數(shù)字電子鐘的設(shè)計

1、 數(shù)字電子鐘的設(shè)計 贛南師院物理與電子信息學(xué)院數(shù)字電路課程設(shè)計報告書姓名： _ 班級： _ 學(xué)號： _時間： 數(shù)字電子鐘的設(shè)計摘要數(shù)字電子鐘是一種用數(shù)字電路技術(shù)實現(xiàn)時、分、秒計時的裝置，與機械式時鐘相比具有更高的準(zhǔn)確性和直觀性，且無機械裝置，具有更更長的使用壽命，因此得到了廣泛的使用。數(shù)字鐘從原理上講是一種典型的數(shù)字電路，其中包括了組合邏輯電路和時序電路。目前，數(shù)字鐘的功能越來越強，并且有多種專門的大規(guī)模集成電路可供選擇。從有利于學(xué)習(xí)的角度考慮，這里主要介紹以中小規(guī)模集成電路設(shè)計數(shù)字鐘的方法。經(jīng)過了數(shù)字電路設(shè)計這門課程的系統(tǒng)學(xué)習(xí)，特別經(jīng)過了關(guān)于組合邏輯電路與時序邏輯電路部分的學(xué)習(xí)，我們已經(jīng)具備

2、了設(shè)計小規(guī)模集成電路的能力，借由本次設(shè)計的機會，充分將所學(xué)的知識運用到實際中去。本次設(shè)計以數(shù)字電子為主，分別對秒計時顯示、分計時顯示、小時計時顯示及校時電路進行設(shè)計，然后將它們組合，來完成時、分、秒的顯示并且有走時校準(zhǔn)的功能。并通過本次設(shè)計加深對數(shù)字電子技術(shù)的理解以及更熟練使用計數(shù)器、觸發(fā)器和各種邏輯門電路的能力。關(guān)鍵詞：總體設(shè)計框圖；秒脈沖產(chǎn)生電路；24進制計數(shù)器；60進制計數(shù)器目錄1 設(shè)計目的32 設(shè)計要求指標(biāo)33 基本功能3 4 數(shù)字電子時鐘結(jié)構(gòu)和總體設(shè)計框圖3 5 電路原理分析4 5.1 秒脈沖產(chǎn)生電路4 5.2 時間計數(shù)器電路5 5.3 數(shù)字時鐘的計數(shù)顯示控制5 5.4 秒?yún)^(qū)十位向時

3、區(qū)進位65.5 小時計數(shù)器75.6 數(shù)字電子鐘的整體設(shè)計8 6 系統(tǒng)仿真與調(diào)試9 7.心得體會9 參考文獻10附錄11 1 設(shè)計目的掌握數(shù)字鐘的設(shè)計、組裝與調(diào)試方法。熟悉集成元器件的選擇和集成電路芯片的邏輯功能及使用方法。掌握面包板結(jié)構(gòu)及其接線方法熟悉仿真軟件的使用。為了保證計時準(zhǔn)確、穩(wěn)定，由晶體振蕩器提供標(biāo)準(zhǔn)時間的基準(zhǔn)信號。2 設(shè)計要求指標(biāo)畫出總體設(shè)計框圖，以說明數(shù)字鐘由哪些相對獨立的功能模塊組成，標(biāo)出各個模塊之間互相聯(lián)系，時鐘信號傳輸路徑、方向和頻率變化。并以文字對原理作輔助說明。設(shè)計各個功能模塊的電路圖，加上原理說明。選擇合適的元器件，在EWB上連接驗證、仿真、調(diào)試各個功能模塊的電路。在

