數(shù)電模電數(shù)字時鐘設(shè)計

,.揚州大學(xué)能源與動力工程學(xué)院本科生課程設(shè)計題目：數(shù)字時鐘設(shè)計課程：數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)專業(yè)：電氣工程及其自動化班級：電氣8888班學(xué)號：111712345姓名：提莫隊長指導(dǎo)教師：年**蔣**完成日期：2013年6月14日,.總目錄第一部分：任務(wù)書第二部分：課程設(shè)計報告第三部分：設(shè)計圖紙,.第一部分任務(wù)書,.《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》課程設(shè)計任務(wù)書一、課程設(shè)計的目的本課程是在學(xué)完《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》、《數(shù)字電子技術(shù)實驗》之后，集中一周時間，進(jìn)感謝閱讀行的復(fù)雜程度較高、綜合性較強的設(shè)計課題的實踐環(huán)節(jié)，通過該教學(xué)環(huán)節(jié)，要求達(dá)到以下目謝謝閱讀的：1.使學(xué)生進(jìn)一步掌握數(shù)字電子技術(shù)的理論知識，培養(yǎng)學(xué)生工程設(shè)計能力和綜合分析問精品文檔放心下載題、解決問題的能力；2.使學(xué)生基本掌常用電子電路的一般設(shè)計方法，提高電子電路的設(shè)計和實驗?zāi)芰Γ恢x謝閱讀,.3.熟悉并學(xué)會選用電子元器件，為以后從事生產(chǎn)和科研工作打下一定的基礎(chǔ)。精品文檔放心下載二、課程設(shè)計的要求設(shè)計時要綜合考慮實用、經(jīng)濟(jì)并滿足性能指標(biāo)要求；必須獨立完成設(shè)計課題；合理選用元器件；按時完成設(shè)計任務(wù)并提交設(shè)計報告。三、課程設(shè)計進(jìn)度安排1、方案設(shè)計；(半天)根據(jù)設(shè)計任務(wù)書給定的技術(shù)指導(dǎo)和條件，進(jìn)行調(diào)查研究、查閱參考文獻(xiàn)，進(jìn)行反復(fù)比較感謝閱讀和可行性論證，確定出方案電路，畫出主要單元電路，數(shù)據(jù)通道，輸入、輸出及重要控制信精品文檔放心下載號概貌的框圖。2、電路設(shè)計：(一天)根據(jù)方案設(shè)計框圖，并畫出詳細(xì)的邏輯圖3、裝配圖設(shè)計：(半天)根據(jù)給定的元器件，結(jié)合邏輯圖，設(shè)計出電路制作的具體裝配圖(即繪出組件數(shù)量，管感謝閱讀腳號以及器件布置的實際位置)。同時配以必要的文字說明。精品文檔放心下載4、電路制作：(兩天)對選定的設(shè)計，按裝配圖進(jìn)行裝配，調(diào)試實驗。5、總結(jié)鑒定：(一天)考核樣機是否全面達(dá)到現(xiàn)定的技術(shù)指標(biāo)，能否長期可靠地工作，并寫出設(shè)計總結(jié)報。精品文檔放心下載四、設(shè)計題目及內(nèi)容1、題目：數(shù)字時鐘電路,.2、內(nèi)容：（1）具有“時”“分”的數(shù)字顯示時鐘；（2）“秒”不作數(shù)字顯示，只使“時”和“分”之間“：”間隔閃亮；精品文檔放心下載（3）具有校分和校時功能；（4）具有整點報時功能（59分50秒開始間歇報時）。感謝閱讀五、設(shè)計要求1、用中小型規(guī)模集成電路設(shè)計出所要求的電路；2、在實驗箱上安裝、調(diào)試出所設(shè)計的電路；3、部分課題要求用可編程邏輯器件（FPGA/CPLD）設(shè)計實現(xiàn)；感謝閱讀4、在EDA編程實驗系統(tǒng)上完成硬件系統(tǒng)的功能仿真；感謝閱讀5、寫出設(shè)計、調(diào)試、總結(jié)報告。六、器件與器材1、元器件LED共陰數(shù)碼管BS2074片BCD七段譯碼器74LS484片十進(jìn)制計數(shù)器74LS16012片四2輸入與非門74LS003片雙4輸入與非門74LS201片六反相器74LS041片雙上升沿D觸發(fā)器74LS741片石英晶體4MHz1個,.發(fā)光二極管2只開關(guān)K1、K22只電阻1千歐5只電容0．01微法1只電容10皮法1只2、工具導(dǎo)線、鑷子、剪刀、打火機等。七、使用儀器設(shè)備1.YDNDI型數(shù)字電子綜合設(shè)計實驗系統(tǒng)；2.裝有Multisim軟件的PC;3.面包板等。八、參考文獻(xiàn)1、“數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)”教材；2、有關(guān)“電子技術(shù)課程設(shè)計指導(dǎo)書”；3、“集成電路特性應(yīng)用手冊”；4、EDA技術(shù)使用教程；5、其他。九、設(shè)計總結(jié)報告主要內(nèi)容1、任務(wù)及要求；2、方案特點；3、各組成部分及工作原理(應(yīng)結(jié)合框圖寫)；4、單元電路設(shè)計與調(diào)試；5、總邏輯圖；6、總裝配圖；,.7、實驗仿真結(jié)果；8、實驗結(jié)果分析(畫出必要的波形，進(jìn)行測量精度和誤差分析)；感謝閱讀9、調(diào)試中出現(xiàn)問題的解決；10、改進(jìn)意見及收獲體會等。