數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)數(shù)字電子鐘

1、遼 寧 工 學(xué) 院 課 程 設(shè) 計(jì) 說 明 書（論 文）遼遼 寧寧 工工 業(yè)業(yè) 大大 學(xué)學(xué) 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) 課程設(shè)計(jì)（論文）課程設(shè)計(jì)（論文）題目：題目： 數(shù)字電子鐘數(shù)字電子鐘 院（系）：院（系）： 電子與信息工程學(xué)院電子與信息工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí)：專業(yè)班級(jí)： 電子電子092092 學(xué)學(xué) 號(hào)：號(hào)： 0 09040403190404031 學(xué)生姓名：學(xué)生姓名： 羅哲羅哲 指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師： 關(guān)維國關(guān)維國 （簽字）起止時(shí)間：起止時(shí)間： 2011.12.122011.12.23 遼 寧 工 業(yè) 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （論文）- 2 - 課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及評(píng)語課程設(shè)計(jì)

2、（論文）任務(wù)及評(píng)語院（系）：電子與信息工程學(xué)院 教研室：電子信息工程學(xué)號(hào)090404031學(xué)生姓名羅哲專業(yè)班級(jí)電子 092課程設(shè)計(jì)題目數(shù)字電子鐘課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)設(shè)計(jì)參數(shù)：（1）能直接顯示時(shí)、分、秒十進(jìn)制數(shù)字（2）具有校時(shí)功能。（3）具有整點(diǎn)報(bào)時(shí)功能。（4）采用中、小規(guī)模數(shù)字集成電路實(shí)現(xiàn)。（5）利用 ewb 進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真。設(shè)計(jì)要求：1 .分析設(shè)計(jì)要求，明確性能指標(biāo)。必須仔細(xì)分析課題要求、性能、指標(biāo)及應(yīng)用環(huán)境等，廣開思路，構(gòu)思出各種總體方案，繪制結(jié)構(gòu)框圖。2 .確定合理的總體方案。對(duì)各種方案進(jìn)行比較，以電路的先進(jìn)性、結(jié)構(gòu)的繁簡(jiǎn)、成本的高低及制作的難易等方面作綜合比較，并考慮器件的來源，敲定可

3、行方案。3 .設(shè)計(jì)各單元電路?？傮w方案化整為零，分解成若干子系統(tǒng)或單元電路，逐個(gè)設(shè)計(jì)。4.組成系統(tǒng)。在一定幅面的圖紙上合理布局，通常是按信號(hào)的流向，采用左進(jìn)右出的規(guī)律擺放各電路，并標(biāo)出必要的說明。進(jìn)度計(jì)劃1、布置任務(wù)，查閱資料，理解掌握數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)要求。 （1 天）2、確定數(shù)字電子鐘技術(shù)指標(biāo)，設(shè)計(jì)方案框圖。 （2 天）3、設(shè)計(jì)各中間級(jí)電路的電路圖。 （2 天）4、繪制整體電路圖，確定其工作原理。 （2 天）5、對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真，完成整體電路圖并性能分析。 （2 天）6、撰寫、打印設(shè)計(jì)說明書（1 天）指導(dǎo)教師評(píng)語及成績(jī)平時(shí)： 論文質(zhì)量： 答辯： 學(xué)生簽字： 總成績(jī)： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日

4、 遼 寧 工 業(yè) 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （論文）- 3 -摘要實(shí)現(xiàn)電子鐘的方法有很多，如用單片機(jī)或純數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)。本文主要講述電子鐘的純數(shù)字電路設(shè)計(jì)，即不包含軟件部分。而單純的硬件電路對(duì)于初學(xué)者掌握最基本的電學(xué)原理是有著重要作用的。本文主要包含脈沖發(fā)生電路設(shè)計(jì)、計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)和控制電路設(shè)計(jì)三部分。產(chǎn)生脈沖的方式本文將介紹三種，這三種方法各有千秋，有的易于實(shí)現(xiàn)，有的穩(wěn)定性能很好。脈沖發(fā)生在這個(gè)設(shè)計(jì)中主要有兩個(gè)作用，一個(gè)是作為時(shí)基信號(hào)，另一個(gè)是在整點(diǎn)報(bào)時(shí)的時(shí)候驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)生。在計(jì)數(shù)器部分，本文采用了異步計(jì)數(shù)的方式，并闡述了不使用同步法計(jì)數(shù)的主要原因。實(shí)現(xiàn)數(shù)字電子鐘需要使用六片4位二級(jí)制計(jì)

