數(shù)字鐘課程設(shè)計(jì)報(bào)告(正文)

1、 課程設(shè)計(jì)報(bào)告課題名稱：電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)學(xué)生學(xué)號(hào)： 專業(yè)班級(jí)： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 目錄一、 設(shè)計(jì)目的2二、 設(shè)計(jì)所需元件器材2三、 原理框圖2四、 各功能模塊圖3五、 設(shè)計(jì)出現(xiàn)的問(wèn)題及心得9六、 思考題10七、 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)12一、 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(wú)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)與制做數(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(guò)數(shù)字鐘的制作進(jìn)一步的了解各種在制作中用到的

2、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)序電路.通過(guò)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)所需元件器材1. 555定時(shí)器1片2. 74ls90集成塊6片3. cd4511集成塊6片4. 共陰極7段數(shù)碼管6個(gè)5. 面包板1個(gè)（型號(hào)syb-118）6. 10uf電解電容1個(gè)7. 0.1uf瓷片電容1個(gè)8. 68k電阻一個(gè)9. 15k電阻一個(gè)10. 單股線8m左右11. 鑷子12. 剪刀13. 斜口鉗14. 74ls14一片15. 74ls20一片16. 按鍵兩個(gè)17. 電阻1k 3個(gè)18. 電阻 100歐6個(gè)19. 5伏電源三、 原理

3、框圖基本原理為555定時(shí)器產(chǎn)生基準(zhǔn)秒脈沖，將信號(hào)送到60進(jìn)制秒計(jì)數(shù)器，秒計(jì)數(shù)器60一循環(huán)，會(huì)產(chǎn)生進(jìn)位信號(hào)，同時(shí)將這信號(hào)送到60進(jìn)制分計(jì)數(shù)器，分計(jì)數(shù)器循環(huán)也會(huì)產(chǎn)生進(jìn)位信號(hào)，送到24進(jìn)制時(shí)計(jì)數(shù)器。每級(jí)計(jì)數(shù)器都有譯碼器與之相對(duì)，將計(jì)數(shù)器送出的4位信號(hào)轉(zhuǎn)變成數(shù)碼管的十進(jìn)制信號(hào)，這樣就能顯示出具體時(shí)間。數(shù)字鐘原理方框圖十位個(gè)位十位個(gè)位十位個(gè)位譯碼譯碼譯碼譯碼譯碼譯碼六進(jìn)制 十進(jìn)制六十進(jìn)制六進(jìn)制 十進(jìn)制六十進(jìn)制二十四進(jìn)制555定時(shí)器顯示部分譯碼部分計(jì)數(shù)部分秒基準(zhǔn)信號(hào)四、各功能模塊圖1555定時(shí)器555定時(shí)器是一種集模擬、數(shù)字于一體的中規(guī)模集成電路，其應(yīng)用極為廣泛。555定時(shí)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4-1-1所示。它

4、由、兩個(gè)電壓、基本sr、及組成。1腳是接地端gnd，2腳是低電平觸發(fā)端（也稱觸發(fā)端），3腳是輸出端out，4腳是復(fù)位端ft，5腳是電 壓控制端，6腳是高電平觸發(fā)端（也稱閾值端），7腳是放電端，8腳是端vcc。555定時(shí)器功能表見(jiàn)圖4-1-2，其中4腳rd，為復(fù)位端，當(dāng)rd為低電平時(shí)，不管其他輸人端的狀態(tài)如何，輸出 uo為低電平。只有當(dāng)rd為高電平時(shí)，輸出的狀態(tài)將由2腳低電平觸發(fā)端和6腳高電平觸發(fā)端電壓的大小來(lái)決 定，因此，在正常工作時(shí)，應(yīng)將4腳接高電平。當(dāng)uil(2/3)vcc,u2(1/3)vcc時(shí)，放電晶體管vt截止，輸出端仍為高電平。當(dāng)uil(2/3)vcc,ui2(1/3)vcc時(shí)，放

5、電晶體管vt導(dǎo)通，輸出端uo為低電平。當(dāng)uil(2/3)vcc,ui2(1/3)vcc時(shí)，亦保持原狀態(tài)不變。如果在電壓控制端（5腳）施加一個(gè)外加電壓（其值在0vcc之間），比較器的參考電壓將發(fā)生變化，電路相應(yīng)的閾值、觸發(fā)電平也將隨之變化， 進(jìn)而影響電路的工作狀態(tài)。圖4-1-1 555定時(shí)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖4-1-2 555定時(shí)器功能表圖4-1-3為555定時(shí)器組成的秒脈沖產(chǎn)生電路（秒基準(zhǔn)信號(hào)），接通電源后，電容c被充電，當(dāng)vc上升到(2/3)vcc時(shí)，使vo為低電平，同時(shí)放電三極管t導(dǎo)通，此時(shí)電容c通過(guò)r2和t放電，vc下降。當(dāng)vc下降到(1/3)vcc時(shí)，vo翻轉(zhuǎn)為高電平。電容c放電所需時(shí)間為tp

