數(shù)字邏輯課程設(shè)計(jì)數(shù)字電子鐘

1、課程設(shè)計(jì)（綜合實(shí)驗(yàn)）報(bào)告題目：第四個(gè)實(shí)驗(yàn)數(shù)字電子鐘院系：計(jì)算機(jī)科學(xué)系班級(jí)：計(jì)算計(jì)科學(xué)與技術(shù)1班學(xué)號(hào)：學(xué)生姓名：隊(duì)員姓名:指導(dǎo)教師：數(shù)字邏輯綜合實(shí)驗(yàn)任務(wù)書1、 目的與要求1 目的綜合實(shí)驗(yàn)是教學(xué)中必不可少的重要環(huán)節(jié)，通過(guò)綜合實(shí)驗(yàn)鞏固、深化和擴(kuò)展學(xué)生的理論知識(shí)與初步的專業(yè)技能，提高綜合運(yùn)用知識(shí)的能力，逐步增強(qiáng)實(shí)際工程訓(xùn)練。注重培養(yǎng)學(xué)生正確的設(shè)計(jì)思想，掌握綜合實(shí)驗(yàn)的主要內(nèi)容、步驟和方法。培養(yǎng)學(xué)生獲取信息和綜合處理信息的能力、文字和語(yǔ)言表達(dá)能力以及協(xié)作工作能力。提高學(xué)生運(yùn)用所學(xué)的理論知識(shí)和技能解決實(shí)際問(wèn)題的能及其基本工程素質(zhì)。2 .要求能夠根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)和指標(biāo)要求，綜合運(yùn)用電子技術(shù)課程中所學(xué)到的理論知識(shí)與

2、實(shí)踐技能獨(dú)立完成一個(gè)設(shè)計(jì)課題。根據(jù)課題需要選擇參考書籍，查閱手冊(cè)、圖表等有關(guān)文獻(xiàn)資料。要求通過(guò)獨(dú)立思考、深入鉆研綜合實(shí)驗(yàn)中所遇到的問(wèn)題，培養(yǎng)自己分析、解決問(wèn)題的能力。進(jìn)一步熟悉常用電子器件的類型和特性，掌握合理選用的原則。學(xué)會(huì)電子電路的安裝與調(diào)試技能，掌握常用儀器設(shè)備的正確使用方法。利用“觀察、判斷、實(shí)驗(yàn)、再判斷”的基本方法，解決實(shí)驗(yàn)中1 同步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS162 3 輸入正與非門 74LS00出現(xiàn)的問(wèn)題。學(xué)會(huì)撰寫綜合實(shí)驗(yàn)總結(jié)報(bào)告。通過(guò)綜合實(shí)驗(yàn)，逐步形成嚴(yán)肅認(rèn)真、一絲不茍、實(shí)事求是的工作作風(fēng)和科學(xué)態(tài)度，培養(yǎng)學(xué)生樹立一定的生產(chǎn)觀點(diǎn)、經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)和全局觀點(diǎn)。要求學(xué)生在設(shè)計(jì)過(guò)程中，堅(jiān)持勤儉節(jié)約的原

3、則，從現(xiàn)有條件出發(fā)，力爭(zhēng)少損壞元件。在綜合實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，要做到愛護(hù)公物、遵守紀(jì)律、團(tuán)結(jié)協(xié)作、注意安全。2、 主要內(nèi)容數(shù)字電子鐘設(shè)計(jì)一臺(tái)能顯示時(shí)、分、秒的數(shù)字電子鐘，要求如下：1）秒、分為0059六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，時(shí)為0023二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器；2）可手動(dòng)校正：可分別對(duì)秒、分、時(shí)進(jìn)行手動(dòng)脈沖輸入調(diào)整或連續(xù)脈沖輸入校正，（校正時(shí)不能輸出進(jìn)位）。元器件選擇74LS162：4塊與非門74LS00：2塊共陽(yáng)數(shù)碼管LED74LS161：2塊GAL16V8：2塊晶體振蕩器：1MHZGAL20V8：1塊TDS-4實(shí)驗(yàn)箱導(dǎo)線若干所需要器件的圖片如下Clear1W 16V VccClockr215Carry1AE1 1

