數(shù)字邏輯課程設(shè)計(jì)報(bào)告

課程設(shè)計(jì)根本要求1.學(xué)生可以完成以下題目之一，經(jīng)指導(dǎo)教師檢查、驗(yàn)收、提交設(shè)計(jì)報(bào)告、評定成績。2.學(xué)生也可以自擬題目進(jìn)行設(shè)計(jì)，但需經(jīng)指導(dǎo)教師審核同意。3.設(shè)計(jì)方法由學(xué)生根據(jù)自己情況決定，如采用原理圖設(shè)計(jì)、HDL語言設(shè)計(jì)等。4、設(shè)計(jì)報(bào)告應(yīng)包括設(shè)計(jì)思路或過程、原理圖或HDL文本、實(shí)驗(yàn)結(jié)果〔可選〕、設(shè)計(jì)討論或心得體會。一、簡要說明數(shù)字鐘是由振蕩器、分頻器、計(jì)秒電路、計(jì)分電路、計(jì)時(shí)電路組成。計(jì)時(shí)有24h和12h兩種。當(dāng)接通電源或數(shù)字鐘走時(shí)出現(xiàn)誤差，都需要對數(shù)字鐘作手動時(shí)、分、秒時(shí)間校正。二、任務(wù)和要求顯示時(shí)、分、秒的十進(jìn)制數(shù)字顯示，采用24小時(shí)制。校時(shí)功能。整點(diǎn)報(bào)時(shí)。三、可選用的器件EDA-V實(shí)驗(yàn)箱//數(shù)字邏輯課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告此設(shè)計(jì)主要以數(shù)字電路的根底理論為指導(dǎo)，采用中、小規(guī)模的集成器件CD4060、74LS161、74LS160、和LS248設(shè)計(jì)而成。該電路采用模塊設(shè)計(jì)、分模塊安裝、調(diào)試等方法設(shè)計(jì)而成，所選用的器件主要是中小規(guī)模的集成芯片，本產(chǎn)品由于采用多片74LS系列的集成芯片組成，生產(chǎn)本錢低等原因，使這個產(chǎn)品設(shè)計(jì)既容易實(shí)現(xiàn)，又不會浪費(fèi)太多本錢。產(chǎn)品由石英晶體振蕩器產(chǎn)生頻率可以調(diào)節(jié)的時(shí)鐘脈沖信號,經(jīng)十五分頻得到秒信號脈沖作為數(shù)字鐘計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘信號，當(dāng)?shù)竭_(dá)整點(diǎn)前一秒時(shí)，電路通過一個蜂鳴器準(zhǔn)時(shí)報(bào)時(shí)。這個電路還可以通過手動，即過撥動開關(guān)來選擇是否進(jìn)行時(shí)間較準(zhǔn)。總電路初步設(shè)計(jì)1.1設(shè)計(jì)內(nèi)容以及要求顯示時(shí)、分、秒的十進(jìn)制數(shù)字顯示，采用24小時(shí)制。校時(shí)功能。整點(diǎn)報(bào)時(shí)。主要參考元器件：CD4060，74LS161，74LS248，74LS74，7400與非門系統(tǒng)框圖二十四小時(shí)電子鐘的原理框圖，該電路由晶振——分頻電路、74LS161和74LS160芯片構(gòu)成的計(jì)數(shù)單元、74LS248驅(qū)動電路、手動校時(shí)電路等主體模塊構(gòu)成。圖1.1電路原理框圖1.3設(shè)計(jì)方案根據(jù)設(shè)計(jì)要求知，此實(shí)驗(yàn)的核心是由設(shè)計(jì)圍繞著怎樣使計(jì)數(shù)器正常工作，數(shù)字電子鐘的精度要求很高，因此采用石英晶體振蕩器產(chǎn)生頻率穩(wěn)定的信號，再經(jīng)分頻，得到所需的秒信號作為74LS161的CP脈沖信號。第二，電路產(chǎn)生的時(shí)鐘秒信號也會有誤差，我們需要解決如何實(shí)現(xiàn)手動校時(shí)，經(jīng)過查詢，我們選擇通過雙擲開關(guān)來實(shí)現(xiàn)CP信號的送入是手動還是自動，假設(shè)開關(guān)打向手動這邊，那么人為送入單次脈沖到CP，假設(shè)開關(guān)打向自動這邊，那么將電路產(chǎn)生的秒信號送入CP；第三，我們想到的是如何產(chǎn)生單次脈沖，用RS鎖存器來實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的輸出脈沖；最后，快要到達(dá)整點(diǎn)時(shí)，通過對174LS161的輸出端與蜂鳴器鏈接，通過蜂鳴器進(jìn)行整點(diǎn)報(bào)時(shí)。