5、數(shù)器分別組成十進(jìn)制，六進(jìn)制，和二十四進(jìn)制的計(jì)數(shù)器。數(shù)字電子鐘的校對(duì)功能同樣重要，本文給出了通過手動(dòng)開關(guān)和數(shù)字（電路）控制開關(guān)來實(shí)現(xiàn)校對(duì)功能的方法。即對(duì)計(jì)數(shù)器而言，既可以通過改變時(shí)鐘信號(hào)來校準(zhǔn)，也可以通過讀取預(yù)置數(shù)來校準(zhǔn)。本文也包含了顯示電路單元的設(shè)計(jì)，以及實(shí)物的制作等內(nèi)容。本文最終的實(shí)現(xiàn)方案可行性將在第五章中詳加敘述。同時(shí)將說明在設(shè)計(jì)方面存在的不足以及改進(jìn)的方法。本科生課程設(shè)計(jì)（論文）0目錄第 1 章 緒論 .1第 2 章 脈沖發(fā)生電路的設(shè)計(jì) .22.1 方案一：555 定時(shí)器外接 rc 元件構(gòu)成多諧振蕩電路 .22.2 方案二：用 cd4060 外接晶振的振蕩電路.22.3 方案三：用雙三極

6、管組成的振蕩電路.3第 3 章 計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì) .53.1 異步電路實(shí)現(xiàn)方法.53.2 同步電路實(shí)現(xiàn)方法.7第 4 章 控制電路設(shè)計(jì) .94.1 校準(zhǔn)功能的實(shí)現(xiàn).94.2 led 顯示電路 .104.3 整點(diǎn)報(bào)時(shí)功能的實(shí)現(xiàn).11第 5 章 實(shí)際電路的制作和調(diào)試 .125.1 秒脈沖和分脈沖模塊.125.2 時(shí)、分計(jì)數(shù)及顯示模塊.135.3 電源和揚(yáng)聲器模塊.13第 6 章 課程設(shè)計(jì)總結(jié) .14參考文獻(xiàn) .15附錄 1 整體電路圖.16附錄 2 器件清單.17本科生課程設(shè)計(jì)（論文）0第 1 章 緒論實(shí)現(xiàn)電子鐘的方法有很多，如用單片機(jī)或純數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)。本文主要講述電子鐘的純數(shù)字電路設(shè)計(jì)，即不包含軟件部

7、分。雖然在軟件與硬件的界限逐漸不甚清晰的今天，純硬件電路的應(yīng)用已愈來愈少，但單純的硬件電路對(duì)于初學(xué)者掌握最基本的電學(xué)原理仍有重要作用。也可以說，搞好硬件電路的設(shè)計(jì)與開發(fā)，是軟件編程的基礎(chǔ)。本文主要分三部分來闡述數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)。即時(shí)鐘發(fā)生器的設(shè)計(jì)，計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)和控制電路的設(shè)計(jì)。其中，時(shí)鐘發(fā)生器的原理較為簡(jiǎn)單，本文介紹了三種實(shí)現(xiàn)方法，分別是“555 定時(shí)器外接 rc 元件構(gòu)成多諧振蕩電路” 、 “用 cd4060 外接晶振的振蕩電路” 、 “用雙三極管組成的振蕩電路” 。后者較為復(fù)雜。主要體現(xiàn)在各片計(jì)數(shù)器之間的關(guān)系上。由于同步法實(shí)現(xiàn)起來有諸多問題，所以第三章本文將主要介紹異步的實(shí)現(xiàn)方法。第四章的控

