數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)

1、 數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì) 贛南師院物理與電子信息學(xué)院數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)報(bào)告書姓名： _ 班級(jí)： _ 學(xué)號(hào)： _時(shí)間： 數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)摘要數(shù)字電子鐘是一種用數(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。目前，數(shù)字鐘的功能越來越強(qiáng)，并且有多種專門的大規(guī)模集成電路可供選擇。從有利于學(xué)習(xí)的角度考慮，這里主要介紹以中小規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)數(shù)字鐘的方法。經(jīng)過了數(shù)字電路設(shè)計(jì)這門課程的系統(tǒng)學(xué)習(xí)，特別經(jīng)過了關(guān)于組合邏輯電路與時(shí)序邏輯電路部分的學(xué)習(xí)，我們已經(jīng)具備

2、了設(shè)計(jì)小規(guī)模集成電路的能力，借由本次設(shè)計(jì)的機(jī)會(huì)，充分將所學(xué)的知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際中去。本次設(shè)計(jì)以數(shù)字電子為主，分別對(duì)秒計(jì)時(shí)顯示、分計(jì)時(shí)顯示、小時(shí)計(jì)時(shí)顯示及校時(shí)電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后將它們組合，來完成時(shí)、分、秒的顯示并且有走時(shí)校準(zhǔn)的功能。并通過本次設(shè)計(jì)加深對(duì)數(shù)字電子技術(shù)的理解以及更熟練使用計(jì)數(shù)器、觸發(fā)器和各種邏輯門電路的能力。關(guān)鍵詞：總體設(shè)計(jì)框圖；秒脈沖產(chǎn)生電路；24進(jìn)制計(jì)數(shù)器；60進(jìn)制計(jì)數(shù)器目錄1 設(shè)計(jì)目的32 設(shè)計(jì)要求指標(biāo)33 基本功能3 4 數(shù)字電子時(shí)鐘結(jié)構(gòu)和總體設(shè)計(jì)框圖3 5 電路原理分析4 5.1 秒脈沖產(chǎn)生電路4 5.2 時(shí)間計(jì)數(shù)器電路5 5.3 數(shù)字時(shí)鐘的計(jì)數(shù)顯示控制5 5.4 秒?yún)^(qū)十位向時(shí)

3、區(qū)進(jìn)位65.5 小時(shí)計(jì)數(shù)器75.6 數(shù)字電子鐘的整體設(shè)計(jì)8 6 系統(tǒng)仿真與調(diào)試9 7.心得體會(huì)9 參考文獻(xiàn)10附錄11 1 設(shè)計(jì)目的掌握數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)、組裝與調(diào)試方法。熟悉集成元器件的選擇和集成電路芯片的邏輯功能及使用方法。掌握面包板結(jié)構(gòu)及其接線方法熟悉仿真軟件的使用。為了保證計(jì)時(shí)準(zhǔn)確、穩(wěn)定，由晶體振蕩器提供標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的基準(zhǔn)信號(hào)。2 設(shè)計(jì)要求指標(biāo)畫出總體設(shè)計(jì)框圖，以說明數(shù)字鐘由哪些相對(duì)獨(dú)立的功能模塊組成，標(biāo)出各個(gè)模塊之間互相聯(lián)系，時(shí)鐘信號(hào)傳輸路徑、方向和頻率變化。并以文字對(duì)原理作輔助說明。設(shè)計(jì)各個(gè)功能模塊的電路圖，加上原理說明。選擇合適的元器件，在EWB上連接驗(yàn)證、仿真、調(diào)試各個(gè)功能模塊的電路。在

4、連接驗(yàn)證時(shí)設(shè)計(jì)、選擇合適的輸入信號(hào)和輸出方式，在充分電路正確性同時(shí)，輸入信號(hào)和輸出方式要便于電路的仿真、調(diào)試和故障排除。在驗(yàn)證各個(gè)功能模塊基礎(chǔ)上，對(duì)整個(gè)電路的元器件和連接，進(jìn)行合理布局，進(jìn)行整個(gè)數(shù)字鐘電路的連接驗(yàn)證、仿真、調(diào)試。自行接線驗(yàn)證、仿真、調(diào)試，并能檢查和發(fā)現(xiàn)問題，根據(jù)原理、現(xiàn)象和仿真結(jié)果分析問題所在，加以解決。學(xué)生要解決的問題包括元器件選擇、連接和整體設(shè)計(jì)引起的問題。3 基本功能顯示時(shí)、分、秒?？梢?4小時(shí)制或12小時(shí)制。具有時(shí)間設(shè)置，時(shí)間清零（復(fù)位），時(shí)間修改、停止等功能。為了保證計(jì)時(shí)準(zhǔn)確、穩(wěn)定，由晶體振蕩器提供標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的基準(zhǔn)信號(hào)。4 數(shù)字電子時(shí)鐘結(jié)構(gòu)和總體設(shè)計(jì)框圖數(shù)字式計(jì)時(shí)器一般