4、連接驗證時設(shè)計、選擇合適的輸入信號和輸出方式，在充分電路正確性同時，輸入信號和輸出方式要便于電路的仿真、調(diào)試和故障排除。在驗證各個功能模塊基礎(chǔ)上，對整個電路的元器件和連接，進行合理布局，進行整個數(shù)字鐘電路的連接驗證、仿真、調(diào)試。自行接線驗證、仿真、調(diào)試，并能檢查和發(fā)現(xiàn)問題，根據(jù)原理、現(xiàn)象和仿真結(jié)果分析問題所在，加以解決。學(xué)生要解決的問題包括元器件選擇、連接和整體設(shè)計引起的問題。3 基本功能顯示時、分、秒?？梢?4小時制或12小時制。具有時間設(shè)置，時間清零（復(fù)位），時間修改、停止等功能。為了保證計時準(zhǔn)確、穩(wěn)定，由晶體振蕩器提供標(biāo)準(zhǔn)時間的基準(zhǔn)信號。4 數(shù)字電子時鐘結(jié)構(gòu)和總體設(shè)計框圖數(shù)字式計時器一般

5、由振蕩器、分頻器、計數(shù)器、譯碼器、顯示器等幾部分組成。在本設(shè)計中555振蕩器及其相應(yīng)外部電路組成標(biāo)準(zhǔn)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系統(tǒng)。秒信號送入計數(shù)器進行計數(shù)，把累計的結(jié)果以時、分、秒的數(shù)字顯示出來。時顯示由二十四進制計數(shù)器、譯碼器、顯示器構(gòu)成，分、秒顯示分別由六十進制計數(shù)器、譯碼器、顯示器構(gòu)成。其總體設(shè)計框圖如圖4.1所示。時顯示器分顯示器秒顯示器時顯示器分顯示器秒顯示器秒計時器分計時器時計時器秒計時器分計時器時計時器校時電路秒脈沖器穩(wěn)壓電源校時電路秒脈沖器穩(wěn)壓電源 圖4.1 圖4.1 總體設(shè)計框圖 5 數(shù)字電子鐘的基本原理秒脈沖產(chǎn)生電路 圖5.1 由555集成定

6、時器構(gòu)成的多諧振蕩器圖5.1.1脈沖信號模擬結(jié)果時間計數(shù)器電路圖5.2計秒（或計分）的六十進制計數(shù)原理框圖 圖5.3小時部分原理圖計“小時”電路： 小時的計數(shù)可以是二十四進制（也可以是十二進制），計數(shù)電路原理框圖如圖4所示。仍由兩塊集成計數(shù)芯片IC5和IC6組成。其中IC5為“小時”的個位計數(shù)，從初態(tài)QDQCQBQA0000開始計數(shù)，當(dāng)IC5的計數(shù)輸入（每小時一個計數(shù)脈沖）CP5接收到由計分進位輸出的第10個脈沖信號（對應(yīng)第10個小時）時，IC5應(yīng)當(dāng)復(fù)位，即QDQCQBQA0000。同時應(yīng)向IC6輸出進位脈沖信號，此時IC6應(yīng)計數(shù)為0001。當(dāng)?shù)?0個脈沖到來時則應(yīng)為0010，當(dāng)?shù)?4個脈沖到

7、來時，IC5和IC6的狀態(tài)都應(yīng)變?yōu)?000，即完成二十四進制計數(shù)，實現(xiàn)了計“小時”的功能。 數(shù)字時鐘的計數(shù)顯示控制在設(shè)計中，我們使用的是74LS160D十進制計數(shù)器，來實現(xiàn)計數(shù)的功能，實驗中主要用到了160的置數(shù)清零功能（特點：消耗一個時鐘脈沖），清零功能（特點：不耗時鐘脈沖），在上級160控制下級160時候通過組合電路（主要利用與非門）實現(xiàn)，在連接電路的時候要注意并且強調(diào)使能端的連接，其將影響到整一個電路的是否工作。圖5.4 60秒計數(shù)器電路圖秒?yún)^(qū)十位向時區(qū)進位000000010010001101000101產(chǎn)生了六個脈沖的時候向下級輸出一個時鐘脈沖，利用的還是與非門，目標(biāo)仍是實現(xiàn)正確的計時

