7.1.1多功能數(shù)字電子鐘

電子電路課程設(shè)計數(shù)字電子鐘課題：時間安排第1~2周（不含休假日）第一天上午：上課-課設(shè)安排、設(shè)計提示。第一天下午和第二天整天：查資料、設(shè)計草圖（不用到實驗室）。第三天~第七天：課設(shè)操作（全部在實驗室完成）。第八天：課設(shè)結(jié)果驗收。第九天：撰寫課設(shè)報告。實驗室考勤時間：上午：8：00~11：30，下午13：30~16：45評分標(biāo)準(zhǔn)

備注：前六項相加為100分，后兩項在此基礎(chǔ)上加減。新穎性加分不得超過10分?？记诳鄯郑簳缯n、遲到、早退酌情扣分。操作是學(xué)生動手能力的反映，由指導(dǎo)教師根據(jù)學(xué)生能力打分?？傇u的百分制成績換算為優(yōu)、良、中、及格、不及格五級形式上報教務(wù)處。合格者獲學(xué)分2分。

預(yù)習(xí)裝配操作基本指標(biāo)附加指標(biāo)報告新穎性考勤10分10分30分20分10分20分加分扣分設(shè)計提示P76基本指標(biāo)動態(tài)顯示小時（0～23和1～12可切換）、分鐘（0～59）?？蓜邮中Ｕ龝r﹑分。擴展指標(biāo)整點報時:要求每個整點前鳴叫四次低音(500Hz),整點時鳴叫1次高音(1000Hz)。具有秒表功能。一、功能要求二、設(shè)計條件

電源條件：0~30V雙路直流穩(wěn)壓電源。面包板，單股導(dǎo)線?？晒┻x擇的元器件范圍見教材P77表6-2所示。根據(jù)設(shè)計需要可另加。電阻，電容等元件。三、電路系統(tǒng)框圖報時檢測報時驅(qū)動計分計秒計時校時時鐘脈沖電路校分四位動態(tài)顯示1～12秒表計10ms時鐘、秒表顯示切換秒表計秒12、24轉(zhuǎn)換秒表控制電路揚聲器時鐘脈沖電路為計時電路提供1Hz的秒脈沖，亦為其它電路提供所需不同頻率的各種時鐘信號?？捎靡韵聨追N方法實現(xiàn)：用集成定時器NE555加電阻、電容元件和適當(dāng)?shù)姆诸l電路實現(xiàn)。（參見《數(shù)字電路與系統(tǒng)設(shè)計》（張順興主編，東南大學(xué)出版社）P190?；蚱渌嚓P(guān)資料）用集成電路CD4060加晶體振蕩器和電阻、電容元件實現(xiàn)。（參見教材P83）。用CD4060加電阻、電容元件實現(xiàn)。參見下圖四、時鐘脈沖設(shè)計時鐘脈沖電路選擇合適的R、C，使得

f=16384Hz則在Q13（3腳）獲得

f=1Hz的秒信號。其余各輸出腳的信號頻率依次為2倍頻。注：Q9是Q11的4倍頻。五、計秒、計分電路計秒、計分電路均為BCD碼輸出、M=60（00～59）的計數(shù)器?？筛饔蓛善?4LS160級連構(gòu)成。檢測個位計數(shù)器有進位輸出且十位計數(shù)器計到5時十位計數(shù)器的置數(shù)端為低電平；下一時鐘下十位計數(shù)器置零，個位計數(shù)器自動回零。一般采用同步計數(shù)的方法，即：各計數(shù)器采用同一時鐘信號。低位計數(shù)器的進位輸出（RCO）控制高位計數(shù)器的使能端（ENP或ENT）。六、計時電路計時電路是BCD碼輸出、M=12（01～12）的計數(shù)器?？筛饔蓛善?4LS160級連構(gòu)成。個位計數(shù)器的置數(shù)輸入端預(yù)置00012十位計數(shù)器的置數(shù)輸入端預(yù)置00002檢測個位計數(shù)器輸出2、十位計數(shù)器輸出1時，個位、十位計數(shù)器的置數(shù)端均為低電平；下一時鐘下置數(shù)。一般采用同步計數(shù)的方法。校時、校分電路分別用按鍵開關(guān)切換計時、計分電路的時鐘信號（f=2～4Hz），加快其計數(shù)速度。視電路設(shè)計情況，可能需要同時切換計數(shù)器的使能控制端。七、校時、校分電路八、秒表計時電路秒表計時電路分為秒表計秒、秒表計10ms兩部分，各由兩片十進制計數(shù)器74LS160同步級聯(lián)實現(xiàn)。計數(shù)時鐘信號頻率為100Hz（10ms），計數(shù)范圍都是00～99。一般采用同步計數(shù)的方法。秒表計數(shù)時不影響時鐘電路的計時，顯示切換到秒表值。九、秒表控制電路秒表控制電路可由按鍵開關(guān)、二位二進制計數(shù)器、組合電路組成：按鍵開關(guān)為計數(shù)器提供時鐘脈沖、計數(shù)器輸出經(jīng)組合電路譯碼后輸出三路控制信號（顯示切換、秒表電路的清零和使能）計數(shù)值顯示切換秒表清零秒表使能00時鐘值×不啟用01秒表值清零啟用10秒表值不清零計數(shù)11秒表值不清零保持4位動態(tài)顯示用于顯示小時、分鐘的值。與“動態(tài)顯示”實驗相同點：使用4選1數(shù)據(jù)選擇器（74153），二位二進制地址計數(shù)器（7474），2線～4線譯碼器（74139）。不同點如下：需使用數(shù)碼管和BCD—七筆劃譯碼器（74LS48或CD4511）并處理各管腳的連接，請注意器件功能和管腳資料的查詢。在面包板上連接電路，全部管腳需逐一連接。十、4位動態(tài)顯示十一、顯示切換電路顯示切換電路用于切換顯示時鐘、秒表的數(shù)字值?？捎伤钠?4LS157（4二選一數(shù)據(jù)選擇器）組成。完成兩組（每組16信號）的切換。秒表不工作時顯示時鐘值，切換控制信號由秒表控制電路提供。報時檢測電路可由一個控制開關(guān)和組合電路組成?？刂崎_關(guān)用于報時/不報時使能。組合電路用于檢測并輸出相應(yīng)的控制信號：59分51秒控制低頻（500Hz）發(fā)音；59分53秒控制低頻（500Hz）發(fā)音；59分55秒控制低頻（500Hz）發(fā)音；59分57秒控制低頻（500Hz）發(fā)音；59分59秒控制高頻（1000Hz）發(fā)音。十二、報時檢測電路十三、報時驅(qū)動電路普通數(shù)字電路輸出腳的輸出電流不大于4mA，故不能直接驅(qū)動喇叭，需加驅(qū)動電路。簡單的射極跟隨器（電流放大）電路如下圖：根據(jù)揚聲器的阻抗值選擇電阻R值，使得揚聲器具有合適的音量。十四、12/24轉(zhuǎn)換電路12/24轉(zhuǎn)換電路用于切換時間顯示的制式（1～12、0～

