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1、課程名稱:電子技術(shù)課程設(shè)計設(shè)計題目:數(shù)字時鐘院 系:專 業(yè):年 級:學(xué) 號:姓 名:指導(dǎo)教師:西南交通大學(xué)峨眉校區(qū)2013年8月27日課 程 設(shè) 計 任 務(wù) 書專 業(yè)電力機(jī)車 姓 名羅登學(xué) 號20116804開題日期: 2013年 7月 1日 完成日期:2013年 8月27日題 目數(shù)字時鐘一、設(shè)計的目的主要目的是培養(yǎng)我們學(xué)生思行合一的思維模式。把在平時的課程教學(xué)上學(xué)習(xí)了許多理論知識應(yīng)用于實踐,以實踐檢驗我們所學(xué)的知識是否正確,從而讓我們對“科學(xué)生產(chǎn)力”有深刻理解,明確我們的學(xué)習(xí)目的,增強(qiáng)學(xué)習(xí)動力。同樣重要的是,通過這一過程能讓我們樹立嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)的作風(fēng),增強(qiáng)分析復(fù)雜問題的能力,提升信息的收集、篩
2、選與整理能力。一言以蔽之,通過這個綜合設(shè)計,能讓我們各方面專業(yè)素質(zhì)得到提升。二、設(shè)計的內(nèi)容及要求設(shè)計一個具備準(zhǔn)確計時功能的計時裝置,其應(yīng)具備以下功能:1. 能夠準(zhǔn)確計時;2. 能夠?qū)πr和分鐘進(jìn)行人為調(diào)整;3. 對小時和分鐘的調(diào)整相互獨立,互不干擾;此外還要能夠Multisim10軟件進(jìn)行仿真。三、指導(dǎo)教師評語四、成 績指導(dǎo)教師 (簽章) 年 月 日目錄數(shù)字時鐘4一、設(shè)計任務(wù)與要求4Ø設(shè)計任務(wù)4Ø設(shè)計要求4二、方案設(shè)計與論證4Ø方案設(shè)計4Ø方案論證5三、單元電路設(shè)計與參數(shù)計算5Ø24進(jìn)制計數(shù)器的設(shè)計6Ø60進(jìn)制計數(shù)器的設(shè)計7Ø
3、;時分秒計時電路設(shè)計9Ø顯示電路設(shè)計9Ø校時電路設(shè)計10四、總原理圖及元器件清單11Ø總原理圖11Ø元器件清單11五、性能測試與分析12六、結(jié)論與心得13七、參考文獻(xiàn)14數(shù)字時鐘一、 設(shè)計任務(wù)與要求Ø 設(shè)計任務(wù)利用所學(xué)的電子技術(shù)基礎(chǔ)知識,尤其是所學(xué)的各中規(guī)模集成電路設(shè)計一個能夠數(shù)字時鐘。Ø 設(shè)計要求1. 能夠準(zhǔn)確計時;2. 能夠顯示24小時制的時、分、秒;3. 能夠進(jìn)行人工校時;4. 用Multisim10軟件進(jìn)行仿真。二、 方案設(shè)計與論證Ø 方案設(shè)計圖 1數(shù)字時鐘總體結(jié)構(gòu)框圖由于“分”和“秒”是60進(jìn)制的,所以需要一個60
4、進(jìn)制的計數(shù)器,“時”是24進(jìn)制的,故還需要一個24進(jìn)制的計數(shù)器。用60進(jìn)制計數(shù)器作“秒”和“分”的計時器,24進(jìn)制計數(shù)器作“時”的的計時器。解決顯示問題就需要譯碼器和顯示器。至于校時問題,用兩個開關(guān)來控制“時”、“分”計時電路的計時脈沖就可以輕松解決。電路的總體結(jié)構(gòu)框圖如圖 1所示。Ø 方案論證鑒于整體考慮,24進(jìn)制計數(shù)器和60進(jìn)制計數(shù)器都用兩片四進(jìn)制同步計數(shù)器74LS160來構(gòu)建,這樣做的好處是,計數(shù)器輸出的高低(前四位和后四位)都是8421碼,這樣就可以用帶有8421碼譯碼電路的數(shù)碼顯示模塊,一步就解決了兩個問題。至于校時問題,設(shè)計時已經(jīng)說到,可以用兩個開關(guān)來控制“時”、“分”計
