數(shù)字電子技術(shù)報告論文正稿

.../目錄一、設(shè)計目的1二、設(shè)計要求和設(shè)計指標1三、設(shè)計內(nèi)容13.1數(shù)字鐘電路工作原理13.2仿真結(jié)果與分析11四、本設(shè)計改進建議12五、總結(jié)12六、主要參考文獻13七、附錄13設(shè)計目的1.鞏固和加深學生對數(shù)字邏輯電路等課程基本知識的理解,綜合運用課程中所學到的理論知識去獨立完成一個實際課題。2.根據(jù)課程需要,通過查閱手冊和文獻資料,培養(yǎng)學生獨立分析和解決實際問題的能力。3.通過電路方案的分析、論證和比較,設(shè)計調(diào)試和檢測環(huán)節(jié),掌握電路的分析方法和設(shè)計方法。4.熟用常用電子元件的類型和特性,并掌握合理選用原則。設(shè)計要求和設(shè)計指標1.時鐘顯示功能,能夠以十進制顯示"時"、"分"、"秒"。其中時為24進制,分秒為60進制。2.其他功能：設(shè)計一個電路實現(xiàn)時分秒校準功能,鬧鐘功能,可按設(shè)定的時間鬧時,設(shè)計一個電路實現(xiàn)整點報時功能等。在59分51秒、53秒、55秒、57秒輸出750Hz音頻信號,在59分59秒時輸出1000Hz信號,音頻持續(xù)1s,在1000Hz熒屏結(jié)束時刻為整點。設(shè)計內(nèi)容數(shù)字電子鐘由振蕩器、分頻器、計數(shù)器、譯碼器顯示器和校時電路組成。振蕩器產(chǎn)生穩(wěn)定的高頻脈沖信號,作為數(shù)字鐘的時間基準,然后經(jīng)過分頻器輸出標準秒脈沖。秒計數(shù)器滿60后向分計數(shù)器進位,分計數(shù)器滿60后向小時計數(shù)器進位,小時計數(shù)器按照"24翻1"規(guī)律計數(shù)。計數(shù)器的輸出分別經(jīng)譯碼器送顯示器顯示。計時出現(xiàn)誤差時,可以用校時電路校時、校分。數(shù)字鐘電路工作原理實驗基本原理：總設(shè)計圖由圖1到圖8所示的數(shù)字中系統(tǒng)組成框圖按照信號的流向分級安裝,逐級級聯(lián)。這里的每一級是指組成數(shù)字中的各個功能電路。2、整個電路的組裝及調(diào)試：擴展電路檢查均無連線錯誤并且顯示正常后,將兩個電路連為一個整體,接上+5V電源。觀察時鐘是否顯示正常；是否在上午7時59分發(fā)出鬧時信號,持續(xù)時間一分鐘；是否有四聲低音分別發(fā)生在59分51秒、53秒、55秒及57秒,最后一聲高音法正在59分59秒,它們持續(xù)時間均為1秒。若不正常則檢查電路各個部分,直到得到滿意的結(jié)果。我們圓滿完成了這次的課程設(shè)計。數(shù)字鐘的主體電路邏輯圖整體設(shè)計設(shè)計框圖數(shù)碼管數(shù)碼管數(shù)碼管數(shù)碼管數(shù)碼管數(shù)碼管時十位計數(shù)器時個位計數(shù)器分十位計數(shù)器分個位計數(shù)器秒十位計數(shù)器秒個位計數(shù)器譯碼驅(qū)動譯碼驅(qū)動譯碼驅(qū)動譯碼驅(qū)動譯碼驅(qū)動譯碼驅(qū)動校時控制電路校分控制電路秒脈沖信號發(fā)生器數(shù)碼管由上圖的總體結(jié)構(gòu)圖可知,該設(shè)計大概可以分部分：秒脈沖產(chǎn)生部分、計數(shù)部分、顯示部分、校時部分。