第二部分課程設(shè)計報,.告,.目 錄1設(shè)計任務(wù)及要求..............................................................................................................................122系統(tǒng)總體設(shè)計方案..........................................................................................................................142.1總體設(shè)計方案.......................................................................................................................142.2方案特點...............................................................................................................................143控制電路設(shè)計..................................................................................................................................153.1控制電路工作原理..............................................................................................................153.2參數(shù)計算...............................................................................................................................163.3器件選型...............................................................................................................................164振蕩電路設(shè)計.................................................................................................................................164.1振蕩電路工作原理..............................................................................................................164.2參數(shù)計算...............................................................................................................................184.3器件選型...............................................................................................................................185計數(shù)電路設(shè)計.................................................................................................................................185.1計數(shù)電路工作原理..............................................................................................................185.2參數(shù)計算...............................................................................................................................205.3器件選型...............................................................................................................................206譯碼顯示電路設(shè)計.........................................................................................................................216.1譯碼顯示電路工作原理......................................................................................................216.2參數(shù)計算...............................................................................................................................22,.6.3器件選型...............................................................................................................................227系統(tǒng)總體電路設(shè)計..........................................................................................................................237.1系統(tǒng)總體電路.......................................................................................................................237.2電路說明..............................................................................................................................238電路調(diào)試...........................................................................................................................................248.1振蕩電路調(diào)試及實驗結(jié)果分析.........................................................................................248.2計數(shù)電路調(diào)試及實驗結(jié)果分析........................................................................................248.3譯碼顯示電路調(diào)試及實驗結(jié)果分析................................................................................258.4控制電路調(diào)試及實驗結(jié)果分析........................................................................................258.5系統(tǒng)聯(lián)調(diào)及實驗結(jié)果分析.................................................................................................259改進(jìn)意見及收獲體會......................................................................................................................2710器件明細(xì)清單................................................................................................................................28參考文獻(xiàn)........................................................................................................................................30,.設(shè)計任務(wù)及要求設(shè)計一個數(shù)字時鐘電路，要求具有以下功能：1、具有“時”“分”的數(shù)字顯示時鐘；2、“秒”不作數(shù)字顯示，只使“時”和“分”之間“：”間隔閃亮；感謝閱讀3、具有校分和校時功能；4、具有整點報時功能（59分50秒開始間歇報時）。