數(shù)字邏輯課程設(shè)計數(shù)字電子鐘

1、課程設(shè)計（綜合實驗）報告題目：第四個實驗數(shù)字電子鐘院系：計算機(jī)科學(xué)系班級：計算計科學(xué)與技術(shù)1班學(xué)號：學(xué)生姓名：隊員姓名:指導(dǎo)教師：數(shù)字邏輯綜合實驗任務(wù)書1、 目的與要求1 目的綜合實驗是教學(xué)中必不可少的重要環(huán)節(jié)，通過綜合實驗鞏固、深化和擴(kuò)展學(xué)生的理論知識與初步的專業(yè)技能，提高綜合運用知識的能力，逐步增強(qiáng)實際工程訓(xùn)練。注重培養(yǎng)學(xué)生正確的設(shè)計思想，掌握綜合實驗的主要內(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、文字和語言表達(dá)能力以及協(xié)作工作能力。提高學(xué)生運用所學(xué)的理論知識和技能解決實際問題的能及其基本工程素質(zhì)。2 .要求能夠根據(jù)設(shè)計任務(wù)和指標(biāo)要求，綜合運用電子技術(shù)課程中所學(xué)到的理論知識與

2、實踐技能獨立完成一個設(shè)計課題。根據(jù)課題需要選擇參考書籍，查閱手冊、圖表等有關(guān)文獻(xiàn)資料。要求通過獨立思考、深入鉆研綜合實驗中所遇到的問題，培養(yǎng)自己分析、解決問題的能力。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、實驗、再判斷”的基本方法，解決實驗中1 同步十進(jìn)制計數(shù)器74LS162 3 輸入正與非門 74LS00出現(xiàn)的問題。學(xué)會撰寫綜合實驗總結(jié)報告。通過綜合實驗，逐步形成嚴(yán)肅認(rèn)真、一絲不茍、實事求是的工作作風(fēng)和科學(xué)態(tài)度，培養(yǎng)學(xué)生樹立一定的生產(chǎn)觀點、經(jīng)濟(jì)觀點和全局觀點。要求學(xué)生在設(shè)計過程中，堅持勤儉節(jié)約的原

3、則，從現(xiàn)有條件出發(fā)，力爭少損壞元件。在綜合實驗過程中，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)計一臺能顯示時、分、秒的數(shù)字電子鐘，要求如下：1）秒、分為0059六十進(jìn)制計數(shù)器，時為0023二十四進(jìn)制計數(shù)器；2）可手動校正：可分別對秒、分、時進(jìn)行手動脈沖輸入調(diào)整或連續(xù)脈沖輸入校正，（校正時不能輸出進(jìn)位）。元器件選擇74LS162：4塊與非門74LS00：2塊共陽數(shù)碼管LED74LS161：2塊GAL16V8：2塊晶體振蕩器：1MHZGAL20V8：1塊TDS-4實驗箱導(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)制計數(shù)器74LS1614GAL20V8設(shè)計（實驗）正文數(shù)字鐘實際上是一個對標(biāo)準(zhǔn)頻率（1HZ）進(jìn)行計數(shù)的計數(shù)電路。由于計數(shù)的起始時間不可能與標(biāo)準(zhǔn)時間（如北京時間）一致，故需要在電路上加一個校時電路，同時標(biāo)準(zhǔn)的1HZ時間信號必須做到準(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)字鐘提供一個頻率穩(wěn)定準(zhǔn)確的1MHZ1P2A20HZ的方波信號，可保證數(shù)字鐘的走時準(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勺高頻方波信號經(jīng)2A20次分頻后得到差不多1Hz的方波信號供秒計數(shù)器進(jìn)行計數(shù)。分頻器實際上也就是計數(shù)器。時間計數(shù)電路由秒個位和秒十位計數(shù)器、分個位和分十位計數(shù)器及時個位和時十位計數(shù)器電路構(gòu)成，其中秒個位和秒十位計數(shù)器、分個位和分十位計數(shù)器為60進(jìn)制計數(shù)器，而根據(jù)設(shè)計要求，時個位和時十位計數(shù)器為24進(jìn)制計數(shù)器。1；系統(tǒng)原理框圖如下設(shè)計框圖LED數(shù)碼顯像管系統(tǒng)原理框圖說明時、分、秒計時器計時器為一個24進(jìn)制計數(shù)器，分、秒計時器均為60進(jìn)制計數(shù)器。當(dāng)秒計時器接受到一個秒脈沖時，秒計數(shù)器開始從1計數(shù)到60,此時

6、秒顯示器將顯示00、01、02、59、00;每當(dāng)秒計數(shù)器數(shù)到00時，就會產(chǎn)生一個脈沖輸出送至分計時器，此時分計數(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)分計數(shù)器數(shù)到00時，就會產(chǎn)生一個脈沖輸出送至?xí)r計時器，此時時計數(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)字鐘運行到23點59分59秒時，當(dāng)秒計時器在接受一個秒脈沖，數(shù)字鐘將自動顯示00點00分00秒。校時電路當(dāng)開關(guān)撥至校時檔時，電子鐘暫停工作，通過時、分校時開關(guān)分別對時、分進(jìn)行校對，開關(guān)每按兩次，與開關(guān)對應(yīng)的時或分計數(shù)器加1，當(dāng)調(diào)至需要的時與分時，開啟運行開關(guān)，電子鐘從設(shè)置的時間

