數(shù)字時鐘報告

1、廈門工學(xué)院數(shù)字邏輯系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)報告題 目：數(shù)字時鐘設(shè)計(jì)專業(yè)、班級：13級通信3班學(xué)生姓名：董榮學(xué) 號：1302303009指導(dǎo)教師：劉玉玲分 數(shù)：2015年 月 日任務(wù)書設(shè)計(jì)題目數(shù)字時鐘設(shè)計(jì)學(xué)生姓名董榮1302303009所在院系電子信息工程系專業(yè)13通信3班設(shè)計(jì)要求：1、時鐘：24小時制；2、能同時顯示時鐘、分鐘和秒鐘；3、具備時、分、秒三級校時功能；4、接入電源后，時鐘能自動運(yùn)行顯示時間；創(chuàng)新要求：1、能同時顯示星期幾 2、能整點(diǎn)報時設(shè)計(jì)步驟：1、理解數(shù)字時鐘的基本原理；2、學(xué)習(xí)proteus軟件的使用；3、用proteus軟件仿真電路圖；4、電路圖仿真運(yùn)行無誤后畫出pcb圖，買元件，印圖

2、焊接電路板。課設(shè)進(jìn)度安排：第11周查閱資料，制定方案，系鄉(xiāng)第12周 設(shè)計(jì)單元電路，利用prot第13周 制作電路板第14周驗(yàn)收實(shí)物（明德221驗(yàn)u第15周 提交課設(shè)報告林 11圖eus進(jìn)行電路 仿真，驗(yàn)證方案（明德221驗(yàn)收）攵）目錄一、基本要求1二、設(shè)計(jì)方案選取與論證12.1 原理框圖12.2 設(shè)計(jì)思路2三、電路設(shè)計(jì)與仿真23.1 所需芯片資料33.2 秒信號發(fā)生電路53.3 時鐘顯示電路63.4 校時電路73.5 整點(diǎn)報時電路83.6 總電路圖93.7 pcb 圖93.8 3d 預(yù)覽10四、制作及調(diào)試過程11五、心得體會12一、基本要求1、時鐘：24小時制；2、能同時顯示時鐘、分鐘和秒鐘；

3、3、具備時、分、秒三級校時功能；4、接入電源后，時鐘能自動運(yùn)動顯示時間;5、能夠進(jìn)行整點(diǎn)報時;二、設(shè)計(jì)方案選取與論證1、原理框圖2、設(shè)計(jì)思路時間顯示模塊電路：我用了 cd4511一個用于驅(qū)動共陰極led（數(shù)碼管）顯示器的bcd碼一七段碼譯碼器以及十進(jìn)制計(jì)數(shù)器 74ls160來作為時間顯示模塊。但是74ls160只有一個cp脈沖輸入端，在進(jìn)行校時時會出現(xiàn)高位校時干擾低位顯示的情況，在經(jīng)過一番考慮思索以后，我用了兩個二極管來解決這一情況。二極管具有單向?qū)щ娦?，在進(jìn)行校時時產(chǎn)生的低電位不會再影響低位的cp脈沖輸入端，從而不會影響其時間顯示。整點(diǎn)報時模塊電路：在每小時的59分5059秒的時候，分位產(chǎn)生

4、的信號的bcd®是0101 1010,秒位產(chǎn)生的bcdk是0101,100x（x表示0或1）我們 可以把這些產(chǎn)生高電平的位接在 cd4068cd4068是8輸入與/與非門）的6個輸 入引腳上，再把x這一位也接在cd4068l1從而產(chǎn)生一個頻率為2hz的方波來驅(qū) 動蜂鳴器使蜂鳴器發(fā)出“嘀、嘀、嘀”的響聲。以實(shí)現(xiàn)整點(diǎn)報時功能。秒信號發(fā)生器：555芯片可以接成多諧振蕩器,通過調(diào)節(jié)所使用的電阻和電 容的值可以改變555芯片輸出方波的頻率，當(dāng)調(diào)到合適的值時，可以使它恰好輸 出頻率為1hz的方波作為秒信號使用?？紤]到開關(guān)抖動現(xiàn)象，校時模塊電路實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)箱上的按鍵開關(guān)，每輸出一個脈沖信號可以改變分

