數(shù)字鐘課程設(shè)計(jì)報(bào)告1

1、目  錄 1課程設(shè)計(jì)目的32課程設(shè)計(jì)題目描述和要求 33課程設(shè)計(jì)報(bào)告內(nèi)容43.1實(shí)驗(yàn)名稱43.2 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?3.3實(shí)驗(yàn)器材及主要器件管腳圖43.4 實(shí)驗(yàn)基本原理53.5  實(shí)驗(yàn)主體電路的裝調(diào)103.6  功能擴(kuò)展電路113.7 整個(gè)電路的組裝及調(diào)試 134總結(jié)13參考文獻(xiàn) 15  一、        課程設(shè)計(jì)目的 n      讓學(xué)生掌握組合邏輯電路、時(shí)序邏輯電路及數(shù)字邏輯電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、測(cè)試方法；&

2、#160;n      進(jìn)一步鞏固所學(xué)的理論知識(shí)，提高運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析和解決實(shí)際問(wèn)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(shū)寫(xiě)綜合實(shí)驗(yàn)報(bào)告的能力  二、  課程設(shè)計(jì)題目描述和要求 （1）設(shè)計(jì)一個(gè)有“時(shí)”、“分”、“秒”（12小時(shí)59分59秒）顯示，且有校時(shí)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(shí)驗(yàn)箱上進(jìn)

3、行組裝、調(diào)試。（3）畫(huà)出框圖和邏輯電路圖，寫(xiě)出設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)總結(jié)報(bào)告。（4）鬧鐘系統(tǒng)。（5）整點(diǎn)報(bào)時(shí)。在59分51秒、53秒、55秒、57秒輸出750hz音頻信號(hào)，在59分59秒時(shí)輸出1000hz信號(hào)，音頻持續(xù)1s，在1000hz熒屏結(jié)束時(shí)刻為整點(diǎn)。（6）選做：日歷系統(tǒng)。 三、課程設(shè)計(jì)報(bào)告內(nèi)容 3.1 實(shí)驗(yàn)名稱 ·數(shù)字電子鐘3.2 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?#183;掌握數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)、組裝與調(diào)試方法。·熟悉集成電路的使用方法。3.3 實(shí)驗(yàn)器材及主要器件管腳圖（1）74ls48       &

4、#160;         6片（2）74ls90                 5片（3）74ls191                1片（4）74ls00    

5、             5片（5）74ls04                 3片（6）74ls74                 1片（7）74ls2o

6、                 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(cè)中）    

7、                                  3.4 實(shí)驗(yàn)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(jì)數(shù)器、顯示器和校時(shí)電路組成。555集成芯片構(gòu)成的振蕩電路產(chǎn)生的信號(hào)經(jīng)過(guò)分頻器作為秒脈沖，秒脈沖送入計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)結(jié)

8、果通過(guò)“時(shí)”、“分”、“秒”譯碼器顯示時(shí)間。   圖3-4  1          振蕩器石英晶體振蕩器的特點(diǎn)是振蕩頻率準(zhǔn)確、電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(chǎng)，則在與此垂直的方向產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，有了機(jī)械振動(dòng)，就會(huì)在相應(yīng)的垂直面上產(chǎn)生電場(chǎng)，從而機(jī)械振動(dòng)和電場(chǎng)互為因果，這種循環(huán)過(guò)程一直持續(xù)到晶體的機(jī)械強(qiáng)度限止時(shí)，才達(dá)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(lái)說(shuō)，般來(lái)說(shuō)，振蕩器的頻率越高，計(jì)時(shí)精度越高，但耗電量將增大。如

9、果精度要求不高也可以采用由集成電路定時(shí)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(shí)驗(yàn)由集成電路定時(shí)器555與rc組成的多諧振蕩器，產(chǎn)生1khz的脈沖信號(hào)。故采用3片中規(guī)模集成電路計(jì)數(shù)器74ls90來(lái)實(shí)現(xiàn)，得到需要的秒脈沖信號(hào)。   3      

10、    計(jì)數(shù)器    秒脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)6級(jí)計(jì)數(shù)器，分別得到“秒”個(gè)位、十位、“分”個(gè)位、十位以及“時(shí)”個(gè)位、十位的計(jì)時(shí)。“秒”“分”計(jì)數(shù)器為六十進(jìn)制，小時(shí)為十二進(jìn)制。 （1）六十進(jìn)制計(jì)數(shù)由分頻器來(lái)的秒脈沖信號(hào)，首先送到“秒”計(jì)數(shù)器進(jìn)行累加計(jì)數(shù)，秒計(jì)數(shù)器應(yīng)完成一分鐘之內(nèi)秒數(shù)目的累加，并達(dá)到60秒時(shí)產(chǎn)生一個(gè)進(jìn)位信號(hào)，所以，選用一片74ls90和一片74ls92組成六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，采用反饋歸零的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)六十進(jìn)制計(jì)數(shù)。其中，“秒”十位是六進(jìn)制，“秒”個(gè)位是十進(jìn)制。如圖3-4-3-1所示。   