在秒脈沖產(chǎn)生部分中,可以用振蕩器或者555定時器予以實現(xiàn),為了保證準確性,優(yōu)先選用振蕩器,但是由于個人技術(shù)問題,我們選用了555定時器來產(chǎn)生秒脈沖；在計數(shù)電路中,我們采用74ls90計數(shù)器.在單元電路設(shè)計〔一秒脈沖信號的設(shè)計"秒脈沖信號發(fā)生器"的設(shè)計原理圖振蕩器是數(shù)字鐘的核心部分。振蕩器的穩(wěn)定性及頻率的精確度決定了數(shù)字鐘計時的準確程度,一般來說555產(chǎn)生出來的秒脈沖不太穩(wěn)定,但是由于某種原因,本實驗采用555定時器。其中要求R1為168K、R2為68K的電阻,C1為4.7F、C2為振蕩器是數(shù)字鐘的核心部分。振蕩器的穩(wěn)定性及頻率的精確度決定了數(shù)字鐘計時的準確程度,一般來說555產(chǎn)生出來的秒脈沖不太穩(wěn)定,但是由于某種原因,本實驗采用555定時器。其中要求R1為168K、R2為68K的電阻C1為4.7F、C2為0.01555定時器的功能主要由兩個比較器決定。兩個比較器的輸出電壓控制RS觸發(fā)器和放電管的狀態(tài)。在電源與地之間加上電壓,當5腳懸空時,則電壓比較器A1的反相輸入端的電壓為2VCC/3,A2的同相輸入端的電壓為VCC/3。若觸發(fā)輸入端TR的電壓小于VCC/3,則比較器A2的輸出為1,可使RS觸發(fā)器置1,使輸出端OUT=1。如果閾值輸入端TH的電壓大于2VCC/3,同時TR端的電壓大于VCC/3,則A1的輸出為1,A2的輸出為0,可將RS觸發(fā)器置0,使輸出為0電平。3、時鐘電路的設(shè)計〔二秒計數(shù)、譯碼/驅(qū)動及顯示部分的設(shè)計眾所周知,秒、分、時分別為六十、六十、二十四進制<十二進制亦可>計數(shù)器那么"秒"和"分"計數(shù)器用兩塊十進制計數(shù)器級連來實現(xiàn),它們的個位為十進制,十位為六進制,這樣,符合人們通常計秒數(shù)的習慣。"時"計數(shù)也用兩個十進制集成塊,只是做成二十四進制,上述計數(shù)器均可用反饋清零法來實現(xiàn)。秒計數(shù)采用兩個數(shù)碼管、兩個CD4511和一個CD4518來實現(xiàn),將"秒"信號送入"秒"計數(shù)器,秒計數(shù)器采用60進制計數(shù)器,每累計60秒發(fā)出一個"分"脈沖信號,該信號將作為"分"計數(shù)器的時鐘脈沖,進位脈沖最終用CD4081的一個與門來實現(xiàn)。而CD4511芯片具有鎖存\譯碼\驅(qū)動的功能,可以外接電阻驅(qū)動七段口LED數(shù)碼管顯示出來,以下即為秒計數(shù)器的設(shè)計原理圖?！踩钟嫈?shù)、譯碼/驅(qū)動及顯示部分的設(shè)計分計數(shù)和秒計數(shù)的原理差不多,也是采用兩個數(shù)碼管、兩個CD4511和一個CD4518來實現(xiàn),將"秒"計數(shù)器的進位脈沖送入"分"計數(shù)器,每累計60分發(fā)出一個"時"脈沖信號,該信號將作為"時"計數(shù)器的時鐘脈沖,進位脈沖最終用CD4081的又一個與門來實現(xiàn),同樣是采用CD4511來驅(qū)動七位LED數(shù)碼管顯示出來,分計數(shù)器的設(shè)計原理圖與秒計數(shù)器的設(shè)計原理圖相同。