數(shù)電課程設計數(shù)字鐘

1、課程設課程名稱數(shù)字電子技術課題名稱多功能數(shù)字鐘專業(yè)自動化班級1503學 號姓名湯偉明指導老師程春紅2016 年11月21日電氣信息學院課程設計任務書課題名稱 多功能數(shù)字鐘姓 名 湯偉明 專業(yè) 自動化 班級 1503 學號 02指導老師程春紅課程設計時間 2016年11月21日-2016年12月02一、任務及要求任務：1.設計一個具有“時”、“分”、“秒”的十進制數(shù)字顯示鐘。2.具有校時、校分、 校秒功能。3.具有整點報時功能，整點前10秒發(fā)光二極管閃爍5次，周期為2秒。4.設 計振蕩器。要求：1.設計思路清晰，給出整體設計框圖，畫出整機原理圖；2.給出具體設計思路，設計各單元電路、電路器件；3

2、.總電路設計；4.進行實驗仿真調試，驗證設計結果；5.編寫設計說明書；6.所有圖紙和說明書用計算機打印二、進度安排第一周：周一：布置任務，查找資料；周二周三：設計系統(tǒng)方案，仿真；周四周日：領元器件，電路安裝，或程序調試；第二周：周一周二：電路安裝，調試，運行或程序調試，下載運行；周三：結果驗收；周四：收元器件，整理實驗室，撰寫報告，答辯；周五：資料整理。三、參考資料1 .康華光主編.電子技術基礎（數(shù)字部分），高等教育出 版社。2 .閻 石主編.電子技術基礎（數(shù)字部分），清華大學出版社。3 .任為民主編.電子技術基礎課程設計，中央廣播電視大學出版社。4 .彭介華主編，電子技術課程設計指導，高等教

3、育出版社。5 .電子線路設計、實驗、測試謝自美主編 華中理工出版、課程設計的任務要求1.1、 設計內(nèi)容11.2、 多功能數(shù)字鐘設計要求1二、設計方案12.1、總體設計方案1三、單元電路（子模塊，子程序）分析23.1、 脈沖發(fā)生電路33.2、 計時電路4分秒計時電路4時計時電路5時、分、秒計時功能的實現(xiàn)6譯碼器驅動電路及數(shù)碼管顯示電路7校時電路8整點報時電路 9四、系統(tǒng)仿真/測試114.1、整點報時電路仿真11五、電路安裝調試12六、兀件清單126.1、 元件清單126.2、 各芯片管腳圖及功能表 126.2.1、 555定時器的內(nèi)部結構 126.2.2、 同步十進制計數(shù)器741s160功能表及

4、引腳圖。 14附頁：總電路圖 15七、總 結16一、課程設計的任務要求：1.1 、設計內(nèi)容本項目利用中小規(guī)模集成芯片設計并制作多功能數(shù)字鐘。以同步十進制計數(shù)器為核心，結合多諧振蕩器、譯碼器、門電路及數(shù)碼管共同組成可以實現(xiàn)準確計時、校時、報時的多功能數(shù)字鐘。1.2 、多功能數(shù)字鐘設計要求1.2.1、 準確計時，以數(shù)字形式顯示時(0023)、分(0059)、秒(0059)的時間。1.2.2、 具有校時功能。1.2.3、 整點報時。二、設計方案：2.1、總體設計方案整體電路可以分為脈沖發(fā)生電路、分頻電路、計時電路、譯碼器驅動電路、數(shù)碼管顯 示電路、校時電路、報時電路。整體方案原理框圖如下：三、單元電

5、路分析：3.1、 脈沖發(fā)生電路本方案中脈沖發(fā)生電路采用由 555定時器外接電阻電容構成的多諧振蕩器來產(chǎn)生脈 沖波。由此脈沖波充當時鐘信號，信號周期的計算公式為T=(R1+2*R2)*C*LN2,所以產(chǎn)生秒 脈沖的振蕩電路的外接電阻電容參數(shù)可設為R1=R2=48K, C1=0.01uf, C=10uf。振蕩電路圖如下：秒脈沖發(fā)生電路3.2、 計時電路計時電路分為六十進制的計數(shù)電路和二十四進制計數(shù)電路，分秒計時電路均為六十進制計數(shù)電路，時計時電路為二十四進制計數(shù)電路。分秒計時電路均由兩片741s160芯片接 成六十進制計數(shù)器構成。分秒計時電路分秒計時電路由兩片同步十進制計數(shù)器構成，秒個位、分個位直

