數(shù)字鐘的設(shè)計

1、基礎(chǔ)部基礎(chǔ)部數(shù)字鐘的設(shè)計數(shù)字鐘的設(shè)計數(shù)字鐘的設(shè)計數(shù)字鐘的設(shè)計一、課程目標(biāo)一、課程目標(biāo)1、通過實訓(xùn)學(xué)會數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計方法；2、通過實訓(xùn)學(xué)習(xí)元器件的選擇及集成電路手冊查詢方法；3、通過實訓(xùn)掌握電子電路調(diào)試及故障排除方法；4、熟悉數(shù)字實驗箱的使用方法。數(shù)字鐘的設(shè)計數(shù)字鐘的設(shè)計二、設(shè)計任務(wù)二、設(shè)計任務(wù) 設(shè)計一個可以顯示時、分、秒的數(shù)字鐘。要求：1、24小時為一個計數(shù)周期；2、具有整點報時功能；3、主要采用中小規(guī)模集成電路完成設(shè)計；4、電源電壓+5V。三、電子產(chǎn)品設(shè)計主要內(nèi)容三、電子產(chǎn)品設(shè)計主要內(nèi)容 電子產(chǎn)品設(shè)計一般應(yīng)包含系統(tǒng)功能設(shè)計系統(tǒng)功能設(shè)計、可靠性設(shè)計可靠性設(shè)計和產(chǎn)品化設(shè)計產(chǎn)品化設(shè)計三個主要部分。

2、我們著重突出系統(tǒng)功能設(shè)計。數(shù)字鐘的設(shè)計數(shù)字鐘的設(shè)計四、電路設(shè)計的一般方法四、電路設(shè)計的一般方法1、根據(jù)提出的問題，分析論證，找出其在技術(shù)上的可行性，寫出論證報告；2、明確設(shè)計任務(wù)和要求，選擇總體設(shè)計方案；3、單元電路設(shè)計；4、總體電路設(shè)計；5 、用實驗的方法完成電路的功能；6 、撰寫實驗報告。數(shù)字鐘的設(shè)計數(shù)字鐘的設(shè)計五、數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計步驟五、數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計步驟 數(shù)字系統(tǒng)通常是指能完成比較復(fù)雜邏輯功能的若干數(shù)字電路的集合。數(shù)字系統(tǒng)由信息處理電路和信息控制電路兩部分構(gòu)成。信息處理電路主要完成信息的采集、傳輸、處理等工作；控制電路的作用主要是協(xié)調(diào)和管理各信息處理單元電路的工作，定時發(fā)出控制信號，使各

3、部分電路協(xié)調(diào)一致的完成系統(tǒng)規(guī)定的任務(wù)。設(shè)計步驟如下：1、分析、確定系統(tǒng)功能 系統(tǒng)設(shè)計首先要做的是必須仔細(xì)分析設(shè)計要求，明確系統(tǒng)的任務(wù)，所要達(dá)到的技術(shù)性能、精度指標(biāo)等等。2、確定系統(tǒng)方案 明確系統(tǒng)技術(shù)性能以后，應(yīng)考慮如何實現(xiàn)這些系統(tǒng)功能，即采用哪種電路來完成它，對于功能比較簡單的系統(tǒng)可采用中、小規(guī)模集成電路構(gòu)成，即為純硬件電路。對于功能復(fù)雜的系統(tǒng)可考慮微控制器輔助實現(xiàn)。3、設(shè)計系統(tǒng)方框圖 系統(tǒng)方案確定之后，可以把構(gòu)成系統(tǒng)的各單元模塊及控制關(guān)系用方框圖表示出來。4、邏輯功能劃分 根據(jù)系統(tǒng)的方框圖和工作情況，將系統(tǒng)劃分為信息處理和控制電路兩部分。5、信息處理電路的設(shè)計 根據(jù)信息處理電路的功能要求，將

4、其分成若干功能模塊，然后根據(jù)功能模塊的類型，即組合電路類型和時序電路類型，分別進(jìn)行各功能模塊的設(shè)計，經(jīng)設(shè)計和測試，肯定其性能合符設(shè)計要求，且無競爭冒險。然后轉(zhuǎn)入控制電路設(shè)計。6、控制電路設(shè)計 控制電路是整個數(shù)字系統(tǒng)的核心，它根據(jù)外部輸入信號及由受其控制的信息處理電路來的狀態(tài)信號，產(chǎn)生對受控電路的控制信號，有時也產(chǎn)生外部輸出信號。小型數(shù)字系統(tǒng)常用的控制電路有如下三種：（1）移位型控制器 由移位寄存器或具有延時特性的觸發(fā)器組成控制電路。數(shù)字鐘的設(shè)計數(shù)字鐘的設(shè)計（2）計數(shù)型控制器 由計數(shù)器構(gòu)成控制電路，計數(shù)器對時鐘脈沖計數(shù)，計數(shù)值直接與時間相關(guān)，在特定的計數(shù)值通過譯碼器輸出控制信號。（3）微控制器

