數(shù)字邏輯與系統(tǒng)課程設(shè)計

1、數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng)課程設(shè)計總結(jié)報告數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計 總 結(jié) 報 告題目:指導(dǎo)教師:設(shè)計人員:組號:班級:目錄一. 課程設(shè)計題目和目的 2 1.1 課程設(shè)計題目 2 1.2課程設(shè)計目的 2二. 課程設(shè)計要求 2三.設(shè)計原理及框圖 3 3.1 設(shè)計原理 3 3.2 框圖設(shè)計 6 四. 各功能模塊電路圖 7 4.1 晶體振蕩電路 7 4.2 時、分、秒整體模塊 8 4.2.1 分、秒計數(shù)器設(shè)計模塊 9 4.2.2 時計數(shù)器模塊 9 4.3 整點報時(蜂鳴器電路 10 4.4 校正電路 11 4.5 譯碼器 12 五. 元器件 13 5.1 元器件清單 13 5.2 元器件內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳圖 13六

2、. 課程設(shè)計總結(jié) 17課程設(shè)計題目和目的1.1課程設(shè)計題目設(shè)計多功能數(shù)字鐘1.2.本次課程設(shè)計設(shè)計目的 :1. 熟悉集成電路的引腳安排。2. 掌握各芯片的邏輯功能及使用方法。3. 了解面包板結(jié)構(gòu)及其接線方法。4. 了解數(shù)字鐘的組成及工作原理。5. 熟悉數(shù)字鐘的設(shè)計與制作。課程設(shè)計要求設(shè)計要求:(1.設(shè)計指標(biāo)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)行單獨校時,使其校正到標(biāo)準(zhǔn)時間;計時過程具有報時功能,當(dāng)時間到達(dá)整點前 10秒進(jìn)行蜂鳴報時;為了保證計時的穩(wěn)定及準(zhǔn)確須由晶體振蕩器提供表針時間基準(zhǔn)信號。(2.設(shè)計要求畫出電路原理圖(或仿真電路圖 ;元器件及參數(shù)選擇;(

3、3.制作要求 自行裝配和調(diào)試,并能發(fā)現(xiàn)問題和解決問題。(4.編寫設(shè)計報告 寫出設(shè)計與制作的全過程,附上有關(guān)資料和圖紙,有心得體會。 設(shè)計原理及框圖 3.1 數(shù)字鐘的工作原理(1晶體振蕩器電路晶體振蕩器是構(gòu)成數(shù)字式時鐘的核心,它保證了時鐘的走時準(zhǔn)確及穩(wěn)定。圖 3-1所示 電路通過 CMOS 非門構(gòu)成的輸出為方波的數(shù)字式晶體振蕩電路,這個電路中, CMOS 非門 U 1與晶體、電容和電阻構(gòu)成晶體振蕩器電路, U2實現(xiàn)整形功能,將振蕩器輸出的近似于正弦波的波形轉(zhuǎn)換為較理想的方波。 輸出反饋電阻 R1為非門提供偏置, 使電路工作于放大區(qū)域,即非門的功能近似于一個高增益的反相放大器。 電容C 1 、 C

4、2與晶體構(gòu)成一個諧振型網(wǎng)絡(luò),完成對振蕩頻率的控制功能,同時提供了一個 180度相移,從而和非門構(gòu)成一個正反饋網(wǎng) 絡(luò),實現(xiàn)了振蕩器的功能。由于晶體具有較高的頻率穩(wěn)定性及準(zhǔn)確性,從而保證了輸出頻 率的穩(wěn)定和準(zhǔn)確。晶體 XTAL 的頻率選為 32768HZ。該元件專為數(shù)字鐘電路而設(shè)計,其頻率較低,有利于 減少分頻器級數(shù)。從有關(guān)手冊中,可查得 C 1 、 C2均為 30pF 。當(dāng)要求頻率準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度更高時,還可接入校正電容并采取溫度補償措施。由于 CMOS 電路的輸入阻抗極高, 因此反饋電阻 R1可選為 10M 。 較高的反饋電阻有利 于提高振蕩頻率的穩(wěn)定性。非門電路可選 74HC00。 圖 3-1

