數(shù)字鐘課程設計報告

1、<p><b>　　目  錄</b></p><p>　　1．課程設計目的…………………………………………………………………3</p><p>　　2．課程設計題目描述和要求 ……………………………………………………3</p><p>　　3．課程設計報告內(nèi)容……………………………………………………………4</p>

2、;<p>　　3.1實驗名稱………………………………………………………………………4</p><p>　　3.2 實驗目的………………………………………………………………………4</p><p>　　3.3實驗器材及主要器件管腳圖…………………………………………………4</p><p>　　3.4 實驗基本原理………………………………………………………

3、…………5</p><p>　　3.5  實驗主體電路的裝調(diào)………………………………………………………10</p><p>　　3.6  功能擴展電路………………………………………………………………11</p><p>　　3.7 整個電路的組裝及調(diào)試 ……………………………………………………13</p><p>　　4．

4、總結(jié)……………………………………………………………………………13</p><p>　　參考文獻 …………………………………………………………………………15</p><p>　　一、        課程設計目的</p><p>　　n     

5、讓學生掌握組合邏輯電路、時序邏輯電路及數(shù)字邏輯電路系統(tǒng)的設計、安裝、測試方法；</p><p>　　n      進一步鞏固所學的理論知識，提高運用所學知識分析和解決實際問題的能力；</p><p>　　n      提高電路布局﹑布線及檢查和排除故障的能力；</p><

6、p>　　n      培養(yǎng)書寫綜合實驗報告的能力</p><p>　　二、  課程設計題目描述和要求</p><p>　?。?）設計一個有“時”、“分”、“秒”（12小時59分59秒）顯示，且有校時功能的電子鐘。</p><p>　?。?）用中小規(guī)模集成電路組成電子鐘，并在實驗箱上進行組裝、調(diào)試。&l

7、t;/p><p>　?。?）畫出框圖和邏輯電路圖，寫出設計、實驗總結(jié)報告。</p><p><b>　　（4）鬧鐘系統(tǒng)。</b></p><p>　?。?）整點報時。在59分51秒、53秒、55秒、57秒輸出750Hz音頻信號，在59分59秒時輸出1000Hz信號，音頻持續(xù)1s，在1000Hz熒屏結(jié)束時刻為整點。</p><p&

8、gt;　?。?）選做：日歷系統(tǒng)。</p><p>　　三、課程設計報告內(nèi)容</p><p><b>　　3.1 實驗名稱</b></p><p><b>　　·數(shù)字電子鐘</b></p><p><b>　　3.2 實驗目的</b></p><p&

9、gt;　　·掌握數(shù)字電子鐘的設計、組裝與調(diào)試方法。</p><p>　　·熟悉集成電路的使用方法。</p><p>　　3.3 實驗器材及主要器件管腳圖</p><p>　?。?）74LS48             

10、    6片</p><p>　?。?）74LS90                 5片</p><p>　?。?）74LS191      

11、;          1片</p><p>　?。?）74LS00                 5片</p><p>　　（5）74LS0

12、4                 3片</p><p>　　（6）74LS74              

13、0;  1片</p><p>　?。?）74LS2O                 2片</p><p>　?。?）555集成芯片       

14、60;   1片</p><p>　?。?）共陰七段顯示器         6片</p><p>　?。?0）電阻、電容、導線等   若干</p><p>　　主要器件管腳圖：（博客相冊中）</p><p>　　3.4 實驗

15、基本原理</p><p>　　數(shù)字電子鐘的邏輯框圖如圖3-4所示。它由555集成芯片構(gòu)成的振蕩電路、分頻器、計數(shù)器、顯示器和校時電路組成。555集成芯片構(gòu)成的振蕩電路產(chǎn)生的信號經(jīng)過分頻器作為秒脈沖，秒脈沖送入計數(shù)器，計數(shù)結(jié)果通過“時”、“分”、“秒”譯碼器顯示時間。</p><p><b>　　圖3-4</b></p><p>　　1．

