時鐘課程設(shè)計報告

1、 數(shù)字電路課程設(shè)計學(xué) 院 班 級 姓 名 學(xué) 號 成 績 指導(dǎo)老師 2011年 7 月 7 日目 錄 引言（3）一. 課程設(shè)計分析（4） 1.1設(shè)計意義（4） 1.2設(shè)計目的（4） 1.3設(shè)計要求（4）二方案設(shè)計（5） 2.1設(shè)計思路（5） 2.2 方案設(shè)計 （5）三單元電路設(shè)計（7） 3.1 555多諧振蕩器（7） 3.2秒脈沖發(fā)生電路（9） 3.3秒和分計時電路 （9） 3.4小時計時電路（11） 3.5顯示電路 （11） 3.6校時電路 （12）四調(diào)試與檢測（14）五總結(jié)與體會（15）六. 元件清單（16）七參考文獻（16） 附錄（17）引言20世紀末，電子技術(shù)獲得飛速的發(fā)展，在其推動下

2、，電子產(chǎn)品幾乎滲透了社會den各個領(lǐng)域，有力的推動社會生產(chǎn)力的發(fā)展和社會信息化程度的提高，同時也使現(xiàn)代電子產(chǎn)品性能進一步提高，產(chǎn)品更新?lián)Q代越來越快。數(shù)字時鐘已成為人民日常生活不可缺少的必須品，給人民生活、工作、學(xué)習(xí)、娛樂帶來了極大的方便。由于數(shù)字集成電路的發(fā)展和采用先進的石英技術(shù)，數(shù)字時鐘具有走時準確、性能穩(wěn)定、體積小、功耗小、等優(yōu)點。在許多電子設(shè)備多被應(yīng)用到。一 設(shè)計意義及要求 1.1設(shè)計意義 (1). 了解數(shù)字鐘的原理和功能 (2)學(xué)會使用555定時器構(gòu)成脈沖發(fā)生器 (3)了解和掌握計數(shù)器，譯碼器和顯示器的工作原理和使用方法 (4). 進一步學(xué)習(xí)與掌握各種組合邏輯電路與時序電路的原理與使用

3、方法，學(xué)會利用數(shù)字電路實現(xiàn)數(shù)字鐘的功能1.2設(shè)計目的 （1）熟悉集成電路的引腳安排 （2）熟悉各芯片的邏輯功能和使用的方法 （3）了解數(shù)字時鐘的組成和及工作原理 （4）熟悉數(shù)字時鐘的設(shè)計與制作1.3設(shè)計要求設(shè)計一個精確的秒脈沖信號產(chǎn)生電路設(shè)計60進制、12進制計數(shù)器（3）設(shè)計操作方便的校時電路 二、方案設(shè)計2.1 設(shè)計思路 數(shù)字時鐘主要由譯碼顯示器、校準電路、時計數(shù)、分計數(shù)、秒計數(shù)、震蕩電路、單次脈沖產(chǎn)生電路。其中電路系統(tǒng)由秒信號發(fā)生器、時分秒計數(shù)器、譯碼器及顯示器、校準電路組成。秒信號產(chǎn)生器是整個系統(tǒng)的時基信號，它直接決定計時系統(tǒng)的精度。 系統(tǒng)工作原理：本實驗用555構(gòu)成的電路震蕩電路加分頻

4、產(chǎn)生一秒的時間脈沖，將秒信號接入秒計數(shù)器、秒計數(shù)器采用六十進制計數(shù)器，每累計六十秒發(fā)出分脈沖進位信號，該信號作為分計數(shù)器的時間脈沖。分計數(shù)器采用六十進制計數(shù)器，每累計六十分發(fā)出時的脈沖進位信號，該信號作為時計數(shù)器的時間脈沖。“時計數(shù)器”是一個“12翻1”的特殊進制計數(shù)器，即當數(shù)字鐘運行到12時59分59秒，秒的個位計數(shù)器再輸入一個秒脈沖時，數(shù)字鐘自動顯示為01時00分00秒。根據(jù)數(shù)字鐘的設(shè)計思路，可以將它分為六個單元電路：振蕩器，分頻器，校時電路，計數(shù)器，譯碼器和顯示器六部分組成。擴展電路有：整點報時。它們之間的連接關(guān)系見原理方框圖，如圖所示：圖1.數(shù)字時鐘系統(tǒng)框圖 由原理方框圖可以看出，在整