5、 COMS晶體振蕩器(2分頻器電路通常, 數(shù)字鐘的晶體振蕩器輸出頻率較高, 為了得到 1HZ的秒信號輸入, 需要對振 蕩器的輸出信號進(jìn)行分頻。通常實現(xiàn)分頻器的電路是計數(shù)器電路,一般采用多級 2進(jìn) 制計數(shù)器來實現(xiàn)。 例如, 將 32768Hz 的振蕩信號分頻為 1H Z 的分頻倍數(shù)為 32768(213 , 即實現(xiàn)該分頻功能的計數(shù)器相當(dāng)于 15極 2進(jìn)制計數(shù)器。 常用的 2進(jìn)制計數(shù)器有 74HC393等。本實驗中采用 CD4060來構(gòu)成分頻電路。 CD4060在數(shù)字集成電路中可實現(xiàn)的分頻 次數(shù)最高,而且 CD4060還包含振蕩電路所需的非門,使用更為方便。CD4060計數(shù)為 14級 2進(jìn)制計數(shù)器

6、,可以將 32768Hz 的信號分頻為 2H Z ,其內(nèi)部 框圖如圖 3-2所示, 從圖中可以看出, CD4060的時鐘輸入端兩個串接的非門, 因此可 以直接實現(xiàn)振蕩和分頻的功能。 圖 3-2 CD4046內(nèi)部框圖(3時間計數(shù)單元時間計數(shù)單元有時計數(shù)、分計數(shù)和秒計數(shù)等幾個部分。時計數(shù)單元一般為 12進(jìn)制計數(shù)器計數(shù)器,其輸出為兩位 8421BCD 碼形式;分計數(shù)和 秒計數(shù)單元為 60進(jìn)制計數(shù)器,其輸出也為 8421BCD 碼。一般采用 10進(jìn)制計數(shù)器 74HC390來實現(xiàn)時間計數(shù)單元的計數(shù)功能。為減少器件使用 數(shù)量,可選 74HC390,其內(nèi)部邏輯框圖如圖 3-3所示。該器件為雙 2-5-10異

7、步計數(shù)器, 并且每一計數(shù)器均提供一個異步清零端(高電平有效 。 圖 3-3 74HC390(1/2內(nèi)部邏輯框圖秒個位計數(shù)單元為 10進(jìn)制計數(shù)器,無需進(jìn)制轉(zhuǎn)換,只需將 Q A 與 CP B (下降沿有效 相連即可。 CP A (下降沒效與 1H Z 秒輸入信號相連, Q 3可作為向上的進(jìn)位信號與十位計數(shù) 單元的 CP A 相連。秒十位計數(shù)單元為 6進(jìn)制計數(shù)器,需要進(jìn)制轉(zhuǎn)換。將 10進(jìn)制計數(shù)器轉(zhuǎn)換為 6進(jìn)制計 數(shù)器的電路連接方法如圖所示,其中Q 2可作為向上的進(jìn)位信號與分個位的計數(shù)單元的 CPA相連。 圖 3-4 10進(jìn)制 6進(jìn)制計數(shù)器轉(zhuǎn)換電路分個位和分十位計數(shù)單元電路結(jié)構(gòu)分別與秒個位和秒十位計數(shù)

8、單元完全相同,只不過分個位計數(shù)單元的Q 3 作為向上的進(jìn)位信號應(yīng)與分十位計數(shù)單元的 CPA相連, 分十位計數(shù)單元的Q 2 作為向上的進(jìn)位信號應(yīng)與時個位計數(shù)單元的 CPA相連。時個位計數(shù)單元電路結(jié)構(gòu)仍與秒或個位計數(shù)單元相同,但是要求,整個時計數(shù)單元應(yīng) 為 12進(jìn)制計數(shù)器,不是 10的整數(shù)倍,因此需將個位和十位計數(shù)單元合并為一個整體才能 進(jìn)行 12進(jìn)制轉(zhuǎn)換。利用 1片 74HC390實現(xiàn) 12進(jìn)制計數(shù)功能的電路如圖 3-5所示。另外, 圖 3-5所示電路中, 尚余-2進(jìn)制計數(shù)單元, 正好可作為分頻器 2HZ輸出信號轉(zhuǎn)化為 1HZ信號之用。 圖 3-5 12進(jìn)制計數(shù)器電路(4 譯碼驅(qū)動及顯示單元計數(shù)