石英晶體振蕩器電路石英諧振器簡稱為晶振，它是利用具有壓電效應(yīng)的石英晶體片制成的。這種石英晶體薄片受到外加交變電場的作用時(shí)會產(chǎn)生機(jī)械振動，當(dāng)交變電場的頻率與石英晶體的固有頻率相同時(shí)，振動便變得很強(qiáng)烈，這就是晶體諧振特性的反響。利用這種特性，就可以用石英諧振器取代LC(線圈和電容)諧振回路、濾波器等。由于石英諧振器具有體積小、重量輕、可靠性高、頻率穩(wěn)定度高等優(yōu)點(diǎn)，被應(yīng)用于家用電器和通信設(shè)備中。石英諧振器因具有極高的頻率穩(wěn)定性，故主要用在要求頻率十分穩(wěn)定的振蕩電路中作諧振元件圖石英晶體振蕩器分頻器電路一般數(shù)字鐘的晶體振蕩器輸出頻率較高，為了得到較低的秒信號輸入，需要對振蕩器的輸出信號進(jìn)行分頻。通常實(shí)現(xiàn)分頻器的電路是計(jì)數(shù)器電路，一般采用多級2進(jìn)制計(jì)數(shù)器來實(shí)現(xiàn)。本實(shí)驗(yàn)中采用CD4060來構(gòu)成分頻電路。CD4060在數(shù)字集成電路中可實(shí)現(xiàn)的分頻次數(shù)最高，而且CD4060還包含振蕩電路所需的非門，使用更為方便。圖CD4060電路原理圖CD4060計(jì)數(shù)為14級2進(jìn)制計(jì)數(shù)器，可以將32768Hz的信號分頻為2Hz，其內(nèi)部框圖如圖2.2-2所示，從圖中可以看出，CD4060的時(shí)鐘輸入端兩個串接的非門，因此可以直接實(shí)現(xiàn)振蕩和分頻的功能。在CD4060的輸出端再接一個74LS74,可再進(jìn)行二分頻,從而得到1S的信號.以下為CD4060、電阻及晶振連接成一個晶振——分頻電路，CD4060的輸出端3腳得到的是2Hz的脈沖信號。圖晶振——分頻電路時(shí)間計(jì)數(shù)單元時(shí)間計(jì)數(shù)單元有時(shí)計(jì)數(shù)、分計(jì)數(shù)和秒計(jì)數(shù)等幾個局部。時(shí)計(jì)數(shù)單元一般為24進(jìn)制計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器，其輸出為8421BCD碼形式；分計(jì)數(shù)和秒計(jì)數(shù)單元為60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，其輸出也為8421BCD碼。我們采用16進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS161來實(shí)現(xiàn)時(shí)間計(jì)數(shù)單元的功能。74LS161管腳圖與真值表如下所示圖74LS161管腳圖表1.174LS161功能表輸入輸出CRCPLDEPETD3D2D1D0Q3Q2Q1Q00ФФФФФФФФ00001↑0ФФdcbadcba1↑10ФФФФФQ3Q2Q1Q01↑1Ф0ФФФФQ3Q2Q1Q01↑111ФФФФ狀態(tài)碼加1表1.274LS161真值表表1.374LS160真值表秒個位計(jì)數(shù)單元為10進(jìn)制計(jì)數(shù)器，需將74LS161的QD與QA接入與非門〔74LS00〕的輸入腳，與非門的輸出腳接74LS161的清零端CR`。秒十位計(jì)數(shù)單元為6進(jìn)制計(jì)數(shù)器，需要進(jìn)制轉(zhuǎn)換。需將QB與QC接入與非門〔74LS00〕的輸入腳，與非門〔74LS00〕的輸出腳接74LS161的清零端CR`。將秒個位的CR`接入秒十位的CP腳，這樣，當(dāng)秒個位計(jì)數(shù)單元完成一個計(jì)數(shù)循環(huán)時(shí)，CR`變?yōu)榈碗娖矫}沖，使秒十位計(jì)一個數(shù)分個位和分十位計(jì)數(shù)單元電路結(jié)構(gòu)分別與秒個位和秒十位計(jì)數(shù)單元完全相同，時(shí)個位計(jì)數(shù)單元電路結(jié)構(gòu)仍與秒或個位計(jì)數(shù)單元相同，但是要求，整個時(shí)計(jì)數(shù)單元應(yīng)為24進(jìn)制計(jì)數(shù)器，不是10的整數(shù)倍，因此需將個位和十位計(jì)數(shù)單元合并為一個整體才能進(jìn)行24進(jìn)制轉(zhuǎn)換。