態(tài),欲使之變?yōu)?態(tài),必須令R端的電平由1變0,S端的電平由0變1。這里所加的輸入信號〔低電平稱為觸發(fā)信號,由它們導(dǎo)致的轉(zhuǎn)換過程稱為翻轉(zhuǎn)。由于這里的觸發(fā)信號是電平,因此這種觸發(fā)器稱為電平控制觸發(fā)器。從功能方面看,它只能在S和R的作用下置0和置1,所以又稱為置0置1觸發(fā)器,或稱為置位復(fù)位觸發(fā)器。其邏輯符號如圖<b>所示。由于置0或置1都是觸發(fā)信號低電平有效,因此,S端和R端都畫有小圓圈。3.當(dāng)R=S=1時,觸發(fā)器狀態(tài)保持不變。觸發(fā)器保持狀態(tài)時,輸入端都加非有效電平〔高電平,需要觸發(fā)翻轉(zhuǎn)時,要求在某一輸入端加一負(fù)脈沖,例如在S端加負(fù)脈沖使觸發(fā)器置1,該脈沖信號回到高電平后,觸發(fā)器仍維持1狀態(tài)不變,相當(dāng)于把S端某一時刻的電平信號存儲起來,這體現(xiàn)了觸發(fā)器具有記憶功能。4.當(dāng)R=S=0時,觸發(fā)器狀態(tài)不確定在此條件下,兩個與非門的輸出端Q和Q全為1,在兩個輸入信號都同時撤去〔回到1后,由于兩個與非門的延遲時間無法確定,觸發(fā)器的狀態(tài)不能確定是1還是0,因此稱這種情況為不定狀態(tài),這種情況應(yīng)當(dāng)避免。從另外一個角度來說,正因為R端和S端完成置0、置1都是低電平有效,所以二者不能同時為0。3.5整點報警電路當(dāng)時計數(shù)器在每次計到整點前十秒時,需要報時,這可用譯碼電路來解決,即當(dāng)分為59時,則秒在計數(shù)到50時,輸出一延時高電平,直至秒計數(shù)器計到60時,結(jié)束這高電平脈沖,輸出的高電平驅(qū)動鳴聲器鳴叫。在數(shù)字鐘采用鳴聲器作為發(fā)聲器件,由于與門輸出電壓太小所以接一三極管放大電流驅(qū)動鳴聲器。報時電路開頭分別將秒的十位的6、14角接入與門分的個位2、6角十位的6、14角分別接入與門,并且將其輸出全部接入一與門,之后連一電阻減小電流輸入到三極管,最后由三極管組成的放大電路驅(qū)動鳴聲器。其電路圖16、17所示。圖16報時電路1圖17報時電路2圖18電路原理圖圖19電路pcb版圖4心得體會我的課程設(shè)計是"具有整點報時功能的數(shù)字鐘",通過本次設(shè)計我樂在其中。數(shù)字鐘的硬件設(shè)計是數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計傳統(tǒng)的課題之一,其生命力就在于知識的綜合化。數(shù)字鐘的設(shè)計課題雖然是一個很小的課題,但是它確是一個完整的系統(tǒng),所謂"麻雀雖小,五臟俱全"。我重點研究的是振蕩、分頻、校正和整點報時四部分,其它的計數(shù)、譯碼和顯示三部分則由我的同組人某某同學(xué)完成。首先是振蕩部分,它是數(shù)字鐘設(shè)計中非常重要的一部分。我使用的芯片是555定時器,它的功能很強(qiáng)大,可以構(gòu)成施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器。它產(chǎn)生的1KHz的信號作為分頻器的輸入信號,其他芯片協(xié)同工作。其次是分頻部分,它是用兩塊雙二—十進(jìn)制同步計數(shù)器CC4518完成的,它提供整個電路所