數(shù)字鐘課程設(shè)計報告1

1、目 錄1課程設(shè)計目的32課程設(shè)計題目描述和要求 33課程設(shè)計報告內(nèi)容43.1實驗名稱43.2 實驗?zāi)康?3.3實驗器材及主要器件管腳圖43.4 實驗基本原理53.5 實驗主體電路的裝調(diào)103.6 功能擴展電路113.7 整個電路的組裝及調(diào)試 134總結(jié)13參考文獻 15一、 課程設(shè)計目的n 讓學(xué)生掌握組合邏輯電路、時序邏輯電路及數(shù)字邏輯電路系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、測試方法；n 進一步鞏固所學(xué)的理論知識，提高運用所學(xué)知識分析和解決實際問題的能力；n 提高電路布局布線及檢查和排除故障的能力；n 培養(yǎng)書寫綜合實驗報告的能力二、 課程設(shè)計題目描述和要求（1）設(shè)計一個有“時”、“分”、“秒”（12小時59分5

2、9秒）顯示，且有校時功能的電子鐘。（2）用中小規(guī)模集成電路組成電子鐘，并在實驗箱上進行組裝、調(diào)試。（3）畫出框圖和邏輯電路圖，寫出設(shè)計、實驗總結(jié)報告。（4）鬧鐘系統(tǒng)。（5）整點報時。在59分51秒、53秒、55秒、57秒輸出750hz音頻信號，在59分59秒時輸出1000hz信號，音頻持續(xù)1s，在1000hz熒屏結(jié)束時刻為整點。（6）選做：日歷系統(tǒng)。三、課程設(shè)計報告內(nèi)容3.1 實驗名稱數(shù)字電子鐘3.2 實驗?zāi)康恼莆諗?shù)字電子鐘的設(shè)計、組裝與調(diào)試方法。熟悉集成電路的使用方法。3.3 實驗器材及主要器件管腳圖（1）74ls48 6片（2）74ls90 5片（3）74ls191 1片（4）74ls00

3、 5片（5）74ls04 3片（6）74ls74 1片（7）74ls2o 2片（8）555集成芯片 1片（9）共陰七段顯示器 6片（10）電阻、電容、導(dǎo)線等 若干主要器件管腳圖：（博客相冊中） 3.4 實驗基本原理數(shù)字電子鐘的邏輯框圖如圖3-4所示。它由555集成芯片構(gòu)成的振蕩電路、分頻器、計數(shù)器、顯示器和校時電路組成。555集成芯片構(gòu)成的振蕩電路產(chǎn)生的信號經(jīng)過分頻器作為秒脈沖，秒脈沖送入計數(shù)器，計數(shù)結(jié)果通過“時”、“分”、“秒”譯碼器顯示時間。 圖3-41 振蕩器石英晶體振蕩器的特點是振蕩頻率準確、電路結(jié)構(gòu)簡單、頻率易調(diào)整。它還具有壓電效應(yīng)，在晶體某一方向加一電場，則在與此垂直的方向產(chǎn)生機械

4、振動，有了機械振動，就會在相應(yīng)的垂直面上產(chǎn)生電場，從而機械振動和電場互為因果，這種循環(huán)過程一直持續(xù)到晶體的機械強度限止時，才達到最后穩(wěn)定。這用壓電諧振的頻率即為晶體振蕩器的固有頻率。一般來說，般來說，振蕩器的頻率越高，計時精度越高，但耗電量將增大。如果精度要求不高也可以采用由集成電路定時器555與rc組成的多諧振蕩器。如圖3-4-1所示。設(shè)振蕩頻率f=1khz，r為可調(diào)電阻，微調(diào)r1可以調(diào)出1khz輸出。2 分頻器由于振蕩器產(chǎn)生的頻率很高，要得到秒脈沖，需要分屏電路。本實驗由集成電路定時器555與rc組成的多諧振蕩器，產(chǎn)生1khz的脈沖信號。故采用3片中規(guī)模集成電路計數(shù)器74ls90來實現(xiàn)，得

5、到需要的秒脈沖信號。3 計數(shù)器秒脈沖信號經(jīng)過6級計數(shù)器，分別得到“秒”個位、十位、“分”個位、十位以及“時”個位、十位的計時?！懊搿薄胺帧庇嫈?shù)器為六十進制，小時為十二進制。（1）六十進制計數(shù)由分頻器來的秒脈沖信號，首先送到“秒”計數(shù)器進行累加計數(shù)，秒計數(shù)器應(yīng)完成一分鐘之內(nèi)秒數(shù)目的累加，并達到60秒時產(chǎn)生一個進位信號，所以，選用一片74ls90和一片74ls92組成六十進制計數(shù)器，采用反饋歸零的方法來實現(xiàn)六十進制計數(shù)。其中，“秒”十位是六進制，“秒”個位是十進制。如圖3-4-3-1所示。（2）十二四進制計數(shù)“12翻1”小時計數(shù)器是按照“01020311120102”規(guī)律計數(shù)的，這與日常生活中的計