精品文檔放心下載,.,.系統(tǒng)總體設(shè)計方案2.1總體設(shè)計方案數(shù)字鐘是一個T=1s的計時儀器。它由石英晶體振蕩器、分頻器、記數(shù)器、譯碼器、顯精品文檔放心下載示器和校時電路組成。石英晶體振蕩器產(chǎn)生的信號經(jīng)過分頻器產(chǎn)生秒脈沖，將秒脈沖送入計精品文檔放心下載數(shù)器計數(shù)，計數(shù)結(jié)果通過譯碼器進(jìn)行譯碼和輸出。數(shù)字電子鐘的總體框圖如下圖所示：謝謝閱讀2.2方案特點經(jīng)我們小組的周密分析和深入探討，我們發(fā)現(xiàn)該電路主要實現(xiàn)3個功能：精品文檔放心下載一、整點報時功能：由于器件緣故，有發(fā)光二極管代替蜂鳴器。感謝閱讀二、12小時制計時功能：時、分由四個七段數(shù)碼管顯示，秒由小數(shù)點顯示。感謝閱讀三、校時校分功能：通過兩個開關(guān)分別實現(xiàn),.控制電路設(shè)計3.1控制電路工作原理數(shù)字在使用前需要先進(jìn)行校時、校分，然后才能讓其正常工作計時，如圖3.1.1分別是謝謝閱讀我們小組設(shè)計的校分、校時電路的原理圖：圖3.1.1校分、校時電路以校時電路為例，其工作原理為：通過單刀雙擲開關(guān)J1將校時脈沖作為時鐘計數(shù)器的輸入信號，校時結(jié)束后撥動開關(guān)，謝謝閱讀,.將來自低一位（分鐘計數(shù)器）的進(jìn)位信號作為輸入信號與時鐘計數(shù)器的輸入端相連，使其正謝謝閱讀常工作。校時脈沖，可用由多級分頻器產(chǎn)生的秒脈沖，也可以用人工觸發(fā)計數(shù)器。精品文檔放心下載3.2參數(shù)計算參數(shù)均為固定器件參數(shù)，對照資料裝配3.3器件選型兩塊單刀雙擲開關(guān)、4片74LS160N振蕩電路設(shè)計4.1振蕩電路工作原理晶體振蕩器是構(gòu)成數(shù)字式時鐘的核心，它保證了時鐘的走時準(zhǔn)確及穩(wěn)定。感謝閱讀石英晶體振蕩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。它還具有壓精品文檔放心下載電效應(yīng)，在晶體某一方向加一電場，則在與此垂直的方向產(chǎn)生機械振蕩，有了機械振動，就謝謝閱讀,.會在相應(yīng)的垂直面上產(chǎn)生電場，從而使機械振動和電場互為因果，這種循環(huán)過程一直持續(xù)到精品文檔放心下載晶體的機械強度限制時，才達(dá)到最后穩(wěn)定，這種壓電諧振的頻率即為晶體振蕩器的固有頻率。謝謝閱讀如圖4.1.1，將晶體與對稱式諧振蕩器中的耦合電容串聯(lián)起來，就組成了所需要的石英感謝閱讀晶體多諧振蕩器。圖4.1.1通常，石英晶體多諧振蕩器輸出頻率較高，為了得到1Hz的秒信號輸入，需要對振蕩精品文檔放心下載器的輸出信號進(jìn)行分頻。振蕩器輸出4MHz信號，先送到10分頻計數(shù)器（74LS160），經(jīng)謝謝閱讀過6次10分頻而獲得4Hz的脈沖信號，再通過2個D觸發(fā)器（74LS74）進(jìn)行4分頻變成精品文檔放心下載1Hz。如圖4.1.2即為對由石英晶體多諧振蕩器產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行分頻產(chǎn)生秒脈沖的電路感謝閱讀原理圖。,.4.2參數(shù)計算R1=R2=1KΩ；C1=0.01uF；C2=10pF；4MHz的石英晶振。謝謝閱讀4.3器件選型2個1KΩ的電阻；1個0.01uF的電容；1個10pF的電容；1片74LS04，6片74LS160，感謝閱讀1片74LS74。計數(shù)電路設(shè)計5.1計數(shù)電路工作原理秒脈沖信號經(jīng)過6級計數(shù)器，分別得到“秒”個位、“秒”十位、“分”個位、十位及精品文檔放心下載“時”個位、十位的計時?！懊搿?、“分”計數(shù)為60進(jìn)制，小時為24進(jìn)制。感謝閱讀1．計秒電路：如圖5.1.1所示，首先將兩片74LS160接成百進(jìn)制計數(shù)器。然后將電路的59狀態(tài)譯碼精品文檔放心下載產(chǎn)生置數(shù)端為0的信號，同時加到兩片74LS160上，在下個計數(shù)脈沖（第60個輸入脈沖）精品文檔放心下載到達(dá)時，將0000同時置入兩片74LS160中，從而得到六十進(jìn)制計數(shù)器。進(jìn)位信號直接由謝謝閱讀與非門的輸出端引出。5.1.1,.2．計分電路：如圖5.1.2所示，首先將兩片74LS160接成百進(jìn)制計數(shù)器，然后將電路的60狀態(tài)謝謝閱讀譯碼產(chǎn)生置零信號加到2片74LS160的“LOAD”和“CLR”上，從而得到六十進(jìn)制精品文檔放心下載計數(shù)器。進(jìn)位信號直接有與非門的輸出端引出。5.1.23.計時電路如圖5.1.3所示，首先將兩片74160連成一個一百進(jìn)制計數(shù)器。當(dāng)計數(shù)器從全0狀態(tài)謝謝閱讀開始計數(shù)，計入11個脈沖時，經(jīng)與非門譯碼產(chǎn)生低電平信號立刻將兩片74160同時置零，感謝閱讀于是便得到了12進(jìn)制計數(shù)器。,.