6、接利用十進制計數(shù)器，不做改變，但是預置數(shù)端 Ld,異步置零復位端 R,工作狀態(tài)控制端ER ET均接高電平， 即始終處于計數(shù)狀態(tài)。兩片計數(shù)器的數(shù)據(jù)輸入端 D0D3勻接低電平。秒十位、分十位由十 進制計數(shù)器接成六進制計數(shù)器得到，用置數(shù)法得到六進制計數(shù)器，將741s160的輸出端Q0 Q2接二輸入與非門，與非門輸出端接預置數(shù)端 LD,則當輸出數(shù)據(jù)為0101時，預置數(shù)端為 低，即當下一個時鐘脈沖上升沿到達時，芯片開始置數(shù)，此時，由于置數(shù)端均為零，則數(shù) 據(jù)輸出端均變?yōu)榱悖吹玫?5六進制計數(shù)器，為了將兩片計數(shù)器接成六十進制計數(shù)器， 我們采用串行進位方式，將低位計數(shù)器的進位輸出端CO接非門，再接高位計數(shù)器

7、時鐘信號輸入端CLK從而構成六十進制計數(shù)器。電路圖如下：六十進制計數(shù)器 時計時電路時計時電路為二十四進制計數(shù)器，同樣用同步十進制計數(shù)器來接。這里，我們采用整 體置數(shù)法將百進制計數(shù)器接成 24進制計數(shù)器。高位片與低位片之間采用并行進位輸入的 方式來接成百進制計數(shù)器，即將低位片的進位輸出端CO接高位片的狀態(tài)控制端 ER ET.數(shù)據(jù)輸入端同樣全接低，復位端接高，低位片的狀態(tài)控制端都接高。為了實現(xiàn)0023的計數(shù)功能，則將時個位的輸出端 QO Q1和時十位的輸出端Q1接三輸入 與非門（741S10）,與非門的輸出端接兩片計數(shù)器的預置數(shù)端 LD,從而實現(xiàn)整體指數(shù)的功 能，當計數(shù)器從00計數(shù)到23時，計數(shù)器

8、均工作在預置數(shù)狀態(tài)，當下一個時鐘脈沖的上升 沿到達時，兩片計數(shù)器均被置零，從而實現(xiàn)小時的 24進制計數(shù)功能。電路圖如下：二十四進制計數(shù)器 時、分、秒計時功能的實現(xiàn)為了實現(xiàn)時、分、秒的準確計時，則可將秒六十進制計時電路、分六十進制計時電路 和時二十四進制計時電路進行級聯(lián)。同串行進位方式相同，將秒十位的進位輸出接非門， 再接分個位的時鐘輸入端clk ,分十位的進位輸出接非門，再接小時的時鐘輸入端CLK由于分十位和秒十位都為六進制計數(shù)器， 則進位輸出端可等同于計數(shù)器輸出端 Q2,當計數(shù) 器由0101變?yōu)?000時可以得到進位脈沖。整體計時電路如下：時計時器分計時器秒計時器"鐘時分秒計1電路

9、譯碼器驅動電路及數(shù)碼管顯示電路譯碼驅動電路將計數(shù)器輸出的8421BC則轉換為數(shù)碼管需要的邏輯狀態(tài), 并且為保證 數(shù)碼管正常工作提供足夠的工作電流。這里，我們用 741s48七段顯示譯碼器來驅動七段 陰極數(shù)碼管。用741s48驅動數(shù)碼管時需保證其脈沖消隱輸出端 RBO脈沖消隱輸入端RBI及燈測試 輸入端LT均接高電平。而七段陰極數(shù)碼管的 7、6、4、2、1、9、10管腳分別對應數(shù)碼管 的ag段，即接譯碼器的13、12、11、10、15、14管腳。譯碼器的數(shù)據(jù)輸入端 口0口吩 別對應計數(shù)器的數(shù)據(jù)輸出端 Q0Q3電路圖如下：譯碼器驅動電路及數(shù)碼管顯示電路校時電路當重新接通電源或走時出現(xiàn)誤差時都需要對

10、時間進行校正。通常，校正時間的方法是：首先截斷正常的計數(shù)通路，然后再進行人工出觸發(fā)計數(shù)或將頻率較高的方波信號加到需要 校正的計數(shù)單元的輸入端，校正好后，再轉入正常計時狀態(tài)即可。本方案中采用快校的方 法，即通過校時控制電路將2HZ的校時脈沖加到計數(shù)單元的輸入端，因此，應截斷分個位、 時個位的直接計數(shù)通路，并采用正常計時信號與校正信號可以隨時切換的電路接入其中。如圖。校時控制電路整點報時電路一般時鐘都應具備整點報時電路功能，即在時間出現(xiàn)整點前數(shù)秒內(nèi)，數(shù)字鐘會自動報 時，以示提醒。其作用方式是發(fā)出連續(xù)的或有節(jié)奏的音頻聲波，一般為 4低音1高音發(fā)出 間斷聲響。根據(jù)要求，電路應在整點前 10秒鐘內(nèi)開始整

