數(shù)字電子時鐘課程設計報告-1

1、一、 概述1數(shù)字鐘簡介設計目的設計要求二、主要實驗器材2三、設計原理及方框圖3四、各部分的電路及實現(xiàn)5振蕩器電路計數(shù)器的設計六十進制電路整點報時電路校時電路五、總體電路圖設計10六、安裝與調(diào)試12七、收獲與體會12概述1.1 數(shù)字鐘簡介20 世紀末，電子技術獲得了飛速的發(fā)展，在其推動下，現(xiàn)代電子產(chǎn)品幾乎滲透了社會的各個領域，有力地推動了社會生產(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代的節(jié)奏也越來越快。數(shù)字鐘已成為人們?nèi)粘Ｉ钪校?必不可少的必需品， 廣泛用于個人家庭以及車站、碼頭、劇場、辦公室等公共場所，給人們的生活、學習、工作、娛樂帶來極大的方便。 由

2、于數(shù)字集成電路技術的發(fā)展和采用了先進的石英技術， 使數(shù)字鐘具有走時準確、性能穩(wěn)定、集成電路有體積小、功耗小、功能多、攜帶方便等優(yōu)點， ，因此在許多電子設備中被廣泛使用。電子鐘是人們?nèi)粘Ｉ钪谐Ｓ玫挠嫊r工具，而數(shù)字式電子鐘又有其體積小、重量輕、走時準確、結構簡單、耗電量少等優(yōu)點而在生活中被廣泛應用，因此本次設計就用數(shù)字集成電路和一些簡單的邏輯門電路來設計一個數(shù)字式電子鐘， 使其完成時間及星期的顯示功能。多功能數(shù)字鐘采用數(shù)字電路實現(xiàn)對 “時” 、“分”、 “秒”數(shù)字顯示的計時裝置。具有時間顯示、走時準確、顯示直觀、精度、穩(wěn)定等優(yōu)點。電路裝置十分小巧 ,安裝使用也方便。同時在日期中，它以其小巧，價格

3、低廉，走時精度高，使用方便，功能多，便于集成化而受廣大消費的喜愛設計目的 1） 1） . 讓學生掌握組合邏輯電路、 時序邏輯電路及數(shù)字邏輯電路系統(tǒng)的設計、 安裝、測試方法； 2） 2） . 進一步鞏固所學的理論知識，提高運用所學知識分析和解決實際問題的能力; 3） .提高電路布局、布線及檢查和排除故障的能力; 4） . 培養(yǎng)書寫綜合實驗報告的能力設計要求（ 1）設計一個有“時”、“分”、“秒”（ 12 小時 59 分 59 秒）顯示，且有校時功能的電子鐘。（ 2）用中小規(guī)模集成電路組成電子鐘，并在實驗箱上進行組裝、調(diào)試。（ 3）畫出框圖和邏輯電路圖，寫出設計、實驗總結報告。（ 4）整點報時。在

4、59 分 59 秒時輸出信號，音頻持續(xù)1s ，在結束時刻為整點。（ 5）選做：日歷系統(tǒng)。二、主要實驗器材74LS160 芯片介紹74ls160 中文資料內(nèi)容說明： 74ls160 是十進制同步計數(shù)器（異步清除）簡要說明：160 為可預置的十進制同步計數(shù)器， 共有 54/74160 和 54/74LS160 兩種線路結構型式，其主要電特性的典型值如下：型號 FMAX PDCT54160/CT74160 32MHz 305mWCT54LS160/CT74LS160 32MHz 93mW160 的清除端是異步的。當清除端/MR 為低電平時，不管時鐘端CP狀態(tài)如何，即可完成清除功能。160的預置是同步

5、的。當置入控制器/PE為低電平時，在CP上 升沿作用下，輸出端Q0-Q3與數(shù)據(jù)輸入端P0-P3 一致。對于廳p器件器件數(shù)54/74160,當CP由低至高跳變或跳變前，如果計數(shù)控制端 CEP、CET 為高電平，則/PE應避免由低至高電平的跳變，而 54/74LS160無此 種限制。160的計數(shù)是同步的，靠CP同時加在四個觸發(fā)器上而實現(xiàn)的。當CEP、CET均為高電平時，在CP上升沿作用下Q0-Q3同時變化， 從而消除了異步計數(shù)器中出現(xiàn)的計數(shù)尖峰。對于54/74160 ,只有當CP為高電平時，CEP CET才允許由高至低電平的跳變，而 54/74LS160 的CEP、CET跳變與CP無關。160有超