5、個位和十個位， 同時考慮 到干擾問題，進(jìn)位接線和校時接線接在不同的時鐘輸入端。三、電路設(shè)計(jì)與仿真1、所需芯片及其管腳圖和部分資料（1） 555計(jì)時器（用于產(chǎn)生秒脈沖）vcc vo vtl vc0)cb555gnd v|； vo ro它的各個引腳功能如下：1腳：外接電源負(fù)端vss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, cmo型時基 電路vcc的范圍為3 18v。一月用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(dāng)此端接低電平，則時基電路不工作，此時不論tr th處于何電平，時基電路輸出為“ 0”，該端不用時應(yīng)接高電平

6、。5腳：vc為控制電壓端。若此端外接電壓，則可改變內(nèi)部兩個比較器的基準(zhǔn)電壓，當(dāng)該端不用時，應(yīng)將該端用入一只0.01 pf電容接地，以防引入干擾。7腳：放電端。該端與放電管集電極相連，用做定時器時電容的放電。（2）十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74ls160vcc tc qq 50203 cet pe詞同ri面向ri ri rn口1 |烏 6 i i 7 8 ir cp pq p1 p2 % cep gnd74ls160同步可預(yù)置四位二進(jìn)計(jì)數(shù)器是由四個d型觸發(fā)器和若干個門電路構(gòu)成，內(nèi)部有超前進(jìn)位，具有計(jì)數(shù)、置數(shù)、禁止、直接（異步）清零等功能。對所 有觸發(fā)器同時加上時鐘，使得當(dāng)計(jì)數(shù)使能輸入和內(nèi)部門發(fā)出指令時輸出變化

7、彼此 協(xié)調(diào)一致而實(shí)現(xiàn)同步工作。這種工作方式消除了非同步（脈沖時鐘）計(jì)數(shù)器中常 有的輸出計(jì)數(shù)尖峰。緩沖時鐘輸入將在時鐘輸入上升沿觸發(fā)四個觸發(fā)器。這種計(jì)數(shù)器是可全編程的，即輸出可預(yù)置到任何電平。當(dāng)預(yù)置是同步時，在置數(shù)輸入上 將建立一低電平，禁止計(jì)數(shù)，并在下一個時鐘之后不管使能輸入是何電平， 輸出 都與建立數(shù)據(jù)一致。清除是異步的（直接清零），不管時鐘輸入、置數(shù)輸入、使 能輸入為何電平，清除輸入端的低電平把所有四個觸發(fā)器的輸出直接置為低電平。有了超前進(jìn)位電路后，無須另加門，即可級聯(lián)出n位同步應(yīng)用的計(jì)數(shù)器。它是借助于兩個計(jì)數(shù)使能輸入和一個動態(tài)進(jìn)位輸出來實(shí)現(xiàn)的。兩個計(jì)數(shù)使能輸入（enp和ent計(jì)數(shù)時必須是

8、高電平，且輸入 ent必須正反饋，以便使能動態(tài) 進(jìn)位輸出。因而被使能的動態(tài)進(jìn)位輸出將產(chǎn)生一個高電平輸出脈沖，其寬度近 似等于qa輸出高電平。此高電平溢出進(jìn)位脈沖可用來使能其后的各個串聯(lián)級使能enp和ent輸入的跳變不受時鐘輸入的影響。電路有全獨(dú)立的時鐘電路, 改變工作模式的控制輸入（使能 enp ent或清零）縱使發(fā)生變化，直到時鐘 發(fā)生為止，都沒有什么影響。計(jì)數(shù)器的功能（不管使能、不使能、置數(shù)或計(jì)數(shù)） 完全由穩(wěn)態(tài)建立時間和保持時間所要求的條件來決定。（3） cd4511輸出at a2 lt bl le a4喻人cd4511是一個用于驅(qū)動共陰極led （數(shù)碼管）顯示器的bcd碼一七段碼譯碼器,

