數(shù)電課程設(shè)計(jì)報(bào)告(數(shù)字鐘)Auto121翁璇

1、n J* Il 111South China University of Technology數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告數(shù)字鐘學(xué)院：自動化科學(xué)與工程學(xué)院班級：2012級自動化1班學(xué)號：201230642385目錄數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 一、 設(shè)計(jì)題目要求及基本內(nèi)容1.1 設(shè)計(jì)目的 1.2 設(shè)計(jì)任務(wù) 二、設(shè)計(jì)方案 2.1 設(shè)計(jì)原理及框圖 2.2 基本設(shè)計(jì)思路 單元電路設(shè)計(jì)與原理說明 脈沖源電路的設(shè)計(jì) 分頻器電路設(shè)計(jì) 時，分、秒電路的設(shè)計(jì) 3.3.1 3.3.23.13.23.33.33.4分、秒電路的設(shè)計(jì) 時電路的設(shè)計(jì) 時間計(jì)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(shè)定電路 3.4.3 鬧鐘時間控制電路 譯碼驅(qū)動電路 整機(jī)電路及仿真波形 . 電路調(diào)試簡述及故障分析 心得體會 10101111111216171215題目：數(shù)字電子鐘設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目要求及基本內(nèi)容1.1 設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)與制作數(shù)字電子鐘的目的是讓學(xué)生在了解數(shù)字鐘的原理的前提下， 運(yùn)用 學(xué)過的數(shù)電知識設(shè)計(jì)并制作數(shù)字鐘， 而且通過數(shù)字鐘的制作進(jìn)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(jìn)一步學(xué)習(xí)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(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐相結(jié)合。1.2 設(shè)計(jì)任務(wù) 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(jìn)行單獨(dú)校時，使其校正到標(biāo)準(zhǔn)時間； 鬧鈴功能，當(dāng)?shù)竭_(dá)預(yù)設(shè)時間進(jìn)行蜂鳴提示二、設(shè)計(jì)方案2.1設(shè)計(jì)原理及框圖2.2基本設(shè)計(jì)思路要想構(gòu)成數(shù)字鐘，首先應(yīng)選擇一個脈沖源一一能自動地產(chǎn)生穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行分頻，使得高 頻脈沖信號變成適合于計(jì)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(jì)數(shù)器中進(jìn)行計(jì)數(shù)。由于計(jì)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(shè)計(jì)60進(jìn)制，24進(jìn)制計(jì)數(shù)器， 并發(fā)出驅(qū)動信號。各計(jì)數(shù)器輸出信號經(jīng)譯碼器、驅(qū)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(yīng)考慮校準(zhǔn)時間電路。校時電路一般采用自動快速調(diào)整和手動調(diào)整，“自動快“手速調(diào)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(diào)整時間。 動調(diào)整”可利用手動的節(jié)拍調(diào)準(zhǔn)顯示時間。單元電路設(shè)計(jì)與原理說明3.1脈沖源電路的設(shè)計(jì).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(zhì)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(jìn)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(biāo)淮I自動國3.2分頻器電路設(shè)計(jì)由于振蕩器產(chǎn)生的頻率很高，要得到1HZ秒脈沖需要進(jìn)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(jìn)制計(jì)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(jìn)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(jìn)行了適 當(dāng)?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(yán)二嚴(yán)氣警.罰礦:-匸十耆嚴(yán)冒耳尹圖3.4時計(jì)數(shù)電路對時電路進(jìn)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(jì)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(jì)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(jìn)行時間的校準(zhǔn)。置開關(guān)在 手動位置，分別

10、對時、分、秒進(jìn)行單獨(dú)計(jì)數(shù)，計(jì)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(guān)組成，實(shí)現(xiàn)對“時” “分”的校準(zhǔn)。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(shí)際中開關(guān)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(dāng)S1按下時對分進(jìn)行校正，當(dāng)S2按下時對時進(jìn)行校正。為了防止開關(guān)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(shè)置好的鬧鐘數(shù)字與時鐘當(dāng)前的數(shù)字進(jìn)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(yīng)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(jìn)行比較，最終輸出控制信號。只有當(dāng)時鐘的數(shù)字與設(shè)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(shè)定電路在鬧鐘控制電路中還需要對我們的鬧鐘時間進(jìn)行設(shè)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(shí)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(guān)輸入“inbutton ”, 當(dāng)開關(guān)“ 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(dāng)要設(shè)置鬧鐘時間時，可用校時電路將時鐘調(diào)至要設(shè)置的時間，然后將開關(guān)“ in butt on ”打至高電平使寄存器將數(shù)據(jù)保存起來，且開關(guān)一直保持在高電平狀態(tài)。當(dāng)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(yù)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(dāng)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(guān)“ keynao”，30秒控制輸出信號 通過與門連接，當(dāng)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(shí)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(qū)動電路譯碼驅(qū)動電路將計(jì)數(shù)器輸出的8421BCDS轉(zhuǎn)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(shè)計(jì)采用CD4511譯碼器和共 陰數(shù)碼管。七段譯碼及驅(qū)動功能的 CMO電路能提供較大的拉電流。可直接驅(qū)動 共陰LED數(shù)碼管。譯碼驅(qū)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(qū)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(jìn)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(fù)在quartus2中對單個CD4511譯碼器的輸出進(jìn)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(zhuǎn)化為數(shù) 碼管驅(qū)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(jī)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(jī)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(jī)電路仿真波形i五、 電路調(diào)試簡述及故障分析在去實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)際電路調(diào)試之前， 先在自己的電腦的中對自己設(shè)計(jì)的電路 進(jìn)行波形仿