5、時電路的計時脈沖就可以解決。計數(shù)脈沖可以用晶振,在Multisim10仿真中可以用時鐘信號來等效。三、 單元電路設(shè)計與參數(shù)計算首先介紹要用到的主要集成電路的邏輯功能。圖 2 74LS1601、十進(jìn)制同步計數(shù)器74LS160管腳號功能A/B/C/D預(yù)置數(shù)輸入端QA/QB/QC/QD計數(shù)結(jié)果輸入端RCO進(jìn)位輸出端LOAD置數(shù)控制端(低電平有效)CLR復(fù)位控制端(低電平有效)ENP/ENT使能端CLK計數(shù)脈沖輸入端其具有異步復(fù)位和同步置數(shù)功能。如圖 2所示。2、與非門電路74LS00實現(xiàn)邏輯與非運算。如圖 4所示。3、非門電路74LS04實現(xiàn)邏輯反相運算。如圖 5所示。4、帶8421碼譯碼器的數(shù)碼顯
6、示電路DCD_HEX圖 3 DCD_HEX圖 4 74LS00圖 5 74LS04具有8421碼譯碼功能和顯示功能。如圖 3所示。Ø 24進(jìn)制計數(shù)器的設(shè)計圖 624進(jìn)制計數(shù)器電路原理圖首先將兩片十進(jìn)制同步計數(shù)器74LS160級聯(lián),即將低位的進(jìn)位信號RCO連接到高位的計數(shù)脈沖輸入端CLK,這樣得到10*10的100進(jìn)制計數(shù)器,再截取前24個狀態(tài)就得到24進(jìn)制計數(shù)器。采用異步復(fù)位法來截取,于是截取信號就應(yīng)該是:QD2/QC2/QB2/QA2/QD1/QC1/QB1/QA1=0010 0100,于是將高位的QB與低位的QC用74LS00進(jìn)行與非運算就得到復(fù)位信號,將復(fù)位信號輸入到兩IC的C
7、LR端,同時將復(fù)位信號用74LS04反相即可得到24進(jìn)制計數(shù)器的進(jìn)位信號。最后對芯片使能,即將兩集成電路的ENT/ENP接高電平(+5V)。同時,由于沒有使用預(yù)置數(shù)功能,所以要將這一功能屏蔽,只需要將置數(shù)控制端LOAD也接高電平即可。其電路原理圖如圖 6所示。圖 724進(jìn)制計數(shù)器子電路模型為了使電路形式簡潔,將這一電路以子電路形式代替如下圖 7所示:Ø 60進(jìn)制計數(shù)器的設(shè)計首先將兩片十進(jìn)制同步計數(shù)器74LS160級聯(lián),即將低位的進(jìn)位信號RCO連接到高位的計數(shù)脈沖輸入端CLK,這樣得到10*10的100進(jìn)制計數(shù)器,再截取前60個狀態(tài)就得到60進(jìn)制計數(shù)器。采用異步復(fù)位法來截取,于是截取信
8、號就應(yīng)該是:QD2/QC2/QB2/QA2/QD1/QC1/QB1/QA1=0110 0000,于是將高位的QB與QCE用74LS00進(jìn)行與非運算就得到復(fù)位信號,將復(fù)位信號輸入到兩IC的CLR端,同時將復(fù)位信號用74LS04反相后就作為60進(jìn)制計數(shù)器的進(jìn)位輸出。最后對芯片使能,即將兩集成電路的ENT/ENP接高電平(+5V)。同時,由于沒有使用預(yù)數(shù)功能,所以要將這一功能屏蔽,只需要將置數(shù)控制端LOAD也接高電平即可。其電路原理圖如圖 8所示。圖 860進(jìn)制計數(shù)器電路原理圖為了使電路形式簡潔,將這一電路以子電路形式代替如下圖 9所示:圖 9 60進(jìn)制計數(shù)器子電路模型以上24進(jìn)制和60進(jìn)制計數(shù)器子
9、電路的管腳功能如下:IO4/IO3/IO2/IO1低四位輸出端IO8/IO7/IO6/IO5高四位輸出端IO9計時脈沖輸入端IO10進(jìn)位輸出端注:24進(jìn)制計數(shù)器是用作“時”計時電路,不需要進(jìn)位,故其沒有拉出進(jìn)位輸出端IO10。Ø 時分秒計時電路設(shè)計圖 10 時分秒電路設(shè)計用60進(jìn)制計數(shù)器作“分”和“秒”的計時電路,24進(jìn)制計數(shù)器作“時”計時電路。將“秒”計時電路的進(jìn)位輸出端接“分”計時電路的計時脈沖輸入端,同樣將“分”計時電路的進(jìn)位輸出端接“時”計時電路的脈沖輸入端?!皶r”、“分”和“秒”各自計時電路都有高四位和低四位輸出,“秒”計時電路還需要用一個獨立時鐘脈沖源輸入計時脈沖。其電路
