數(shù)字時鐘設(shè)計與制作

1、.數(shù)字時鐘設(shè)計學(xué)院： 電氣與電子工程學(xué)院 班級: 學(xué)號：數(shù)字時鐘設(shè)計一、 設(shè)計目的數(shù)字電子技術(shù)的迅速發(fā)展，使各種類型集成電路在數(shù)字系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、信號處理等方面得到了廣泛的應(yīng)用。為了適應(yīng)現(xiàn)代電子技術(shù)的迅速發(fā)展需要，能夠較好的面向數(shù)字化和專用集成電路的新時代，數(shù)字電路綜合設(shè)計與制作數(shù)字鐘，可以讓我們了解數(shù)字時鐘的原理。在實驗原理的指導(dǎo)下，培養(yǎng)了分析和設(shè)計電路的能力。并且學(xué)會檢查和排除故障，提高分析處理實驗結(jié)果的能力。二、設(shè)計要求1、掌握各芯片的邏輯功能及使用方法2、數(shù)字時鐘時的計時要求為24翻1，分和秒的計時要求為60進制3、準確計時，以數(shù)字形式顯示時、分、秒的時鐘4、寫出設(shè)計、實驗總結(jié)報告。三

2、、電路中主要元件及功能1、芯片74LS29074LS290的邏輯符號圖如下：74LS290的主要功能如下：置“0”功能：當(dāng)S9（1）.S9（2）=0，且R0（1）=R0（2）=1時，計時器置“0“，即Q3 Q2 Q1 Q0=0000置“9”功能：當(dāng)S9（1）=S9（2）=1且R0（1）.R0（2）=0時，計時器置“9”，即Q3 Q2 Q1 Q0=1001計數(shù)功能：當(dāng)S9（1）.S9（2）=0，且R0（1）.R0（2）=0時，輸入計數(shù)脈沖CP，計數(shù)器開始計數(shù)。計數(shù)脈沖由CP0輸入，從Q0輸出時，則構(gòu)成一位二進制計數(shù)器；計數(shù)脈沖由CP1輸入， Q3Q2Q1輸出時，則構(gòu)成異步五進制計數(shù)器；若將Q0和

3、CP1相連，計數(shù)脈沖由CP0輸入，輸出為Q3Q2Q1Q0時，則構(gòu)成8421BCD碼異步十進制計數(shù)器；若將Q3和CP0相連，計數(shù)脈沖由CP1輸入，從高位到低位輸出為Q0Q1Q2Q3時，則構(gòu)成5421BCD碼異步十進制加法計數(shù)器。2、芯片CD4511CD4511的邏輯符號圖如下：CD4511是一個用于驅(qū)動共陰極 LED（數(shù)碼管）顯示器的 BCD 碼七段碼譯碼器，特點是：具有BCD轉(zhuǎn)換、消隱和鎖存控制、七段譯碼及驅(qū)動功能的CMOS電路能提供較大的拉電流，可直接驅(qū)動LED顯示器。3、芯片CD4060CD4060邏輯符號圖如下：CD4060由一振蕩器和14級二進制串行計數(shù)器位組成，振蕩器的結(jié)構(gòu)可以是RC

4、或晶振電路，CR為高電平時，計數(shù)器清零且振蕩器使用無效。所有的計數(shù)器位均為主從觸發(fā)器。在CP1(和CP0)的下降沿計數(shù)器以二進制進行計數(shù)。在時鐘脈沖線上使用斯密特觸發(fā)器對時鐘上升和下降時間無限制。4、LED-7LED-7的邏輯符號圖如下：7段LED數(shù)碼管是利用7個LED（發(fā)光二極管）外加一個小數(shù)點的LED組合而成的顯示設(shè)備，可以顯示0-9，10個數(shù)字和小數(shù)點。其半導(dǎo)體數(shù)碼管有共陽極和共陰極兩種類型。共陽極數(shù)碼管的七個發(fā)光二極管的陽極接在一起，而七個陰極則是獨立的 ，對低電平有效。共陰極數(shù)碼管與共陽極數(shù)碼管相反，七個發(fā)光二極管的陰極接在一起，而陽極是獨立的，對高電平有效。所以共陽極數(shù)碼管需要輸出

5、低電平有效的譯碼器去驅(qū)動。共陰極數(shù)碼管則需輸出高電平有效的譯碼器去驅(qū)動。 5、芯片74LS7474LS74的邏輯符號圖如下：74LS74內(nèi)含兩個獨立的D上升沿d觸發(fā)器，每個觸發(fā)器有數(shù)據(jù)輸入端（D）、置位輸入（）復(fù)位輸入（）、時鐘輸入（CP）和數(shù)據(jù)輸出（Q、），低電平使輸出預(yù)置或清除，而與其它輸入端的電平無關(guān)。當(dāng)、均無效（高電平）時，符合建立時間要求的D數(shù)據(jù)在CP上升沿作用下傳送到輸出端。四、數(shù)字時鐘原理圖五、設(shè)計思路1、數(shù)字時鐘的構(gòu)成數(shù)字時鐘是由脈沖發(fā)生器、計數(shù)器、譯碼器顯示驅(qū)動電路和校時電路組成。振蕩器產(chǎn)生穩(wěn)定的高頻脈沖信號,作為數(shù)字鐘的時間基準,然后經(jīng)過分頻器輸出標準秒脈沖。秒計數(shù)器滿60