16、0;         振蕩器</p><p>　　石英晶體振蕩器的特點是振蕩頻率準確、電路結(jié)構(gòu)簡單、頻率易調(diào)整。它還具有壓電效應，在晶體某一方向加一電場，則在與此垂直的方向產(chǎn)生機械振動，有了機械振動，就會在相應的垂直面上產(chǎn)生電場，從而機械振動和電場互為因果，這種循環(huán)過程一直持續(xù)到晶體的機械強度限止時，才達到最后穩(wěn)定。這用壓電諧振的頻率

17、即為晶體振蕩器的固有頻率。</p><p>　　一般來說，般來說，振蕩器的頻率越高，計時精度越高，但耗電量將增大。如果精度要求不高也可以采用由集成電路定時器555與RC組成的多諧振蕩器。如圖3-4-1所示。設振蕩頻率f=1KHz，R為可調(diào)電阻，微調(diào)R1可以調(diào)出1KHz輸出。</p><p>　　2．       

18、0;  分頻器</p><p>　　由于振蕩器產(chǎn)生的頻率很高，要得到秒脈沖，需要分屏電路。本實驗由集成電路定時器555與RC組成的多諧振蕩器，產(chǎn)生1KHz的脈沖信號。故采用3片中規(guī)模集成電路計數(shù)器74LS90來實現(xiàn)，得到需要的秒脈沖信號。</p><p>　　3．          計數(shù)器&

19、#160;   </p><p>　　秒脈沖信號經(jīng)過6級計數(shù)器，分別得到“秒”個位、十位、“分”個位、十位以及“時”個位、十位的計時。“秒”“分”計數(shù)器為六十進制，小時為十二進制。</p><p><b>　　（1）六十進制計數(shù)</b></p><p>　　由分頻器來的秒脈沖信號，首先送到“秒”計數(shù)器進行累加計數(shù)，

20、秒計數(shù)器應完成一分鐘之內(nèi)秒數(shù)目的累加，并達到60秒時產(chǎn)生一個進位信號，所以，選用一片74LS90和一片74LS92組成六十進制計數(shù)器，采用反饋歸零的方法來實現(xiàn)六十進制計數(shù)。其中，“秒”十位是六進制，“秒”個位是十進制。如圖3-4-3-1所示。</p><p>　?。?）十二四進制計數(shù)</p><p>　　“12翻1”小時計數(shù)器是按照“01——02——03——……——11——12——01——

21、02——……”規(guī)律計數(shù)的，這與日常生活中的計時規(guī)律相同。在此實驗中，小時的個位計數(shù)器由4位二進制同步可逆計數(shù)器74LS191構(gòu)成，十位計數(shù)器由D觸發(fā)器74LS74構(gòu)成，將它們級連組成“12翻1”小時計數(shù)器。</p><p>　　計數(shù)器的狀態(tài)要發(fā)生兩次跳躍：一是計數(shù)器計到9，即個位計數(shù)器的狀態(tài)為Q03Q02Q01Q00=1001，在下一脈沖作用下計數(shù)器進入暫態(tài)1010，利用暫態(tài)的兩個1即Q03Q01使個位異步置0，

22、同時向十位計數(shù)器進位使Q10=1；二是計數(shù)器計到12后，在第13個脈沖作用下個位計數(shù)器的狀態(tài)應為Q03Q02Q01Q00=0001，十位計數(shù)器的Q10=0。第二次跳躍的十位清0和個位置1信號可由暫態(tài)為1的輸出端Q10，Q01，Q00來產(chǎn)生。</p><p>　　圖3-4-3-2       M12計數(shù)器功能表</p><p>　　

23、4．          譯碼器   </p><p>　　譯碼是指把給定的代碼進行翻譯的過程。計數(shù)器采用的碼制不同，譯碼電路也不同。74LS48驅(qū)動器是與8421BCD編碼計數(shù)器配合用的七段譯碼驅(qū)動器。74LS48配有燈測試LT、動態(tài)滅燈輸入RBI，滅燈輸入/動態(tài)滅燈輸出BI/RBO,當LT=0

24、時，74LS48出去全1。</p><p>　　5．          顯示器  </p><p>　　本系統(tǒng)用七段發(fā)光二極管來顯示譯碼器輸出的數(shù)字，顯示器有兩種：共陽極顯示器或共陰極顯示器。74LS48譯碼器對應的顯示器是共陰極顯示器。</p><p>　