6、前進位功能。當計數(shù)溢出時，進位輸出端（TQ輸出一個高電平脈沖，其寬度為 Q0的高電平部分。在不外加門電路的情況下，可級聯(lián)成 N位同步計數(shù)器。對于54/74LS160,在CP出現(xiàn)前，即使 CEP、CET /MR發(fā)生變化， 電路的功能也不受影響。114131211Vqq 口 PtM 16 = PIN 3for 1_S1 GQA and LS1G1 A*SR for LSn 62A enO LSI 日:三口174F08與門電路72774LS16063555147 段LED數(shù)碼管65蜂鳴器16單刀雙擲開關37面包板185V穩(wěn)壓電源19RC 濾波器110一顆堅強的心1入設計原理及方框圖數(shù)字鐘實際上是一個

7、對標準頻率進行計數(shù)的計數(shù)電路，標準的1HZ時間信號必須做到準確穩(wěn)定。由圖可見：本數(shù)字鐘電路主要由震蕩器、時分秒計數(shù)器、譯碼顯示器構成。它們的工作原理是：由震蕩器產(chǎn)生的高頻脈沖信號作為數(shù)字鐘 的時間基準，送入秒計數(shù)器，秒計數(shù)器采用60進制計數(shù)器，每累計60秒發(fā)出一 個“分脈沖”信號，該信號作為分計數(shù)器的脈沖信號，分計數(shù)器也采用60進制計數(shù)器，每累計60分鐘發(fā)出一個“時脈沖”信號，該信號將被送到時計數(shù)器， 時計數(shù)器采用24進制計數(shù)器。譯碼顯示電路將時、分、秒計數(shù)器的輸出狀態(tài)送 到七段譯碼顯示器，通過六位 LED七段顯示器顯示出來。構成方框圖位器個弱秒計顯示部分 驅(qū)動部分 計數(shù)部 r IIT 11

8、!：r四、各部分的電路及實現(xiàn)震蕩器電路震蕩器電路是數(shù)字鐘的核心，主要用來產(chǎn)生時間標準信號，數(shù)字鐘的精度,主要取決于時間標準信號的頻率及穩(wěn)定度一般來說，震蕩器的頻率越高，計時精度越高。通常采用石英晶體震蕩器經(jīng) 過分頻得到這一信號，也可采用由門電路或555定時器構成的多諧震蕩器作為時 問標準信號源。石英晶體振蕩器的特點是振蕩頻率準確、電路結構簡單、頻率易調(diào)整。它還 具有壓電效應，在晶體某一方向加一電場，則在與此垂直的方向產(chǎn)生機械振動， 有了機械振動，就會在相應的垂直面上產(chǎn)生電場，從而機械振動和電場互為因果， 這種循環(huán)過程一直持續(xù)到晶體的機械強度限止時，才達到最后穩(wěn)定。這用壓電諧 振的頻率即為晶體振

9、蕩器的固有頻率。一般來說，股來說，振蕩器的頻率越高，計時精度越高，但耗電量將增大。如果 精度要求不高也可以采用由集成電路定時器 555與RC組成的多諧振蕩器本設計方案采用的是集成電路定時器 555與RC組成的多諧震蕩器，如下圖所示:VCG£8佩將ECRI01TPMSTUB5.R”TRII! AM-HD，555ri ：VIRTUAL1DnF：f ;TimBi*-TLTL（圖2）接通電源后，電容 C1 被充電， Vc1 上升，當 Vc1 上升到 2/3Vcc 時，觸發(fā)器被復位，同時放電BJTT導通，此時Vo為低電平，電容C1通過R和T放電，使Vc1 下降。當 Vc1 下降到 1/3Vcc

10、 時，觸發(fā)器又被復位，Vo 翻轉為高電平，電容C1 放電所需要的時間為：t1=RC1ln2=當C1放電結束是，T截止，Vcc將通過R1,R2向電容器C1沖電，Vcc由1/3Vcc上升到 2/3Vcc 所需要的時間為：t2=(R1+R2)C1ln2=(2R1+R2)C1當 Vc 上升到2/3Vcc 是， 觸發(fā)器又發(fā)生翻轉。 如此周而復始， 在輸出端就得到一個周期性的方波，其頻率為：f=1/(t1+t2)=(2R1+R2)C1這里設震蕩頻率f=1Hz 。計數(shù)器的設計有了時間標準“秒”信號后，就可以根據(jù)設計要求設定時、分、秒計數(shù)器：分和秒計數(shù)器都采用 60 進制計數(shù)器，計數(shù)規(guī)律均為00， 01， 0