5、個數(shù)字鐘電路中，計時電路是主體。它不僅是顯示電路的基礎(chǔ)，還要與分頻器，校時電路，譯碼電路配合來實現(xiàn)相應(yīng)的功能。而數(shù)字鐘的準確性則依賴于由多諧振蕩器構(gòu)成的秒脈沖源的準確性，在連接實物時要將其輸出信號的頻率控制為1khz。由設(shè)計思路和原理方框圖，經(jīng)multisim 仿真軟件得數(shù)字時鐘主體圖： 圖2. 數(shù)字時鐘整體圖三、單元電路設(shè)計3.1 555多諧振蕩電路秒脈沖信號發(fā)生器是數(shù)字電子鐘的核心部分，它的精度和穩(wěn)定度決定了數(shù)字鐘的質(zhì)量。由振蕩器與分頻器組合產(chǎn)生秒脈沖信號。振蕩器: 通常用555定時器與rc構(gòu)成的多諧振蕩器，經(jīng)過調(diào)整輸出1000hz脈沖。 如圖3，由555定時器和外接元件r1、r2、c構(gòu)成

6、多諧振蕩器，腳2與腳6直接相連。電路沒有穩(wěn)態(tài)，僅存在兩個暫穩(wěn)態(tài)，電路亦不需要外接觸發(fā)信號，利用電源通過r1、r2向c充電，以及c通過r2向放電端dc放電，使電路產(chǎn)生振蕩。電容c在2/3vcc和1/3vcc之間充電和放電，從而在輸出端得到一系列的矩形波。圖3.555構(gòu)成的多諧振蕩電路適當調(diào)節(jié)滑動變阻器的阻值，可求得輸出信號的t約為1ms，則輸出信號頻率約為1khz。3.2 秒脈沖發(fā)生器 分頻器: 分頻器功能主要有兩個，一是產(chǎn)生標準秒脈沖信號，一是提供功能擴展電路所需要的信號，選用三片74ls90進行級聯(lián)，因為每片為1/10分頻器，三片級聯(lián)好獲得1hz標準秒脈沖。由以上多諧振蕩器輸出的1ms脈沖通

7、過三個74ls90進行十進制分頻經(jīng)第一片分頻后為500hz，經(jīng)第二片分頻后為10hz,經(jīng)第三片分頻后為1hz,即可得到1秒脈沖，如圖4所示。 圖4. 1秒脈沖發(fā)生器3.3 秒和分計時電路 由74ls90和74ls92構(gòu)成的60進制計數(shù)器，將74ls90設(shè)計成10進制加法計數(shù)器，將74ls92設(shè)置6進制加法計數(shù)器。將74ls90和74ls92按反饋清零法串接而成。秒計數(shù)器的十位和個位，輸出脈沖除用作自身清零外，同時還作為分計數(shù)器的輸入脈沖cp1。下圖電路即可作為秒計數(shù)器，也可作為分計數(shù)器。電路如圖5所示 圖5 秒和分計時電路3.4 小時計時電路 小時計數(shù)器是一個“12”翻“01”的特殊進制計數(shù)器

8、。當數(shù)字時鐘運行到12時59分59秒時，秒的個位再輸入一個脈沖時數(shù)字時鐘應(yīng)該顯示為01時00分00秒。其電路連接方式如圖6所示圖6.小時計時電路3.5 譯碼和顯示電路譯碼電路的功能是將秒、分、時計數(shù)器的輸出代碼進行翻譯，變成相應(yīng)的數(shù)字。 我所采用的譯碼和顯示器件為dcd_hex。此器件為譯碼和顯示一體器件。此處只需按照位權(quán)為8421相應(yīng)的引腳連接即可。只要將以上所做好的秒和分的計時電路，以及小時的計時電路，再加上數(shù)碼管的連接電路，所有的串接起來就構(gòu)成了譯碼的顯示電路。如圖7所示 圖7.顯示電路圖3.6校時電路 校時電路是數(shù)字鐘不可缺少的部分，每當數(shù)字鐘與實際時間不符時，需要根據(jù)標準時間進行校時