6、l=r2cln20.7r2c當(dāng)放電結(jié)束時(shí)，t截止，vcc將通過(guò)r1，r2電容器充電，vc由(1/3)vcc上升到(2/3)vcc所需的時(shí)間為tph=（r1+ r2）cln20.7（r1+ r2）c當(dāng)vc上升到(2/3)vcc時(shí)，電路又翻轉(zhuǎn)為低電平。如此周而復(fù)始，于是，在電路的輸出端就得到一個(gè)周期性的矩形波。其震蕩頻率為1/（tpl+ tph）1.43/（r1+2 r2）c我們?nèi)1=15k,r2=69k,c=10uf圖4-1-3 秒脈沖產(chǎn)生電路2計(jì)數(shù)電路一般采用十進(jìn)制計(jì)數(shù)器如74ls290、74ls90、74ls390,等來(lái)實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)單元的計(jì)數(shù)功能。在此，該電路使用的為74ls90。74ls90

7、計(jì)數(shù)器是一種中規(guī)模二一五進(jìn)制計(jì)數(shù)器，該芯片有兩個(gè)異步清零端mr1、mr2和兩個(gè)異步置9端ms1、ms2，都為高電平有效。秒個(gè)位計(jì)數(shù)單元為10進(jìn)制計(jì)數(shù)器，無(wú)需進(jìn)制轉(zhuǎn)換，只需將q0與cp1（下降沿有效）相連即可。cp0（下跳沿有效）與1hz秒輸入信號(hào)相連，q3可作為向上的進(jìn)位信號(hào)與十位計(jì)數(shù)單元的cp0相連。秒十位計(jì)數(shù)單元為6進(jìn)制計(jì)數(shù)器，需要進(jìn)制轉(zhuǎn)換。將10進(jìn)制計(jì)數(shù)器轉(zhuǎn)換為6進(jìn)制計(jì)數(shù)器只需將q1、q2分別和兩個(gè)清零端連接，當(dāng)信號(hào)出現(xiàn)0110時(shí)立刻轉(zhuǎn)變?yōu)?000，其中q2可作為向上的進(jìn)位信號(hào)與分個(gè)位的計(jì)數(shù)單元的cp0相連。分個(gè)位和分十位計(jì)數(shù)單元電路結(jié)構(gòu)分別與秒個(gè)位和秒十位計(jì)數(shù)單元完全相同，只不過(guò)分個(gè)位

8、計(jì)數(shù)單元的q3作為向上的進(jìn)位信號(hào)應(yīng)與分十位計(jì)數(shù)單元的cp0相連，分十位計(jì)數(shù)單元的q2作為向上的進(jìn)位信號(hào)應(yīng)與時(shí)個(gè)位計(jì)數(shù)單元的cp0相連。時(shí)個(gè)位計(jì)數(shù)單元電路結(jié)構(gòu)仍與秒或個(gè)位計(jì)數(shù)單元相同，但是要求，整個(gè)時(shí)計(jì)數(shù)單元應(yīng)為24進(jìn)制計(jì)數(shù)器，不是10的整數(shù)倍，因此需將個(gè)位和十位計(jì)數(shù)單元合并為一個(gè)整體才能進(jìn)行24進(jìn)制轉(zhuǎn)換。時(shí)個(gè)位計(jì)數(shù)單元的q2接個(gè)位和十位的清零端mr1，十位計(jì)數(shù)單元的q1接十位和個(gè)位的另一清零端mr2。圖4-2-1 74ls90功能表1）六進(jìn)制接法圖4-2-22）十進(jìn)制接法圖4-2-33）二十四進(jìn)制接法圖4-2-43譯碼與顯示單元電路選擇cd4511作為顯示譯碼電路；選擇led數(shù)碼管作為顯示單元

9、電路。由cd4511把輸進(jìn)來(lái)的二進(jìn)制信號(hào)翻譯成十進(jìn)制數(shù)字，再由數(shù)碼管顯示出來(lái)。這里的led數(shù)碼管是采用共陰的方法連接的。計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)了對(duì)時(shí)間的累計(jì)并以8421bcd碼的形式輸送到cd4511芯片，再由4511芯片把bcd碼轉(zhuǎn)變?yōu)槭M(jìn)制數(shù)碼送到數(shù)碼管中顯示出來(lái)，電路如圖4-3-1。圖4-3-14. 調(diào)時(shí)電路 此電路使用非門(mén)將q31和脈沖源隔離，防止74ls90的狀態(tài)信號(hào)對(duì)脈沖源的影響。在qd3與q331之間的電阻可以承擔(dān)一定電壓，從而防止q331為高電平時(shí)對(duì)調(diào)時(shí)信號(hào)的禁止。5.整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路： 此電路可以實(shí)現(xiàn)整點(diǎn)報(bào)時(shí)，當(dāng)分的十位3由0101跳到0110時(shí)反饋調(diào)零，此時(shí)q0 q1 q2 q3都為0，經(jīng)