8、制電路的設(shè)計(jì)主要通過 74161 芯片讀取預(yù)置數(shù)的功能來實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)數(shù)字電子鐘，計(jì)數(shù)器是核心環(huán)節(jié)，主要通過計(jì)數(shù)器芯片和與非門電路等互相搭配來實(shí)現(xiàn)。第三章和第四章的介紹僅限于理論的分析，對(duì)其實(shí)際操作的環(huán)節(jié)將在第五章中著重介紹。其重點(diǎn)在于是同步控制還是異步控制，是利用讀數(shù)清零，還是令其強(qiáng)制清零。同時(shí)，由于可以實(shí)現(xiàn)的計(jì)數(shù)器有很多。但不同的芯片其功能有不盡形同，在設(shè)計(jì)的時(shí)候，要求設(shè)計(jì)者要能區(qū)分這其中細(xì)微的差別。本科生課程設(shè)計(jì)（論文）1第 2 章 脈沖發(fā)生電路的設(shè)計(jì)2.1 方案一：555 定時(shí)器外接 rc 元件構(gòu)成多諧振蕩電路555 定時(shí)器是一種常見的時(shí)鐘發(fā)生電路。它具有電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用的外圍元件少等特

9、點(diǎn)。由 555 定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器由電阻 r1、r2，電容 c 以及旁路電容 cp 等組成。其輸出頻率：2ln2211crrf當(dāng) f=1hz 時(shí)，若選 c 為 1f 的電解電容，取ln2=0.69，得 r1+2r2=1449.275k。令r1=1m，r2=449.275k。若 r2 用220k+220k+6.8k+10k/3.3k 的形式替換，可得到周期為1.00000403s 的脈沖。2.2 方案二：用 cd4060 外接晶振的振蕩電路本電路主要由 14 位二進(jìn)制串行計(jì)數(shù)器 cd4060 和 jk 觸發(fā)器 cd4027 組成。14 位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器 cd4060 內(nèi)部含有一個(gè)由非門電路組成

10、的振蕩器，在cd4060 的 10、11 腳之間接上一個(gè) 32.768khz 的晶體，就可以構(gòu)成一個(gè)振蕩器，其輸出脈沖經(jīng)過施密特整形電路整形后送入內(nèi)部進(jìn)行計(jì)數(shù)、分頻，經(jīng) 214=16384分頻，在輸出端可得到 2hz（）的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。再經(jīng)一級(jí) cd4027hz22hz3276814組成的 2 分頻電路分頻，即可得到秒脈沖信號(hào)。u co5u 116u 122u o7vcc8rd4v o3gnd155 5jp?v c ccp10nr1r2c圖 2-1 555 多諧振蕩電路3161011813cd 4060653847110cd 4027r21mr12.2 k32.768kh zc25/5 0pc12

11、3pc30.0 1p+5vu og n d圖 2-2 用晶振產(chǎn)生恒定脈沖電路本科生課程設(shè)計(jì)（論文）2電路中 c2 為微調(diào)電容，用來調(diào)整晶振的振蕩頻率。2.3 方案三：用雙三極管組成的振蕩電路電路原理圖如下圖所示，其中 q1 與 c1 為一組，q2 與 c2 為一組。當(dāng)前者充電時(shí)，當(dāng)前者充電時(shí)，q1 截止，q1 集電極輸出高電平（此時(shí) q2 處于導(dǎo)通狀態(tài)） ；當(dāng) c1 負(fù)極電壓上升至 q1 的導(dǎo)通電壓后，q1 導(dǎo)通，q1 集電極輸出低電平，同時(shí) c2 負(fù)極瞬間失電，q2 截止。c2 負(fù)極在開始充電，直到 q2再次導(dǎo)通。此電路的周期的理論值為23127 . 07 . 0crcrt圖 2-4 對(duì)電路

12、進(jìn)行了仿真測(cè)試。藍(lán)色波形為 q2 集電極波形，黑色為 c1 電容器的負(fù)極波形。有圖中可看出，c1 從負(fù)電壓開始充電，當(dāng)?shù)竭_(dá) q1 導(dǎo)通電壓時(shí)（q1 導(dǎo)通電壓約為 0.7v） ，q2 集電極輸出高電平。此電路原理較為簡(jiǎn)單，但起振的條件受 rc 值的影響較大。如當(dāng) r1 和 r4 小于 1k 時(shí)電路即不可圖 2-3 雙三極管組成的振蕩電路圖 2-4 雙三極管組成的振蕩電路波形圖圖 2-5 上升延遲時(shí)間本科生課程設(shè)計(jì)（論文）3振蕩，若其值稍大，則電容器正極板充電較慢，表現(xiàn)為沒有明顯的上升沿。 （如圖）由于受限條件較多，所以也很難得出較為精確的 1s 脈沖，故不采用此方案。本科生課程設(shè)計(jì)（論文）4第