5、70年代末發(fā)展起來的，以大規(guī)模集成技術(shù)為依據(jù)，以計算機(jī)為核心的一類新型控制器，它往往把信息處理和控制部分溶為一體。數(shù)字鐘的設(shè)計數(shù)字鐘的設(shè)計7、系統(tǒng)電路的綜合和優(yōu)化 在信息處理的各功能模塊和控制電路達(dá)到預(yù)期要求后，即可把上述各部分予以綜合和優(yōu)化，以構(gòu)成系統(tǒng)電路，此時應(yīng)注意以下問題：（1）電路化簡 系統(tǒng)電路構(gòu)成以后，應(yīng)審查一下總的邏輯關(guān)系，檢查是否還有化簡的可能（特別是組合邏輯部分），盡量減少集成電路的數(shù)量。數(shù)字鐘的設(shè)計數(shù)字鐘的設(shè)計（2）器件間或電路間的電平配合系統(tǒng)內(nèi)最好采用同一類型器件。當(dāng)采用不同類型器件時注意處理相互間的電平配合。不同電源電壓的數(shù)字電路之間、模擬與數(shù)字電路之間更需要注意電平配合

6、。（3）空閑端的處理 盡管標(biāo)準(zhǔn)TTL和LSTTL輸入端懸空相當(dāng)于高電平，但考慮到懸空輸入端易引入干擾信號，故各種門、觸發(fā)器、計數(shù)器等的未用空閑端，不論是TTL還是CMOS器件，都應(yīng)妥善的接至某一固定電平或并聯(lián)使用。數(shù)字鐘的設(shè)計數(shù)字鐘的設(shè)計（4）輸入端外接電阻的影響對于TTL器件，輸入端外接的上拉電阻在保證輸入電流大于IiH的前提下，可盡量取得大一些，以減少電阻損耗。下拉電阻應(yīng)保證輸入電流大于IiL，通常1k，CMOS器件，通常上下拉電阻均1M.（5）輸入端并聯(lián)的影響對于TTL與非門N個輸入端并聯(lián)使用時，IiL總=NIiL ，IiH總=NIiH，對于N個TTL或非門輸入端并聯(lián)使用時，IiL總=N

7、IiL ，IiH總=NIiH。數(shù)字鐘的設(shè)計數(shù)字鐘的設(shè)計（6）COMS門的并聯(lián)應(yīng)用 為了提高COMS門的驅(qū)動能力，將同一芯片內(nèi)的若干個輸入和輸出端并聯(lián)應(yīng)用，輸出驅(qū)動能力將提高N倍。數(shù)字鐘的設(shè)計數(shù)字鐘的設(shè)計8、系統(tǒng)性能測試 包含三個部分的工作：（1）系統(tǒng)故障診斷與排除 即使信息處理各功能模塊及控制電路均已達(dá)到預(yù)期性能，但整體綜合后仍可能出現(xiàn)各種電路故障，必須排查。（2）系統(tǒng)功能測試 檢查系統(tǒng)所有規(guī)定的功能能否完成。（3）系統(tǒng)性能指標(biāo)測試 主要是測試系統(tǒng)的精度、穩(wěn)定度。9、撰寫設(shè)計報告（1）系統(tǒng)詳盡的資料；（2）元器件清單；（3）功能與性能測試結(jié)果。六、數(shù)字鐘設(shè)計要點六、數(shù)字鐘設(shè)計要點譯碼器譯碼器時

8、計數(shù)器時計數(shù)器分計數(shù)器分計數(shù)器秒計數(shù)器秒計數(shù)器譯碼器譯碼器譯碼器譯碼器校時電路校時電路報時電路報時電路多級分頻多級分頻振蕩器振蕩器1、設(shè)計一個精準(zhǔn)的秒脈沖產(chǎn)生電路；2、設(shè)計60進(jìn)制、24進(jìn)制計數(shù)器；3、設(shè)計譯碼顯示電路；4、設(shè)計整點報時電路。七、各功能模塊設(shè)計方案提示七、各功能模塊設(shè)計方案提示 (1)用CD4060結(jié)合晶振產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的秒脈沖; (2)用555定時器實現(xiàn). 由于晶振不便在面包板上連接，因此建議使用555實現(xiàn)。1、秒脈沖產(chǎn)生電路Q12Q13GNDVCCCD4060Q14Q6Q5Q7Q4Q10Q8Q9RdCP0CP0CP0CP11234567891011121314151614位振蕩器

