數(shù)字電子課程設計數(shù)字鐘

1、數(shù)字電路課程設計報告目錄一、設計課題二、設計任務三、設計要求四、分析及設計過程五、組裝及調試過程六、參考文獻（各芯片功能）七、設計心得及總結一、設計課題多功能數(shù)字鐘電路設計.二、設計任務三、數(shù)字鐘的功能要求基本功能以數(shù)字形式顯示時、分、秒的時間，為節(jié)省器件，其中秒的個位可以用發(fā)光二極管指示，小時的十位亦可以用發(fā)光二極管指示，燈亮為“1”，燈滅為“0”。小時計數(shù)器的計時要求為“12翻1”。要求手動快速校時、校分或慢校時、慢校分。 擴展功能定時控制，其時間自定；仿廣播電臺整點報時；觸摸報整點時數(shù)或自動報整點時數(shù)。 2、設計步驟與要求：擬定數(shù)字鐘電路的組成框圖，要求設計優(yōu)化，電路功能多，器件少，成本

2、低。 設計并安裝各單元電路，要求布線整齊、美觀，便于級聯(lián)與調試。 測試數(shù)字鐘系統(tǒng)的邏輯功能，使?jié)M足設計功能的要求。 畫出數(shù)字鐘系統(tǒng)的整機邏輯電路圖。 寫出課程設計實驗報告。四、設計分析于過程本課題是數(shù)字電路中計數(shù)、分頻、譯碼、顯示及時鐘振蕩器等組合邏輯電路與時序邏輯電路的綜合應用。通過學習，要求掌握多功能數(shù)字鐘電路的設計方法、裝調技術及數(shù)字鐘的擴展應用。1、數(shù)字鐘的功能要求 （1）基本功能：準確計時，以數(shù)字形式顯示時、分、秒的時間； 小時的計時要求為“12翻1”，分和秒的計時要求為60進位； 校正時間。 （2）擴展功能 定時控制；仿廣播電臺整點報時；報整點時數(shù)；觸摸報整點時數(shù)。2、數(shù)字鐘電路系

3、統(tǒng)的組成框圖如圖S1-1所示，數(shù)字鐘電路系統(tǒng)由主體電路和擴展電路兩大部分所組成。其中主體電路完成數(shù)字鐘的基本功能，擴展電路完成數(shù)字鐘的擴展功能。系統(tǒng)的工作原理是：振蕩器產(chǎn)生的穩(wěn)定的高頻脈沖信號，作為數(shù)字鐘的時間基準，然后經(jīng)分頻器輸出標準秒脈沖。秒計數(shù)器計滿60后向分計數(shù)器進位，分計數(shù)器計滿60后向小時計數(shù)器進位，小時計數(shù)器按照“12翻1”規(guī)律計數(shù)。計數(shù)器的輸出分別經(jīng)譯碼器送顯示器顯示。計時出現(xiàn)誤差時可以用校時電路校時、校分、校秒。各擴展電路必須在主體電路正常運行的情況下才能進行功能擴展。圖S1-1 多功能數(shù)字鐘系統(tǒng)組成框圖3、主體電路的設計主體電路是由功能部件或單元電路組成的。在設計這些電路或

4、選擇部件時，盡量選用同類型的器件，如所有功能部件都采用TTL集成電路或都采用CMOS集成電路。整個系統(tǒng)所用的器件種類應盡可能少。下面介紹各功能部件或電路的設計。（1）振蕩器振蕩器是數(shù)字鐘的核心，振蕩器的穩(wěn)定度和頻率的精準度決定了數(shù)字鐘計時的準確程度，所以通常選用石英晶體來構成振蕩器電路。一般來說，振蕩器的頻率越高，計時的精度就越高，但耗電量將增大。如圖S1-2所示電路為電子手表集成電路（如5C702）中的晶體振蕩器電路，常取晶振的頻率為32768Hz，因其內(nèi)部有15級2分頻集成電路，所以輸出端正好得到1Hz的標準脈沖。如果精度要求不高也可以采用由集成邏輯門與RC組成的時鐘源振蕩器或由集成電路定