13、3 章 計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)3.1 異步電路實(shí)現(xiàn)方法計(jì)數(shù)器由 6 片十六進(jìn)制計(jì)數(shù)器 74hc161（或用十進(jìn)制計(jì)數(shù)器 74160 亦可）和其他門電路構(gòu)成。分別用于模擬電子鐘的時(shí)、分、秒的個(gè)位和十位。如下圖所示，將脈沖信號(hào)送入第一片的 clk 端，作為時(shí)鐘。7 腳（enp） 、1腳（clr） 、10 腳（ent）均接 vcc。這里需要注意的是如果使用 ttl 集成電路，且電源電壓大于 5.5v，以上需接高電平的各引腳不能與電源直接相連，否則會(huì)使ic 損壞。而如果使用 cmos 集成電路，則多余輸入端一定不能懸空，因?yàn)殡娖讲环€(wěn)會(huì)對(duì)電路的邏輯情況產(chǎn)生干擾。圖 3-1 分鐘信號(hào)產(chǎn)生方法第一片正常工作時(shí)，由于時(shí)鐘

14、頻率為 1hz，所以每過 1s 計(jì)數(shù)一次，也就相當(dāng)于電子鐘秒的個(gè)位數(shù)，其工作狀態(tài)應(yīng)為 10 進(jìn)制計(jì)數(shù)器。由于 74161 是 16 進(jìn)制計(jì)數(shù)器，所以在 q1a 和 q1d 后接與非門反饋到置數(shù)端（ld） ，即當(dāng)輸出為 1001 時(shí)等到下降沿讀數(shù)。之所以不使用復(fù)位法清零，是因?yàn)閺?fù)位清零功能不受時(shí)鐘控制。如果使用復(fù)位法清零，應(yīng)將與非門接在 q1b 和 q1d 之后再反饋到清零端，這樣就可以在輸出“1010” （8421 碼的 a）的時(shí)刻立即清零。由于不受時(shí)鐘控制，所以不必等到時(shí)鐘下降沿到來，清零過程只是一個(gè)瞬間，在數(shù)顯管上也不會(huì)顯示出來。但此種方法形成的脈沖占空比接近于 1，在對(duì)下一片作用的時(shí)候有

15、效脈沖寬度有限，所以不采用復(fù)位法清零。 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9本科生課程設(shè)計(jì)（論文）5 （a） （b）圖 3-2 復(fù)位清零（a）與置數(shù)清零（b）的比較以第一片的清零信號(hào)作為第二片的時(shí)鐘信號(hào)。 第二片相當(dāng)于電子鐘秒的十位，其工作狀態(tài)應(yīng)設(shè)置為 6 進(jìn)制計(jì)數(shù)器。當(dāng)其計(jì)數(shù)到“0101” （bcd 碼的 5）時(shí)，維持一個(gè)由第一片分頻所得的脈沖周期，即等待個(gè)位再計(jì)數(shù) 10 次，然后通過讀取預(yù)置數(shù)清零。 圖 3-3 秒清零信號(hào)與十秒清零信號(hào)波形 使用雙通道示波器的不同量程對(duì)這部分電路進(jìn)行跟蹤，其波形如圖 3-3.圖中幅值量程大的是第二片的清零信號(hào)，幅值

