上海大學電子技術(shù)課程設(shè)計數(shù)電

1、精選文檔電子技術(shù)課程設(shè)計報告多功能數(shù)字鐘電路設(shè)計上海大學機自學院自動化系電氣工程及其自動化姓名:*學號:*指導老師:徐昱琳201*年*月*日目錄一，設(shè)計課題1二，用途1三，設(shè)計任務(wù)和要求13.1設(shè)計任務(wù)指標13.2設(shè)計要求1四，電路構(gòu)成分析14.1秒脈沖產(chǎn)生電路24.1.1晶體振蕩電路34.1.2分頻電路34.2計數(shù)器電路44.2.1六十進制計數(shù)電路44.2.2二十四進制計數(shù)電路54.3譯碼顯示電路64.3.1CD4511譯碼器64.3.2小時譯碼顯示電路64.4校時、校分電路74.5整點報時電路84.6鬧鐘電路8五，總電路9六，電路仿真106.1初始狀態(tài)106.2校時、校分功能116.3滿六

2、十進位11七，總結(jié)12一，設(shè)計課題多功能數(shù)字鐘電路設(shè)計二，用途數(shù)字鐘是一種用數(shù)字電路技術(shù)實現(xiàn)時、分、秒計時的鐘表。與機械鐘相比具有更高的準確性和直觀性，具有更長的使用壽命，已得到廣泛的使用。數(shù)字鐘實際上是一個對標準頻率（1HZ）進行計數(shù)的計數(shù)電路。由于計數(shù)的起始時間不可能與標準時間（如北京時間）一致，故需要在電路上加一個校時電路，同時標準的1HZ時間信號必須做到準確穩(wěn)定，通常使用石英晶體振蕩器電路構(gòu)成數(shù)字鐘。三，設(shè)計任務(wù)和要求3.1設(shè)計任務(wù)指標1，時間以24小時為一個周期；2，數(shù)值顯示時、分、秒；3，有校時功能，可以分別對時及分進行單獨校時,使其校正到標準時間；4，具有整點報時功能，當時間到達

3、整點前5秒進行蜂鳴報時；5，具有鬧鐘功能，當時間到達預設(shè)的時間進行蜂鳴鬧鈴；6，為了保證計時的穩(wěn)定及準確須由石英晶體振蕩器提供時間基準信號。3.2設(shè)計要求利用中規(guī)模數(shù)字集成器件設(shè)計、實現(xiàn)所需電路，并在Multisim，Pspice或其它EDA軟件上對功能電路進行仿真、調(diào)試和完善。（本次設(shè)計采用Multisim軟件）四，電路構(gòu)成分析數(shù)字式計時器應由秒發(fā)生裝置、計秒，計分，計時部分、時間顯示部分、時間校正和鬧鐘報時等幾部分組成。 所涉及的電子器件主要有振蕩器、 加法計數(shù)器、譯碼器、顯示器、寄存器、比較器等。其中，振蕩器組成標準秒信號發(fā)生器；由不同進制的計數(shù)器、譯碼器和顯示器組成計時，顯示系統(tǒng)；寄存

4、器和比較器構(gòu)成定點報時系統(tǒng)。其結(jié)構(gòu)原理圖如下：圖 1 數(shù)字鐘基本原理框圖4.1秒脈沖產(chǎn)生電路秒脈沖產(chǎn)生電路的功能是產(chǎn)生標準脈沖信號，提供整點報時所需要的頻率信號。主要由振蕩器和分頻器組成。振蕩器是計數(shù)器的核心，振蕩器的穩(wěn)定度和頻率的精準度決定了計時器的準確度，本次設(shè)計采用石英晶體振蕩電路。石英晶體振蕩器具有頻率準確、振蕩穩(wěn)定、溫度系數(shù)小的特點。通常用晶體振蕩器發(fā)出的脈沖經(jīng)過整形、分頻獲得1Hz的脈沖輸出，電路如下圖：圖 24.1.1晶體振蕩電路電路通過CMOS非門構(gòu)成的輸出為方波的數(shù)字式晶體振蕩電路，該電路中CMOS非門U1與晶體、電容和電阻構(gòu)成的晶體振蕩器電路，U2實現(xiàn)整形功能，將輸出的近似