11、 （2）十二四進(jìn)制計(jì)數(shù)“12翻1”小時(shí)計(jì)數(shù)器是按照“01020311120102”規(guī)律計(jì)數(shù)的，這與日常生活中的計(jì)時(shí)規(guī)律相同。在此實(shí)驗(yàn)中，小時(shí)的個(gè)位計(jì)數(shù)器由4位二進(jìn)制同步可逆計(jì)數(shù)器74ls191構(gòu)成，十位計(jì)數(shù)器由d觸發(fā)器74ls74構(gòu)成，將它們級(jí)連組成“12翻1”小時(shí)計(jì)數(shù)器。 計(jì)數(shù)器的狀態(tài)要發(fā)生兩次跳躍：一是計(jì)數(shù)器計(jì)到9，即個(gè)位計(jì)數(shù)器的狀態(tài)為q03q02q01q00=1001，在下一脈沖作用下計(jì)數(shù)器進(jìn)入暫態(tài)1010，利用暫態(tài)的兩個(gè)1即q03q01使個(gè)位異步置0，同時(shí)向十位計(jì)數(shù)器進(jìn)位使q10=1；二是計(jì)數(shù)器計(jì)到12后，在第13個(gè)脈沖作用下個(gè)位計(jì)數(shù)器的狀態(tài)應(yīng)為q03q02q01q

12、00=0001，十位計(jì)數(shù)器的q10=0。第二次跳躍的十位清0和個(gè)位置1信號(hào)可由暫態(tài)為1的輸出端q10，q01，q00來(lái)產(chǎn)生。 圖3-4-3-2       m12計(jì)數(shù)器功能表 4          譯碼器   譯碼是指把給定的代碼進(jìn)行翻譯的過(guò)程。計(jì)數(shù)器采用的碼制不同，譯碼電路也不同。74ls48驅(qū)動(dòng)器是與8421bcd編碼計(jì)數(shù)器配合用的七段譯碼驅(qū)動(dòng)器。74ls48配有燈測(cè)試lt、動(dòng)態(tài)滅燈輸入rbi

13、，滅燈輸入/動(dòng)態(tài)滅燈輸出bi/rbo,當(dāng)lt=0時(shí)，74ls48出去全1。5          顯示器  本系統(tǒng)用七段發(fā)光二極管來(lái)顯示譯碼器輸出的數(shù)字，顯示器有兩種：共陽(yáng)極顯示器或共陰極顯示器。74ls48譯碼器對(duì)應(yīng)的顯示器是共陰極顯示器。6          校時(shí)電路當(dāng)數(shù)字鐘走時(shí)出現(xiàn)誤差時(shí)，需要校正時(shí)間。校時(shí)電路實(shí)現(xiàn)對(duì)“時(shí)”“分”“秒”的校準(zhǔn)。在電路中設(shè)有正常計(jì)時(shí)和校對(duì)位置。本實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)“時(shí)”“分

14、”的校對(duì)。對(duì)校時(shí)的要求是，在小時(shí)校正時(shí)不影響分和秒的正常計(jì)數(shù)；在分校正時(shí)不影響秒和小時(shí)的正常計(jì)數(shù)。需要注意的時(shí)，校時(shí)電路是由與非門(mén)構(gòu)成的組合邏輯電路，開(kāi)關(guān)s1或s2為“0”或“1”時(shí)，可能會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)，為防止這一情況的發(fā)生我們接入一個(gè)由rs觸發(fā)器組成的防抖動(dòng)電路來(lái)控制。 圖3-4-6-1  校時(shí)開(kāi)關(guān)的功能表 s1 s2功能11計(jì)數(shù)01校分10校時(shí)                  

15、;                  圖3-4-6-2    校時(shí)電路  3.5  實(shí)驗(yàn)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(hào)的流向分級(jí)安裝，逐級(jí)級(jí)聯(lián)。這里的每一級(jí)是指組成數(shù)字中的各個(gè)功能電路。 ·級(jí)聯(lián)時(shí)如果出現(xiàn)時(shí)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(jí)邏輯門(mén)來(lái)延時(shí)。如果顯示字符變化很快，

16、模糊不清，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(huà)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(kuò)展電路  （1）定時(shí)控制電路   數(shù)字鐘在指定的時(shí)刻發(fā)出信號(hào)，