5、由振蕩器、分頻器、計(jì)數(shù)器、譯碼器、顯示器等幾部分組成。在本設(shè)計(jì)中555振蕩器及其相應(yīng)外部電路組成標(biāo)準(zhǔn)秒信號(hào)發(fā)生器，由不同進(jìn)制的計(jì)數(shù)器、譯碼器和顯示器組成計(jì)時(shí)系統(tǒng)。秒信號(hào)送入計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，把累計(jì)的結(jié)果以時(shí)、分、秒的數(shù)字顯示出來。時(shí)顯示由二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器、譯碼器、顯示器構(gòu)成，分、秒顯示分別由六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器、譯碼器、顯示器構(gòu)成。其總體設(shè)計(jì)框圖如圖4.1所示。時(shí)顯示器分顯示器秒顯示器時(shí)顯示器分顯示器秒顯示器秒計(jì)時(shí)器分計(jì)時(shí)器時(shí)計(jì)時(shí)器秒計(jì)時(shí)器分計(jì)時(shí)器時(shí)計(jì)時(shí)器校時(shí)電路秒脈沖器穩(wěn)壓電源校時(shí)電路秒脈沖器穩(wěn)壓電源 圖4.1 圖4.1 總體設(shè)計(jì)框圖 5 數(shù)字電子鐘的基本原理秒脈沖產(chǎn)生電路 圖5.1 由555集成定

6、時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器圖5.1.1脈沖信號(hào)模擬結(jié)果時(shí)間計(jì)數(shù)器電路圖5.2計(jì)秒（或計(jì)分）的六十進(jìn)制計(jì)數(shù)原理框圖 圖5.3小時(shí)部分原理圖計(jì)“小時(shí)”電路： 小時(shí)的計(jì)數(shù)可以是二十四進(jìn)制（也可以是十二進(jìn)制），計(jì)數(shù)電路原理框圖如圖4所示。仍由兩塊集成計(jì)數(shù)芯片IC5和IC6組成。其中IC5為“小時(shí)”的個(gè)位計(jì)數(shù)，從初態(tài)QDQCQBQA0000開始計(jì)數(shù)，當(dāng)IC5的計(jì)數(shù)輸入（每小時(shí)一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖）CP5接收到由計(jì)分進(jìn)位輸出的第10個(gè)脈沖信號(hào)（對(duì)應(yīng)第10個(gè)小時(shí)）時(shí)，IC5應(yīng)當(dāng)復(fù)位，即QDQCQBQA0000。同時(shí)應(yīng)向IC6輸出進(jìn)位脈沖信號(hào)，此時(shí)IC6應(yīng)計(jì)數(shù)為0001。當(dāng)?shù)?0個(gè)脈沖到來時(shí)則應(yīng)為0010，當(dāng)?shù)?4個(gè)脈沖到

7、來時(shí)，IC5和IC6的狀態(tài)都應(yīng)變?yōu)?000，即完成二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)，實(shí)現(xiàn)了計(jì)“小時(shí)”的功能。 數(shù)字時(shí)鐘的計(jì)數(shù)顯示控制在設(shè)計(jì)中，我們使用的是74LS160D十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，來實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)的功能，實(shí)驗(yàn)中主要用到了160的置數(shù)清零功能（特點(diǎn)：消耗一個(gè)時(shí)鐘脈沖），清零功能（特點(diǎn)：不耗時(shí)鐘脈沖），在上級(jí)160控制下級(jí)160時(shí)候通過組合電路（主要利用與非門）實(shí)現(xiàn)，在連接電路的時(shí)候要注意并且強(qiáng)調(diào)使能端的連接，其將影響到整一個(gè)電路的是否工作。圖5.4 60秒計(jì)數(shù)器電路圖秒?yún)^(qū)十位向時(shí)區(qū)進(jìn)位000000010010001101000101產(chǎn)生了六個(gè)脈沖的時(shí)候向下級(jí)輸出一個(gè)時(shí)鐘脈沖，利用的還是與非門，目標(biāo)仍是實(shí)現(xiàn)正確的計(jì)時(shí)