7、開始往后計時。秒信號產(chǎn)生電路晶體振蕩器電路給數(shù)字鐘提供一個頻率穩(wěn)定準(zhǔn)確的1MHZ勺方波信號,可保證數(shù)字鐘的走時準(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勺高頻方波信號經(jīng)2A20次分頻后得到差不多1Hz的方波信號供秒計數(shù)器進(jìn)行計數(shù)。電路的基本接法如下圖依次是時，分，秒三、各部分功能及其具體實現(xiàn)方案主體電路部分（1）時、分、秒計時器二十四進(jìn)制計數(shù)器簡要原理說明：24進(jìn)制計數(shù)器是由兩個10進(jìn)制計數(shù)器74LS162器件還有GAL20V配件級聯(lián)構(gòu)成，然后利用同步預(yù)置的方法實現(xiàn)。二十四進(jìn)制采用了同步預(yù)置的作用，所以若是時間控制為0到23，則23所存在的

8、時間不夠一個周期，若反饋的數(shù)定為24.這樣24與0共占用一個周期的時間。當(dāng)達(dá)到24即00100100是，恰好有與非電路實現(xiàn)清零。24進(jìn)制的連接圖（上圖）六十進(jìn)制計數(shù)器簡單原理說明： 60 進(jìn)制計數(shù)器是由一個10 進(jìn)制計數(shù)器： 74LS162還有一個10進(jìn)制：74LS161級聯(lián)構(gòu)成，然后利用個位同步清零，十位異步清零的方法實現(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，低位開始進(jìn)行計數(shù)。從0000一直到1001，此時11為1，則經(jīng)過非門后為0，也就是說在這個過程中經(jīng)歷了一個下降沿，這使得高位有效，即高位可以繼續(xù)增加了，但11和13經(jīng)過與門回到直接置數(shù)端，這樣置數(shù)有

9、效，因為接入點均接地，即為輸入均為0，又開始計時了。這樣就實現(xiàn)了00到59的變化，因為是同步置數(shù)，所以不會出現(xiàn)60。對于兩種電路的設(shè)計，既運用到了同步置數(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GAL16V8級連接而成五調(diào)試電路具體調(diào)試步驟與方法：（ 1） 用示波器檢測石英晶振的輸出信號波形和頻率，輸出頻率應(yīng)為，（ 2） 將信號送入分頻器，用示波器檢查各級分頻器的輸出頻率是否符合要求，（3）將1HZ秒脈沖分別送入時分秒計數(shù)器，檢查各組計數(shù)器的工作情況，（ 4）觀察校時電路功能是否滿足要求，（ 5）當(dāng)分頻器和計數(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。（ 校時電源電路當(dāng)重新接通電源或走時出現(xiàn)誤差時都需要對時間進(jìn)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(jìn)行人工觸發(fā)計數(shù)或?qū)㈩l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(zhuǎn)入正常計時狀態(tài)即可。根據(jù)要求，數(shù)字鐘應(yīng)具有分校正和時校正功能，因此，應(yīng)截斷分個位和時個位的直接計數(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。校正好后再將單刀雙擲開關(guān)切換到正常的計時檔位，校時結(jié)束。簡要原理說明：這個電路連接部分也實現(xiàn)了以上分，秒，時計數(shù)電路的連接。在59分或者59秒時，即01011001，里面一共有4個1.分別輸入與門的

11、四個輸入端，也就是說，只有59時，與門的輸出才為1，當(dāng)單擊空格鍵時，電路導(dǎo)通，經(jīng)過一個非門與時電路連接，這樣就順利的在下降沿實現(xiàn)增長。所以經(jīng)過一個59秒時，分鐘增加一分鐘，經(jīng)過一個59分時，小時增加一小時。這樣一個基本的數(shù)字電子鐘就完成了。四課程設(shè)計總結(jié)（心得體會）通過這次數(shù)字電子鐘的課程設(shè)計，我們才把學(xué)到的東西與實踐相結(jié)合。從中對我們學(xué)的知識有了更進(jìn)一步的理解。這是一次綜合性很強(qiáng)的實驗，從最初的模型規(guī)劃，到具體功能的實現(xiàn)，再到電路的連接，直至最后的電路調(diào)試，每一個環(huán)節(jié)都讓我加深了對實際問題的思考，同時也讓我動手能力有了很大的提高。在此次的數(shù)字鐘設(shè)計過程中，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。也鍛煉了自己獨立思考問題的能力和通過查看相關(guān)資料來解決問題的習(xí)慣。雖然這只是一次簡單的課程設(shè)計，但通過這次課程設(shè)計我們了解了課程設(shè)計的一般步驟，和設(shè)計中應(yīng)注意的問題。設(shè)計本身并不是有很重要的意義，而是同學(xué)們對待問題時的態(tài)度，團(tuán)隊精神和處理事情的能力。至于設(shè)計的成績無須看的太過于重要，而是設(shè)計的過程，設(shè)計的思想和設(shè)計電路中的每一個環(huán)節(jié)，電路中各個部分的功能是如何實現(xiàn)的。各個芯片能夠完成什么樣的功能，使用芯片時應(yīng)該注意那些要點。同一個電路可以用那些芯片實現(xiàn)，各個芯片實現(xiàn)同一個功能的區(qū)別。首先，本次實驗均能按照實驗設(shè)計要求的各項功能完成，包括秒脈沖電路，時鐘顯示，校時電路。完成的電路可以做到顯示24進(jìn)制小時，六十進(jìn)制分鐘和六十進(jìn)制秒鐘。并能夠在時間顯示不準(zhǔn)確的時候進(jìn)行校時。其次，在設(shè)計過程當(dāng)中，在選擇芯片上面，我們同組的人會產(chǎn)生一些分歧，比如在選擇六十進(jìn)制和十進(jìn)制的計數(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)過大家的調(diào)試均可以實現(xiàn)其應(yīng)要的功能。在這個過程中，我更深刻地體會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程。同時也更加深入地了解了TDS-4實驗