10、過(guò)非門(mén)后再通過(guò)四輸入與非門(mén)，圖中6為0，speaker發(fā)聲，響10分鐘后，6變成1，停止發(fā)聲。四、 設(shè)計(jì)出現(xiàn)的問(wèn)題及心得1 數(shù)碼管1數(shù)碼管直接接5伏電壓時(shí)燒壞一個(gè)，于是在六個(gè)數(shù)碼管的公共端接上100歐電阻，之后數(shù)碼管暗了很多，延長(zhǎng)了數(shù)碼管的壽命。2調(diào)時(shí)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管有的數(shù)顯示的不正常，經(jīng)檢驗(yàn)，是先接反了，更正后正常。2 芯片有時(shí)電路上電后，數(shù)碼管沒(méi)有全亮，經(jīng)檢查電路沒(méi)問(wèn)題。這是因?yàn)閯偵想姡?4ls90的輸出狀態(tài)不定，有的碼值超過(guò)十，譯碼芯片不能正常工作，則輸出出錯(cuò)。在輸入一個(gè)脈沖之后數(shù)碼管又顯示正常。4設(shè)計(jì)心得通過(guò)這次對(duì)數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)與制作，讓我了解了設(shè)計(jì)電路的程序，也讓我了解了關(guān)于數(shù)字鐘的

11、原理與設(shè)計(jì)理念，要設(shè)計(jì)一個(gè)電路總要先用仿真仿真成功之后才實(shí)際接線的。但是最后的成品卻不一定與仿真時(shí)完全一樣，因?yàn)?，再?shí)際接線中有著各種各樣的條件制約著。而且，在仿真中無(wú)法成功的電路接法，在實(shí)際中因?yàn)樾酒旧淼奶匦远軌虺晒?。所以，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮兩者的差異，從中找出最適合的設(shè)計(jì)方法。通過(guò)這次學(xué)習(xí)，讓我對(duì)各種電路都有了大概的了解，所以說(shuō)，坐而言不如立而行，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。五、 思考題1. 同樣是七段共陰極數(shù)碼管的譯碼驅(qū)動(dòng)電路，74ls48和cc4511有什么主要區(qū)別？ 答：74ls48在控制引腳上的不同可見(jiàn)圖6-1-1，7448的第4引腳為既有輸入/動(dòng)態(tài)滅零輸出

12、（bi/rbo）端，當(dāng)作為消隱功能引腳時(shí)bi=0，和4511的一樣，作為動(dòng)態(tài)滅零端時(shí)bi/rbo端作為輸出端，lt端輸入高電平信號(hào)，rbi端輸入低電平信號(hào)，若此時(shí)dcba = 0000，輸出全為“0”，顯示器熄滅，不顯示這個(gè)零。區(qū)別于4511的還有第五引腳，7448的第五引腳沒(méi)有鎖存功能，當(dāng)lt=1，rbi=1時(shí)為譯碼，而4511的le為鎖存控制端，當(dāng)le=1，鎖存，譯碼器輸出保持在le=0時(shí)的狀態(tài)；當(dāng)le=0，正常譯碼?？偨Y(jié)7448和4511的不同有如下幾點(diǎn)：1）48能z轉(zhuǎn)換0-f的碼值，4511只能轉(zhuǎn)換0-9的碼值。2）功能方面7448具有動(dòng)態(tài)滅零功能，4511有鎖存功能。2. 如果希望給數(shù)字鐘加上清零和校時(shí)、校分功能，簡(jiǎn)單說(shuō)說(shuō)你的設(shè)計(jì)思路。答：清零電路：將各74ls90的mr1和mr2都接上非門(mén)，再將各非門(mén)輸出端相接于a節(jié)點(diǎn)，若要清零，則將a點(diǎn)接低電平，再向cp0輸入脈沖，則實(shí)現(xiàn)清零。校時(shí)、校分電路： 此電路使用非門(mén)將q31和脈沖源隔離，防止74ls90的狀態(tài)信號(hào)對(duì)脈沖源的影響。 在qd3與q331之間的電阻可以承擔(dān)一定電壓，從而防止q331為高電平時(shí)對(duì)調(diào)時(shí)信號(hào)的禁止。3.除了實(shí)驗(yàn)中完成的電路，數(shù)字鐘可能的擴(kuò)展功