10、原理圖如圖 10所示。Ø 顯示電路設(shè)計圖 11 顯示電路設(shè)計由于本次設(shè)計的計數(shù)器是用74LS160以10*10方式截取的進(jìn)制,所以每個計數(shù)器輸出的高四位和低四位都是8421碼,故可以將計數(shù)器輸出端直接接入帶有8421碼的譯碼器的數(shù)碼顯示模塊電路。其電路原理圖如圖 11所示。Ø 校時電路設(shè)計圖 12 校時電路設(shè)計用兩個單刀雙開關(guān)來控制“時”、和“分”計時電路的計時脈沖來源來實現(xiàn)可以人工校時功能。由于“秒”校時沒有多大意義,所以沒有設(shè)置秒的校時電路。其電路原理圖如圖 12所示。四、 總原理圖及元器件清單Ø 總原理圖圖 13 數(shù)字時鐘總體電路原理圖Ø 元器件清
11、單元件名稱元件功能74LS160十進(jìn)制同步計數(shù)器74LS00與非門電路,實現(xiàn)邏輯與非運算74LS04非門電路,實現(xiàn)邏輯非運算DCD_HEX帶8421碼譯碼功能的數(shù)碼顯示ICKEY單刀雙擲開關(guān),本次設(shè)計中用于校時CLOCK_VOLTAGE電壓型時鐘脈沖信號源五、 性能測試與分析設(shè)計完成后,用Multisim10進(jìn)行仿真,仿真結(jié)果如下所示;圖 14 性能測試11. 顯示為:00:02:11圖 15 性能測試22. 用“分”校時鍵“M”校時為:00:50:40圖 16 性能測試33. 用“時”校時鍵“H”校時為:16:53:064. 性能分析:通過以上三步,可以說明電路設(shè)計基本正確,具備準(zhǔn)確計時功能
12、,而且能進(jìn)行“時”與“分”的獨立校時,運行穩(wěn)定正確,同時還可以改變校時電路的V2的頻率來調(diào)整校時的時候數(shù)字跑的速度。六、 結(jié)論與心得本次課程設(shè)計,首先明確設(shè)計任務(wù)為設(shè)計一個數(shù)字時鐘,然后拿出總體設(shè)計方案并對方案進(jìn)行了論證,接著進(jìn)行單元電路的設(shè)計,相關(guān)數(shù)據(jù)的計算,又根據(jù)設(shè)計選擇恰當(dāng)?shù)募呻娐坊蛟?,畫出電路原理圖并在Multisim10中進(jìn)行了仿真,仿真結(jié)果與預(yù)期基本一致,本次設(shè)計圓滿結(jié)束。通過這次設(shè)計,感觸最深的是科學(xué)理論知識轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力還需要實踐操作能力、還需要實干精神。我們在課堂上所學(xué)的理論知識不經(jīng)過實踐的檢驗就永遠(yuǎn)不知道它是否正確,就不知道它對日常生活會產(chǎn)生怎樣的深刻影響。正是通過這次課
13、程設(shè)計,讓我們初步了解到我們所學(xué)的知識并不是永遠(yuǎn)沉睡的死板的公式,而是活躍在我們的日常生活中,細(xì)心一點我們就可以找到這些知識在生活聽痕跡。從而從另一方面極大增強(qiáng)了我們對學(xué)習(xí)的熱情,對科學(xué)的崇敬。這是在精神層面對我們產(chǎn)生的影響。在實際生活層面,通過這次課程設(shè)計,主要增強(qiáng)了我們理論聯(lián)系實際的能力,或者說增強(qiáng)了我們的知識轉(zhuǎn)化能力,這樣說更為形象。在知識經(jīng)濟(jì)時代和信息經(jīng)濟(jì)時代的今天,可以說“轉(zhuǎn)化”能力可以說是在社會上立足的必備素質(zhì),這樣就強(qiáng)化了我們的社會生存能力。在設(shè)計過程中會遇到各種各樣的問題,對這些問題利用鹽業(yè)知識進(jìn)行分析,比較,最后確定最佳解決方案。這一系列過程都在強(qiáng)化我們的思維拓展能力,讓我們分析思考問題更加周密。一言以蔽之,這次課程設(shè)計讓我們各方面素質(zhì)都得到了一定提升。七、 參考文獻(xiàn)1 閻
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