16、小的是第一片的清零信號(hào)，即第二片的時(shí)鐘信號(hào)。從圖中可明顯看出，當(dāng)?shù)谝黄那辶阈盘?hào)（即第二片的時(shí)鐘信號(hào)）下降沿到來時(shí)，讀取預(yù)置數(shù)，將 q2a 和 q2c 的高電平變?yōu)榈碗娖?，第二片輸出?000” ，同時(shí)第二片的清零信號(hào)上升為高電平。顯然此清零信號(hào)的周期為1min，所以將其作為下一片 74161 的時(shí)鐘信號(hào)。 上述方法存在一個(gè)問題，就是當(dāng)個(gè)位數(shù)到 9 時(shí)，十位立即計(jì)數(shù)一次，就是說是十進(jìn)制形式的逢九進(jìn)一，雖然仍是十進(jìn)制的計(jì)數(shù)方式，但與電子鐘的功能顯然不同。原因從圖 3-2 的（b）中可以看出。當(dāng)個(gè)位出現(xiàn)“1001”的瞬間，個(gè)位數(shù)由8 跳變?yōu)?9，處于下降沿，此下降沿又作為第二片的時(shí)鐘信號(hào)，故第二片

17、在由 8向 9 跳變的同時(shí)就開始計(jì)數(shù)。圖 3-4 是對(duì)上述結(jié)論的模擬驗(yàn)證。其中紫色波形表示第二片 74hc161 的輸出q2a。紅色是第一片的清零信號(hào)。 （注意：紅色線處于低電平時(shí)的狀態(tài)是“1001” ，而不是“0000” 。 ）顯然，個(gè)位由 8 到 9 的跳變，與十位的計(jì)數(shù)是同步的。圖 3-4 74hc161 的清零時(shí)刻本科生課程設(shè)計(jì)（論文）6解決方法是將第一片的清零信號(hào)取反，然后再作為第二片的時(shí)鐘就可。如圖3-5。圖 3-5 對(duì) 74hc161 進(jìn)位信號(hào)的改進(jìn) 將 3 個(gè)上述系統(tǒng)級(jí)聯(lián)可得小時(shí)位能計(jì)數(shù)到 60 點(diǎn)的電子鐘。然后再將小時(shí)位進(jìn)行改動(dòng)即可。具體方法如下：對(duì)第六片 74hc161 輸

18、出端 q6b 取反，準(zhǔn)備反饋到 ld6，即將小時(shí)的十位設(shè)置成 3 進(jìn)制計(jì)數(shù)器。然后將其與前面五片的五個(gè)清零信號(hào)一同取“或邏輯” ，再將輸出反饋到 ld6。整體電路圖如圖 3-6。 （注：圖示電路圖是按 74161 設(shè)計(jì)的，74160 則不能正常運(yùn)行，因?yàn)榍罢呦陆笛赜|發(fā)，而后者上升沿觸發(fā)。如果一定要用 74160 則應(yīng)去掉圖中所有非門）3.2 同步電路實(shí)現(xiàn)方法與異步實(shí)現(xiàn)的方法不同的是，同步電路的所有計(jì)數(shù)芯片都采用同一時(shí)鐘進(jìn)行控制。將前一片的清零信號(hào)送至下一片的 enp 或 ent。同時(shí)由于讀取預(yù)置數(shù)是通過時(shí)鐘下降沿來工作的，如果所有計(jì)數(shù)器采用同一時(shí)鐘，那么就要對(duì)輸出信號(hào)加 1 再取與非送至 cl

19、r。如秒的十位應(yīng)為 6 進(jìn)制計(jì)數(shù)器，則不能取“0101”做與非，而應(yīng)是將“0110”取與非，即 q2b 和 q2c 取與非后反饋至 clr。但這樣做就會(huì)存在圖 3-2（a）所說的有效脈寬過窄不足以驅(qū)動(dòng)下一片芯片的問題。因此不采用同步法來實(shí)現(xiàn)本電路。本科生課程設(shè)計(jì)（論文）8圖3-6本科生課程設(shè)計(jì)（論文）9第 4 章 控制電路設(shè)計(jì)這部分電路所要實(shí)現(xiàn)的功能主要是對(duì)電子鐘進(jìn)行校準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)整點(diǎn)報(bào)時(shí)和驅(qū)動(dòng)顯示 led 等功能。4.1 校準(zhǔn)功能的實(shí)現(xiàn)綜上所述，電子鐘在溫度，氣壓等環(huán)境條件影響以外，工作中最大的問題就是時(shí)鐘信號(hào)（秒信號(hào)）不準(zhǔn)確，造成時(shí)間不準(zhǔn)的情況出現(xiàn)。至少到目前來看，在世界范圍內(nèi)都沒有時(shí)間誤差絕