6、時規(guī)律相同。在此實驗中，小時的個位計數(shù)器由4位二進制同步可逆計數(shù)器74ls191構(gòu)成，十位計數(shù)器由d觸發(fā)器74ls74構(gòu)成，將它們級連組成“12翻1”小時計數(shù)器。計數(shù)器的狀態(tài)要發(fā)生兩次跳躍：一是計數(shù)器計到9，即個位計數(shù)器的狀態(tài)為q03q02q01q00=1001，在下一脈沖作用下計數(shù)器進入暫態(tài)1010，利用暫態(tài)的兩個1即q03q01使個位異步置0，同時向十位計數(shù)器進位使q10=1；二是計數(shù)器計到12后，在第13個脈沖作用下個位計數(shù)器的狀態(tài)應(yīng)為q03q02q01q00=0001，十位計數(shù)器的q10=0。第二次跳躍的十位清0和個位置1信號可由暫態(tài)為1的輸出端q10，q01，q00來產(chǎn)生。圖3-4-

7、3-2 m12計數(shù)器功能表4 譯碼器譯碼是指把給定的代碼進行翻譯的過程。計數(shù)器采用的碼制不同，譯碼電路也不同。74ls48驅(qū)動器是與8421bcd編碼計數(shù)器配合用的七段譯碼驅(qū)動器。74ls48配有燈測試lt、動態(tài)滅燈輸入rbi，滅燈輸入/動態(tài)滅燈輸出bi/rbo,當(dāng)lt=0時，74ls48出去全1。5 顯示器本系統(tǒng)用七段發(fā)光二極管來顯示譯碼器輸出的數(shù)字，顯示器有兩種：共陽極顯示器或共陰極顯示器。74ls48譯碼器對應(yīng)的顯示器是共陰極顯示器。6 校時電路當(dāng)數(shù)字鐘走時出現(xiàn)誤差時，需要校正時間。校時電路實現(xiàn)對“時”“分”“秒”的校準。在電路中設(shè)有正常計時和校對位置。本實驗實現(xiàn)“時”“分”的校對。對校

8、時的要求是，在小時校正時不影響分和秒的正常計數(shù)；在分校正時不影響秒和小時的正常計數(shù)。需要注意的時，校時電路是由與非門構(gòu)成的組合邏輯電路，開關(guān)s1或s2為“0”或“1”時，可能會產(chǎn)生抖動，為防止這一情況的發(fā)生我們接入一個由rs觸發(fā)器組成的防抖動電路來控制。圖3-4-6-1 校時開關(guān)的功能表s1s2功能11計數(shù)01校分10校時 圖3-4-6-2 校時電路3.5 實驗主體電路的裝調(diào)由圖3-4所示的數(shù)字中系統(tǒng)組成框圖按照信號的流向分級安裝，逐級級聯(lián)。這里的每一級是指組成數(shù)字中的各個功能電路。級聯(lián)時如果出現(xiàn)時序配合不同步，或劍鋒脈沖干擾，引起的邏輯混亂，可以增加多級邏輯門來延時。如果顯示字符變化很快，模

9、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加退藕濾波電容。通常用幾十微法的大電容與0.01f的小電容相并聯(lián)。畫數(shù)字鐘的主體邏輯電路圖。 如圖3-5 圖3-5 數(shù)字鐘的主體電路邏輯圖3.6 功能擴展電路（1）定時控制電路數(shù)字鐘在指定的時刻發(fā)出信號，或驅(qū)動音響電路“鬧時”，或?qū)δ逞b置的電源進行接通或斷開“控制”。不管是鬧時還是控制，都要求時間準確，即信號的開始時刻與持續(xù)時間必須滿足規(guī)定的要求。 例如要求上午7時59分發(fā)出鬧時信號，持續(xù)時間為1分鐘。本實驗設(shè)計為7時59分時，音響電路的晶體管導(dǎo)通，則揚聲器發(fā)出1khz的聲音。持續(xù)1分鐘到8點整晶體管因輸入端為“0”而截止，

