數(shù)字鐘綜合設(shè)計實驗

1、數(shù)字鐘綜合(zngh)設(shè)計實驗長江大學(xué)(dxu)電工電子實驗示范中心共三十頁實驗(shyn)目的1、學(xué)習(xí)數(shù)字電路系統(tǒng)的設(shè)計方法、裝調(diào)技術(shù)及數(shù)字鐘功能擴展電路的設(shè)計。 2、從實際電路角度出發(fā)，建立系統(tǒng)的概念，培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計思想(sxing)，動手能力，培養(yǎng)綜合運用數(shù)字電路的能力。 共三十頁預(yù)習(xí)(yx)要求1、預(yù)習(xí)石英晶體振蕩器、分頻器、計數(shù)器、譯碼器的工作(gngzu)原理 和典型應(yīng)用電路。2、根據(jù)指導(dǎo)書所示原理框圖 ，設(shè)計數(shù)字鐘電路圖 。共三十頁實驗(shyn)任務(wù)1、基本功能：以數(shù)字形式顯示時、分、秒的時間，小時(xiosh)的計時要求為“24翻1”，分和秒的計時要求為60進(jìn)位，校時功能，正點

2、報時； 2、擴展功能：鬧時功能； 共三十頁實驗(shyn)電路的原理與設(shè)計1、數(shù)字鐘電路(dinl)的組成 報時電路校時電路秒脈沖發(fā)生器秒計數(shù)器60進(jìn)制秒譯碼器秒顯示器分計數(shù)器60進(jìn)制分譯碼器分顯示器時計數(shù)器24進(jìn)制時譯碼器時顯示器共三十頁 上圖中，秒脈沖發(fā)生器是數(shù)字鐘的核心，它產(chǎn)生的秒信號輸入秒計數(shù)器進(jìn)行計數(shù)，當(dāng)達(dá)到59時產(chǎn)生進(jìn)位信號給分計數(shù)器，秒計數(shù)器復(fù)位(f wi)的同時分計數(shù)器開始計時。當(dāng)分計數(shù)器達(dá)到59時產(chǎn)生進(jìn)位信號給時計數(shù)器，分計數(shù)器復(fù)位(f wi)的同時時計數(shù)器開始計數(shù)。 共三十頁數(shù)字鐘主體電路(dinl)的設(shè)計1、秒脈沖產(chǎn)生電路 方案一：555電路產(chǎn)生 方案二：CD4060產(chǎn)生

3、 在本實驗(shyn)中選用14級二進(jìn)制串行計數(shù)/分頻器CD4060得到精確頻率。欲得到1秒信號，還需要加入分頻電路。共三十頁14級二進(jìn)制串行計數(shù)(j sh)分頻器分頻(fn pn)電路1HZ信號秒脈沖產(chǎn)生電路框圖共三十頁CD4060典型(dinxng)接法 共三十頁2、計數(shù)器電路 在實驗中，選用可二/五分頻十進(jìn)制計數(shù)器,應(yīng)用74LS90的典型電路。 異步2-5-10進(jìn)制加法計數(shù)器 二進(jìn)制計數(shù)器：時鐘端CP1，輸出端為Q0；五進(jìn)制計數(shù)器：時鐘為CP2，輸出端為Q3、Q2、Q1 ，有效狀態(tài)為位：000，001，010，011，100R0(1)、R0(2) - 異步清0端 S9(1)、S9(2)

4、- 異步置9端如果(rgu)將Q0與CP2相連，CP1作時鐘輸入端， Q3Q0作輸出端，則為8421BCD碼十進(jìn)制計數(shù)器。如果(rgu)將Q3與CP0相連，CP2作時鐘輸入端，從高位到低位的輸出為Q0 Q3 Q2 Q1 時，則構(gòu)成5421BCD碼十進(jìn)制計數(shù)器共三十頁共三十頁74LS161四位二進(jìn)制同步計數(shù)器（異步清除）74LS161為帶預(yù)置功能的二進(jìn)制同步計數(shù)器，其功能表見表，外引線排列圖見圖,15腳為進(jìn)位輸出端。從功能表中可看到，當(dāng)Cr=0時，CP端無論有無脈沖，計數(shù)器立即清零，因此(ync)是異步清除。當(dāng)LD=0時，計數(shù)器隨著CP脈沖的到來被置數(shù)，屬同步置數(shù)。共三十頁共三十頁3、譯碼顯示(

5、xinsh)電路 通過計數(shù)器所得的秒脈沖的個數(shù)為二進(jìn)制代碼，只有經(jīng)過譯碼器后才能通過LED數(shù)碼管來進(jìn)行直觀觀察。常用的譯碼芯片有BCD 碼七段碼譯碼器（CD4511），BCD-7段譯碼器/內(nèi)部上拉輸出驅(qū)動芯片(74LS48)。本實驗中選用共陰極數(shù)碼管。共三十頁使用過程中需要注意4511的三個特殊(tsh)功能引腳端3、4、5腳。共三十頁4、仿廣播電臺正點報時電路 仿廣播電臺正點報時電路的功能要求是每當(dāng)數(shù)字鐘計時快到正點時發(fā)出聲響，通常按照4低音1高音的順序發(fā)出間斷聲響，以最后一聲高音結(jié)束的時刻(shk)為正點時刻(shk)。要求4聲低音（500HZ）分別發(fā)生在59分51秒、53秒、55秒、57