20、對(duì)為零的鐘表產(chǎn)品，無論是機(jī)械表還是電子表。所以，給電子表添加校準(zhǔn)功能是十分必要的。校準(zhǔn)功能主要通過讀取預(yù)置數(shù)來實(shí)現(xiàn)。電子表共有 6 位，但秒的個(gè)位和十位沒有必要進(jìn)行校準(zhǔn)，所以需要處理的只有四位。以分鐘的個(gè)位為例，在其輸入端連接四個(gè)邏輯開關(guān)，用來調(diào)整預(yù)置數(shù)。圖 4-1 中所有電阻均為限流電阻。在實(shí)際操作時(shí)，邏輯輸入可以通過加法器等方法來實(shí)現(xiàn)，從而實(shí)現(xiàn)用較少的開關(guān)來控制。當(dāng)設(shè)置好預(yù)置數(shù)后，按下開關(guān) s，使 ld端為低電平。這時(shí)芯片會(huì)等待前片送過來的時(shí)鐘的下降沿，然后讀取預(yù)置數(shù)。但問題是一定要等到下降沿到來才能讀數(shù)，而如果是小時(shí)的脈沖，不是要等上一個(gè)小時(shí)嗎？所以需要對(duì)時(shí)鐘進(jìn)行響應(yīng)的處理。圖 4-2

21、是對(duì)上述方法進(jìn)行的改進(jìn)。該方案中使用到了一個(gè)雙刀雙擲開關(guān)。當(dāng)開關(guān)閉合后，ld端變?yōu)榈碗娖降耐瑫r(shí)，也將輸入信號(hào)變?yōu)殡娮颖淼拿朊}沖信號(hào)。cl r1l o a d9e n t10e n p7cl k2rc o15a3q a14b4q b13c5q c12d6q d1174161v ccrr12348765r r?rs?sw spst圖 4-1 預(yù)置數(shù)法校準(zhǔn)本科生課程設(shè)計(jì)（論文）10這樣的話下降沿在 1s 內(nèi)即可到來。校準(zhǔn)用時(shí)大大減小。將此電路擴(kuò)展到其他三片計(jì)數(shù)器芯片上，即可實(shí)現(xiàn)電子鐘的校準(zhǔn)功能。此方法缺點(diǎn)是裝置復(fù)雜，且如果設(shè)置預(yù)置數(shù)超過了計(jì)數(shù)器的進(jìn)制數(shù)，電路會(huì)出現(xiàn)故障。其優(yōu)點(diǎn)是原理簡(jiǎn)單。還有一種實(shí)現(xiàn)

22、方法與上述類似，但不必讀取預(yù)置數(shù)，即直接對(duì)輸入脈沖進(jìn)行控制。這樣就避免了設(shè)置預(yù)置數(shù)時(shí)會(huì)超出計(jì)數(shù)器進(jìn)制數(shù)等問題，也與常見的電子鐘更為接近。這種方法較偏重于實(shí)際，而不著意對(duì)電路進(jìn)行邏輯分析。較上述方法靈活許多。4.2 led 顯示電路cl r1l o a d9e n t10e n p7cl k2rc o15a3q a14b4q b13c5q c12d6q d11741 61v ccrr12348765r r?rs?sw d pd t圖 4-2 通過雙刀開關(guān)控制的脈沖分配電路cl r1l o a d9e n t10e n p7cl k2rc o15a3q a14b4q b13c5q c12d6q d