23）。包含按鍵開關(guān)、碼值轉(zhuǎn)換和上/下午識別電路。使用一片可編程邏輯器件GAL16V8編程實現(xiàn)。列出輸入、輸出碼值的真值表。由真值表寫出邏輯表達(dá)式，轉(zhuǎn)換成CUPL語言格式。12小時制輸入BCD碼24小時制輸出BCD碼顯示上/下午十位個位十位個位顯示QQh4h3h2h1h0Z5Z4Z3Z2Z1Z0120100100000000001000001000001010200001000001002

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::::::::::::09001001001001091001000001000010110100010100011112110010010010120110000101001113::::::::::::::0810100010000020091010011000012110110000100010221111000110001123/**LogicEquations**/QQ.D=!QQ;D觸發(fā)器，上午QQ=0，下午QQ=1CP1=h4&h1;D觸發(fā)器的CP（計數(shù)到12時高電平）Z5=ZH&(QQ&!h4&h3&!h2&!h1#QQ&h4&!h3&!h2&!h1);Z4=ZH&(!QQ&h4&!h3&!h2&!h1#QQ&!h4&!h3&h2#QQ&!h4&!h3&h0#QQ&!h3&!h2&h1&!h0)#!ZH&h4;Z3=ZH&(!QQ&!h4&h3&!h2&!h1#QQ&!h4&!h3&h2&h1)#!ZH&h3;ZH:轉(zhuǎn)換開關(guān),ZH=0：12轉(zhuǎn)1，ZH=1:23轉(zhuǎn)0Z2=ZH&(!QQ&!h4&!h3&h2#QQ&!h4&!h3&!h2&h1#!h4&!h3&h2&!h1)#!ZH&h2;Z1=ZH&(!QQ&!h4&!h3&h1#QQ&!h4&!h3&h2&!h1#QQ&!h3&!h2&!h1&h0#QQ&h4&!h3&!h2&!h0)#!ZH&h1;Z0=ZH&(!h4&!h3&h0#!h4&!h2&!h1&h0#!h3&!h2&!h1&h0)#!ZH&h0;/**end**/CUPL語言描述碼值轉(zhuǎn)換邏輯表達(dá)式十五、可編程邏輯器件GAL16V8管腳功能：1腳：時鐘信號輸入。2～9腳：邏輯信號輸入。10腳：電源地。11腳：輸出使能控制。12～19腳：可編程（輸入，組合電路輸出，D觸發(fā)器輸出）。20腳：工作電壓（DC5V)將邏輯方程轉(zhuǎn)成CUPL語言格式的程序，并定義GAL器件的輸入、輸出管腳。在PROTEL99軟件的PLD文本編輯器下輸入CUPL語言格式的的程序。檢查，確認(rèn)輸入格式和字符無誤，保存文件（*.pld格式）。在主菜單“PLD”中選用“Compile”命令，自動編譯*.pld格式文件為*.jed格式文件。編譯過程中若出現(xiàn)錯誤提示，需修改*.pld文件后再次使用“Compile”命令，直至無誤。退出PROTEL99軟件，復(fù)制*.jed文件。GAL16V8邏輯器件編程操作過程在電腦上連接芯片燒寫器，插入GAL16V8芯片。啟動SUPERPROUSBseries軟件。選擇器件類型，生產(chǎn)廠家，器件型號。裝入*.jed文件。使用“Erase”（擦除）命令，OK后；使用“Program”（編程）命令，OK后；使用“Verify”（校驗）命令，OK后；取下GAL16V8芯片，按照已定義的管腳接入電