9、器實現(xiàn)了對時間的累計以 8421BCD 碼形式輸出,選用顯示譯碼電路將計數(shù)器的 輸出數(shù)碼轉(zhuǎn)換為數(shù)碼顯示器件所需要的輸出邏輯和一定的電流,選用 7447作為顯示譯碼 電路,選用 LED 數(shù)碼管作為顯示單元電路。(5 校時電源電路當(dāng)重新接通電源或走時出現(xiàn)誤差時都需要對時間進(jìn)行校正。 通常, 校正時間的方法是:首先截斷正常的計數(shù)通路,然后再進(jìn)行人工出觸發(fā)計數(shù)或?qū)㈩l率較高的方波信號加到需要 校正的計數(shù)單元的輸入端,校正好后,再轉(zhuǎn)入正常計時狀態(tài)即可。根據(jù)要求,數(shù)字鐘應(yīng)具有分校正和時校正功能,因此,應(yīng)截斷分個位和時個位的直接計數(shù)通路,并采用正常計時信號與校正信號可以隨時切換的電路接入其中。圖 3-6所示即

10、 為帶有基本 RS 觸發(fā)器的校時電路。 圖 3-6 帶有消抖動電路的校正電路(6 整點報時電路根據(jù)要求,電路應(yīng)在整點前 10秒鐘內(nèi)開始整點報時,即當(dāng)時間在 59分 50秒到 59分 59秒期間時,報時電路報時控制信號。報時電路選 74HC30,選蜂鳴器為電聲器件。3.2 框圖設(shè)計 圖 3-7 框圖設(shè)計各功能模塊電路圖4.1 晶體振蕩電路晶體振蕩器是構(gòu)成數(shù)字式時鐘的核心,它保證了時鐘的走時準(zhǔn)確及穩(wěn)定 . 這個電路 中, CMOS 非門 U 1與晶體、電容和電阻構(gòu)成晶體振蕩器電路, U 2實現(xiàn)整形功能,將振蕩器輸 出 的 近 似 于 正 弦 波 的 波 形 轉(zhuǎn) 換 為 較 理 想 的 方 波 。

11、輸 出 反 饋 電 阻 R 1為 非 門 30pF30pF 圖 4-1提供偏置,使電路工作于放大區(qū)域,即非門的功能近似于一個高增益的反相放大器。 電容C 1、C 2與晶體構(gòu)成一個諧振型網(wǎng)絡(luò),完成對振蕩頻率的控制功能,同時提供了一個 180度相移,從而和非門構(gòu)成一個正反饋網(wǎng)絡(luò),實現(xiàn)了振蕩器的功能。由于晶體具有較高 的頻率穩(wěn)定性及準(zhǔn)確性,從而保證了輸出頻率的穩(wěn)定。4.2 時、分、秒整體模塊秒 十 位 秒 個 位分 個 位 分 十 位 時 個 位 時 十 位圖 4-24.2.1 分秒計數(shù)器模塊秒個位和分個位都是十進(jìn)制計數(shù)器, 只需用乘數(shù)法將 74LS390芯片中的二 進(jìn)制輸出端接入它的五進(jìn)制輸入端,