23、11741 61v ccrs圖 4-3 單刀開關(guān)的控制方法bi/rbo4rb i5l t3a7b1c2d6a13b12c11d10e9f15g14sn 74l s48abfcgded pyle d gn1234567abcdefgv cc圖 4-4 共陰極數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)電路本科生課程設(shè)計(jì)（論文）11由于 cmos 可以驅(qū)動(dòng) ttl，所以顯示電路用 cmos 和 ttl 都能驅(qū)動(dòng)。本例中使用的的是 74ls48.圖中電阻為限流電阻，調(diào)其阻值可使 led 亮度變化。如圖4-4.4.3 整點(diǎn)報(bào)時(shí)功能的實(shí)現(xiàn)整點(diǎn)報(bào)時(shí)即通過一定的電路使電子鐘能夠出聲?？梢杂玫降脑O(shè)備包括蜂鳴器和揚(yáng)聲器。讓這兩個(gè)器件的發(fā)聲的前提

24、是要有變化較快的電壓和較大的電流。通過電平控制 555 可以產(chǎn)生變化的電壓，利用單管放大原理（共集電極放大）可實(shí)現(xiàn)對(duì)電流的放大。控制器件也無非是三極管、繼電器和光電耦合器。發(fā)聲電路如圖 4-4 由多諧振蕩器產(chǎn)生高頻振蕩信號(hào)（約為 1khz） ，經(jīng)過 q1等構(gòu)成的射極跟隨器，使電流放大；vin 為控制端，當(dāng) vin 為高電平時(shí)，q2 管導(dǎo)通，高頻振蕩信號(hào)驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)聲。要實(shí)現(xiàn)整點(diǎn)報(bào)時(shí)首先要考慮報(bào)時(shí)要持續(xù)多長(zhǎng)時(shí)間。一種比較簡(jiǎn)單的方案是令每次整點(diǎn)報(bào)時(shí)持續(xù) 10 秒鐘。其具體實(shí)現(xiàn)方法是對(duì)第二片、第三片、第四片的清零信號(hào)，取或非關(guān)系，作為發(fā)聲電路的控制信號(hào)。即當(dāng)處于 59 分 50 秒到 59 分59

25、秒這 10s 的時(shí)間內(nèi)，控制信號(hào)為高電平。揚(yáng)聲器發(fā)聲。圖 4-5 揚(yáng)聲器控制信號(hào)產(chǎn)生電路本科生課程設(shè)計(jì)（論文）12第 5 章 實(shí)際電路的制作和調(diào)試制作實(shí)際電路，通常采用模塊拼接的方式。首先將將總體電路進(jìn)行分類，將各個(gè)易于整合的部分制成一個(gè)個(gè)電路模塊，各個(gè)模塊的功能都能實(shí)現(xiàn)以后，再將其拼接在一起，進(jìn)行整機(jī)測(cè)試。做樣做的好處是方便查找電路故障，思路清晰。首先是秒脈沖和分脈沖模塊。5.1 秒脈沖和分脈沖模塊用雙三極管組成的振蕩電路作為信號(hào)源用雙三極管組成的振蕩電路作為信號(hào)源這部分電路由以下元件組成：s9013 三極管兩個(gè)，22f 電解電容器兩個(gè)，紅光發(fā)光二極管一個(gè)，1k1/4w 金屬膜電阻兩個(gè)，1k

26、 貼片電阻一個(gè)，10k貼片電阻 6 個(gè)，3.6k 貼片電阻兩個(gè)。 （使用貼片電阻是為了方便，如果沒有，用直插電阻是一樣的。 ） ，芯片有兩片 74hc161 和一片 74hc00，以及兩個(gè)四腳的接插件。這個(gè)模塊有兩部分，一部分是按脈沖發(fā)生電路中的方案三， “用雙三極管組成的振蕩電路”設(shè)計(jì)的脈沖發(fā)生電路。將三個(gè) 10k 貼片電阻和一個(gè) 3.6k 可得阻值為 33.6k 的電阻 r，由公式可得產(chǎn)生的脈沖周23127 . 07 . 0crcrt期為 1.03488s 的秒脈沖。雖然這個(gè)數(shù)值還不夠精確，但已能夠滿足測(cè)試要求，當(dāng)測(cè)試通過后，可以通過調(diào)整電阻和電容的數(shù)值使其更為精確。另一個(gè) 1k 貼片電阻