9、/分頻器1Rd2Q1QGND74LS741SdVCC2CP2D1CP1D2Sd2RdQ1Q2雙D觸發(fā)器電阻和電容構(gòu)成一個RC 積分電路，其輸入端接施密特觸發(fā)器的輸出端，其輸出端接施密特觸發(fā)器的輸入端。用555定時器構(gòu)成多諧振蕩器就是這個思路。于是，我們先用555定時器構(gòu)成一個施密特觸發(fā)器，再把這個施密特觸發(fā)器改接成多諧振蕩器圖6.5.6。不過，我們這個施密特觸發(fā)器稍微復(fù)雜一些，除了“二六一搭”以外，又增加了一個電阻 R1。 R1與555定時器內(nèi)部的放電管TD 構(gòu)成了一個反相器。邏輯上，這個反相器的輸出與555定時器的輸出完全相同。因此，這個施密特觸發(fā)器有兩個輸出端，分別為555定時器的3號腳和

10、7號腳。我們看到，電阻R2和電容C成了RC積分電路，施密特觸發(fā)器的一個輸出端（7號腳）接RC積分電路的輸入端，RC 積分電路的輸出端接施密特觸發(fā)器的輸入端。這樣，一個多諧振蕩器就成了。也許有人會問，為什么要用兩個輸出端的施密特觸發(fā)器呢？一個輸出端的施密特觸發(fā)器也可以呀！因為施密特觸發(fā)器的另外一個輸出端（3號腳）專門作為多諧振蕩器的輸出，所以我們可以最大限度地保證多諧振蕩器的帶負(fù)載能力。這個多諧振蕩器可以驅(qū)動小型繼電器。 圖示電路振蕩頻率圖示電路振蕩頻率f=1.43/（2R2+R1）C?？扇】扇1、R2為為100K,C為為04.7F。1487625R1R2C0.01+VCC5553100K10

11、0K4.7圖示電路振蕩頻率f=1.43/（2R2+R1）C?？扇1、R2為48K,C為10。1487625R1R2C0.01+VCC55532、計數(shù)器模塊設(shè)計 可選用74LS90及門電路進(jìn)行設(shè)計 設(shè)計方法采用反饋復(fù)位法。74LS90引腳圖輸輸 入入輸輸 出出CLEAR LOADPTCLOCKABCDQAQBQCQDLX XX XX XX XX XX XX XLLLLHLX XX XD0D1D2D3D0D1D2D3HHHHX XX XX XX X計計 數(shù)數(shù)HHLX XX XX XX XX X保保 持持HHX XLX XX XX XX XX X保保 持持74LS163功能表74LS00引腳圖A1

12、A2B2A3A4B4B1B3Y3Y4Y1Y2GNDVCC74LS00四2輸入與非門74LS08引腳圖A1A2B2A3A4B4B1B3Y3Y4Y1Y2GNDVCC74LS08四2輸入與門A1A2B2A3A4B4B1B3Y3Y4Y1Y2GNDVCC74LS32四四2輸入或門輸入或門A1A2B2A3A4B4B1B3Y3Y4Y1Y2GNDVCC74LS02四四2輸入或非門輸入或非門A1C1D1B2D2C2B1A2Y2空空空空Y1GNDVCC74LS20ABYDC二二 4輸入與非門輸入與非門A1C1D1B2D2C2B1A2Y2空空空空Y1GNDVCC74LS21ABYDC二二 4輸入與門輸入與門接計數(shù)器

13、接計數(shù)器BcfaCdeAGNDVCC74LS247Dbg+5Vcfadebg300RBIBILTVCC譯碼顯示模塊設(shè)計用74LS2474線七段譯碼器Q1cfaQ2deQ0GNDVCC74LS247Q3bgLTBIRBIcAaAbAdAeAgAfAVccAVccAdpA12345678910使用說明:(1)要求0至15時，消隱輸入（BI）必須開路或保持高電平。如果不需要十進(jìn)制0消隱，則串行消隱輸入（RBI）必須開路或為高電平。（2）消隱輸入（BI）直接加低邏輯電平時，所有段的輸出為高電平，而與其它的輸入電平無關(guān)。 （3）當(dāng)串行消隱輸入（RBI）和A、B、C、D輸入端為低電平，燈測試輸入為高電平，

14、所有段輸出變高。同時串行消隱輸出（RBO）變大批低電平。（4）當(dāng)消隱輸入/串行消隱輸出（BI/REO）開路或保持高電平并在燈測試輸入端加低電平，則所有段輸出為低。BI/RBO為“線與”邏輯，用作消隱輸入（BI）和/或串行消隱輸出（RBO）。實驗方法按下圖連接電路。cAaAbAdAeAgAfAVccAVccAdpA12345678910數(shù)碼管 數(shù)碼管是進(jìn)行數(shù)碼顯示的，分為共陽數(shù)碼管和共陰數(shù)碼管，它是將7段條形發(fā)光二極管的陽極或陰極連接在一起，控制它的陰極或陽極而點亮顯示不同字符。41056共陽極A1A2B2A3A4B4B1B3Y3Y4Y1Y2GNDVCC74LS08A1A2B2A3A4B4B1B3Y3Y4Y1Y2GNDVCC74LS00TCYQDGND74LS161AVCCCPBCDPQCQBQATCYQDGND74LS