數(shù)電課程設計數(shù)字鐘

課程設計課程名稱數(shù)字電子技術(shù)課題名稱多功能數(shù)字鐘專業(yè)自動化班級1503學號201501020302姓名湯偉明指導老師程春紅2016年11月21日電氣信息學院課程設計任務書一、任務及要求任務：1.設計一個擁有“時”、“分”、“秒”的十進制數(shù)字顯示鐘。2．擁有校時、校分、校秒功能。3．擁有整點報時功能，整點前10秒發(fā)光二極管閃耀5次，周期為2秒。4．設計振蕩器。要求：1.設計思路清楚，給出整體設計框圖，畫出整機原理圖；2.給出詳細設計思路，設計各單元電路、電路器件；3.總電路設計；4.進行實驗仿真調(diào)試，考證設計結(jié)果；5.編寫設計說明書；6.全部圖紙和說明書用計算機打印二、進度安排第一周：周一：部署任務，查找資料；周二～周三：設計系統(tǒng)方案，仿真；周四～周日：領(lǐng)元器件，電路安裝，或程序調(diào)試；第二周：周一～周二：電路安裝，調(diào)試，運轉(zhuǎn)或程序調(diào)試，下載運轉(zhuǎn)；周三：結(jié)果查收；周四：收元器件，整理實驗室，撰寫報告，辯論；周五：資料整理。三、參照資料康華光主編.電子技術(shù)基礎(chǔ)（數(shù)字部分），高等教育第一版社。閻石主編.電子技術(shù)基礎(chǔ)（數(shù)字部分），清華大學第一版社。任為民主編.電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設計，中央廣播電視大學第一版社。彭介華主編，電子技術(shù)課程設計指導，高等教育第一版社?！峨娮泳€路設計、實驗、測試》謝自美主編華中理工第一版目錄一、課程設計的任務要求·······································11.1、設計內(nèi)容····················································11.2、多功能數(shù)字鐘設計要求········································1二、設計方案·················································12.1、整體設計方案················································1三、單元電路（子模塊，子程序）剖析··························23.1、脈沖發(fā)生電路···············································33.2、計時電路···················································4、分秒計時電路························································4、時計時電路··························································5、時、分、秒計時功能的實現(xiàn)············································6、譯碼器驅(qū)動電路及數(shù)碼管顯示電路······································7、校時電路····························································8、整點報時電路·····························9四、系統(tǒng)仿真/測試···········································114.1、整點報時電路仿真···········································11五、電路安裝調(diào)試···········································12六、元件清單···············································126.1、元件清單··················································126.2、各芯片管腳圖及功能表···················12、555準時器的內(nèi)部構(gòu)造························12、同步十進制計數(shù)器74ls160功能表及引腳圖。··············14附頁：總電路圖······························15七、總結(jié)················································16一、課程設計的任務要求：1.1、設計內(nèi)容本項目利用中小規(guī)模集成芯片設計并制作多功能數(shù)字鐘。以同步十進制計數(shù)器為核心，聯(lián)合多諧振蕩器、譯碼器、門電路及數(shù)碼管共同構(gòu)成能夠?qū)崿F(xiàn)正確計時、校時、報時的多功能數(shù)字鐘。1.2、多功能數(shù)字鐘設計要求、正確計時，以數(shù)字形式顯示時(00～23)、分(00～59)、秒(00～59)的時間。、擁有校時功能。、整點報時。二、設計方案：2.1、整體設計方案整體電路能夠分為脈沖發(fā)生電路、分頻電路、計時電路、譯碼器驅(qū)動電路、數(shù)碼管顯示電路、校時電路、報時電路。整體方案原理框圖以下：數(shù)碼管數(shù)碼管數(shù)碼管數(shù)碼管數(shù)碼管數(shù)碼管時十位