25、　6．          校時電路</p><p>　　當數(shù)字鐘走時出現(xiàn)誤差時，需要校正時間。校時電路實現(xiàn)對“時”“分”“秒”的校準。在電路中設有正常計時和校對位置。本實驗實現(xiàn)“時”“分”的校對。</p><p>　　對校時的要求是，在小時校正時不影響分和秒的正常計數(shù)；在分校正時不影響秒和小時的正常計

26、數(shù)。需要注意的時，校時電路是由與非門構(gòu)成的組合邏輯電路，開關(guān)S1或S2為“0”或“1”時，可能會產(chǎn)生抖動，為防止這一情況的發(fā)生我們接入一個由RS觸發(fā)器組成的防抖動電路來控制。</p><p>　　圖3-4-6-1  校時開關(guān)的功能表</p><p>　　圖3-4-6-2    校時電路</p><p>　　3.5  

27、實驗主體電路的裝調(diào)</p><p>　　·由圖3-4所示的數(shù)字中系統(tǒng)組成框圖按照信號的流向分級安裝，逐級級聯(lián)。這里的每一級是指組成數(shù)字中的各個功能電路。</p><p>　　·級聯(lián)時如果出現(xiàn)時序配合不同步，或劍鋒脈沖干擾，引起的邏輯混亂，可以增加多級邏輯門來延時。如果顯示字符變化很快，模糊不清，可能是由于電源電流的跳變引起的，可在集成電路器件的電源端Vcc加退藕濾波電容

28、。通常用幾十微法的大電容與0.01μF的小電容相并聯(lián)。</p><p>　　·畫數(shù)字鐘的主體邏輯電路圖。 如圖3-5</p><p>　　圖3-5  數(shù)字鐘的主體電路邏輯圖</p><p>　　3.6  功能擴展電路</p><p><b>　?。?）定時控制電路</b></p>

29、<p>　　數(shù)字鐘在指定的時刻發(fā)出信號，或驅(qū)動音響電路“鬧時”，或?qū)δ逞b置的電源進行接通或斷開“控制”。不管是鬧時還是控制，都要求時間準確，即信號的開始時刻與持續(xù)時間必須滿足規(guī)定的要求。</p><p>　　例如要求上午7時59分發(fā)出鬧時信號，持續(xù)時間為1分鐘。本實驗設計為7時59分時，音響電路的晶體管導通，則揚聲器發(fā)出1KHz的聲音。持續(xù)1分鐘到8點整晶體管因輸入端為“0”而截止，電路停鬧。<

30、;/p><p>　　圖3-6   鬧時電路</p><p>　?。?）仿廣播電臺整點報時電路</p><p>　　仿廣播電臺整點報時電路的功能要求是，每當數(shù)字鐘計時快要到整點時發(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)束的時刻為整點時刻。</p><p>　　設4聲低音（約500Hz）分別發(fā)生在59分5

31、1秒、53秒、55秒及57秒，最后一聲高音（約1KHz）發(fā)生在59分59秒，它們的持續(xù)時間均為1秒。</p><p><b>　　如表3-6-2所示</b></p><p>　　圖3-6-2 放電臺報時電路</p><p>　　3.7 整個電路的組裝及調(diào)試</p><p>　　和擴展電路檢查均無連線錯誤并且顯示正常后，將

32、兩個電路連為一個整體，接上+5V電源。觀察時鐘是否顯示正常；是否在上午7時59分發(fā)出鬧時信號，持續(xù)時間一分鐘；是否有四聲低音分別發(fā)生在59分51秒、53秒、55秒及57秒，最后一聲高音法正在59分59秒，它們持續(xù)時間均為1秒。若不正常則檢查電路各個部分，直到得到滿意的結(jié)果。我們共經(jīng)過兩天的調(diào)試，圓滿完成了這次為期兩周的課程設計。</p><p><b>　　四.實驗總結(jié)</b></p&