17、或驅(qū)動(dòng)音響電路“鬧時(shí)”，或?qū)δ逞b置的電源進(jìn)行接通或斷開(kāi)“控制”。不管是鬧時(shí)還是控制，都要求時(shí)間準(zhǔn)確，即信號(hào)的開(kāi)始時(shí)刻與持續(xù)時(shí)間必須滿足規(guī)定的要求。   例如要求上午7時(shí)59分發(fā)出鬧時(shí)信號(hào)，持續(xù)時(shí)間為1分鐘。本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)為7時(shí)59分時(shí)，音響電路的晶體管導(dǎo)通，則揚(yáng)聲器發(fā)出1khz的聲音。持續(xù)1分鐘到8點(diǎn)整晶體管因輸入端為“0”而截止，電路停鬧。 圖3-6   鬧時(shí)電路 （2）仿廣播電臺(tái)整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路仿廣播電臺(tái)整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路的功能要求是，每當(dāng)數(shù)字鐘計(jì)時(shí)快要到整點(diǎn)時(shí)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(shí)刻為整點(diǎn)時(shí)刻

18、。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(shí)間均為1秒。如表3-6-2所示cp(秒)q3s1q2s1q1s1q0s1功能500000 510001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 放電臺(tái)報(bào)時(shí)電路 3.7 整個(gè)電路的組裝及調(diào)試 和擴(kuò)展電路檢查均無(wú)連線錯(cuò)誤并且顯示正常后，將兩個(gè)電路連為一個(gè)整體，接上+5v電源。觀察時(shí)鐘是否顯示正常

19、；是否在上午7時(shí)59分發(fā)出鬧時(shí)信號(hào)，持續(xù)時(shí)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(shí)間均為1秒。若不正常則檢查電路各個(gè)部分，直到得到滿意的結(jié)果。我們共經(jīng)過(guò)兩天的調(diào)試，圓滿完成了這次為期兩周的課程設(shè)計(jì)。  四.實(shí)驗(yàn)總結(jié) 短短的兩周課程設(shè)計(jì)結(jié)束了?？粗约涸O(shè)計(jì)、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(huì)到了什么是學(xué)以致用，理論與實(shí)踐的差別到底有多大。以前上課都是上一些最基本的東西而現(xiàn)在卻可以將以前學(xué)的東西做出有實(shí)際價(jià)值的東西。在這個(gè)過(guò)程中，我的確學(xué)得到很多在書(shū)本上學(xué)不到的東西，如：

20、怎么設(shè)計(jì)一個(gè)六十、十二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，如何實(shí)現(xiàn)校時(shí)的防抖動(dòng)等等。但也遇到了不少的挫折，有時(shí)遇到了一個(gè)錯(cuò)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(cuò)了，有時(shí)更是忘接地了。在學(xué)習(xí)中的小問(wèn)題在課堂上不可能犯，在動(dòng)手的過(guò)程中卻很有可能犯。特別是在接電路時(shí)，一不小心就會(huì)犯錯(cuò)，而且很不容易檢查出來(lái)。在調(diào)試主板電路時(shí)，十位不進(jìn)位，檢查電路，以為沒(méi)有什么問(wèn) 題，后來(lái)一步一步的檢查，發(fā)現(xiàn)總的地線沒(méi)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(lái)后，新的問(wèn)題又出現(xiàn)了。第一，計(jì)數(shù)太快了，正常一秒，我們?cè)O(shè)計(jì)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(hào)；第

21、二，我們的校時(shí)電路連接正確，可是每次校時(shí)，開(kāi)關(guān)s1或s2為“0”或“1”時(shí)，會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)，無(wú)法正常校時(shí)。針對(duì)這兩個(gè)問(wèn)題，我們進(jìn)行了分析，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為實(shí)際的操作。我們?cè)?5v電壓和地線之間分別加了兩個(gè)電容，通過(guò)濾波，選擇我們需要的1hz脈沖信號(hào)。對(duì)于無(wú)法正常校時(shí)的問(wèn)題，在設(shè)計(jì)中接入一個(gè)由rs觸發(fā)器組成的防抖動(dòng)電路來(lái)控制校時(shí)。把時(shí)間調(diào)到上午7點(diǎn)58分，等7點(diǎn)59分準(zhǔn)確鬧鐘響起，持續(xù)一分鐘。再將時(shí)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(shí)間都是一秒鐘。數(shù)字電子鐘已經(jīng)成功完成了。我的動(dòng)手能力又有了進(jìn)一步的提高，我感到十分的高興。同時(shí)學(xué)到了課本上沒(méi)有的東西，也鍛煉了自己獨(dú)立解決問(wèn)題的能力。這在以后的學(xué)習(xí)