時個位

分十位

分個位

秒十位

秒個位校時控制電2HZ多諧

校分控制電1HZ

校秒控制電多諧三、單元電路剖析：3.1、脈沖發(fā)生電路本方案中脈沖發(fā)生電路采納由555準時器外接電阻電容構(gòu)成的多諧振蕩器來產(chǎn)生脈沖波。由此脈沖波充任時鐘信號，信號周期的計算公式為T=(R1+2*R2)*C*LN2,所以產(chǎn)生秒脈沖的振蕩電路的外接電阻電容參數(shù)可設為R1=R2=48KΩ，C1=0.01uf，C=10uf。振蕩電路圖以下：秒脈沖發(fā)生電路3.2、計時電路計時電路分為六十進制的計數(shù)電路和二十四進制計數(shù)電路，分秒計時電路均為六十進制計數(shù)電路，時計時電路為二十四進制計數(shù)電路。分秒計時電路均由兩片74ls160芯片接成六十進制計數(shù)器構(gòu)成。、分秒計時電路分秒計時電路由兩片同步十進制計數(shù)器構(gòu)成，秒個位、分個位直接利用十進制計數(shù)器，不做改變，可是預置數(shù)端LD，異步置零復位端RD，工作狀態(tài)控制端EP、ET均接高電平，即一直處于計數(shù)狀態(tài)。兩片計數(shù)器的數(shù)據(jù)輸入端D0~D3均接低電平。秒十位、分十位由十進制計數(shù)器接成六進制計數(shù)器獲取，用置數(shù)法獲取六進制計數(shù)器，將74ls160的輸出端Q0、Q2接二輸入與非門，與非門輸出端接預置數(shù)端LD，則當輸出數(shù)據(jù)為0101時，預置數(shù)端為低，即當下一個時鐘脈沖上漲沿抵達時，芯片開始置數(shù)，此時，因為置數(shù)端均為零，則數(shù)據(jù)輸出端均變成零，即獲取0~5六進制計數(shù)器，為了將兩片計數(shù)器接成六十進制計數(shù)器，我們采納串前進位方式，將低位計數(shù)器的進位輸出端CO接非門，再接高位計數(shù)器時鐘信號輸入端CLK，從而構(gòu)成六十進制計數(shù)器。電路圖以下：六十進制計數(shù)器、時計時電路時計時電路為二十四進制計數(shù)器，相同用同步十進制計數(shù)器來接。這里，我們采納整體置數(shù)法將百進制計數(shù)器接成24進制計數(shù)器。高位片與低位片之間采納并前進位輸入的方式來接成百進制計數(shù)器，馬上低位片的進位輸出端CO接高位片的狀態(tài)控制端EP、ET.數(shù)據(jù)輸入端相同全接低，復位端接高，低位片的狀態(tài)控制端都接高。為了實現(xiàn)00~23的計數(shù)功能，則將時個位的輸出端Q0、Q1和時十位的輸出端Q1接三輸入與非門（74ls10），與非門的輸出端接兩片計數(shù)器的預置數(shù)端LD，從而實現(xiàn)整體指數(shù)的功能，當計數(shù)器從00計數(shù)到23時，計數(shù)器均工作在預置數(shù)狀態(tài)，當下一個時鐘脈沖的上漲沿抵達時，兩片計數(shù)器均被置零，從而實現(xiàn)小時的24進制計數(shù)功能。電路圖以下：二十四進制計數(shù)器、時、分、秒計時功能的實現(xiàn)為了實現(xiàn)時、分、秒的正確計時，則可將秒六十進制計時電路、分六十進制計時電路和時二十四進制計時電路進行級聯(lián)。同串前進位方式相同，將秒十位的進位輸出接非門，再接分個位的時鐘輸入端clk，分十位的進位輸出接非門，再接小時的時鐘輸入端CLK。因為分十位和秒十位都為六進制計數(shù)器，則進位輸出端可等同于計數(shù)器輸出端Q2，當計數(shù)器由0101變成0000時能夠獲取進位脈沖。整體計時電路以下：時鐘時分秒計時電路、譯碼器驅(qū)動電路及數(shù)碼管顯示電路譯碼驅(qū)動電路將計數(shù)器輸出的8421BCD碼變換為數(shù)碼管需要的邏輯狀態(tài)，而且為保證數(shù)碼管正常工作供給足夠的工作電流。這里，我們用74ls48七段顯示譯碼器來驅(qū)動七段陰極數(shù)碼管。用74ls48驅(qū)動數(shù)碼管時需保證其脈沖消隱輸出端RBO，脈沖消隱輸入端RBI及燈測試輸入端LT均接高電平。而七段陰極數(shù)碼管的7、6、4、2、1、9、10管腳分別對應數(shù)碼管的a~g段，即接譯碼器的13、12、11、10、15、14管腳。譯碼器的數(shù)據(jù)輸入端D0~D3分別對應計數(shù)器的數(shù)據(jù)輸出端Q0~Q3。電路圖以下：譯碼器驅(qū)動電路及數(shù)碼管顯示電路、校時電路當從頭接通電源或走時出現(xiàn)偏差時都需要對時間進行校訂。往常，校訂時間的方法是：第一截斷正常的計數(shù)通路，而后再進行人工出觸發(fā)計數(shù)或?qū)㈩l次較高的方波信號加到需要校訂的計數(shù)單元的輸入端，校訂好后，再轉(zhuǎn)入正常計時狀態(tài)即可。本方案中采納快校的方法，即經(jīng)過校時控制電路將2HZ的校時脈沖加到計數(shù)單元的輸入端，所以，應截斷分個位、時個位的直接計數(shù)通路，并采納正常計時信號與校訂信號能夠隨時切換的電路接入此中。如圖。校時控制電路、整點報時電路一般時鐘都應具備整點報時電路功能，即在時間出現(xiàn)整點前數(shù)秒內(nèi)，數(shù)字鐘會自動報時，以示提示。其作用方式是發(fā)出連續(xù)的或有節(jié)奏的音頻聲波，一般為