8、顯示。圖5.5 6進制狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖 0000000100100011010001010110011110001001實現(xiàn)個位的計數(shù)，采用的是置數(shù)的方式（利用RCO端口），當(dāng)電路計數(shù)到1001的時候采用一個二輸入與非門接上級輸入的高位和低位輸出作為下級的信號，實現(xiàn)了秒?yún)^(qū)的個位和十位的顯示與控制。 圖5.6 10進制狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖小時計數(shù)器如圖5.9,采用兩片74LS160D并行方式連接構(gòu)成此24進制計數(shù)器，原理同秒鐘的基本一致。圖 5.7 4進制狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖 圖 5.8 2進制狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖圖5.9 24秒計數(shù)器電路圖數(shù)字電子鐘的整體設(shè)計整體設(shè)計如圖5.10。通過24進制計數(shù)器和60進制計數(shù)器級聯(lián)而成。當(dāng)數(shù)

9、值顯示達到：23：59的時候要實現(xiàn)清零的工作，采用CLR清零的方式反饋清零。 圖5.10 整體電路設(shè)計六 系統(tǒng)仿真與調(diào)試這次課程設(shè)計是我們第一次將所學(xué)的知識綜合應(yīng)用到實際中去。為期兩個星期的設(shè)計，本以為時間很充裕，但是整個設(shè)計方案、過程的完成遇到了很多之前想象不到的問題。比如設(shè)計方案中各集成塊引腳的接法、設(shè)計過程中每個系統(tǒng)的級聯(lián)、以及前期完成后電路中的調(diào)試問題等等。尤其是電路連接過程，即使完全按照之前的設(shè)計方案，但是依然很不順利，理論與實際當(dāng)中差距甚大。在這個過程中我們查閱了大量的資料，主要是來自網(wǎng)上及模電、數(shù)電等參考書，同時咨詢了學(xué)院的一些師兄和老師。最終在我的共同努力下，順利完成了整個課程

10、設(shè)計。七 心得體會學(xué)海無涯，學(xué)無止境。盡管課程設(shè)計是在期末才開始，我們的教材學(xué)習(xí)完畢，掌握許多知識，但是還有很多地方理解領(lǐng)悟不到位，由于對555電路相關(guān)章節(jié)未能掌握以致用到秒脈沖產(chǎn)生電路無法自行設(shè)計，只得參考其他文獻，在EWB中試行操作，逐步摸索。在此次的數(shù)字鐘設(shè)計過程中,更進一步地熟悉了芯片的結(jié)構(gòu)及掌握了各芯片的工作原理和其具體的使用方法. 在連接六進制,十進制,六十進制的進位及十二進制的接法中,要求熟悉邏輯電路及其芯片各引腳的功能,那么在電路出錯時便能準(zhǔn)確地找出錯誤所在并及時糾正了. 綜上所述，課程設(shè)計誠然是一門專業(yè)課，給我很多專業(yè)知識以及專業(yè)技能上的提升，同時又是一門講道課，一門辯思課，

11、給了我許多道，給了我很多思，給了我莫大的空間。至于建議，一言以蔽之，大學(xué)教育當(dāng)如此。參考文獻1康華光 ，電子技術(shù)基礎(chǔ)（數(shù)字部分）,高等教育出版社， 2000年2任致程經(jīng)典集成電路400例，機械工業(yè)出版社，2000年3陳大欽，電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗，華中理工大學(xué)電子教研室，高等教育出版社， 2000年4李忠波，電子設(shè)計與仿真技術(shù)，機械工業(yè)出版社，2004年5李林凌，Multisim電路仿真入門與進階，科學(xué)出版社，2005年6 康華光 電子技術(shù)基礎(chǔ) 數(shù)字部分 第五版 北京：高等教育出版社2006年 7 康華光 電子技術(shù)基礎(chǔ) 模擬部分 第五版 北京：高等教育出版社2006年8 羅飛通用電路的計算機分析與設(shè)計PSpice應(yīng)用教程北京：中國水利水電出版社，2004年9 秦曾煌電工學(xué)第六版 下冊 電子技術(shù)高等教育出版社2003年附錄 74160的功能分析1. RD是異步清零端,當(dāng)RD=0時,不管其他輸入端的狀態(tài)