圖由74LS161構(gòu)成的六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器圖由74L160構(gòu)成的24進(jìn)制計(jì)數(shù)器譯碼驅(qū)動電路電路分析：計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)了對時(shí)間的累計(jì)以8421BCD碼形式輸出，選用顯示譯碼電路將計(jì)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和一定的電流，選用74LS248作為顯示譯碼電路，選用LED數(shù)碼管作為顯示單元電路。(參考實(shí)驗(yàn)十一掃描顯示電路的驅(qū)動)一個74LS248與一個LED數(shù)碼管連接成一個驅(qū)動電路如下,數(shù)碼管可以從0到計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)范圍內(nèi)變化.其中VSS表示公共接地端圖74LS248驅(qū)動電路手動校時(shí)電路當(dāng)重新接通電源或走時(shí)出現(xiàn)誤差時(shí)都需要對時(shí)間進(jìn)行校正。通常，校正時(shí)間的方法是：首先截?cái)嗾５挠?jì)數(shù)通路，然后再進(jìn)行人工出觸發(fā)計(jì)數(shù)或?qū)㈩l率較高的方波信號加到需要校正的計(jì)數(shù)單元的輸入端，校正好后，再轉(zhuǎn)入正常計(jì)時(shí)狀態(tài)即可。根據(jù)要求，數(shù)字鐘應(yīng)具有時(shí)，分，秒校正功能，因此，應(yīng)截?cái)嗝雮€位，分個位和時(shí)個位的直接計(jì)數(shù)通路，并采用正常計(jì)時(shí)信號與校正信號可以隨時(shí)切換的電路接入其中。圖2.8所示即為帶有根本RS觸發(fā)器的校時(shí)電路，當(dāng)開關(guān)打在圖示中的位置時(shí)，其右邊的兩個與非門的上一個輸出為高電平，下一個輸出為低電平，那么電路的最終輸出端輸出的信號為正常輸入信號，當(dāng)要實(shí)現(xiàn)時(shí)間校準(zhǔn)時(shí)，應(yīng)將開關(guān)打向另一面，那么其右邊的兩個與非門上一個輸出為高電平，下一個輸出為低電平，那么電路的最終輸出端輸出的信號為手動輸入信號。圖2.9所示為分單元與時(shí)單元合起來的校時(shí)電路.圖帶有消抖動電路的校正電路圖校時(shí)電路在上面的兩圖中,正常信號指的是晶振經(jīng)分頻后產(chǎn)生的秒信號及計(jì)數(shù)器產(chǎn)生的清零脈沖,校正信號指的是通過手動按鍵,產(chǎn)生所需的脈沖.然后將該校正信號加到上兩圖中所示的校正信號輸入端口，即完成了一個完整的校時(shí)電路，單次脈沖產(chǎn)生電路如下。圖單次脈沖產(chǎn)生電路該電路產(chǎn)生的波形如下。圖單次脈沖電路輸出波形整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路在時(shí)間出現(xiàn)整點(diǎn)前一數(shù)秒內(nèi)，數(shù)字鐘會自動報(bào)時(shí)，以示提醒。假設(shè)要求簡單，可選為電路在59分59秒時(shí)報(bào)報(bào)警，選蜂鳴器為電聲器件。當(dāng)秒單元與分單元的輸出顯示了59分59秒時(shí)，通過對輸出端用與非門進(jìn)行譯碼，再接的一個或非門的輸出會為高電平，使三極管導(dǎo)通，接通的蜂鳴器即刻進(jìn)行報(bào)警。該電路圖如下。圖整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路圖原始單次脈沖產(chǎn)生電路總電路示意圖：1.10心得體會設(shè)計(jì)初期要考慮周到，否那么后期改良很困難。應(yīng)該在初期就多思考幾個方案，進(jìn)行比擬論證，選擇最適宜的方案動手設(shè)計(jì)?？傮w設(shè)計(jì)在整個設(shè)計(jì)過程中非常重要，應(yīng)該花較多的時(shí)間在上面；通過這次對數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)與制作，讓我了解了設(shè)計(jì)電路的程序，也讓我了解了關(guān)于數(shù)字鐘的原理與設(shè)計(jì)理念，但是最后的成品卻不一定與仿真時(shí)完全一樣，因?yàn)椋趯?shí)際接線中有著各種各樣的條件制約著。而且，在仿真中無法成功的電路接法，在實(shí)際中因?yàn)樾酒旧淼奶匦远軌虺晒ΑＫ?，在設(shè)計(jì)時(shí)