6、后向分計數(shù)器進位,分計數(shù)器滿60后向小時計數(shù)器進位,小時計數(shù)器按照“24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。由于計時會出現(xiàn)誤差時,則需加校時電路對時、分進行校準。其組成框圖如下圖：2、數(shù)字時鐘的工作原理1）脈沖發(fā)生器電路采用了32768Hz的石英晶振經(jīng)過CD4060十四級二分頻后，在經(jīng)過74LS74 一級二分頻，共十五級分頻產(chǎn)生1Hz的標準脈沖信號。其電路圖如下：2）時間計數(shù)器計時器是一種計算輸入脈沖的時序邏輯網(wǎng)絡(luò)，被計數(shù)的輸入信號就是時序網(wǎng)絡(luò)的時鐘脈沖，它不僅可以計數(shù)而且還可以用來完成其他的特定邏輯功能，如測量、定時控制、數(shù)字運算等。數(shù)字時鐘的計數(shù)電路是用兩個六十進制計數(shù)電

7、路和24翻1計數(shù)電路實現(xiàn)的。數(shù)字時鐘的計數(shù)電路的設(shè)計可以用反饋歸零法。當(dāng)計數(shù)器正常計數(shù)時，反饋門不起作用，只有當(dāng)進位脈沖到來時，反饋信號將計數(shù)電路清零，實現(xiàn)相應(yīng)模的循環(huán)計數(shù)。秒計數(shù)器是由雙四位同步十進制加法計數(shù)器組成的六十進制計數(shù)器，其功能表如下根據(jù)功能表，當(dāng)1 腳cp脈沖為0，2腳EN下降時計數(shù)器做十進制加法計數(shù)，當(dāng)個位計數(shù)到9，即1001時時鐘清零，同時向引腳10即十位計數(shù)器的EN端送進一個下降脈沖， 使十位計數(shù)器進一，當(dāng)秒計數(shù)到60時，向分計時器送出一個脈沖信號，同時向秒計時器送清零信號，使秒計數(shù)清零。分計時器的工作原理與秒計時器相同，其時鐘脈沖來自于秒進位，其頻率為1/60Hz。時計時

8、器的工作原理同秒計數(shù)器相似，但計時器單元應(yīng)為24進制計數(shù)器，其時鐘脈沖來自于分進位，其頻率為1/3600Hz。電路圖如下：3）譯碼顯示驅(qū)動電路譯碼顯示電路的功能是將時、分、秒計數(shù)器輸出的4位代碼翻譯并顯示相應(yīng)的十進制數(shù)的狀態(tài)，通常譯碼器和顯示器是配套使用的。計數(shù)器實現(xiàn)了對時間的累計以8421BCD碼形式輸出，用CD4511電路將計數(shù)器的輸出數(shù)碼轉(zhuǎn)換為LED-7數(shù)碼管所需要的輸出邏輯和一定的電流。其譯碼顯示過程為：把計時器的輸出數(shù)碼接到驅(qū)動譯碼電路的U14、U13上，把秒計數(shù)器產(chǎn)生的60進位的二進制信號譯成斷代碼，并驅(qū)動數(shù)碼管DS6、DS5顯示秒的十位與個位。、同理，U12、U11驅(qū)動數(shù)碼管DS

9、4、DS3顯示分的十位與個位，U10、U9驅(qū)動數(shù)碼管DS2、DS1顯示時的十位與個位。其電路圖如下：4）、校時電路在剛接通電源或者時鐘走時出現(xiàn)誤差時，則需要進行時間的校準。調(diào)節(jié)開關(guān)S1,S2分別對時、分、秒單獨計數(shù)，計數(shù)脈沖由單次脈沖或聯(lián)系脈沖輸入。校時電路由與非門和二個開關(guān)組成，實現(xiàn)時、分的校準。在校時時，分采用等待校時，當(dāng)正常讀分時，S1接VCC，分脈沖送至計數(shù)器，使計數(shù)器讀分，校分時，S1接地，與非門被封，暫停讀分，待標準時到立即將S1接VCC即可。時的校時和分的校時相同，當(dāng)正常讀時時，S2接VCC，時脈沖送至計數(shù)器，使計數(shù)器讀時。校時時，S2接地，與非門被封，暫停讀時，當(dāng)標準時到立即將S2接VCC即可校準。其電路圖如下：六、設(shè)計總結(jié)本次的數(shù)字時鐘實驗，讓我對自己所學(xué)的知識得到了回顧。它也讓我充分發(fā)揮了對所學(xué)知識的理解和設(shè)計的書面表達能力。這為今后自己進一步深化學(xué)習(xí)，積累了一定的寶貴經(jīng)驗。撰寫報告的過程是對專業(yè)知識的學(xué)習(xí)過程，它使我運用已有的專業(yè)基礎(chǔ)知識，對其進行設(shè)計，分析和解決一個理論問題或?qū)嶋H問題，把知識轉(zhuǎn)化為能力的實際訓(xùn)練。本次的實驗，讓我發(fā)現(xiàn)理論必須用于實踐，否則只是一張白紙。此外只有理論水平提高了，才能更好的運用于實踐。另外，本次實驗