11、258 ， 59，00, 01 ,這里均選用十進制計數(shù)器74LS160b 74LS160有兩個置零度端，通過與輸出信號連接得到任意小于十進制的計數(shù)器。 例如六進制計數(shù)器。 然后與十進制計數(shù)器級聯(lián)可得到六十進制計數(shù)器。小時計數(shù)器是一個“ 23 翻 0”的特殊計數(shù)器，即當數(shù)字鐘運行到23 時 59分 59 秒時，秒的個位計數(shù)器再輸入一個秒脈沖，數(shù)字鐘自動顯示為 00 時 00 分00 秒。通過兩個十進制計數(shù)器的級聯(lián)構成一個一百進制的計數(shù)器。然后通過輸出控制可得到二十四進制計數(shù)器。把第一個計數(shù)器的 Qb 和第二個計數(shù)器的 Qc連接到兩個置零度端， 并且兩個芯片的置零度端連接， 這樣計數(shù)器到二十四時計

12、數(shù)器就清零，就得到二十四進制計數(shù)器。六十進制計數(shù)由分頻器來的秒脈沖信號，首先送到“秒”計數(shù)器進行累加計數(shù)，秒計數(shù)器應完成一分鐘之內(nèi)秒數(shù)目的累加，并達到 60秒時產(chǎn)生一個進位信號，所以，選用一片74LS90和一片74LS92組成六十進制計數(shù)器，采用反饋歸零的方法來實現(xiàn)六十進制計數(shù)。其中，“秒”十位是六進制，“秒”個位是一 鵬。3118718；oo三 i 上：與 一，aj g 1 2 * * * 1 _ 74LS4B(2)74LS48(1)Aj A】A兒Aj Aj A1Ao -1""Fi 7-«UH - ' ： ： ： ； j -4 -74LS92(r74LS

13、冽之：；： 二 ；：:1 上*1，-T4十進制。如圖 3-4-3-11. JaK4K131T-U1n74 LSi 聚丁6 T 不整點報時電路報時模塊中的報時信號輸出電路如圖所示， 主要是用7個與門電路和一個蜂 鳴器組成，與門電路的各個引腳分別與信號的輸入腳對應相接，使其在每個整點時發(fā)出報時信號，由555計時器組成的振蕩器提供脈沖信號。校時電路當數(shù)字鐘走時出現(xiàn)誤差時，需要校正時間。校時電路實現(xiàn)對“時” “分” “秒” 的校準。在電路中設有正常計時和校對位置。本實驗實現(xiàn)“時”“分”的校對。對校時的要求是，在小時校正時不影響分和秒的正常計數(shù)； 在分校正時不影響秒 和小時的正常計數(shù)。需要注意的時，校時

14、電路是由與非門構成的組合邏輯電路， 開關S1或S2為“0”或“1”時，可能會產(chǎn)生抖動，為防止這一情況的發(fā)生我們 接入一個由RS觸發(fā)器組成的防抖動電路來控制。校時肽沖+5V至時個位計數(shù)1S至分個位計數(shù)tj五、總體電路圖設計如下頁圖根據(jù)設計原理方框圖將各部分電路連接起來則構成了總體電路圖, 所示:s Aw六、安裝與調(diào)試在安裝中， 我負責的是將片子與數(shù)碼管連接起來， 由于這部分工作比較簡單，所以沒有遇到什么困難。在調(diào)試的過程中，秒的個位總是只出現(xiàn)“ 4、 5 、 6、 7”這幾個數(shù)字，當重復循環(huán)出現(xiàn)兩次后秒顯示器熄滅2 秒， 然后向秒的十位進一位， 雖然不能正常顯示0 至 9，但是進制還是10。經(jīng)過檢查，連的線路都沒有問題，于是把連秒個位的那個芯片換了一塊，便恢復正常了。七、收獲與體會“數(shù)字電路課程設計” 是數(shù)電技術課程的實踐性教學環(huán)節(jié)， 是對我學習數(shù)電技術的綜合性訓練。我做的是數(shù)字鐘的設計， 然而， 要完成一個課題的設計要涉及到許多方面的知識。 通過上網(wǎng)查詢和查閱相關書籍資料， 讓我知道了大量關于數(shù)字鐘設計的知識， 同時又重新將從前學過的知識復習了一遍， 做到對各個集成塊的引腳功能和工作原理都很清晰。 從而讓我更深一步掌握了時序邏輯電路的功能， 學會了做課程設計的一般步驟。首先我制定出自己的設計方案， 其次詳細設計每一部分的電路