4低音1高音發(fā)出中斷聲響。依據(jù)要求，電路應在整點前

10秒鐘內(nèi)開始整點報時，即當時間在59分50秒到59分59秒時期時，報時電路控制報時信號。整點報時電路功能表CP(秒)Q3Q2Q1Q0功能510001亮520010暗530011亮540100暗550101亮560110暗570111亮581000暗591001亮四、系統(tǒng)仿真：4.1、整點報時電路仿真五、電路安裝調(diào)試：整體電路分為計時模塊，脈沖發(fā)生模塊，校時模塊，報時模塊。調(diào)試時分模塊在數(shù)字電路試驗箱長進行調(diào)試，逐一檢查各模塊的功能及解決出現(xiàn)的問題。計時模塊調(diào)試時，為秒個位計時單元加秒脈沖，察看計數(shù)器能否按要求工作。脈沖發(fā)生模塊調(diào)試時將脈沖輸出端接示波器，察看波形周期能否為所需周期。校時電路調(diào)試時，須將校時控制部分與計時單元放在一同調(diào)試，加上2HZ校時脈沖，察看各校時開封閉合時，時鐘能否正確校時。報時電路的調(diào)試也與計時部分和校時部分一同調(diào)試，利用校時電路將計時器的輸出設定為靠近整點的時間，而后察看整點時，報時電路能否正常工作。問題：因為線路接觸不良，致使校時電路模塊異樣，清除故障后電路正常工作。六、元件清單：6.1、元件清單74LS00D·······················1074LS08D·······················774LS20D·······················474LS160D······················6七段共陰極數(shù)碼管··············6電阻2Ω······················46.2、各芯片管腳圖及功能表、555準時器的內(nèi)部構(gòu)造如圖（a）所示。它由分壓器、兩個電壓比較器、基本RS觸發(fā)器、晶體管及緩沖器構(gòu)成。腳是接地端GND，2腳是低電平觸發(fā)端，3腳是輸出端OUT,四腳是復位端FT，5腳是電壓控制端，6腳是高電平觸發(fā)端，7腳是放電端，8腳是電源端VCC。555準時器功能見表1，此中4腳為復位端，當RD為低電平常，不論其余輸入端的狀態(tài)怎樣，輸出UO為低電平。只有當RD接高電平常，輸出的狀態(tài)將由2腳低電平觸發(fā)端和6腳高電平觸發(fā)端電壓的大小來決定，所以，在正常工作時，應將4腳接高電平。當ui1<(2/3)VCC,ui2<(1/3)VCC時，放電晶體管VT截止，輸出端仍為高電平。當ui1>(2/3)VCC,ui2>(1/3)VCC時，放電晶體管VT導通，輸出端UO為低電平。當ui1<(2/3)VCC,ui2>(1/3)VCC時，電路亦保持本來狀態(tài)不變。假如在電壓控制端施加一個外加電壓，比較器的參照電壓將發(fā)生變化，電路相應的閾值、觸發(fā)電平也將隨之變化，從而影響電路的工作狀態(tài)。555準時器功能表輸入輸出高電平觸發(fā)低電平觸發(fā)復位端輸出Uo晶體管VT的端端RD狀態(tài)Ui1Ui2XX00導通<(2/3)VCC<(1/3)VCC11截止>(2/3)VCC>(1/3)VCC10導通<(2/3)VCC>(1/3)VCC1不變不變、同步十進制計數(shù)器74ls160功能表及引腳圖。74ls160引腳圖74LS160功能表輸???入輸???出CPEPETQ××0××全“L”↑01××預置數(shù)據(jù)↑1111計數(shù)×110×保持×11×0保持附頁：總電路圖七、總結(jié)：經(jīng)過此次的實習自己對數(shù)電實驗箱有了必定的認識，并能嫻熟運用。而且在怎樣布線，怎樣把芯片放到適合的地方都下了很大功夫，在剖析對所連電路的整體布局也收獲了好多的東西。別的，此次實習還讓我們認識到團隊的力量，每步工作都是與隊友團結(jié)協(xié)作，共同達成，全部的問題也都一同解決。每一個人的收獲都很大，這是講堂上沒法獲取的，也是我們所需要的。此次課程設計共有兩周，我們的每步工作均依據(jù)設計步驟的時間安排進行，從資料的查閱，電路的設計，到整體電路的調(diào)試，每一步都讓我們收獲良多。在對講堂理論知識