12、便能得到十進(jìn)制計數(shù)器。秒十位和分十位都是六進(jìn)制計數(shù)器,應(yīng)用復(fù)位法使計數(shù)器到達(dá) 6時 Cr=1,從而 Q1Q2Q3Q4 =0達(dá) 到計數(shù)器回到全零狀態(tài)。先用 74LS390二進(jìn)制和五進(jìn)制的計數(shù)器用乘數(shù)法組成十進(jìn)制計數(shù)器,再用復(fù) 位法把十進(jìn)制計數(shù)器改為六進(jìn)制計數(shù)器。 圖 4-34.2.2 時計數(shù)器模塊數(shù)字時鐘小時需要 12進(jìn)制計數(shù)器,可以用 74HC390的一個二進(jìn)制計數(shù)器和一個五進(jìn)制計數(shù)器組 成十進(jìn)制計數(shù)器,再用一個二進(jìn)制計數(shù)器作為時十位進(jìn)行控制,當(dāng)時十位為 0時,時個位能計數(shù)到 9, 而當(dāng)時十位為 1時,時個位只能計數(shù)到 1,即變?yōu)槎M(jìn)制計數(shù)器。因為 74HC390芯片一個二進(jìn)制計數(shù) 器將用作把

13、分頻電路的 2Hz 變?yōu)?1Hz 用。所以時十 位的二進(jìn)制計數(shù)器由復(fù)位法變?yōu)槎M(jìn)制計數(shù)器。 圖 4-44.3 整點報時(蜂鳴器電路 5V圖 4-54.4 校正電路 校正后信號 正常輸圖 4-6利用與非門和 74HC51組成消抖校時電路,當(dāng)開關(guān)撥向下時,校時信 號被屏蔽,輸出正常信號,當(dāng)開關(guān)撥向下時,正常信號被屏蔽,輸出校時信 號,從而達(dá)到校時的目的。4.5 譯碼器 Vcc圖 4-7元器件5.1 元器件清單課程實驗箱一臺。網(wǎng)絡(luò)線 2米 /人。共陰八段數(shù)碼管 6個。7448譯碼器 集成塊 6塊。CD4060集成塊 1塊。74HC390集成塊 3塊。74HC51集成塊 1塊。74HC00集成塊 5塊

14、。74HC30集成塊 1塊。10M 電阻 5個。500電阻 14個。30p 電容 2個。蜂鳴器5.2 元器件內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳圖 圖 5-1 圖 5-2 74HC00GND 圖 5-3 74HC00 內(nèi)部電路數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng)課程設(shè)計總結(jié)報告 圖 5-4 14 Vcc 13 NC 12 H 11 G 10 NC 9 NC 8 Y 74HC30 A 1 2 B 3 C 4 D 5 E 6 F GND 7 圖 5-5 15 數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng)課程設(shè)計總結(jié)報告 14 13 12 11 10 9 8 1 2 3 4 5 6 7 5-6 74HC30 內(nèi)部電路 14 Vcc 13 1C 12 1B 11 1

15、F 10 1E 9 1D 8 1Y 74HC51 1A 1 2 2A 3 2B 4 2C 5 2D 6 2Y GND 7 圖 5-7 16 數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng)課程設(shè)計總結(jié)報告 圖 5-8 課程設(shè)計總結(jié) 課程設(shè)計總結(jié) 課程設(shè)計總結(jié) 通過這次課程設(shè)計，我學(xué)到了很多知識，其中有許多是在書本上根本不 能學(xué)到的，雖然只有兩天的時間，但這兩天是很充實的，大家都在忙碌中度 過，指導(dǎo)老師也是不厭其煩地給我們講解我們不懂的知識，使我們受益匪淺。 這次課程設(shè)計也會成為我以后學(xué)習(xí)道路上一份寶貴的經(jīng)驗。 （1） 通過自己畫電路圖和連線，使我更好的掌握了各個芯片的用法，也 加深了對各種門電路的認(rèn)識，我想這對我的學(xué)習(xí)以及將來的工作會 很有意義。 （2） 在設(shè)計中也遇到了很多靠自己靠書本不能解決的問題，只有求助老 師和同學(xué)，甚至晚上回來后上網(wǎng)查詢相關(guān)資料，以便能順利完成設(shè) 計，所以，除了努力學(xué)習(xí)書本上的知識，培養(yǎng)團(tuán)隊精神和檢索信息 的能力也同樣重要。 17 數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng)課程設(shè)計總結(jié)報告 （3） 在連接電路之前，一定要檢查所用的元器件是否可用。要逐一檢查， 如果連接好電路之后才發(fā)現(xiàn)某個芯片