27、用來做發(fā)光二極管的限流電阻。放光二極管用來觀察電路是否起振，并可粗略計(jì)算脈沖頻率。還有一部分是秒的個(gè)位和十位計(jì)數(shù)器。測(cè)試的時(shí)候需要另一個(gè)顯示電路（如 4.3 節(jié)所述） ，用跳線分別測(cè)試秒的個(gè)位和十位的數(shù)碼顯示情況。實(shí)測(cè)情況是當(dāng) vcc 為 5v 時(shí)，脈沖可發(fā)生，但計(jì)數(shù)器不工作，其輸出為恒定。將 vcc 向小調(diào)節(jié)時(shí)，計(jì)數(shù)器逐漸開始工作，直到 vcc 的值降為 1.98v 時(shí)，計(jì)數(shù)器才能正常工作，第一片的輸出保持為 10 進(jìn)制計(jì)數(shù)器。如果一切正常，這時(shí)兩片計(jì)數(shù)器應(yīng)該分別是 10 進(jìn)制和 6 進(jìn)制，十位的清零脈沖取反后將作為下一模塊的脈沖，其周期理論值應(yīng)為 1min，但由于秒脈沖不是很精確，所以這里

28、的分鐘信號(hào)的周期也只能是約為一分鐘。本科生課程設(shè)計(jì)（論文）13實(shí)測(cè)發(fā)現(xiàn)，由于 vcc 減小，導(dǎo)致 led 亮度很暗，所以可嘗試用另一+5v 電源單獨(dú)為顯示電路供電。但更換以后，發(fā)現(xiàn) led 不亮，原因是兩個(gè)電源沒有共地。將兩個(gè)電源的地連在一起，發(fā)現(xiàn)整個(gè)模塊工作正常。用用 555 定時(shí)器構(gòu)成的信號(hào)源定時(shí)器構(gòu)成的信號(hào)源用 555 定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩電路。參數(shù)為：r1=79k（可由 68k、10k 和 1k串聯(lián)得到） ，r2=33k，c=10f，cp=4.7nf。電路圖如圖 2-1.這次振蕩周期理論可達(dá)到 1.0005s。計(jì)數(shù)器部分與上一節(jié)完全一致。實(shí)測(cè)發(fā)現(xiàn)電路一切正常。通過對(duì)比可發(fā)現(xiàn)，上一節(jié)中 7

29、4hc161 不正常工作是信號(hào)源的緣故，而與其工作電壓無關(guān)。有可能是因?yàn)楫?dāng)電源較大時(shí)，產(chǎn)生的方波波形不標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致計(jì)數(shù)器無法識(shí)別。而一旦電壓減小，這種波形的失真會(huì)減小，使得計(jì)數(shù)器又能夠識(shí)別，進(jìn)而可以工作。另外值得注意的是，555 定時(shí)器產(chǎn)生的方波頻率也與供電電壓有關(guān)，實(shí)測(cè)發(fā)現(xiàn)電壓越大，輸出頻率越大。所以 555 的供電電源應(yīng)有穩(wěn)壓處理。5.2 時(shí)、分計(jì)數(shù)及顯示模塊這部分模塊會(huì)用到的芯片會(huì)比較多。但種類上只有三種，即74hc161，74ls48，和 74hc00.焊接的時(shí)候先完成顯示的部分，即 74ls48 的部分。ttl 系列集成電路可驅(qū)動(dòng) coms 集成電路。74hc161 為上升沿觸發(fā)，但在 multisim 等仿真軟件中，74hc161 一般為下降沿觸發(fā)。兩者的區(qū)別是一次取反后的關(guān)系。5.3 電源和揚(yáng)聲器模塊整機(jī)由+5v 供電，所以在這個(gè)模塊上應(yīng)有兩對(duì)接線端用于和另外兩個(gè)模塊進(jìn)行連通。最好有穩(wěn)壓電路。發(fā)聲部分的連接比 4.3 節(jié)所述更為簡(jiǎn)單，只需留出555 的四號(hào)引腳作為控制端口即可。輸出經(jīng)一個(gè)限流電阻再接揚(yáng)聲器。這里如果沒有限流電阻，揚(yáng)聲器的聲音會(huì)很大。限流電阻可選 820，如果過大，則揚(yáng)聲器的聲音會(huì)很小。這里建議先用一個(gè) 10k 的電位器替