6、秒，最后一聲高音（1KHZ）發(fā)生在59分59秒，它們的持續(xù)時間均為1秒。共三十頁 通過(tnggu)分析蜂鳴器電路工作時的分、秒位數(shù)值，利用相關(guān)門電路完成正點報時功能。門電路門電路門電路分十位(sh wi)分個位秒十位秒個位500HZ信號1KHZ信號報時信號驅(qū)動蜂鳴器正點報時框圖共三十頁共三十頁5、校時電路 由于數(shù)字鐘接通電源或者計時可能出現(xiàn)誤差，這就需要校正時間。二種方案可供參考： 方案一：通過改變計數(shù)頻率來校時。利用多路數(shù)據(jù)選擇器，加上頻率選擇電路來控制計數(shù)器計數(shù)的頻率，從而達(dá)到(d do)校時的目的。校時結(jié)束時，通過數(shù)據(jù)選擇器選中1HZ頻率，計數(shù)器正常工作。 共三十頁 校時電路(dinl

7、)方案一多路數(shù)據(jù)選擇器多路頻率信號計數(shù)器電路(dinl)頻率選擇電路共三十頁 方案二：秒計數(shù)頻率不改變，仍為1HZ計數(shù)。改變時、分的計數(shù)頻率，校時脈沖采用1HZ脈沖，利用與非門組成的基本RS觸發(fā)電路(dinl)來防止按鍵抖動。 共三十頁校時電路(dinl)方案二RS觸發(fā)器控制電路進(jìn)位(jnwi)脈沖校時脈沖計數(shù)器電路共三十頁6、鬧時功能 通過按鍵輸入鬧時時間，到達(dá)該時間時驅(qū)動(q dn)音響電路“鬧時”。利用按鍵通過雙四位二進(jìn)制計數(shù)器輸入鬧時時間，設(shè)定的時間信號輸入數(shù)據(jù)比較器和正常走時的時間進(jìn)行比較，當(dāng)正常走時到達(dá)定時時間，比較器輸出電平驅(qū)動(q dn)音響電路工作。共三十頁鬧時功能(gngn

8、ng)框圖預(yù)置(y zh)時間代碼產(chǎn)生電路設(shè)定鬧時數(shù)據(jù)比較器電路定時時間計數(shù)器輸出當(dāng)前時間共三十頁數(shù)字鐘的安裝(nzhung)與調(diào)試1、數(shù)字鐘電路的仿真 根據(jù)所給芯片，擬定設(shè)計(shj)方案。用Proteus軟件繪制出該電路的原理圖，對所設(shè)計(shj)的電路進(jìn)行仿真實驗。 共三十頁2、數(shù)字鐘電路安裝 按照(nzho)實驗前預(yù)先設(shè)計好的電路圖連接電路，并檢查接線是否正確。 共三十頁3、數(shù)字鐘電路的調(diào)試 各部分功能調(diào)試：按照電路框圖，從秒脈沖產(chǎn)生電路、計數(shù)器電路、譯碼顯示電路、校時電路、報時電路逐一調(diào)試。在調(diào)試過程中，可利用實驗室提供的儀器和設(shè)備，如用萬用表測量連線的通斷、用示波器觀察信號產(chǎn)生電路

9、的輸出波形、頻率(pnl)是否正常等。共三十頁 系統(tǒng)聯(lián)調(diào)：將整個電路連起來(q li)構(gòu)成一個系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)調(diào)，看邏輯功能是否滿足設(shè)計的要求。共三十頁實驗小結(jié) 按照實驗內(nèi)容及步驟中的要求詳細(xì)撰寫設(shè)計與測試報告。其主要內(nèi)容包括：I課題的任務(wù)及要求。II課題分析與方案選擇。對課題認(rèn)真分析，正確理解，明確設(shè)計思路。通過各種可實現(xiàn)的電路原理(yunl)、特點分析，方案類比，選擇最佳元器件來實現(xiàn)電路。III原理圖繪制及仿真。用Proteus軟件繪出電路原理圖，詳細(xì)標(biāo)明各集成電路及元器件的型號，并給出有關(guān)原理圖的適當(dāng)注釋?？偨Y(jié)實驗的收獲、體會及遇到的問題。實驗思考：實物連接中只有秒計數(shù)顯示而分無進(jìn)位顯示，可能是什么原因？時計數(shù)器換成12進(jìn)制應(yīng)做怎樣的調(diào)整？增加數(shù)字鐘清零功能，電路要做怎樣的改動？共三十頁內(nèi)容摘要數(shù)字鐘綜合設(shè)計實驗。1、預(yù)習(xí)石英晶體振蕩器、分頻器、計數(shù)器、譯碼器的工作原理 和典型應(yīng)用電路。2、擴展功能：鬧時功能。異步2-5-10進(jìn)制加法計數(shù)器 二進(jìn)制計數(shù)器：時鐘端CP1，輸出端為Q0。74LS161為帶預(yù)置功能的二進(jìn)制同步計數(shù)器，其功能表見表，外引線排列圖見圖,15腳為進(jìn)位輸出端。當(dāng)LD=0時，計數(shù)器隨著CP脈沖的到來被置