數(shù)字電子時(shí)鐘課程設(shè)計(jì)報(bào)告-1

1、一、 概述1數(shù)字鐘簡介設(shè)計(jì)目的設(shè)計(jì)要求二、主要實(shí)驗(yàn)器材2三、設(shè)計(jì)原理及方框圖3四、各部分的電路及實(shí)現(xiàn)5振蕩器電路計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)六十進(jìn)制電路整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路校時(shí)電路五、總體電路圖設(shè)計(jì)10六、安裝與調(diào)試12七、收獲與體會(huì)12概述1.1 數(shù)字鐘簡介20 世紀(jì)末，電子技術(shù)獲得了飛速的發(fā)展，在其推動(dòng)下，現(xiàn)代電子產(chǎn)品幾乎滲透了社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域，有力地推動(dòng)了社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展和社會(huì)信息化程度的提高，同時(shí)也使現(xiàn)代電子產(chǎn)品性能進(jìn)一步提高，產(chǎn)品更新?lián)Q代的節(jié)奏也越來越快。數(shù)字鐘已成為人們?nèi)粘Ｉ钪校?必不可少的必需品， 廣泛用于個(gè)人家庭以及車站、碼頭、劇場、辦公室等公共場所，給人們的生活、學(xué)習(xí)、工作、娛樂帶來極大的方便。 由

2、于數(shù)字集成電路技術(shù)的發(fā)展和采用了先進(jìn)的石英技術(shù)， 使數(shù)字鐘具有走時(shí)準(zhǔn)確、性能穩(wěn)定、集成電路有體積小、功耗小、功能多、攜帶方便等優(yōu)點(diǎn)， ，因此在許多電子設(shè)備中被廣泛使用。電子鐘是人們?nèi)粘Ｉ钪谐Ｓ玫挠?jì)時(shí)工具，而數(shù)字式電子鐘又有其體積小、重量輕、走時(shí)準(zhǔn)確、結(jié)構(gòu)簡單、耗電量少等優(yōu)點(diǎn)而在生活中被廣泛應(yīng)用，因此本次設(shè)計(jì)就用數(shù)字集成電路和一些簡單的邏輯門電路來設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字式電子鐘， 使其完成時(shí)間及星期的顯示功能。多功能數(shù)字鐘采用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)對 “時(shí)” 、“分”、 “秒”數(shù)字顯示的計(jì)時(shí)裝置。具有時(shí)間顯示、走時(shí)準(zhǔn)確、顯示直觀、精度、穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。電路裝置十分小巧 ,安裝使用也方便。同時(shí)在日期中，它以其小巧，價(jià)格

3、低廉，走時(shí)精度高，使用方便，功能多，便于集成化而受廣大消費(fèi)的喜愛設(shè)計(jì)目的 1） 1） . 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、測試方法； 2） 2） . 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)際問題的能力; 3） .提高電路布局、布線及檢查和排除故障的能力; 4） . 培養(yǎng)書寫綜合實(shí)驗(yàn)報(bào)告的能力設(shè)計(jì)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)行組裝、調(diào)試。（ 3）畫出框圖和邏輯電路圖，寫出設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)總結(jié)報(bào)告。（ 4）整點(diǎn)報(bào)時(shí)。在

4、59 分 59 秒時(shí)輸出信號(hào)，音頻持續(xù)1s ，在結(jié)束時(shí)刻為整點(diǎn)。（ 5）選做：日歷系統(tǒng)。二、主要實(shí)驗(yàn)器材74LS160 芯片介紹74ls160 中文資料內(nèi)容說明： 74ls160 是十進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器（異步清除）簡要說明：160 為可預(yù)置的十進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器， 共有 54/74160 和 54/74LS160 兩種線路結(jié)構(gòu)型式，其主要電特性的典型值如下：型號(hào) FMAX PDCT54160/CT74160 32MHz 305mWCT54LS160/CT74LS160 32MHz 93mW160 的清除端是異步的。當(dāng)清除端/MR 為低電平時(shí)，不管時(shí)鐘端CP狀態(tài)如何，即可完成清除功能。160的預(yù)置是同步

5、的。當(dāng)置入控制器/PE為低電平時(shí)，在CP上 升沿作用下，輸出端Q0-Q3與數(shù)據(jù)輸入端P0-P3 一致。對于廳p器件器件數(shù)54/74160,當(dāng)CP由低至高跳變或跳變前，如果計(jì)數(shù)控制端 CEP、CET 為高電平，則/PE應(yīng)避免由低至高電平的跳變，而 54/74LS160無此 種限制。160的計(jì)數(shù)是同步的，靠CP同時(shí)加在四個(gè)觸發(fā)器上而實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)CEP、CET均為高電平時(shí)，在CP上升沿作用下Q0-Q3同時(shí)變化， 從而消除了異步計(jì)數(shù)器中出現(xiàn)的計(jì)數(shù)尖峰。對于54/74160 ,只有當(dāng)CP為高電平時(shí)，CEP CET才允許由高至低電平的跳變，而 54/74LS160 的CEP、CET跳變與CP無關(guān)。160有超