9、特點(diǎn)：具有bcd專換、消隱和鎖存控制、七段譯碼及驅(qū)動功能的cmosi路能提供較大的拉電流?？芍苯域?qū)動 led顯示器。cd4511是一片 cmos bcd-鎖 存/7 段譯碼/驅(qū)動器，引腳排列如圖2所示。其中a b c d為bcm輸入， a為最低位。lt為燈測試端，加高電平時，顯示器正常顯示，加低電平時，顯示 器一直顯示數(shù)碼“ 8”，各筆段都被點(diǎn)亮，以檢查顯示器是否有故障。bi為消隱功能端，低電平時使所有筆段均消隱，正常顯示時，b1端應(yīng)加高電平。另外 cd451侑拒絕偽碼的特點(diǎn)，當(dāng)輸入數(shù)據(jù)越過十進(jìn)制數(shù)9（1001）時，顯示字形 也自行消隱。le是鎖存控制端，高電平時鎖存，低電平時傳輸數(shù)據(jù)。ag是

10、 7段輸出，可驅(qū)動共陰le四碼管。另外，cd4511顯示數(shù)“6”時，a段消 隱；顯示數(shù)“ 9”時，d段消隱，所以顯示6、9這兩個數(shù)時，字形不太美觀圖3是 cd4511和cd4518g己合而成一位計(jì)數(shù)顯示電路，若要多位計(jì)數(shù)，只需將計(jì) 數(shù)器級聯(lián)，每級輸出接一只 cd4511和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300q的限流電阻。2、秒信號發(fā)生電路電路圖如下:在這個電路中，使用555接成多諧振蕩器具震蕩頻率可以用以下公式計(jì)算：t= (r1+rv化 +2r2+2rv仆)*c1*in2當(dāng)我們?nèi)1=

11、r2=40k rv1=5k c1=10u時通過調(diào)整rv1可以使(r1+rv1± +2r2+2rv1t) =144k時恰可使t=1s從而得到秒信號。秒信號由引腳3引出做為電路的計(jì)時信號。3、顯示電路電路圖如下v-u9 74ub1sju8xtiledi上圖為電子時鐘的時位和分位。整個電子表的的核心芯片是74ls16q它是一個10進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，因此只需要 6個芯片，進(jìn)行級聯(lián)即可實(shí)現(xiàn)兩個六十進(jìn)制和 一個二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器，再加上一些合適的邏輯門，實(shí)現(xiàn)置零和進(jìn)位。上圖是秒顯示電路設(shè)計(jì)圖，右邊為秒個位，左邊為秒十位在這個電路中主要 是應(yīng)用了 74ls160的cp端。在右邊的74ls160的cp輸

12、入端也就是引腳2加入秒 信號就可以實(shí)現(xiàn)秒的累加，從而得到秒的個位。在秒的個位計(jì)數(shù)到“9”的時候在rco®也就是右邊74ls160的引腳15會產(chǎn)生一個高電平，在這里我們用這個 高電平做為秒的十位的進(jìn)位信號。但是由于這個高電平是在秒的個位到“9”的時候就產(chǎn)生上跳變，而74ls160也是在cp脈沖的上跳變到達(dá)時才會有效，故如 果直接把它與左邊芯片的cp相接的話會使左邊這個芯片在 09,19,29,39,49,59,時就進(jìn)位，不滿足電子表的逢10進(jìn)位的要求。因此這個地方需要做一個特殊的 處理。就是在左邊芯片的cp脈沖與右邊的rco1間接一個反相器。在計(jì)時到“24” 時時位產(chǎn)生的bcd

13、4;為0010 0100我用了產(chǎn)生“ 1 ”的這兩根信號線經(jīng)過一個 與非門來使時位的高位和低位清零，從而產(chǎn)生 24進(jìn)制計(jì)數(shù)器。自此，一個 二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器，兩個六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器就做好了。4、校時電路電路圖如下o - c m gc o o g 8ito r- csll e a o a aj1374lb1b0text au12 74ls16ou8:c74ls01b卜oj11 74ls1e0"h營 ssm1p 1n山里s3m，。上 1n山vccondvccgnd里s3d21n4001<textoe g cg 0 <3 0 8ajb button exto l e cnq q oa