5、于正弦波的波形轉(zhuǎn)換為較為理想的方波。輸出反饋電阻R1為非門提供偏置，使電路工作于放大區(qū)。電容C1,C2與晶體構(gòu)成一個諧振型網(wǎng)絡(luò)，完成對振蕩頻率的控制功能，同時提供180°相移，從而和非門構(gòu)成一個正反饋網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)振蕩器功能。圖 34.1.2分頻電路一般采用多級2進制計數(shù)器來實現(xiàn)分頻，本設(shè)計將32768Hz的振蕩信號分頻為1Hz的分頻倍數(shù)為32768（215），即需15級二進制計數(shù)器，常用的二進制計數(shù)器有74HC74等等。本設(shè)計中采用CD4060輸入端串接非門來構(gòu)成分頻電路。圖 4圖 54.2計數(shù)器電路由秒計數(shù)器、分計數(shù)器和時計數(shù)器串接而成。秒脈沖信號將經(jīng)過6級計數(shù)器，分別得到秒個位、秒

6、十位、分個位、分十位、時個位、時十位的計時。為此需要6片中規(guī)模計數(shù)器。秒、分計數(shù)器都是六十進制（10*6），時計數(shù)器為二十四進制，用74160來實現(xiàn)。（反饋清零法）4.2.1六十進制計數(shù)電路秒計數(shù)器和分計數(shù)器各由一個十進制計數(shù)器（個位）和一個六進制計數(shù)器（十位）串組成，形成兩個六十進制計數(shù)器，其中個位計數(shù)器接成十進制形式。十位計數(shù)器懸著QB和QC端做反饋端，經(jīng)與非門輸出至控制清零端CLR,接成六進制計數(shù)形式（計數(shù)至0110時清零）。個位與十位計數(shù)器之間采用同步級聯(lián)復位方式，將個位計數(shù)器的進位輸出端ROC接至十位計數(shù)器的時鐘信號輸入端CLK，完成個位對十位計數(shù)器的進位控制。將十位計數(shù)器的反饋清零

7、信號經(jīng)非門輸出，作為六十進制的進位輸出脈沖信號，即當計數(shù)器至60時，反饋清零的低電平信號輸入CLR端，同時經(jīng)非門變?yōu)楦唠娖?，在同步級?lián)方式下，控制高位計數(shù)器的計數(shù)。創(chuàng)建如圖3所示的電路，IO1IO4是個位數(shù)碼管的顯示輸出端，IO5-Io8是十位數(shù)碼管的顯示輸出端，IO9接電源，給兩個芯片的使能端提供高電平，IO10在此電路作為秒計數(shù)電路時接秒信號產(chǎn)生電路，作為分計數(shù)電路時接秒計數(shù)電路提供過來的進位信號（即接至秒計數(shù)器的CLR端）。IO11作為低位計數(shù)器的進位輸出，與高位計數(shù)器的時鐘信號端相連。圖 64.2.2二十四進制計數(shù)電路創(chuàng)建如下圖所示的電路，IO1IO4是個位數(shù)碼管的顯示輸出端，IO5I

8、O8時十位數(shù)碼管的顯示輸出端，IO9接電源，給兩個芯片的使能端提供高電平，IO10接分計數(shù)電路提供過來的進位信號（即接至分計數(shù)器的CLR端）。分計數(shù)器需要的是一個二十四進制轉(zhuǎn)換的遞增計數(shù)電路。個位和十位數(shù)均連接成十進制計數(shù)形式，采用同步級聯(lián)復位方式。將個位計數(shù)器的進位輸出端RCO接至十位計數(shù)器的時鐘信號輸入端CLK，完成個位對十位計數(shù)器的進位控制。完成二十四進制，十位計數(shù)器的輸出端QB和個位計數(shù)器的輸出端QC通過與非門控制兩片計數(shù)器的清零端CLR，當計數(shù)器的輸出狀態(tài)為00100100時立即反饋清零，從而實現(xiàn)二十四進制遞增計數(shù)。圖 74.3譯碼顯示電路4.3.1CD4511譯碼器使數(shù)碼管能顯示十

9、進制數(shù)，經(jīng)譯碼器譯出，然后經(jīng)驅(qū)動器點亮對應段。圖 84.3.2小時譯碼顯示電路把4511譯碼器的數(shù)據(jù)與74160計數(shù)器的輸出端相連，分和秒顯示譯碼器也是如此。圖 94.4校時、校分電路校對時間一般在選定的準確時間到來之前進行的，可分為四個步驟：首先把時計數(shù)器置到所需的數(shù)字；然后再將分計數(shù)器置到所需的數(shù)字；與此同時或之后應將秒計數(shù)器清零，時鐘暫停計數(shù)，處于等待啟動階段；當選定的標準時刻到達的瞬間，按啟動按鈕，電路則從所預置時間開始計數(shù)。由此可知，校時、校分電路應具有預置小時、預置分、等待啟動、計時四個階段。在設(shè)計電路時既要方便可靠地實現(xiàn)校時校分的功能，又不能影響時鐘的正常計時，通常采用邏輯門切換