6、前進(jìn)位功能。當(dāng)計(jì)數(shù)溢出時(shí)，進(jìn)位輸出端（TQ輸出一個(gè)高電平脈沖，其寬度為 Q0的高電平部分。在不外加門電路的情況下，可級聯(lián)成 N位同步計(jì)數(shù)器。對于54/74LS160,在CP出現(xiàn)前，即使 CEP、CET /MR發(fā)生變化， 電路的功能也不受影響。114131211Vqq 口 PtM 16 = PIN 3for 1_S1 GQA and LS1G1 A*SR for LSn 62A enO LSI 日:三口174F08與門電路72774LS16063555147 段LED數(shù)碼管65蜂鳴器16單刀雙擲開關(guān)37面包板185V穩(wěn)壓電源19RC 濾波器110一顆堅(jiān)強(qiáng)的心1入設(shè)計(jì)原理及方框圖數(shù)字鐘實(shí)際上是一個(gè)

7、對標(biāo)準(zhǔn)頻率進(jìn)行計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)電路，標(biāo)準(zhǔn)的1HZ時(shí)間信號(hào)必須做到準(zhǔn)確穩(wěn)定。由圖可見：本數(shù)字鐘電路主要由震蕩器、時(shí)分秒計(jì)數(shù)器、譯碼顯示器構(gòu)成。它們的工作原理是：由震蕩器產(chǎn)生的高頻脈沖信號(hào)作為數(shù)字鐘 的時(shí)間基準(zhǔn)，送入秒計(jì)數(shù)器，秒計(jì)數(shù)器采用60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，每累計(jì)60秒發(fā)出一 個(gè)“分脈沖”信號(hào)，該信號(hào)作為分計(jì)數(shù)器的脈沖信號(hào)，分計(jì)數(shù)器也采用60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，每累計(jì)60分鐘發(fā)出一個(gè)“時(shí)脈沖”信號(hào)，該信號(hào)將被送到時(shí)計(jì)數(shù)器， 時(shí)計(jì)數(shù)器采用24進(jìn)制計(jì)數(shù)器。譯碼顯示電路將時(shí)、分、秒計(jì)數(shù)器的輸出狀態(tài)送 到七段譯碼顯示器，通過六位 LED七段顯示器顯示出來。構(gòu)成方框圖位器個(gè)弱秒計(jì)顯示部分 驅(qū)動(dòng)部分 計(jì)數(shù)部 r IIT 11

8、!：r四、各部分的電路及實(shí)現(xiàn)震蕩器電路震蕩器電路是數(shù)字鐘的核心，主要用來產(chǎn)生時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，數(shù)字鐘的精度,主要取決于時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的頻率及穩(wěn)定度一般來說，震蕩器的頻率越高，計(jì)時(shí)精度越高。通常采用石英晶體震蕩器經(jīng) 過分頻得到這一信號(hào)，也可采用由門電路或555定時(shí)器構(gòu)成的多諧震蕩器作為時(shí) 問標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源。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(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，從而機(jī)械振動(dòng)和電場互為因果， 這種循環(huán)過程一直持續(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

9、蕩器的固有頻率。一般來說，股來說，振蕩器的頻率越高，計(jì)時(shí)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(shí)器 555與RC組成的多諧振蕩器本設(shè)計(jì)方案采用的是集成電路定時(shí)器 555與RC組成的多諧震蕩器，如下圖所示:VCG£8佩將ECRI01TPMSTUB5.R”TRII! AM-HD，555ri ：VIRTUAL1DnF：f ;TimBi*-TLTL（圖2）接通電源后，電容 C1 被充電， Vc1 上升，當(dāng) Vc1 上升到 2/3Vcc 時(shí)，觸發(fā)器被復(fù)位，同時(shí)放電BJTT導(dǎo)通，此時(shí)Vo為低電平，電容C1通過R和T放電，使Vc1 下降。當(dāng) Vc1 下降到 1/3Vcc

10、 時(shí)，觸發(fā)器又被復(fù)位，Vo 翻轉(zhuǎn)為高電平，電容C1 放電所需要的時(shí)間為：t1=RC1ln2=當(dāng)C1放電結(jié)束是，T截止，Vcc將通過R1,R2向電容器C1沖電，Vcc由1/3Vcc上升到 2/3Vcc 所需要的時(shí)間為：t2=(R1+R2)C1ln2=(2R1+R2)C1當(dāng) Vc 上升到2/3Vcc 是， 觸發(fā)器又發(fā)生翻轉(zhuǎn)。 如此周而復(fù)始， 在輸出端就得到一個(gè)周期性的方波，其頻率為：f=1/(t1+t2)=(2R1+R2)C1這里設(shè)震蕩頻率f=1Hz 。計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)有了時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)“秒”信號(hào)后，就可以根據(jù)設(shè)計(jì)要求設(shè)定時(shí)、分、秒計(jì)數(shù)器：分和秒計(jì)數(shù)器都采用 60 進(jìn)制計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)規(guī)律均為00， 01， 0