5、時器555與RC組成的多諧振蕩器。這里選用555構成的多諧振蕩器，設振蕩器頻fO=103Hz，電路參數(shù)如圖S1-3所示，其中10K電位器RP可微調振蕩器的輸出頻率fO.（2）分頻器分頻器的功能主要有兩個：一是產(chǎn)生標準秒脈沖信號；二是可提供功能擴展電路所需要的信號，如仿電臺報時用的103Hz的高音頻信號和500Hz的低音頻信號等。選用中規(guī)模集成電路計數(shù)器74LS90可以完成上述功能。如圖S1-4所示，將3片74LS90進行級聯(lián)，因每片為1/10分頻器，3片級聯(lián)正好獲得1Hz的標準秒脈沖。由74LS90的功能表可得，當它接成BCD十進制計數(shù)器時，QA的輸出是輸入脈沖CP的2分頻，所以第1片74LS

6、90的QA輸出脈沖的頻率為500Hz。圖S1-3 555振蕩器圖S1-4 振蕩器與分頻器電路（3）時分秒計數(shù)器分和秒計數(shù)器都是模M=60的計數(shù)器，采用中規(guī)模集成電路十進制計數(shù)器至少需要2片，因為10<M<100。它們的個位都是十進制計數(shù)器，而十位則是六進制計數(shù)器，其計數(shù)規(guī)律為0001585900。選用74LS92作為十位位計數(shù)器，74LS90作個位位計數(shù)器，再將它們進行級聯(lián)組成模數(shù)M=60的計數(shù)器。時計數(shù)器是一個“12翻1”的特殊進制計數(shù)器，即當數(shù)字鐘的計時器運行到12時59分59秒時，秒的個位計數(shù)器再輸入一個秒脈沖時，數(shù)字鐘應自動顯示為01時00分00秒，實現(xiàn)日常生活中習慣用的計

7、時規(guī)律。由此可見，時計數(shù)器的個位有09十個狀態(tài)，十位只有0和1兩種狀態(tài)，因此，十位位可以采用僅有兩個狀態(tài)的集成觸發(fā)器，如雙D觸發(fā)器74LS74（只用其中一個D觸發(fā)器）。時的個位雖然只有09十個狀態(tài)，但其重復周期需要輸入13個時鐘脈沖，因而需要采用功能較靈活的4位2進制計數(shù)器，這里選用74LS191。再將74LS74與74LS191通過控制門和反饋控制線進行級聯(lián)，組成“12翻1”的小時計數(shù)器。（4）譯碼顯示電路譯碼顯示電路的作用是將時分秒計數(shù)器輸出的4位二進制代碼翻譯并顯示出相應的十進制數(shù)的狀態(tài)，通常譯碼器與顯示器是配套使用的，如果選擇共陰發(fā)光二極管數(shù)碼顯示器BS201/202，則譯碼驅動器應選

8、配74LS48。（5）校時電路當數(shù)字鐘接通電源或者計時出現(xiàn)誤差時，均需要校正時間，校時是數(shù)字鐘應具備的基本功能。一般電子手表都具有時、分、秒等校時功能。為使電路簡單，本課題只進行分和小時的校正。對校時電路的要求是，在進行小時校正時不影響分和秒計數(shù)器的正常計數(shù)，同理，進行分校正時不影響秒計數(shù)器的正常計數(shù)。校正時間的方式有“快校時”和“慢校時”兩種，其中“快校時”是，通過校時開關的控制，使校時脈沖進入校時電路，則計數(shù)器對校時脈沖計數(shù)，當計到需要校正的時間時，再使計數(shù)器轉入正常計數(shù)。“慢校時”是用單脈沖發(fā)生器的輸出作校時脈沖，通過校時開關的控制，每觸發(fā)一次輸出一個單脈沖，則計數(shù)器加1，當計到需要校正

9、的時間時，再使計數(shù)器轉入正常計數(shù)。由此可見，兩種校時方式的電路應基本相同，不同的是校時脈沖的產(chǎn)生與控制方式有所區(qū)別。圖S1-5 校時電路 表S1-1 校時開關的功能圖S1-5所示電路為校“時”、?！胺帧彪娐?。其中S1為?！胺帧庇玫目刂崎_關，S2為?！皶r”用的控制開關，它們的控制功能如表S1-1所示。其中校時脈沖如果直接采用如圖S1-4所示的分頻器的10Hz的輸出脈沖，當S1或S2分別為“1”時可進行“快校時”。如果校時脈沖由單次脈沖產(chǎn)生器提供，則可以進行“慢校時”。需要注意的是，圖S1-5所示的校時電路是由與非門構成的組合邏輯電路，開關S1或S2為“0”或“1”時，可能會產(chǎn)生抖動，必要時還應將