4、141VccA314QA1B2134BB413QB1Y131214AC512QC2A4114Y2BE5103BD611JQDEEnable Pr710pEnable T2Y6913A3YGNDLoadGND782異步十六進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS1614GAL20V8設(shè)計(jì)（實(shí)驗(yàn)）正文數(shù)字鐘實(shí)際上是一個(gè)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)頻率（1HZ）進(jìn)行計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)電路。由于計(jì)數(shù)的起始時(shí)間不可能與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間（如北京時(shí)間）一致，故需要在電路上加一個(gè)校時(shí)電路，同時(shí)標(biāo)準(zhǔn)的1HZ時(shí)間信號(hào)必須做到準(zhǔn)確穩(wěn)定。通常使用石英晶體振蕩器電路構(gòu)成數(shù)字鐘。晶體振蕩器電路給數(shù)字鐘提供一個(gè)頻率穩(wěn)定準(zhǔn)確的1MHZ1P2A20HZ的方波信號(hào)，可保證數(shù)字鐘的走時(shí)準(zhǔn)確

5、及穩(wěn)定。不管是指針式的電子鐘還是數(shù)字顯示的電子鐘都使用了晶體振蕩器電路。分頻器電路將1MHZ勺高頻方波信號(hào)經(jīng)2A20次分頻后得到差不多1Hz的方波信號(hào)供秒計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)。分頻器實(shí)際上也就是計(jì)數(shù)器。時(shí)間計(jì)數(shù)電路由秒個(gè)位和秒十位計(jì)數(shù)器、分個(gè)位和分十位計(jì)數(shù)器及時(shí)個(gè)位和時(shí)十位計(jì)數(shù)器電路構(gòu)成，其中秒個(gè)位和秒十位計(jì)數(shù)器、分個(gè)位和分十位計(jì)數(shù)器為60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，而根據(jù)設(shè)計(jì)要求，時(shí)個(gè)位和時(shí)十位計(jì)數(shù)器為24進(jìn)制計(jì)數(shù)器。1；系統(tǒng)原理框圖如下設(shè)計(jì)框圖LED數(shù)碼顯像管系統(tǒng)原理框圖說(shuō)明時(shí)、分、秒計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)器為一個(gè)24進(jìn)制計(jì)數(shù)器，分、秒計(jì)時(shí)器均為60進(jìn)制計(jì)數(shù)器。當(dāng)秒計(jì)時(shí)器接受到一個(gè)秒脈沖時(shí)，秒計(jì)數(shù)器開始從1計(jì)數(shù)到60,此時(shí)

6、秒顯示器將顯示00、01、02、59、00;每當(dāng)秒計(jì)數(shù)器數(shù)到00時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)脈沖輸出送至分計(jì)時(shí)器，此時(shí)分計(jì)數(shù)器數(shù)值在原有基礎(chǔ)上加1,其顯示器將顯示00、01、02、59、00;每當(dāng)分計(jì)數(shù)器數(shù)到00時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)脈沖輸出送至?xí)r計(jì)時(shí)器，此時(shí)時(shí)計(jì)數(shù)器數(shù)值在原有基礎(chǔ)上加1,其顯示器將顯示00、01、02、23、00。即當(dāng)數(shù)字鐘運(yùn)行到23點(diǎn)59分59秒時(shí)，當(dāng)秒計(jì)時(shí)器在接受一個(gè)秒脈沖，數(shù)字鐘將自動(dòng)顯示00點(diǎn)00分00秒。校時(shí)電路當(dāng)開關(guān)撥至校時(shí)檔時(shí)，電子鐘暫停工作，通過(guò)時(shí)、分校時(shí)開關(guān)分別對(duì)時(shí)、分進(jìn)行校對(duì)，開關(guān)每按兩次，與開關(guān)對(duì)應(yīng)的時(shí)或分計(jì)數(shù)器加1，當(dāng)調(diào)至需要的時(shí)與分時(shí)，開啟運(yùn)行開關(guān)，電子鐘從設(shè)置的時(shí)間