10、電路停鬧。圖3-6 鬧時電路（2）仿廣播電臺整點報時電路仿廣播電臺整點報時電路的功能要求是，每當(dāng)數(shù)字鐘計時快要到整點時發(fā)出聲響，通常按照4低音1高音的順序發(fā)出間斷聲響，以最后一聲高音結(jié)束的時刻為整點時刻。設(shè)4聲低音（約500hz）分別發(fā)生在59分51秒、53秒、55秒及57秒，最后一聲高音（約1khz）發(fā)生在59分59秒，它們的持續(xù)時間均為1秒。如表3-6-2所示cp(秒)q3s1q2s1q1s1q0s1功能500000510001鳴低音520010停530011鳴低音540100停550101鳴低音560110停570111鳴低音581000停591001鳴低音000000停圖3-6-2 放

11、電臺報時電路3.7 整個電路的組裝及調(diào)試和擴展電路檢查均無連線錯誤并且顯示正常后，將兩個電路連為一個整體，接上+5v電源。觀察時鐘是否顯示正常；是否在上午7時59分發(fā)出鬧時信號，持續(xù)時間一分鐘；是否有四聲低音分別發(fā)生在59分51秒、53秒、55秒及57秒，最后一聲高音法正在59分59秒，它們持續(xù)時間均為1秒。若不正常則檢查電路各個部分，直到得到滿意的結(jié)果。我們共經(jīng)過兩天的調(diào)試，圓滿完成了這次為期兩周的課程設(shè)計。四.實驗總結(jié)短短的兩周課程設(shè)計結(jié)束了。看著自己設(shè)計、連線、調(diào)試成功的數(shù)字電子鐘，很有成就感。真的很有收獲，體會到了什么是學(xué)以致用，理論與實踐的差別到底有多大。以前上課都是上一些最基本的東

12、西而現(xiàn)在卻可以將以前學(xué)的東西做出有實際價值的東西。在這個過程中，我的確學(xué)得到很多在書本上學(xué)不到的東西，如：怎么設(shè)計一個六十、十二進制計數(shù)器，如何實現(xiàn)校時的防抖動等等。但也遇到了不少的挫折，有時遇到了一個錯誤怎么找也找不到原因所在，找了老半天結(jié)果卻是接頭的方向接錯了，有時更是忘接地了。在學(xué)習(xí)中的小問題在課堂上不可能犯，在動手的過程中卻很有可能犯。特別是在接電路時，一不小心就會犯錯，而且很不容易檢查出來。在調(diào)試主板電路時，十位不進位，檢查電路，以為沒有什么問題，后來一步一步的檢查，發(fā)現(xiàn)總的地線沒接，接上總的地線，一切正常。副版是我的同組劉玉龍連接的電路，在主板和副版連接起來后，新的問題又出現(xiàn)了。第

13、一，計數(shù)太快了，正常一秒，我們設(shè)計的數(shù)字電子表卻可以走兩三秒，顯然輸入不是1hz的脈沖信號；第二，我們的校時電路連接正確，可是每次校時，開關(guān)s1或s2為“0”或“1”時，會產(chǎn)生抖動，無法正常校時。針對這兩個問題，我們進行了分析，進而轉(zhuǎn)化為實際的操作。我們在+5v電壓和地線之間分別加了兩個電容，通過濾波，選擇我們需要的1hz脈沖信號。對于無法正常校時的問題，在設(shè)計中接入一個由rs觸發(fā)器組成的防抖動電路來控制校時。把時間調(diào)到上午7點58分，等7點59分準確鬧鐘響起，持續(xù)一分鐘。再將時間跳到58分，等59分51秒、53秒、55秒及57秒都發(fā)出4聲低音，最后一聲高音發(fā)生在59分59秒。，持續(xù)時間都是一

14、秒鐘。數(shù)字電子鐘已經(jīng)成功完成了。我的動手能力又有了進一步的提高，我感到十分的高興。同時學(xué)到了課本上沒有的東西，也鍛煉了自己獨立解決問題的能力。這在以后的學(xué)習(xí)和生活中會有很大的用處。但是我還有不足，按照電路連接實物時，器件的擺放不夠科學(xué)，最終導(dǎo)致了，只有自己能看懂電路的走向。不過我會在以后的學(xué)習(xí)中逐步提高，做一個動手能力強的大學(xué)生。十分感謝自動化系提供這么好的機會，讓我們把學(xué)到的知識應(yīng)用到實踐中，同時謝謝老師的耐心指導(dǎo)。參考文獻【1】梁宗善電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計華中科技大學(xué)出版社，2009【2】朱定華電子電路測試與實驗清華大學(xué)出版社，2004【3】朱定華模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)清華大學(xué)出版社 北京交通大學(xué)出版社，2005【4】朱定華現(xiàn)代數(shù)字電路與邏輯設(shè)計清華大學(xué)出版社 北京交通大學(xué)出版社，2007【5】華成英，董詩白模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)