數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)-數(shù)字鬧鐘

1、 南京航空航天大學(xué) 數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)之?dāng)?shù)字鐘數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 一、設(shè)計(jì)目的數(shù)字鐘是一種用數(shù)字電路技術(shù)實(shí)現(xiàn)時(shí)、分、秒計(jì)時(shí)的裝置，與機(jī)械式時(shí)鐘相比具有更高的準(zhǔn)確性和直觀性，且無機(jī)械裝置，具有更更長(zhǎng)的使用壽命，因此得到了廣泛的使用。 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(shí)序電路。 因此，我們此次設(shè)計(jì)與制作數(shù)字鐘就是為了了解數(shù)字鐘的原理，從而學(xué)會(huì)制作數(shù)字鐘.而且通過數(shù)字鐘的制作進(jìn)一步的了解各種在制作中用到的中小規(guī)模集成電路的作用及實(shí)用方法.且由于數(shù)字鐘包括組合邏輯電路和時(shí)敘電路.通過它可以進(jìn)一步學(xué)習(xí)與掌握各種組合邏輯電路與時(shí)序電路的原理與使用方法.二、設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求（

2、1）設(shè)計(jì)指標(biāo) 由LM555構(gòu)成多諧振蕩器產(chǎn)生1HZ標(biāo)準(zhǔn)秒信號(hào)； 分、秒為0059六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，用數(shù)碼管顯示； 時(shí)為0023二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器，用數(shù)碼管顯示； 具有校時(shí)功能，可以分別對(duì)時(shí)及分進(jìn)行單獨(dú)校時(shí)，使其校正到標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間； 整點(diǎn)具有報(bào)時(shí)功能,走時(shí)過程中能按預(yù)設(shè)的定時(shí)時(shí)間（精確到小時(shí)）啟動(dòng)鬧鐘，以發(fā)光二極管閃爍表示，啟鬧時(shí)間為3s10s。（2）設(shè)計(jì)要求 畫出電路原理圖(multisim仿真)； 元器件及參數(shù)選擇； 電路仿真與調(diào)試。（3）要求：自行裝配和調(diào)試，并能發(fā)現(xiàn)問題和解決問題。布局合理，導(dǎo)線橫平豎直，且不要從集成塊上跳線，導(dǎo)線緊貼面包板，連接可靠，交叉線盡可能少。（4）編寫設(shè)計(jì)報(bào)告：寫出設(shè)計(jì)

3、與制作的全過程，附上有關(guān)資料和圖紙，有心得體會(huì)。 三、原理框圖數(shù)字鐘實(shí)際上是一個(gè)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)頻率（1HZ）進(jìn)行計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)電路。由于計(jì)數(shù)的起始時(shí)間不可能與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間一致，故需要在電路上加一個(gè)校時(shí)電路，同時(shí)標(biāo)準(zhǔn)的1HZ時(shí)間信號(hào)必須做到準(zhǔn)確穩(wěn)定。數(shù)字電子鐘的總體圖如圖所示。數(shù)字電子鐘由以下幾部分組成：多頻振蕩器構(gòu)成的秒脈沖發(fā)生器；校對(duì)電路；六十進(jìn)制秒、分計(jì)數(shù)器、二十進(jìn)制時(shí)計(jì)數(shù)器；以及秒、分、時(shí)的譯碼顯示部分等。四主要部分的實(shí)現(xiàn)方案1 秒脈沖電路可采用LM555構(gòu)成多諧振蕩器，調(diào)整電阻可改變頻率，使之產(chǎn)生1Hz的脈沖信號(hào)（即T=1S） 如圖示：2 時(shí)間計(jì)數(shù)器電路由6個(gè)74LS163計(jì)數(shù)器組成時(shí)分秒的計(jì)數(shù)電路，

4、74LS163是能響應(yīng)時(shí)鐘脈沖上升沿、可以同步復(fù)位、同步預(yù)置的模16同步加法計(jì)數(shù)器。（）秒計(jì)數(shù)器秒的個(gè)位計(jì)數(shù)單元為10進(jìn)制計(jì)數(shù)器，當(dāng)QDQCQBQA變成1010時(shí)，通過與非門把它的清零端變成0，計(jì)數(shù)器的輸出被置零，跳過1011到1111的狀態(tài)，又從0000開始，如此重復(fù)。秒的十為計(jì)數(shù)單元為6進(jìn)制，當(dāng)QDQCQBQA變成0101時(shí)，通過與非門把它的清零端變成0，計(jì)數(shù)器的輸出被置零，跳過0110到1111的狀態(tài)，又從0000開始，如此就是60進(jìn)制。同時(shí)秒十位上的0101時(shí)，要把進(jìn)位信號(hào)傳輸給“分”個(gè)位的計(jì)數(shù)單元。 （2）分計(jì)數(shù)器 分的個(gè)位和十位計(jì)數(shù)單元的狀態(tài)轉(zhuǎn)換和秒的是一樣的，只是它要把進(jìn)位信號(hào)傳