7、開始往后計(jì)時(shí)。秒信號(hào)產(chǎn)生電路晶體振蕩器電路給數(shù)字鐘提供一個(gè)頻率穩(wěn)定準(zhǔn)確的1MHZ勺方波信號(hào),可保證數(shù)字鐘的走時(shí)準(zhǔn)確及穩(wěn)定。不管是指針式的電子鐘還是數(shù)字顯示的電子鐘都使用了晶體振蕩器電路。分頻器電路將1MHZ勺高頻方波信號(hào)經(jīng)2A20次分頻后得到差不多1Hz的方波信號(hào)供秒計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)。電路的基本接法如下圖依次是時(shí)，分，秒三、各部分功能及其具體實(shí)現(xiàn)方案主體電路部分（1）時(shí)、分、秒計(jì)時(shí)器二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器簡(jiǎn)要原理說(shuō)明：24進(jìn)制計(jì)數(shù)器是由兩個(gè)10進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS162器件還有GAL20V配件級(jí)聯(lián)構(gòu)成，然后利用同步預(yù)置的方法實(shí)現(xiàn)。二十四進(jìn)制采用了同步預(yù)置的作用，所以若是時(shí)間控制為0到23，則23所存在的

8、時(shí)間不夠一個(gè)周期，若反饋的數(shù)定為24.這樣24與0共占用一個(gè)周期的時(shí)間。當(dāng)達(dá)到24即00100100是，恰好有與非電路實(shí)現(xiàn)清零。24進(jìn)制的連接圖（上圖）六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器簡(jiǎn)單原理說(shuō)明： 60 進(jìn)制計(jì)數(shù)器是由一個(gè)10 進(jìn)制計(jì)數(shù)器： 74LS162還有一個(gè)10進(jìn)制：74LS161級(jí)聯(lián)構(gòu)成，然后利用個(gè)位同步清零，十位異步清零的方法實(shí)現(xiàn)。如圖所示，14到11是高位的，組成100進(jìn)制后，當(dāng)高位為0101.即5時(shí)，低位開始進(jìn)行計(jì)數(shù)。從0000一直到1001，此時(shí)11為1，則經(jīng)過(guò)非門后為0，也就是說(shuō)在這個(gè)過(guò)程中經(jīng)歷了一個(gè)下降沿，這使得高位有效，即高位可以繼續(xù)增加了，但11和13經(jīng)過(guò)與門回到直接置數(shù)端，這樣置數(shù)有

9、效，因?yàn)榻尤朦c(diǎn)均接地，即為輸入均為0，又開始計(jì)時(shí)了。這樣就實(shí)現(xiàn)了00到59的變化，因?yàn)槭峭街脭?shù)，所以不會(huì)出現(xiàn)60。對(duì)于兩種電路的設(shè)計(jì)，既運(yùn)用到了同步置數(shù)，又利用了異步清零，兩者協(xié)調(diào)好了，就可以靈活的工作了。60進(jìn)制的連接圖（上圖）（分與秒都是一樣）分頻器是由三個(gè)GAL16V8級(jí)連接而成五調(diào)試電路具體調(diào)試步驟與方法：（ 1） 用示波器檢測(cè)石英晶振的輸出信號(hào)波形和頻率，輸出頻率應(yīng)為，（ 2） 將信號(hào)送入分頻器，用示波器檢查各級(jí)分頻器的輸出頻率是否符合要求，（3）將1HZ秒脈沖分別送入時(shí)分秒計(jì)數(shù)器，檢查各組計(jì)數(shù)器的工作情況，（ 4）觀察校時(shí)電路功能是否滿足要求，（ 5）當(dāng)分頻器和計(jì)數(shù)器調(diào)試工作正常

10、后，觀察電子鐘是否正確，正常地工作。（ 校時(shí)電源電路當(dāng)重新接通電源或走時(shí)出現(xiàn)誤差時(shí)都需要對(duì)時(shí)間進(jìn)行校正。通常，校正時(shí)間的方法是：首先截?cái)嗾５挠?jì)數(shù)通路，然后再進(jìn)行人工觸發(fā)計(jì)數(shù)或?qū)㈩l率較高的方波信號(hào)加到需要校正的計(jì)數(shù)單元的輸入端，校正好后，再轉(zhuǎn)入正常計(jì)時(shí)狀態(tài)即可。根據(jù)要求，數(shù)字鐘應(yīng)具有分校正和時(shí)校正功能，因此，應(yīng)截?cái)喾謧€(gè)位和時(shí)個(gè)位的直接計(jì)數(shù)通路，并采用正常計(jì)時(shí)信號(hào)與校正信號(hào)可以隨時(shí)切換的電路接入其中。校正好后再將單刀雙擲開關(guān)切換到正常的計(jì)時(shí)檔位，校時(shí)結(jié)束。簡(jiǎn)要原理說(shuō)明：這個(gè)電路連接部分也實(shí)現(xiàn)了以上分，秒，時(shí)計(jì)數(shù)電路的連接。在59分或者59秒時(shí)，即01011001，里面一共有4個(gè)1.分別輸入與門的