9、。對校時電路的要求是，在小時校正時，不影響分和秒的正常計數(shù)；s1、s2分別是時校正、分校正開關(guān)。不校正時，s1、s2開關(guān)是斷開的。當校正時鐘時，需要把s1和s2開關(guān)打開閉合，不影響其他位的正常計數(shù)。通過開關(guān)控制，使計數(shù)器對1hz的校時脈沖計數(shù)。其中s1為校分用的控制開關(guān)，s2為校時用的控制開關(guān)。校對脈沖采用1hz脈沖，當s1或s2分別為閉合時，可以進行校時。 電路圖如 所示 ： 圖9. 校時校分電路 四、 調(diào)試與檢測具體調(diào)試方法和步驟（1） 將555震蕩器產(chǎn)生信號經(jīng)分頻器產(chǎn)生的信號外接到輸出設(shè)備中，觀察信號是否精準。（2） 將秒信號分別接入到時計數(shù)器、分計數(shù)器、秒計數(shù)器，觀察時、分、秒是否符合

10、各自的要求，是否正常工作。（3） 將一秒信號接入到秒計數(shù)器，秒得進位信號接入到分的時間脈沖，分的進位信號接入到時的時間脈沖，觀察時分秒的整體功能。（4） 觀察校時電路的工作，觀察整體時鐘的工作。誤差分析： 在555連線時應(yīng)當預(yù)留下一段可以調(diào)整頻率的調(diào)控范圍，因為理論設(shè)計與實踐還有些誤差，這樣可以使時間有更多的調(diào)整范圍，使時間更精確。在實際連線與調(diào)試過程中出項了不少問題，經(jīng)常出現(xiàn)的是進位出錯問題，進位的情況沒有出現(xiàn)進位，不該進位的情況出現(xiàn)進位，經(jīng)檢測，原來是脈沖端多加了與非門以及反饋線路接錯。在實際經(jīng)常出現(xiàn)計數(shù)不穩(wěn)定，由于接線太多接在一起會有時出現(xiàn)接觸不太穩(wěn)定。在進位時應(yīng)當注意d觸發(fā)器與92、9

11、0芯片的觸發(fā)沿不一樣，接線時應(yīng)當注意，不然容易出現(xiàn)進位錯誤。計數(shù)器的電源引腳、接地引腳沒接好導(dǎo)致不工作。經(jīng)檢查，原來是清零端r01、r02沒有接地。排除故障后，數(shù)字鐘的“秒”顯示器開始計時，但是“分”和“時”顯示器卻出現(xiàn)跳動的現(xiàn)象，猜測是“分”和“時”計數(shù)器受到干擾的緣故，經(jīng)檢查，原來是校時電路的開關(guān)有一段忘了接地，導(dǎo)致“分”和“時”的個位計數(shù)器ina的一端電平不確定。接地后，顯示器不再跳動。五、體會和總結(jié) 經(jīng)過一個星期的課程設(shè)計，期間遇到了許多問題，但最后都一一得到解決，現(xiàn)將體會和總結(jié)如下： 1設(shè)計之初應(yīng)當考慮到要用到那些芯片，然后查出那些芯片的功能，如何用那些芯片的已知的芯片設(shè)計出我們理想