見附圖中圖②部分〔四、時計數(shù)、譯碼/驅(qū)動及顯示部分的設(shè)計時計數(shù)和分計數(shù)的原理差不多,也是采用兩個數(shù)碼管、兩個CD4511和一個CD4518來實現(xiàn),將"分"計數(shù)器的進位脈沖送入"時"計數(shù)器,但是是計數(shù)器采用的是24進制、且不需要進位脈沖,同樣是采用CD4511來驅(qū)動七位LED數(shù)碼管顯示出來,以下即為分計數(shù)器的設(shè)計原理圖。見附圖中圖③部分其中秒、分、時計數(shù)器都用到芯片CD4511、CD4518、CD4081和數(shù)碼管,下面就針對秒、分、時的設(shè)計原理來介紹這些芯片的引腳及功能。=1\*GB3①數(shù)碼管是數(shù)字鐘的顯示部分,由七段LED和一個點構(gòu)成,其引腳圖如下②CD4511是BCD鎖存/7段譯碼器/驅(qū)動器,常用的顯示譯碼器件,MAX7219和他功能差不多。CD4511引腳功能：BI：4腳是消隱輸入控制端,當BI=0時,不管其它輸入端狀態(tài)是怎么樣的,七段數(shù)碼管都會處于消隱也就是不顯示的狀態(tài)。LE：鎖定控制端,當LE=0時,允許譯碼輸出。LE=1時譯碼器是鎖定保持狀態(tài),譯碼器輸出被保持在LE=0時的數(shù)值。LT：3腳是測試信號的輸入端,當BI=1,LT=0時,譯碼輸出全為1,不管輸入DCBA狀態(tài)如何,七段均發(fā)亮全部顯示。它主要用來檢測數(shù)7段碼管是否有物理損壞。A1、A2、A3、A4、為8421BCD碼輸入端。a、b、c、d、e、f、g：為譯碼輸出端,輸出為高電平1有效。③CD4518是十進制雙BCD同步加法計數(shù)器,內(nèi)含兩個單元的加計數(shù)器,下圖為CD4518的引腳圖及功能表。CD4518/CC4518是二、十進制〔8421編碼同步加計數(shù)器,內(nèi)含兩個單元的加計數(shù)器,其功能表如真值表所示。每單個單元有兩個時鐘輸入端CLK和EN,可用時鐘脈沖的上升沿或下降沿觸發(fā)。由表可知,若用ENABLE信號下降沿觸發(fā),觸發(fā)信號由EN端輸入,CLK端置"0”；若用CL℃K信號上升沿觸發(fā),觸發(fā)信號由CL℃K端輸入,ENABLE端置"1”。RESET端是清零端,RESET端置"1”時,計數(shù)器各端輸出端Q1～Q4均為"0CD4518采用并行進位方式,只要輸入一個時鐘脈沖,計數(shù)單元Q1翻轉(zhuǎn)一次；當Q1為1,Q4為0時,每輸入一個時鐘脈沖,計數(shù)單元Q2翻轉(zhuǎn)一次；當Q1=Q2=1時,每輸入一個時鐘脈沖Q3翻轉(zhuǎn)一次；當Q1=Q2=Q3=1或Q1=Q4=1時,每輸入一個時鐘脈沖Q4翻轉(zhuǎn)一次。這樣從初始狀態(tài)〔"0”態(tài)開始計數(shù),每輸入10個時鐘脈沖,計數(shù)單元便自動恢復到"0”態(tài)。若將第一個加計數(shù)器的輸出端Q4、校時控制電路的設(shè)計分時校準電路的原理是一樣的。均是采用瓷片電容103和與門電路用開關(guān)來實現(xiàn)的。平常計時狀態(tài)下,開關(guān)處于斷開狀態(tài),當需要校時時,按下開關(guān),1、2是低電平,3引腳輸出高電平,此時8引腳送入時鐘脈沖,則10輸出低電平,那么4輸出一定是高電平,而且這個高電平被送入CD4518的1號時鐘引腳,此時"分"必定加1,同理,若連續(xù)按下開關(guān)則"分"就會連續(xù)加1,即完成分校時。