11、四個(gè)輸入端，也就是說(shuō)，只有59時(shí)，與門的輸出才為1，當(dāng)單擊空格鍵時(shí)，電路導(dǎo)通，經(jīng)過(guò)一個(gè)非門與時(shí)電路連接，這樣就順利的在下降沿實(shí)現(xiàn)增長(zhǎng)。所以經(jīng)過(guò)一個(gè)59秒時(shí)，分鐘增加一分鐘，經(jīng)過(guò)一個(gè)59分時(shí)，小時(shí)增加一小時(shí)。這樣一個(gè)基本的數(shù)字電子鐘就完成了。四課程設(shè)計(jì)總結(jié)（心得體會(huì)）通過(guò)這次數(shù)字電子鐘的課程設(shè)計(jì)，我們才把學(xué)到的東西與實(shí)踐相結(jié)合。從中對(duì)我們學(xué)的知識(shí)有了更進(jìn)一步的理解。這是一次綜合性很強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)，從最初的模型規(guī)劃，到具體功能的實(shí)現(xiàn)，再到電路的連接，直至最后的電路調(diào)試，每一個(gè)環(huán)節(jié)都讓我加深了對(duì)實(shí)際問(wèn)題的思考，同時(shí)也讓我動(dòng)手能力有了很大的提高。在此次的數(shù)字鐘設(shè)計(jì)過(guò)程中，更進(jìn)一步地熟悉了芯片的結(jié)構(gòu)及掌握了各

12、芯片的工作原理和其具體的使用方法。也鍛煉了自己獨(dú)立思考問(wèn)題的能力和通過(guò)查看相關(guān)資料來(lái)解決問(wèn)題的習(xí)慣。雖然這只是一次簡(jiǎn)單的課程設(shè)計(jì)，但通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)我們了解了課程設(shè)計(jì)的一般步驟，和設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問(wèn)題。設(shè)計(jì)本身并不是有很重要的意義，而是同學(xué)們對(duì)待問(wèn)題時(shí)的態(tài)度，團(tuán)隊(duì)精神和處理事情的能力。至于設(shè)計(jì)的成績(jī)無(wú)須看的太過(guò)于重要，而是設(shè)計(jì)的過(guò)程，設(shè)計(jì)的思想和設(shè)計(jì)電路中的每一個(gè)環(huán)節(jié)，電路中各個(gè)部分的功能是如何實(shí)現(xiàn)的。各個(gè)芯片能夠完成什么樣的功能，使用芯片時(shí)應(yīng)該注意那些要點(diǎn)。同一個(gè)電路可以用那些芯片實(shí)現(xiàn)，各個(gè)芯片實(shí)現(xiàn)同一個(gè)功能的區(qū)別。首先，本次實(shí)驗(yàn)均能按照實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要求的各項(xiàng)功能完成，包括秒脈沖電路，時(shí)鐘顯示，校時(shí)電路。完成的電路可以做到顯示24進(jìn)制小時(shí)，六十進(jìn)制分鐘和六十進(jìn)制秒鐘。并能夠在時(shí)間顯示不準(zhǔn)確的時(shí)候進(jìn)行校時(shí)。其次，在設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中，在選擇芯片上面，我們同組的人會(huì)產(chǎn)生一些分歧，比如在選擇六十進(jìn)制和十進(jìn)制的計(jì)數(shù)器中，我們選擇了用74SL162而他們則選擇74SL161,盡管有些不同但經(jīng)過(guò)大家的調(diào)試均可以實(shí)現(xiàn)其應(yīng)要的功能。在這個(gè)過(guò)程中，我更深刻地體會(huì)從分立元件到中小規(guī)模集成電路再到大規(guī)模集成電路的組成過(guò)程。同時(shí)也更加深入地了解了TDS-4實(shí)驗(yàn)