11、258 ， 59，00, 01 ,這里均選用十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS160b 74LS160有兩個(gè)置零度端，通過與輸出信號(hào)連接得到任意小于十進(jìn)制的計(jì)數(shù)器。 例如六進(jìn)制計(jì)數(shù)器。 然后與十進(jìn)制計(jì)數(shù)器級聯(lián)可得到六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。小時(shí)計(jì)數(shù)器是一個(gè)“ 23 翻 0”的特殊計(jì)數(shù)器，即當(dāng)數(shù)字鐘運(yùn)行到23 時(shí) 59分 59 秒時(shí)，秒的個(gè)位計(jì)數(shù)器再輸入一個(gè)秒脈沖，數(shù)字鐘自動(dòng)顯示為 00 時(shí) 00 分00 秒。通過兩個(gè)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器的級聯(lián)構(gòu)成一個(gè)一百進(jìn)制的計(jì)數(shù)器。然后通過輸出控制可得到二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器。把第一個(gè)計(jì)數(shù)器的 Qb 和第二個(gè)計(jì)數(shù)器的 Qc連接到兩個(gè)置零度端， 并且兩個(gè)芯片的置零度端連接， 這樣計(jì)數(shù)器到二十四時(shí)計(jì)

12、數(shù)器就清零，就得到二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器。六十進(jìn)制計(jì)數(shù)由分頻器來的秒脈沖信號(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)位是一 鵬。3118718；oo三 i 上：與 一，aj g 1 2 * * * 1 _ 74LS4B(2)74LS48(1)Aj A】A兒Aj Aj A1Ao -1""Fi 7-«UH - ' ： ： ： ； j -4 -74LS92(r74LS

13、冽之：；： 二 ；：:1 上*1，-T4十進(jìn)制。如圖 3-4-3-11. JaK4K131T-U1n74 LSi 聚丁6 T 不整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路報(bào)時(shí)模塊中的報(bào)時(shí)信號(hào)輸出電路如圖所示， 主要是用7個(gè)與門電路和一個(gè)蜂 鳴器組成，與門電路的各個(gè)引腳分別與信號(hào)的輸入腳對應(yīng)相接，使其在每個(gè)整點(diǎn)時(shí)發(fā)出報(bào)時(shí)信號(hào)，由555計(jì)時(shí)器組成的振蕩器提供脈沖信號(hào)。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“時(shí)” “分” “秒” 的校準(zhǔn)。在電路中設(shè)有正常計(jì)時(shí)和校對位置。本實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)“時(shí)”“分”的校對。對校時(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)

14、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(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)電路來控制。校時(shí)肽沖+5V至?xí)r個(gè)位計(jì)數(shù)1S至分個(gè)位計(jì)數(shù)tj五、總體電路圖設(shè)計(jì)如下頁圖根據(jù)設(shè)計(jì)原理方框圖將各部分電路連接起來則構(gòu)成了總體電路圖, 所示:s Aw六、安裝與調(diào)試在安裝中， 我負(fù)責(zé)的是將片子與數(shù)碼管連接起來， 由于這部分工作比較簡單，所以沒有遇到什么困難。在調(diào)試的過程中，秒的個(gè)位總是只出現(xiàn)“ 4、 5 、 6、 7”這幾個(gè)數(shù)字，當(dāng)重復(fù)循環(huán)出現(xiàn)兩次后秒顯示器熄滅2 秒， 然后向秒的十位進(jìn)一位， 雖然不能正常顯示0 至 9，但是進(jìn)制還是10。經(jīng)過檢查，連的線路都沒有問題，于是把連秒個(gè)位的那個(gè)芯片換了一塊，便恢復(fù)正常了。七、收獲與體會(huì)“數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)” 是數(shù)電技術(shù)課程的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)， 是對我學(xué)習(xí)數(shù)電技術(shù)的綜合性訓(xùn)練。我做的是數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)， 然而， 要完成一個(gè)課題的設(shè)計(jì)要涉及到許多方面的知識(shí)。 通過上網(wǎng)查詢和查閱相關(guān)書籍資料， 讓我知道了大量關(guān)于數(shù)字鐘設(shè)計(jì)的知識(shí)， 同時(shí)又重新將從前學(xué)過的知識(shí)復(fù)習(xí)了一遍， 做到對各個(gè)集成塊的引腳功能和工作原理都很清晰。 從而讓我更深一步掌握了時(shí)序邏輯電路的功能， 學(xué)會(huì)了做課程設(shè)計(jì)的一般步驟。首先我制定出自己的設(shè)計(jì)方案， 其次詳細(xì)設(shè)計(jì)每一部分的電路