數(shù)電課程設計報告(數(shù)字鐘)Auto121翁璇

1、n J* Il 111South China University of Technology數(shù)字電子技術課程設計報告數(shù)字鐘學院：自動化科學與工程學院班級：2012級自動化1班學號：201230642385目錄數(shù)字電子技術課程設計報告 一、 設計題目要求及基本內容1.1 設計目的 1.2 設計任務 二、設計方案 2.1 設計原理及框圖 2.2 基本設計思路 單元電路設計與原理說明 脈沖源電路的設計 分頻器電路設計 時，分、秒電路的設計 3.3.1 3.3.23.13.23.33.33.4分、秒電路的設計 時電路的設計 時間計數(shù)電路的連接 時校正電路 3.5四、五、六、3.3.3分， 鬧鐘控制電

2、路 3.4.1 數(shù)據(jù)比較電路 3.4.2 數(shù)據(jù)設定電路 3.4.3 鬧鐘時間控制電路 譯碼驅動電路 整機電路及仿真波形 . 電路調試簡述及故障分析 心得體會 10101111111216171215題目：數(shù)字電子鐘設計設計題目要求及基本內容1.1 設計目的 數(shù)字鐘從原理上講是一種典型的數(shù)字電路， 其中包括了組合邏輯電路和時序電路。 此次設計與制作數(shù)字電子鐘的目的是讓學生在了解數(shù)字鐘的原理的前提下， 運用 學過的數(shù)電知識設計并制作數(shù)字鐘， 而且通過數(shù)字鐘的制作進一步了解各種常用 數(shù)字器件作用及其使用方法。 由于數(shù)字電子鐘包括組合邏輯電路、 時序電路和脈 沖電路，通過它可以進一步學習與掌握各種組合

3、邏輯電路與時序電路的原理與使 用方法，從而實現(xiàn)理論與實踐相結合。1.2 設計任務 時間以 24 小時為一個周期； 顯示時、分、秒； 有校時功能，可以分別對時及分進行單獨校時，使其校正到標準時間； 鬧鈴功能，當?shù)竭_預設時間進行蜂鳴提示二、設計方案2.1設計原理及框圖2.2基本設計思路要想構成數(shù)字鐘，首先應選擇一個脈沖源一一能自動地產(chǎn)生穩(wěn)定的標準時間 脈沖信號。而脈沖源產(chǎn)生的脈沖信號地頻率較高，因此，需要進行分頻，使得高 頻脈沖信號變成適合于計時的低頻脈沖信號，即“秒脈沖信號”（頻率為1Hz）。經(jīng)過分頻器輸出的秒脈沖信號到計數(shù)器中進行計數(shù)。由于計時的規(guī)律是：60秒=1分，60分=1小時，24小時=

4、1天，就需要分別設計60進制，24進制計數(shù)器， 并發(fā)出驅動信號。各計數(shù)器輸出信號經(jīng)譯碼器、驅動器到數(shù)字顯示器，是“時”、“分”、“秒”得以數(shù)字顯示出來。值得注意的是：任何記時裝置都有誤差，因此應考慮校準時間電路。校時電路一般采用自動快速調整和手動調整，“自動快“手速調整”可利用分頻器輸出的不同頻率的脈沖使顯示時間自動迅速調整時間。 動調整”可利用手動的節(jié)拍調準顯示時間。單元電路設計與原理說明3.1脈沖源電路的設計.通常為基于它是數(shù)字電子鐘的核心部分，它的精度和穩(wěn)定度決定于數(shù)字中的質量 晶體振蕩器發(fā)出的脈沖經(jīng)過整形、分頻獲得1Hz的秒脈沖。先用555多諧振蕩器與 RC電路組成1kHz脈沖發(fā)生源。

5、（下圖3.1Multisim7搭建的脈沖源電路）參數(shù)：R1=5.1kQ, C1=0.1uf, C2=0.01uf, Rw=10Q,脈沖源電路產(chǎn)生1kHz方波的參數(shù)選擇依據(jù)：由 f=1kHz , f=1/ (RW+2R1 *0.7 可得：Rw+2R1=14.2e,由 R1 選定為 5.1k Q,故可得 Rw=40Q =10kQ *41%對555振蕩器電路輸出波形進行仿真，可知，T2-T1=1.004ms,故輸出脈沖周期為1ms輸出頻率為1kHz。T1 *T2工巨 u-iT時間比例11噸心* T g 置 o而加童，I耶I A舊I時間壓向257. 732 ms5,000253, 7菇 E55,000