11、點報時，即當時間在 59分50秒 到59分59秒期間時，報時電路控制報時信號。整點報時電路功能表CP砂）Q3Q2Q1Q0功能51P 00101亮520010暗530011亮54r 01 100暗550101亮560110暗570111亮581000暗591001亮四、系統(tǒng)仿真：4.1 、整點報時電路仿真五、電路安裝調試：整體電路分為計時模塊，脈沖發(fā)生模塊，校時模塊，報時模塊。調試時分模塊在數(shù)字電路試驗箱上進行調試，逐個檢查各模塊的功能及解決出現(xiàn)的問題。計時模塊調試時，為秒個位計時單元加秒脈沖，觀察計數(shù)器是否按要求工作。脈沖發(fā)生模塊調試時將脈沖輸出端接示波器，觀察波形周期是否為所需周期。校時電路

12、調試時，須將校時控制部分與計時單元放在一起調試，加上 2HZ校時脈 沖，觀察各校時開關閉合時，時鐘是否正確校時。報時電路的調試也與計時部分和校時部分一起調試，利用校時電路將計時器的輸出設定為接近整點的時間，然后觀察整點時，報時電路是否正常工作。問題：由于線路接觸不良，導致校時電路模塊異常，排除故障后電路正常工作。六、元件清單：4.2 、元件清單 74LS00D1074LS08D774LS20D474LS160D6七段共陰極數(shù)碼管6電阻2Q44.3 、各芯片管腳圖及功能表4.3.1 、 555定時器的內(nèi)部結構如圖(a)所示。它由分壓器、兩個電壓比較器、基本RS觸發(fā)器、晶體管及緩沖器組成。1 腳是

13、接地端GND 2腳是低電平觸發(fā)端，3腳是輸出端OUT四腳是復位端FT, 5腳是電壓控制端，6 腳是高電平觸發(fā)端，7 腳是放電端，8 腳是電源端VCC。555 定時器功能見表1,其中4腳為復位端，當RM低電平時，不管其他輸入端 的狀態(tài)如何，輸出UO為低電平。只有當RD接高電平時，輸出的狀態(tài)將由2腳低電平 觸發(fā)端和6 腳高電平觸發(fā)端電壓的大小來決定，因此，在正常工作時，應將4 腳接高電平。當ui1<(2/3)VCC,ui2<(1/3)VCC 時，放電晶體管VT截止，輸出端仍為高電平。當ui1>(2/3)VCC,ui2>(1/3)VCC 時，放電晶體管VT導通，輸出端UOM氐

14、電平。當 ui1<(2/3)VCC,ui2>(1/3)VCC 時，電路亦保持原來狀態(tài)不變。如果在電壓控制端施加一個外加電壓，比較器的參考電壓將發(fā)生變化，電路相應的閾值、觸發(fā)電平也將隨之變化，進而影響電路的工作狀態(tài)555定時器功能表輸入輸出高電平觸發(fā)端Ui1低電平觸發(fā)端Ui2復位端RD輸出Uo晶體管VT的 狀態(tài)XX00導通< (2/3) VCC< (1/3) VCC11截止>(2/3)VCC>(1/3)VCC10導通<(2/3)VCC>(1/3)VCC1/、艾/、艾6.2.2、同步十進制計數(shù)器741s160功能表及引腳圖741s160引腳圖74LS

15、160功能表輸？?？入輸？?？出CPEPETQXX0XX全“L”個01XX據(jù)T1111計數(shù)X110X保持X11X0保持附頁：總電路圖七、總結：通過這次的實習自己對數(shù)電實驗箱有了一定的了解，并能熟練運用。并且在如何布 線，如何把芯片放到合適的地方都下了很大功夫，在分析對所連電路的整體布局也收獲了 很多的東西。止匕外，這次實習還讓我們認識到團隊的力量，每步工作都是與隊友團結協(xié)作，共同完 成，所有的問題也都一起解決。每個人的收獲都很大，這是課堂上無法獲得的，也是我們 所需要的。此次課程設計共有兩周，我們的每步工作均按照設計步驟的時間安排進行，從資料的 查閱，電路的設計，到整體電路的調試，每一步都讓我們收獲良多。在對課堂理論知識深 入掌握的同時也增強了我們的動手實踐能力和對