8、顯示。圖5.5 6進(jìn)制狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖 0000000100100011010001010110011110001001實(shí)現(xiàn)個(gè)位的計(jì)數(shù)，采用的是置數(shù)的方式（利用RCO端口），當(dāng)電路計(jì)數(shù)到1001的時(shí)候采用一個(gè)二輸入與非門接上級(jí)輸入的高位和低位輸出作為下級(jí)的信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了秒?yún)^(qū)的個(gè)位和十位的顯示與控制。 圖5.6 10進(jìn)制狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖小時(shí)計(jì)數(shù)器如圖5.9,采用兩片74LS160D并行方式連接構(gòu)成此24進(jìn)制計(jì)數(shù)器，原理同秒鐘的基本一致。圖 5.7 4進(jìn)制狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖 圖 5.8 2進(jìn)制狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖圖5.9 24秒計(jì)數(shù)器電路圖數(shù)字電子鐘的整體設(shè)計(jì)整體設(shè)計(jì)如圖5.10。通過24進(jìn)制計(jì)數(shù)器和60進(jìn)制計(jì)數(shù)器級(jí)聯(lián)而成。當(dāng)數(shù)

9、值顯示達(dá)到：23：59的時(shí)候要實(shí)現(xiàn)清零的工作，采用CLR清零的方式反饋清零。 圖5.10 整體電路設(shè)計(jì)六 系統(tǒng)仿真與調(diào)試這次課程設(shè)計(jì)是我們第一次將所學(xué)的知識(shí)綜合應(yīng)用到實(shí)際中去。為期兩個(gè)星期的設(shè)計(jì)，本以為時(shí)間很充裕，但是整個(gè)設(shè)計(jì)方案、過程的完成遇到了很多之前想象不到的問題。比如設(shè)計(jì)方案中各集成塊引腳的接法、設(shè)計(jì)過程中每個(gè)系統(tǒng)的級(jí)聯(lián)、以及前期完成后電路中的調(diào)試問題等等。尤其是電路連接過程，即使完全按照之前的設(shè)計(jì)方案，但是依然很不順利，理論與實(shí)際當(dāng)中差距甚大。在這個(gè)過程中我們查閱了大量的資料，主要是來自網(wǎng)上及模電、數(shù)電等參考書，同時(shí)咨詢了學(xué)院的一些師兄和老師。最終在我的共同努力下，順利完成了整個(gè)課程

10、設(shè)計(jì)。七 心得體會(huì)學(xué)海無涯，學(xué)無止境。盡管課程設(shè)計(jì)是在期末才開始，我們的教材學(xué)習(xí)完畢，掌握許多知識(shí)，但是還有很多地方理解領(lǐng)悟不到位，由于對(duì)555電路相關(guān)章節(jié)未能掌握以致用到秒脈沖產(chǎn)生電路無法自行設(shè)計(jì)，只得參考其他文獻(xiàn)，在EWB中試行操作，逐步摸索。在此次的數(shù)字鐘設(shè)計(jì)過程中,更進(jìn)一步地熟悉了芯片的結(jié)構(gòu)及掌握了各芯片的工作原理和其具體的使用方法. 在連接六進(jìn)制,十進(jìn)制,六十進(jìn)制的進(jìn)位及十二進(jìn)制的接法中,要求熟悉邏輯電路及其芯片各引腳的功能,那么在電路出錯(cuò)時(shí)便能準(zhǔn)確地找出錯(cuò)誤所在并及時(shí)糾正了. 綜上所述，課程設(shè)計(jì)誠然是一門專業(yè)課，給我很多專業(yè)知識(shí)以及專業(yè)技能上的提升，同時(shí)又是一門講道課，一門辯思課，

11、給了我許多道，給了我很多思，給了我莫大的空間。至于建議，一言以蔽之，大學(xué)教育當(dāng)如此。參考文獻(xiàn)1康華光 ，電子技術(shù)基礎(chǔ)（數(shù)字部分）,高等教育出版社， 2000年2任致程經(jīng)典集成電路400例，機(jī)械工業(yè)出版社，2000年3陳大欽，電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，華中理工大學(xué)電子教研室，高等教育出版社， 2000年4李忠波，電子設(shè)計(jì)與仿真技術(shù)，機(jī)械工業(yè)出版社，2004年5李林凌，Multisim電路仿真入門與進(jìn)階，科學(xué)出版社，2005年6 康華光 電子技術(shù)基礎(chǔ) 數(shù)字部分 第五版 北京：高等教育出版社2006年 7 康華光 電子技術(shù)基礎(chǔ) 模擬部分 第五版 北京：高等教育出版社2006年8 羅飛通用電路的計(jì)算機(jī)分析與設(shè)計(jì)PSpice應(yīng)用教程北京：中國水利水電出版社，2004年9 秦曾煌電工學(xué)第六版 下冊(cè) 電子技術(shù)高等教育出版社2003年附錄 74160的功能分析1. RD是異步清零端,當(dāng)RD=0時(shí),不管其他輸入端的狀態(tài)