14、gnd圖中是調(diào)秒位與分位的按鍵模塊。 當(dāng)校時時，把右邊的開關(guān)sw甘丁開，調(diào)秒位的 時候，按下右邊的按鍵，秒位的進(jìn)位 cp脈沖就會由高電位變?yōu)榈碗娢?，?dāng)松開 按鍵時，就會有一個上跳變使計(jì)數(shù)器加一， 從而達(dá)到調(diào)時的目的。但是這種方法 只適合調(diào)秒位的時間，對于分位還有時位，就不適用了。對于時位和分位來說，位的進(jìn)位信號與秒位的清零信號是同一個信號，如不在這之間加一個二極管，分 或者時調(diào)時信號會使秒位的十位清零， 影響秒位的時間。當(dāng)加一個如圖所示的二 極管時，由于二極管的單向?qū)щ娦?，使得秒位清零信號的高電平不會受到調(diào)時分 或時位時產(chǎn)生的低電平的影響。從而解決了調(diào)時高位時會影響低位時間的問題。5、報時電路

15、是一個8輸入與/與非門，與非門的引腳分別接 cd4518芯片的對應(yīng)的輸出引腳， 使其在59分51秒開始輸出報時信號，根據(jù)要求將報時信號設(shè)計(jì)為第 51、53、 55、57、59秒時輸出報時信號，在這些時間時產(chǎn)生的bcd碼 為： 0101 1001 0101 xxxx （x表示為 0或 1）將4068的引腳2,3,4,5,9,10 分別接在產(chǎn)生“ 1”的這些位上，將秒位個位的 最低位接在引腳11上，引腳12接在高電平上。這樣之后在 51、53、55、57、 59秒時在引腳4上就會產(chǎn)生一個高電平，蜂鳴器在有高電平來臨時就會發(fā)出“嘟 嘟嘟”的聲音。圖日od圖捌坤v、98、3d預(yù)覽o9»0*&

16、#171;9。日sggg4oq0«0»e|ooqoqooooogoo?？?qgg。臺今。g勺色oggooqoqooaooeo。事心口oo0009qqqqooooofl四、制作及調(diào)試過程跳線多條接錯使得電路板正負(fù)極相通導(dǎo)致數(shù)碼管無法顯示， 74ls01 芯片方向焊錯，以及線路焊的雜亂不穩(wěn)，導(dǎo)致接觸不良。心得體會忙忙碌碌的度過前段時間的課程設(shè)計(jì)，所謂是受益良多，從設(shè)計(jì)仿真圖到 pcb 圖的制作再到焊板結(jié)束，各中細(xì)節(jié)要點(diǎn)讓我印象深刻。在學(xué)習(xí)中， 最喜歡的莫過于自己親手做實(shí)驗(yàn)了， 書本的內(nèi)容實(shí)在讓人容易覺得枯燥無味， 可是又不得不學(xué)， 畢竟實(shí)踐需要理論知識作為基礎(chǔ)。 這次的課程設(shè)計(jì)

17、便是如此， 要是沒有書本的知識作為基礎(chǔ)， 我根本無從下手， 連圖都畫不出來更別說是后面的設(shè)計(jì)了。 在此， 我在次強(qiáng)調(diào)理論的重要性， 實(shí)踐無理論相結(jié)合的重要性，二者缺一就不完美了。之前的課設(shè)自己只從焊接電路開始是自己動手的， 而這一次從畫圖開始就是自己動手，說得上是第一次用 proteus 來畫圖。然而，對于proteus 的不熟悉，讓自己在畫圖上費(fèi)了好多功夫，根據(jù)書本才一步步坐下來。畫pcbs的時候更是慘，一開始畫完圖就以為全都好了，可以歇幾天，玩幾天，高枕無憂了?？蓻]想到的是在課設(shè)要交的前幾天， 匆匆忙忙的跑到別人的工作室想打印圖紙出來， 卻被告知圖不行， 線太細(xì)了根本打印不出來。 回去改完之后再次去印圖， 又被告知引腳處的太小，這樣焊盤根本不能用。不行之后又拿回去改，來來回回改了 3、 4 次，才終于可以。印個圖都花了好幾天，開始印圖打孔的時候都已幾經(jīng)周末下午了，然而周二早上交板， 周二下午又考試， 時間真的是不能再急根本不夠用， 真的后悔當(dāng)初高枕無憂， 沒辦法只有通宵趕板， 苦不堪言。 然而焊完板后又有新的問題，數(shù)碼管不亮，亮了又不能自動計(jì)時，計(jì)時了校時又有問題，問題一個接一個，都怪自己理論知識不扎實(shí)，太搞得自己辛辛苦苦才搞定。下一個課設(shè)， 我一定要從一開始就認(rèn)認(rèn)真真的全面了解， 從小元件