6、i-保薦:AtHnis-2Sl，514nV通道A比例15 V那羊位豊呃I 0 |氐 窯il道B融童比洌|5V,Div邊沿Y位SO電平垃I 0二裘型Ext. Ir-ggerr正弦I標淮I自動國3.2分頻器電路設計由于振蕩器產(chǎn)生的頻率很高，要得到1HZ秒脈沖需要進行分頻。555定時器與RC電路組合產(chǎn)生1KHZ脈沖，可采用74IS90組成分頻電路，得到1Hz秒脈沖。74160功能：十進制計數(shù)器由74160組成的分頻器電路如圖a：I !“LDNAeGA-cOGcQCFlfTCDEhPfCQ匸51CLKCZUPCThR - c khi d iHCri III* I圖3.2分頻器電路在quartus2上對

7、分頻器電路進行仿真得到如下波形:輸入)4nv17i.Cl ns=輸出 仿真時，輸入信號周期為1us，仿真得出的信號周期為1ms （圖中對波進行了適 當?shù)目s放）。PLIL_IblQLCL_Ibim3E 4TL 時3 i曬 i.斗扇.X? o扇a b o do o ooQQQQ圧 -74160妄&黑淌少零曲眾&函3.3二-7i ;一卯-wi72 口r盧BErW師：-11 M I I Id JrfM bit違MH* la2H -禮 - _ hRr. .ph i E E E h Bhk lc_ - M E p p h h E - ! L 上冷汕 cvr“u1lj -皿八-5? f 4 弋 K -CH

8、- q % -_ rlch-l yisilllcl-_ _ T 占 A I * -flrlch-r=_KLpj：pOLM_ . r Irlle !L訥uL：二2cc廠rPxTE=C-hC?_. IrkU Is.A 003.-cSA 6.bA105.5 1.貞4 1A 1oe.-Ed* Mfwhr TrTrDq-I r T r - n I: iF：r嚴二嚴氣警.罰礦:-匸十耆嚴冒耳尹圖3.4時計數(shù)電路對時電路進行仿真得到如下波形:J C u LD 4 hfe LL H rf.D i LF 甲卄JimwmnjnjmnjimuummimmnnnjmjmRnwirmmuummuumnmjummfVuu

9、Wuui n_rLrLn_n_nurLrm_njrLnn_rLrLrLrirLrLrLrLrLrLrLrLrLrLrLnirLrLn_RLj_rnr-|_rnj_rL_rnrL_rnrL_rL_rn_l-t-l-TI:LI_n.I1_.I1一_J1, i .r= IIIIIIIIli! IT3.3.3時間計數(shù)電路的連接_J -= I -岸;S-i-. y :.戸陸.；拆k_-X:gm-PJ- -I r IT;! j - 百r-占 18痘 FL-. IpL P rwi圖3.5時間計數(shù)電路的連接3.3 分，時校正電路在剛接通電源或者時鐘走時出現(xiàn)誤差時，則需要進行時間的校準。置開關在 手動位置，分別

10、對時、分、秒進行單獨計數(shù)，計數(shù)脈沖由單次脈沖或連續(xù)脈沖輸 入。校時電路如圖1.12所示為校時電路。由與非門和二個開關組成，實現(xiàn)對“時” “分”的校準。校正電路如圖：X111J 1J .h1L11 r 1-11111 - -捷抄卡僮室，一匸知曼亙.-二爰啟.m3-宀魚國貝_11J.11!1!-I1 0L 憂 :UJ . U I k. U H 爭咬正-時額1二:IrrechJigerrjn! nbuflon圖3.6校正電路 圖中的input為實際中開關與電阻電容組合產(chǎn)生的校正脈沖的輸入。 原理圖：圖3.7校正電路原理圖當S1按下時對分進行校正，當S2按下時對時進行校正。為了防止開關按下 時產(chǎn)生抖動

11、，可接入一個由SR觸發(fā)器產(chǎn)生的防抖動電路。3.4鬧鐘控制電路3.4.1數(shù)據(jù)比較電路數(shù)據(jù)比較電路主要是將設置好的鬧鐘數(shù)字與時鐘當前的數(shù)字進行比較，執(zhí)行該功能的芯片采用74LS85數(shù)據(jù)比較器。分個位，分十位，時個位，時十位均有 一個對應的數(shù)據(jù)比較器，四個數(shù)據(jù)比較器組成十六位的數(shù)據(jù)比較器，對十六位數(shù)字進行比較，最終輸出控制信號。只有當時鐘的數(shù)字與設定的數(shù)字相同時，數(shù)據(jù)比較電路的最終輸出才為“ 1”，否則輸出“ 0”。3.4.2數(shù)據(jù)設定電路在鬧鐘控制電路中還需要對我們的鬧鐘時間進行設定。 執(zhí)行該功能的芯片選 用74LS194四位雙向移位寄存器。74LS194能實現(xiàn)并行輸入和并行輸出。 有四 種操作方式