圖5.1.35.2參數(shù)計算參數(shù)均為固定器件參數(shù)，對照資料裝配5.3器件選型6片74LS160；2片74LS20。,.譯碼顯示電路設(shè)計6.1譯碼顯示電路工作原理計數(shù)器實現(xiàn)了對時間的累計以8421BCD碼形式輸出，為了將計數(shù)器輸出的8421BCD感謝閱讀碼顯示出來，需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精品文檔放心下載和一定的電流，一般這種譯碼器通常稱為7段譯碼顯示驅(qū)動器。74LS48譯碼器對應(yīng)的顯示謝謝閱讀器是共陰（接地）顯示器。如圖6.1.1所示即為譯碼顯示電路的電路原理圖。感謝閱讀,.圖6.1.16.2參數(shù)計算高電壓取5V6.3器件選型4片74LS48，4片BS207。,.7系統(tǒng)總體電路設(shè)計7.1系統(tǒng)總體電路7.2電路說明整個數(shù)字鐘由時間計數(shù)電路、晶體振蕩電路、校正電路組成。精品文檔放心下載,.以校正電路代替時間計數(shù)電路中的時、分、秒之間的進(jìn)位，當(dāng)校時電路處于正常輸入信精品文檔放心下載號時，時間計數(shù)電路正常計時，但當(dāng)分校正時，其不會產(chǎn)生向時進(jìn)位，而分與時的校位是分謝謝閱讀開的，而校正電路也是一個獨立的電路。由晶體振蕩電路和分頻電路產(chǎn)生1Hz的秒脈沖，精品文檔放心下載將秒脈沖信號送人發(fā)光二極管和“秒”計數(shù)器電路。電路調(diào)試8.1振蕩電路調(diào)試及實驗結(jié)果分析要使電路具有整點報時功能，只需將“分”的到“59”時和“秒”到“50”時通過與精品文檔放心下載非門相連接，然后連接到發(fā)光2級管就行了。8.2計數(shù)電路調(diào)試及實驗結(jié)果分析將秒脈沖分別作為分鐘/時鐘計數(shù)器的輸入信號，觀測數(shù)碼管的顯示。感謝閱讀在實物測試時發(fā)現(xiàn)60進(jìn)制的分鐘計數(shù)器出現(xiàn)了顯示60的狀態(tài)，檢查電路發(fā)現(xiàn)設(shè)計時感謝閱讀,.出現(xiàn)邏輯錯誤。不是將狀態(tài)59而是60時的輸出信號通過非門、與非門產(chǎn)生低電平，作為感謝閱讀置數(shù)信號讓電路清零.改接后發(fā)現(xiàn)問題解決，電路正常工作。感謝閱讀8.3譯碼顯示電路調(diào)試及實驗結(jié)果分析結(jié)合計數(shù)電路一起觀察檢測。起初發(fā)現(xiàn)分鐘十位的顯示管的一個二極管始終不亮，起初以為電路接線松動或開路，檢謝謝閱讀查一遍后發(fā)現(xiàn)問題依然存在。后來隊員方國章提出來，可能是數(shù)碼管的問題，更換數(shù)碼管后謝謝閱讀發(fā)現(xiàn)顯示正常。8.4控制電路調(diào)試及實驗結(jié)果分析撥動開關(guān)J2對分鐘進(jìn)行校時，校時結(jié)束后再次撥動J2，之后撥動開關(guān)J3對時鐘進(jìn)行感謝閱讀校時，校時結(jié)束后同樣再次波動J3。8.5系統(tǒng)聯(lián)調(diào)及實驗結(jié)果分析在實驗箱上組裝電子鐘，注意器件管腳的連接一定要準(zhǔn)確，“懸空端”、“清零端”、“置感謝閱讀端”要正確處理。當(dāng)所有器件調(diào)試正常以后，觀察電子鐘是否準(zhǔn)確正常工作。主要故障現(xiàn)象分析和排除：精品文檔放心下載（1）數(shù)碼管能有顯示，但不正常：①計數(shù)不正常：則先檢查74LS48和74LS160集成電路塊的16與8引腳間是否等于精品文檔放心下載電源電壓，（表筆要接到它們的引腳上，測量結(jié)果5V，誤差≤±0.1V）否則應(yīng)查找原因。謝謝閱讀②錯筆劃，檢查數(shù)碼管的a、b、c、d、e、f、g連接是否有錯。謝謝閱讀③缺筆劃，檢查數(shù)碼管的a、b、c、d、e、f、g連接有沒有連通。數(shù)碼管是否完好。精品文檔放心下載,.（2）數(shù)碼管表現(xiàn)“全滅”：①先把74LS160的MR置低電平，若能正常顯示“0”，則按數(shù)碼管顯示“0”繼續(xù)調(diào)感謝閱讀試檢查74LS160和74LS48集成電路塊的16與8引腳之間是否等于電源電壓，（表筆接謝謝閱讀到它們的引腳上，測量結(jié)果+5V,誤差:±0.1V）謝謝閱讀②數(shù)碼管公共陰極與電源地的回路是否開路或所接的電阻阻值過大。數(shù)碼管是否良好？謝謝閱讀③74LS48的A、B、C、D輸入端同時懸空。感謝閱讀（3）輸入脈沖時,數(shù)碼管不是按“0-9”順序顯示：謝謝閱讀先把74LS160的16腳（VCC）懸空，再把74LS160的QA、QB、QC、QD引腳分精品文檔放心下載別置低電平,數(shù)碼管應(yīng)分別顯示三個相應(yīng)的錯碼和“7”。（參考《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》175感謝閱讀頁）如果某個引腳沒有反映的(不能顯示相應(yīng)錯碼)，則是該引腳與74LS48的相應(yīng)的引腳連謝謝閱讀接開路。（該故障比較普遍，應(yīng)該思考和理解這是根據(jù)什么道理）精品