33、gt;<p>　　短短的兩周課程設計結(jié)束了。看著自己設計、連線、調(diào)試成功的數(shù)字電子鐘，很有成就感。真的很有收獲，體會到了什么是學以致用，理論與實踐的差別到底有多大。以前上課都是上一些最基本的東西而現(xiàn)在卻可以將以前學的東西做出有實際價值的東西。在這個過程中，我的確學得到很多在書本上學不到的東西，如：怎么設計一個六十、十二進制計數(shù)器，如何實現(xiàn)校時的防抖動等等。但也遇到了不少的挫折，有時遇到了一個錯誤怎么找也找不到原因所在，找了

34、老半天結(jié)果卻是接頭的方向接錯了，有時更是忘接地了。在學習中的小問題在課堂上不可能犯，在動手的過程中卻很有可能犯。特別是在接電路時，一不小心就會犯錯，而且很不容易檢查出來。在調(diào)試主板電路時，十位不進位，檢查電路，以為沒有什么問</p><p>　　題，后來一步一步的檢查，發(fā)現(xiàn)總的地線沒接，接上總的地線，一切正常。副版是我的同組劉玉龍連接的電路，在主板和副版連接起來后，新的問題又出現(xiàn)了。第一，計數(shù)太快了，正常一秒，我

35、們設計的數(shù)字電子表卻可以走兩三秒，顯然輸入不是1Hz的脈沖信號；第二，我們的校時電路連接正確，可是每次校時，開關(guān)S1或S2為“0”或“1”時，會產(chǎn)生抖動，無法正常校時。針對這兩個問題，我們進行了分析，進而轉(zhuǎn)化為實際的操作。我們在+5V電壓和地線之間分別加了兩個電容，通過濾波，選擇我們需要的1Hz脈沖信號。對于無法正常校時的問題，在設計中接入一個由RS觸發(fā)器組成的防抖動電路來控制校時。把時間調(diào)到上午7點58分，等7點59分準確鬧鐘響起，持

36、續(xù)一分鐘。再將時間跳到58分，等59分51秒、53秒、55秒及57秒都發(fā)出4聲低音，最后一聲高音發(fā)生在59分59秒。，持續(xù)時間都是一秒鐘。數(shù)字電子鐘已經(jīng)成功完成了。</p><p>　　我的動手能力又有了進一步的提高，我感到十分的高興。同時學到了課本上沒有的東西，也鍛煉了自己獨立解決問題的能力。這在以后的學習和生活中會有很大的用處。但是我還有不足，按照電路連接實物時，器件的擺放不夠科學，最終導致了，只有自己能看懂

37、電路的走向。不過我會在以后的學習中逐步提高，做一個動手能力強的大學生。</p><p>　　十分感謝自動化系提供這么好的機會，讓我們把學到的知識應用到實踐中，同時謝謝老師的耐心指導。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　【1】梁宗善·電子技術(shù)基礎課程設計·華中科技大學出版社，2009</p

38、><p>　　【2】朱定華·電子電路測試與實驗·清華大學出版社，2004</p><p>　　【3】朱定華·模擬電子技術(shù)基礎·清華大學出版社 北京交通大學出版社，2005</p><p>　　【4】朱定華·現(xiàn)代數(shù)字電路與邏輯設計·清華大學出版社 北京交通大學出版社，2007</p><p&g

39、t;　　【5】華成英，董詩白·模擬電子技術(shù)基礎（第四版）·高等教育出版社，2006</p><p>　　【6】閻 石·數(shù)字電子技術(shù)基礎（第五版）·高等教育出版社，2006</p><p>　　【7】康華光·電子技術(shù)基礎（第五版）模擬部分·高等教育出版社，2006</p><p>　　【8】康華光·

40、電子技術(shù)基礎（第五版）數(shù)字部分·高等教育出版社，2006</p><p>　　【9】陳大欽，羅 杰·電子技術(shù)基礎實驗（第三版）.高等教育出版社，2008</p><p>　　【10】羅 杰，謝自美.電子線路設計·實驗·測試（第四版）·電子工業(yè)出版社，2008</p><p>　　【11】畢滿清·電子技術(shù)試驗