12、：同步并行寄存，右移，左移，不動。電路中，將74LS194的清零端接地，控制端“ST,“S2接開關輸入“inbutton ”, 當開關“ in butt on ”按下時“ S1, S2同時接低電平，寄存器中的數(shù)據(jù)全被清零。 當要設置鬧鐘時間時，可用校時電路將時鐘調至要設置的時間，然后將開關“ in butt on ”打至高電平使寄存器將數(shù)據(jù)保存起來，且開關一直保持在高電平狀態(tài)。當下一次時鐘走到該時刻時，鬧鐘會響起。3.4.3鬧鐘時間控制電路在鬧鐘時間控制上，我們需要讓鬧鐘響30秒后停止。在這個控制電路上依然選用74LS85數(shù)據(jù)比較器。數(shù)據(jù)比較器的輸入端接秒的十位，預置的比較數(shù)據(jù) 為3。最后將“

13、 yv=30”和“y=30”的輸出端通過或非端輸出。當秒的十位大于3也即是時間大于30秒時，輸出低電平信號。鬧鐘最終將比較器輸出信號，鬧鐘開啟開關“ keynao”，30秒控制輸出信號 通過與門連接，當三者信號輸出信號為一時，鬧鐘電路的輸出才為1,鬧鐘才響。T 呂.-亠盧wI2 I r,I II 17IJ.y-3：匕:J-1:匚L - =_ 丹 0 +1T r 0 VJ- TV .1 LB I I I J I I _實F -I I ； 0； “K.U . .n“ BP I I I Li-im-IrC.j -: ?：III II - 1111 1111 . Illi Illi 111= L .：

14、 II II III. I:聲圖3.8鬧鐘控制電路:3.5譯碼驅動電路譯碼驅動電路將計數(shù)器輸出的8421BCDS轉換為數(shù)碼管需要的邏輯狀態(tài)， 并 且為保證數(shù)碼管正常工作提供足夠的工作電流。本設計采用CD4511譯碼器和共 陰數(shù)碼管。七段譯碼及驅動功能的 CMO電路能提供較大的拉電流?？芍苯域寗?共陰LED數(shù)碼管。譯碼驅動顯示電路如圖 3.9 。SEVEN SEG DISPLAYVCC5VS S3 g豈Ua4511BPO O O S-I 一匕OLU m Uf r 圖3.9譯碼驅動顯示電路附：CD4511引腳及功能AlCVOD1leAic215WLTc314Wc4U:YaLEcf 1)45116l

15、a3YbA3ce11YcAoc7103Yd昭cB933.10CD4511 引腳圖圖A0A3二進制數(shù)據(jù)輸入端數(shù)據(jù)鎖定控制端/BI :輸出消隱控制端LE:/LT :燈測試端YaYg數(shù)據(jù)輸出端VDD電源正VSS電源負在quartus2中對單個CD4511譯碼器的輸出進行仿真，得到如下波形：前四個為譯碼器輸入，后七個為輸出。由波形圖可知，譯碼器將BCD碼轉化為數(shù) 碼管驅動碼。Stk M&ciTMh.W.心 eJj|lPortEilUmhn 皿 |1倔4bELIT T1 riPlJ-IO3 T0IDm E出H W If q u 土 D9 UR Z 鬥FIT 衛(wèi)名止詣 rf TIN四、整機電路及仿真波形O

16、E： H. !?- Sx liTI秋b 44-iluu(llA fl o n T r 1；電nR NbJci fiRiv Dr A 黃Ir -也- .2二ip: ffip|run*i.LLp-Cilp1-1 二fjIIIN S I圖4.1整機電路limE：5 B I f干：二二- EI亡 q = I時 口三 . 715 S.f r3萌 e 討川tr-0比LrisMiR&r211 B JUroiTronOTiTOMOMumiimMnnmTLrrtffiinwinfwniOTWTwinirt I 3LD皆門1 LL.Lb皿IoWtatau.tBTTLtt :u-tr iU.tOA, inMOfrjimmorjtfMmwjranmrmmMm iwimaorJwiwmiMnm_Rr_rLrLjrk_n_n_n_rarL_rLT_rLrL_rLrL jVLJVurjiFLnrLTLrLnj L_nL_-LrL_i n_r_n_n_n 1n . -I;圖4.2整機電路仿真波形i五、 電路調試簡述及故障分析在去實驗室進行實際電路調試之前， 先在自己的電腦的中對自己設計的電路 進行波形仿