時校時電路的原理和分校時是一樣的,不多做解釋。5、數(shù)碼管顯示電路的設(shè)計用CD4511和CD4518配合數(shù)碼管組成一個一位計數(shù)顯示電路,如下圖所示：若要多位計數(shù),只需將計數(shù)器級聯(lián),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)電源電壓來選取,電源電壓5V時可使用300Ω的限流電阻。3.2仿真結(jié)果與分析數(shù)字電子鐘的邏輯框圖如圖9所示。它由555集成芯片構(gòu)成的振蕩電路、分頻器、計數(shù)器、顯示器和校時電路組成。555集成芯片構(gòu)成的振蕩電路產(chǎn)生的信號經(jīng)過分頻器作為秒脈沖,秒脈沖送入計數(shù)器,計數(shù)結(jié)果通過"時"、"分"、"秒"譯碼器顯示時間。每當數(shù)字鐘計時快要到整點時發(fā)出聲響,通常按照4低音1高音的順序發(fā)出間斷聲響,以最后一聲高音結(jié)束的時刻為整點時刻。設(shè)4聲低音〔約500Hz分別發(fā)生在59分51秒、53秒、55秒及57秒,最后一聲高音〔約1KHz發(fā)生在59分59秒,它們的持續(xù)時間均為1秒。根據(jù)以上設(shè)定可得到電臺正點報時時的分十位狀態(tài)Q2M2Q0M2=11〔0101,分個位的狀態(tài)為Q3M1Q0M1=11〔1001,秒十位狀態(tài)為Q2S2Q0S2=11〔0101,秒個位的狀態(tài)為Q0S1=1〔1、3、5、7、9。而發(fā)低音還是高音只與秒個位有關(guān),根據(jù)設(shè)定可列表如表1所示：由表中的狀態(tài)可總結(jié)出如下結(jié)論：秒個位的第三位Q3S1可用來作為鳴低音或高音的控制信號,即Q3s1=0時,輸入500Hz的低頻信號至音響電路Q3S1=1時,輸入1kHz的高頻信號至音響電路。四、本設(shè)計改進建議〔1七段顯示器與七段譯碼器的測量把顯示器與CC4511相連,第一次接時,數(shù)碼管完全沒有顯示數(shù)字,檢查后發(fā)現(xiàn)是數(shù)碼管未接地而造成的,接地后發(fā)現(xiàn)還是無法正確顯示數(shù)字,用萬用表檢測后,發(fā)現(xiàn)是因芯片引腳有些接觸不良而造成的,所以確認芯片是否接觸良好是非常重要的一件事?！?時間計數(shù)電路的連接與測試六進制、十進制都沒有什么大的問題,只是芯片引腳的老問題,只要重新插過芯片就可以解決了。但在六十進制時,按圖接線后發(fā)現(xiàn),顯示器上的數(shù)字總是100進制的,而不是六十進制,檢測后發(fā)現(xiàn)無論是線路的連通還是芯片的接觸都沒有問題。最后,在重對連線時發(fā)現(xiàn)是線路接錯引腳造成的,改過之后,顯示就正常了。〔3校正電路因上面程因引腳接錯而造成錯誤,所以校正電路是完全按照仿真圖所連的,在測試時,開始進行時校時時,沒有出現(xiàn)問題,但當進行到分校時時,發(fā)現(xiàn)計數(shù)電路的秒電路開始亂跳出錯。因此,電路一定是有地方出錯了,在反復對照后,發(fā)現(xiàn)是因為在接入校正電路時忘了把秒十位和分個位之間的連線拿掉而造成的。五、總結(jié)最終設(shè)計出的數(shù)字鐘電路經(jīng)過測試,具備了正常走時、校時、鬧鐘、整