12、要的邏輯功能。 2設(shè)計之初先設(shè)想整體結(jié)構(gòu)，畫出整體結(jié)構(gòu)的框框圖，根據(jù)整體框框圖設(shè)計出整體設(shè)計流程圖。 3.在設(shè)計某些模塊的時候，應(yīng)當認真對待每一個細節(jié)，一旦某個細節(jié)錯誤，整體的功能都會受到影響，甚至無法運行 4.在設(shè)計接線時要有合理安排線路連接，使得線路清晰可觀易于檢查和修改，也利于別人交流，如果電路亂得連自己都看不懂，那你就很難改進和擴展。 5在仿真軟件里面設(shè)計的時候，如果接錯，可以嘗試改接下電路，這又時可以幫你接到正確的電路。 6.跟同學(xué)的交流也是很必要的，交流使自己能獲得更多有利的信息，開拓了思路，因此要重視與別人的交流。 7.要有較好的理論基礎(chǔ)，整個實驗都是在理論的指導(dǎo)下完成了，設(shè)計過

13、程中使用了許多理論課上學(xué)的內(nèi)容，如真值表、卡諾圖等，本次設(shè)計把理論應(yīng)用于實踐，加深了自己對理論知識的理解和掌握。 8在實物的調(diào)試與檢測過程中，又會遇到許多意想不到的問題，需要我們?nèi)シ治鲈蚝徒鉀Q問題。有些現(xiàn)象能夠證明我們所學(xué)知識的正確性，有些現(xiàn)象有說明理論和現(xiàn)實是有差異的，比如數(shù)字鐘的調(diào)時問題。理論上彈簧開關(guān)模擬單脈沖是可行的，但實際的“機械抖動”會影響調(diào)時的準確性和穩(wěn)定性，這也是我們通過動手實踐積累的經(jīng)驗。六、元件清單序號名稱數(shù)量174ls90n5片2dcd_hex_red6片374ls92n2片474ls00n3片574ls74n1片6555定時器1片7帶彈簧的開關(guān)2個83.3k電阻2個9

14、10k可調(diào)電阻2個115.1k電阻1個122k電阻1個130.1uf電容1個140.01uf電容3個參考文獻：1.李景宏，馬學(xué)文.電子技術(shù)實驗教程.沈陽：東北大學(xué)出版社.20022.王永軍，李景華編著.數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng).北京：電子工業(yè)出版社，20023.高吉祥，易凡編著.電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗與課程設(shè)計.北京：電子工業(yè)出版社，20024.李燕明 莊效如 模擬電子技術(shù)（第2版）.機械工業(yè)出版社.5.梁淼 姜明數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第2版）. 機械工業(yè)出版社.附錄：部分芯片功能參數(shù)表5.1.1 74ls90 74ls90的引腳圖如下圖10所示 圖10 74ls90的功能表5.1.2 74ls48 74ls

15、48的引腳圖如下圖11所示：圖1174ls48的功能表：5.1.3 555555定時器（又稱時基電路）是一個模擬與數(shù)字混合型的集成電路。555定時器是一種應(yīng)用極為廣泛的中規(guī)模集成電路。該電路使用靈活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以構(gòu)成單穩(wěn)、多諧和施密特觸發(fā)器。因而廣泛用于信號的產(chǎn)生、變換、控制與檢測。    目前生產(chǎn)的定時器有雙極型和cmos兩種類型，其型號分別有ne555(或5g555)和c7555等多種。它們的結(jié)構(gòu)及工作原理基本相同。通常，雙極型定時器具有較大的驅(qū)動能力，而cmos定時器具有低功耗、輸入阻抗高等優(yōu)點。555定時器工作的電源電壓很寬

16、，并可承受較大的負載電流。雙極型定時器電源電壓范圍為516v，最大負載電流可達200ma；cmos定時器電源電壓范圍為318v，最大負載電流在4ma以下。555的引腳圖如下圖12：圖12555的內(nèi)部電路和功能：圖13上面圖13 是555定時器內(nèi)部組成框圖。它主要由兩個高精度電壓比較器a1、a2，一個rs觸發(fā)器，一個放電三極管和三個5k電阻的分壓器而構(gòu)成。它的各個引腳功能如下：1腳：外接電源負端vss或接地，一般情況下接地。8腳：外接電源vcc，雙極型時基電路vcc的范圍是4.5 16v，cmos型時基電路vcc的范圍為3 18v。一般用5v。3腳：輸出端vo2腳：低觸發(fā)端6腳：th高觸發(fā)端4腳：是直接清零端。當端接低電平，則時基電路不