10、。當Q=1時，輸入的預置信號可以傳到時計數(shù)器的CLK端，進行校時工作，二分進位信號被封鎖。例如，校時電路原理示意圖如圖所示。當Q=0時，分進位信號可以傳到時計數(shù)器的CLK端，進行計時工作，而輸入的預置信號分進位信號被封鎖。校分電路也仿照此進行。圖 10當然上訴方法比較精確,也比較復雜,在精確要求不高時,也可以采用另一種方法.只需使用兩個雙向選擇開關(guān)將秒脈沖直接引入時計數(shù)器和分計數(shù)器即可實現(xiàn)功能。此時,低位計數(shù)器的進位信號輸出端需要通過雙向選擇開關(guān)的其中一選擇接至高位計數(shù)器的時鐘信號端,開關(guān)的另一選擇端接至秒脈沖信號。當日常顯示時間時,開關(guān)撥向低位計數(shù)器的進位信號輸出端;調(diào)時調(diào)分時撥向秒脈沖信號

11、,這樣可使計數(shù)器自動跳至所需校對的時間。4.5整點報時電路圖 114.6鬧鐘電路在指定的時間發(fā)出信號，或驅(qū)動音響電路“鬧時”；或?qū)δ逞b置的電源進行接通或斷開“控制”。不管是鬧時還是控制，都要求時間準確，即信號的開始時刻與持續(xù)時間必須滿足規(guī)定的要求。例如：要求上午6:30發(fā)出鬧時信號，6:30對應的時個位狀態(tài)為：0110，分十位對應的狀態(tài)為：0011。將上述計數(shù)器輸出為1的所有輸出端經(jīng)過與門電路去控制蜂鳴器，可以使蜂鳴器電路正好在6:30響持續(xù)1分鐘后停響，也可以通過開關(guān)自己關(guān)閉聲響。圖 12定時圖 13比較五，總電路圖 14六，電路仿真6.1初始狀態(tài)圖 156.2校時、校分功能控制K1/K2兩

12、個開關(guān)將秒脈沖信號直接引入時、分，從而實現(xiàn)校時，校分功能。圖 166.3滿六十進位秒à分：圖 17圖 18分à時：圖 19七，總結(jié)雖然是這學期才學的數(shù)電，但我仍然對數(shù)電設(shè)計感到巨大的壓力。從看到設(shè)計任務(wù)要求時的手足無措到慢慢著手查閱資料，舉步維艱的一點點設(shè)計確實經(jīng)歷了相當長一段時間。這也讓我明白了，像這種電路設(shè)計的課程實踐死相當重要的環(huán)節(jié)，光是看著原理和電路圖是沒用的，一定要親手使用Multism軟件仿真和親手連過線，才能真正體會到其中的原理以及實踐中可能出現(xiàn)的問題，從而去想辦法解決，也能更深入的去理解電路的實質(zhì)。通過這個設(shè)計，加強了自己對電路的調(diào)試能力，學到了更多關(guān)于改錯

13、的技能，犯錯時難免的，但更重要的是要懂得如何去改正并且做出改進。因為之前從未使用過軟件Multisim，所以在這款軟件的使用中我面臨了相當多的問題。首先是元件找不到，因為軟件是英文版，元件名看不懂，也不知道在哪個元件庫中，所以一開始只有百度所需元件的位置，實在是苦不堪言。而且，在仿真過程中我也遇到許多困難，所幸通過自己的努力和同學的幫助都一一克服了。首先，連接電路圖過程中，數(shù)碼管不能顯示，后經(jīng)圖形放大后才發(fā)現(xiàn)是電路斷路了。其次，布局的時候因元件比較多，整體布局比較困難，因子電路不如原電路直觀，最后在不斷努力下，終于不用子電路布好整個電路。經(jīng)過這次Multisim的仿真設(shè)計，我得到了一下收獲：、利用網(wǎng)絡(luò)這個信息匯集的領(lǐng)域，通過檢索、閱讀，提高自己閱讀文獻的本領(lǐng)；、在仿真過程中對芯片工作原理