10、其改為去抖動開關電路。 （6）主體電路的裝調根據(jù)圖S1-1所示的數(shù)字鐘系統(tǒng)組成框圖按照信號的流向分級安裝，逐級進行級聯(lián)，這里的每一級是指組成數(shù)字鐘的各功能電路。 根據(jù)數(shù)字電路安裝與調試基本方法，測試主體電路的邏輯功能。級聯(lián)時，如果出現(xiàn)時序配合不同步，或尖峰脈沖干擾，引起邏輯功能不正常時，可以通過增加邏輯門進行延時或反相。如果顯示字符變化很快，模糊不清，可能是由于電源電流的跳變引起的，可在集成電路器件的電源端VCC加退耦濾波電容。 畫數(shù)字鐘的主體邏輯電路圖經(jīng)過聯(lián)調并糾正方案中的錯誤和不足之處后，再測試電路的邏輯功能是否滿足設計要求。最后畫出滿足設計要求的總體邏輯電路圖。如果因實驗器材有限，其中秒

11、計數(shù)器的個位和時計數(shù)器的十位可以采用發(fā)光二極管指示，因而可以省去2片譯碼器和2只數(shù)碼顯示器。74ls00管腳圖五、組裝及調試過程1、555振蕩器的功能測試與調節(jié)555振蕩器工作的正常與否決定了本次設計的成敗，它是第一道坎，也是最關鍵的一步。根據(jù)555工作原理，設計出能夠產(chǎn)生多諧振蕩頻率的邏輯電路圖，并根據(jù)電路圖連線。用頻率計測試輸出頻率，并通過調節(jié)電位器可以得到1000Hz的輸出頻率。2、時鐘秒位電路的測試與調節(jié)我們知道74LS90芯片是十進制的計數(shù)器，而74LS92芯片是二-六-十混合進制計數(shù)器。時鐘的秒剛好是六十進制，通過2片芯片的共同使用，振蕩器產(chǎn)生的頻率分頻后作為90的輸入脈沖，90的

12、進位輸出作為92的輸入脈沖顯然就以實現(xiàn)這一功能。連線時，務必認清各芯片的引腳，否則將前功盡棄。3、時鐘分位電路的測試與調節(jié)時鐘的分位和秒位測試完全相同，只需將秒十位的進位輸出作為分個位的輸入信號即可實現(xiàn)。4、時鐘十位電路的測試與調節(jié)時計數(shù)器是一個“12翻1”的特殊進制計數(shù)器，即當數(shù)字鐘的計時器運行到12時59分59秒時，秒的個位計數(shù)器再輸入一個秒脈沖時，數(shù)字鐘應自動顯示為01時00分00秒。也就是說時位的個位應取十進制，而再來3個信號后時位應變?yōu)?0。這里時位的個位用191計數(shù)器計數(shù)，十位采用74LS74芯片。最終完成了時鐘時位的計數(shù)功能。六、參考文獻（各芯片功能）74ls191引腳圖 74l

13、s90引腳圖74ls74引腳圖CD4511引腳圖七、實驗總結及心得在這里首先感謝老師的悉心指導、教誨、督促和幫助，讓我能夠在兩天時間內(nèi)完成多功能數(shù)字鐘這個課程設計。之前通過對數(shù)字電子技術基礎課程的學習，我已經(jīng)初步掌握了數(shù)字電子技術的基本概念、結構化程序設計的基本方法，但實際動手、設計電路和電路調試的能力還遠遠不足?；仡櫰鸫舜握n程設計，至今我們?nèi)愿锌级?。的確，自從拿到題目到完成整個數(shù)字鐘的功能，從理論到實踐，可以學到很多很多的東西， 我更進一步地熟悉了芯片的結構及掌握了各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資料來解決問題的習慣。雖然這只是一次簡單的課程設計，但通過這次課程設計我了解了課程設計的一般步驟，和設計中應注意的問題。這次實驗中我最主要的難題就是校時和校分，對校時電路的要求是，在進行小時校正時不影響分和秒計數(shù)器的正常計數(shù)，同理，進行分校正時不影響秒計數(shù)器的正常計數(shù)，對于這個電路所用的與非門較為復雜，稍有