5、輸給時(shí)的個(gè)位計(jì)數(shù)單元。 （3）時(shí)計(jì)數(shù)器 當(dāng)“時(shí)”十位的QDQCBA為0000或0001時(shí)，“時(shí)”的個(gè)位計(jì)數(shù)單元是十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，當(dāng)他的QDQCQBQA到1010時(shí)，通過與非門使得個(gè)位74LS90上的清零端為0，則計(jì)數(shù)器的輸出直接置零，從0000有開始。當(dāng)十位的QDQCQBQA為0010時(shí)，通過與非門使得該74LS90的清零端為0，“時(shí)”的十位有重新從0000開始，此時(shí)的個(gè)位計(jì)數(shù)單元變成4進(jìn)制，即當(dāng)個(gè)位計(jì)數(shù)單元的QDQCQBQA為0100時(shí)，就要又從0000開始計(jì)數(shù)。這樣就實(shí)現(xiàn)了“時(shí)”24進(jìn)制的計(jì)數(shù)2×74LS1632×74LS163 2×74LS1633譯碼驅(qū)動(dòng)顯示

6、單元計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)了對(duì)時(shí)間的累計(jì)以8421BCD碼形式輸出，選用顯示譯碼電路將計(jì)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CD4511作為顯示譯碼電路，選用LED數(shù)碼管作為顯示單元電路五丶整體原理圖六、元器件1面包板1塊2鑷子1把3剪刀1把4共陰極八段數(shù)碼管4個(gè)5導(dǎo)線若干674LS163 集成片4個(gè)7CD4511集成片4個(gè)8. 74LS00集成片4個(gè)9. 74LS32集成片1個(gè)10. 74LS138集成片2個(gè)11. 74LS123集成片一個(gè)12. 220F、電容各一個(gè)13. 1.5K、2.4K、51K電阻各一個(gè).10K電阻4個(gè)七、實(shí)驗(yàn)過程中遇到的問題及解決方法1)在檢測(cè)數(shù)碼

7、管和LED燈過程中發(fā)現(xiàn)時(shí)鐘十位數(shù)碼管無法正常顯示，亮度偏低，經(jīng)檢查是連接數(shù)碼管電阻阻值過大導(dǎo)致，更換電阻后可以正常顯示。2)在檢測(cè)CD4511驅(qū)動(dòng)電路的過程中發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管不能正常顯示的狀況，經(jīng)檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)主要是由于接觸不良的問題，其中包括線的接觸不良和芯片的接觸不良，在實(shí)驗(yàn)過程中，數(shù)碼管有幾段二極管時(shí)隱時(shí)現(xiàn)，有時(shí)會(huì)消失。用5V電源對(duì)數(shù)碼管進(jìn)行檢測(cè)，一端接地，另一端接觸每一段二極管，發(fā)現(xiàn)二極管能正常顯示的，再用萬用表歐姆檔檢測(cè)每一根線是否接觸良好，在檢測(cè)過程中發(fā)現(xiàn)有幾根線有時(shí)能接通，有時(shí)不能接通，把接觸不好的線重新接過后發(fā)現(xiàn)能正常顯示了。其次是由于芯片接觸不良的問題，用萬用表歐姆檔檢測(cè)有幾個(gè)引腳本該相

8、通的地方卻未通，而檢測(cè)的導(dǎo)線狀況良好，其解決方法為把CD4511的芯片拔出，根據(jù)面包板孔的的狀況重新調(diào)整其引腳，使其正對(duì)于孔，再用力均勻地將芯片插入面包板中，此后發(fā)現(xiàn)能正常顯示。3)在檢驗(yàn)時(shí)鐘個(gè)位過程中發(fā)現(xiàn)只能顯示至數(shù)字3，時(shí)鐘十位只能顯示1、2.經(jīng)排查，時(shí)鐘個(gè)位所屬74LS163中D1、D2、D3、D4本應(yīng)接低電平而接了高電平。修正后可以正常顯示。4)經(jīng)檢驗(yàn)，秒時(shí)鐘脈沖信號(hào)頻率不為1Hz.數(shù)碼管閃爍較快。是由于電容選擇錯(cuò)誤，修正后可以正常顯示。八、心得體會(huì)通過這次對(duì)數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)與制作，讓我們了解了設(shè)計(jì)電路的程序，也讓我們了解了關(guān)于數(shù)字鐘的原理與設(shè)計(jì)理念，要設(shè)計(jì)一個(gè)電路首先要畫出一個(gè)參考電路圖。在實(shí)際接線中有著各種各樣的條件制約著，要合理布局這樣連接線的地方不至于不均勻。通過這次學(xué)習(xí)，讓我對(duì)各種集成片功效都有了大概的了解，對(duì)于這些電路還是應(yīng)該自己動(dòng)手實(shí)際操作才會(huì)有深刻理解。在這次實(shí)驗(yàn)連接中，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)極大的問題，那就是在電路連接過程中一定要細(xì)心，耐心。這兩點(diǎn)是至關(guān)重要的。在連接電路圖時(shí)，任何問題都可能導(dǎo)致致命的失誤，此次實(shí)驗(yàn)最終檢測(cè)的時(shí)候