數(shù)電數(shù)字電子鐘課程設(shè)計(jì)

1、<p>　　數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)報(bào)告</p><p>　　課 程 名 稱 數(shù)字電子技術(shù) </p><p>　　設(shè) 計(jì) 題 目 數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì) </p><p>　　所學(xué)專業(yè)名稱 生物醫(yī)學(xué)工程 </p><p>　　班 級(jí) &l

2、t;/p><p>　　學(xué) 號(hào) </p><p>　　2011年 12 月 31 日</p><p>　　數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告</p><p><b>　　一、設(shè)計(jì)目的</b></p><p>　　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

3、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。</p><p>　　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。</p><p>　　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

4、和時(shí)敘電路.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.</p><p><b>　　二、設(shè)計(jì)要求</b></p><p><b>　?。?）設(shè)計(jì)指標(biāo) </b></p><p>　　時(shí)間以12小時(shí)為一個(gè)周期；</p><p><b>　　顯示時(shí)、分、秒；</

5、b></p><p>　　具有校時(shí)功能，可以分別對(duì)時(shí)及分進(jìn)行單獨(dú)校時(shí)，使其校正到標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間；</p><p>　　計(jì)時(shí)過(guò)程具有報(bào)時(shí)功能，當(dāng)時(shí)間到達(dá)整點(diǎn)前10秒進(jìn)行蜂鳴報(bào)時(shí)；</p><p>　　為了保證計(jì)時(shí)的穩(wěn)定及準(zhǔn)確須由晶體振蕩器提供表針時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)。</p><p><b>　?。?）設(shè)計(jì)要求</b></p

6、><p>　　畫出電路原理圖（或仿真電路圖）；</p><p><b>　　元器件及參數(shù)選擇；</b></p><p><b>　?。?）制作要求：</b></p><p>　　自行裝配和調(diào)試，并能發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題。</p><p>　?。?）編寫設(shè)計(jì)報(bào)告 </p>

7、;<p>　　寫出設(shè)計(jì)與制作的全過(guò)程，附上有關(guān)資料和圖紙，有心得體會(huì)。</p><p><b>　　三、原理框圖</b></p><p><b>　　1．?dāng)?shù)字鐘的構(gòu)成</b></p><p>　　數(shù)字鐘實(shí)際上是一個(gè)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)頻率（1HZ）進(jìn)行計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)電路。由于計(jì)數(shù)的起始時(shí)間不可能與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間（如北京時(shí)間）一致，故

8、需要在電路上加一個(gè)校時(shí)電路，同時(shí)標(biāo)準(zhǔn)的1HZ時(shí)間信號(hào)必須做到準(zhǔn)確穩(wěn)定。通常使用石英晶體振蕩器電路構(gòu)成數(shù)字鐘。</p><p><b>　　數(shù)字鐘組成框圖</b></p><p><b>　　2．晶體振蕩器電路</b></p><p>　　晶體振蕩器電路給數(shù)字鐘提供一個(gè)頻率穩(wěn)定準(zhǔn)確的32768Ｈz的方波信號(hào)，可保證數(shù)字鐘的走

9、時(shí)準(zhǔn)確及穩(wěn)定。不管是指針式的電子鐘還是數(shù)字顯示的電子鐘都使用了晶體振蕩器電路。一般輸出為方波的數(shù)字式晶體振蕩器電路通常有兩類，一類是用ＴＴＬ門電路構(gòu)成；另一類是通過(guò)ＣＭＯＳ非門構(gòu)成的電路，本次設(shè)計(jì)采用了后一種。如圖（b）所示，由ＣＭＯＳ非門Ｕ１與晶體、電容和電阻構(gòu)成晶體振蕩器電路，Ｕ２實(shí)現(xiàn)整形功能，將振蕩器輸出的近似于正弦波的波形轉(zhuǎn)換為較理想的方波。輸出反饋電阻Ｒ１為非門提供偏置，使電路工作于放大區(qū)域，即非門的功能近似于一個(gè)高增益的反相

10、放大器。電容Ｃ１、Ｃ２與晶體構(gòu)成一個(gè)諧振型網(wǎng)絡(luò)，完成對(duì)振蕩頻率的控制功能，同時(shí)提供了一個(gè)１８０度相移，從而和非門構(gòu)成一個(gè)正反饋網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了振蕩器的功能。由于晶體具有較高的頻率穩(wěn)定性及準(zhǔn)確性，從而保證了輸出頻率的穩(wěn)定和準(zhǔn)確。</p><p>　　CMOS 晶體振蕩器（仿真電路）</p><p><b>　　3．時(shí)間記數(shù)電路</b></p><p>

11、;　　一般采用10進(jìn)制計(jì)數(shù)器如74HC290、74HC390等來(lái)實(shí)現(xiàn)時(shí)間計(jì)數(shù)單元的計(jì)數(shù)功能。本次設(shè)計(jì)中選擇74HC390。由其內(nèi)部邏輯框圖可知，其為雙2-5-10異步計(jì)數(shù)器，并每一計(jì)數(shù)器均有一個(gè)異步清零端（高電平有效）。</p><p>　　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ＱＡ與ＣＰＢ（下降沿有效）相連即可。ＣＰＡ（下降沒效）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ＣＰ

12、Ａ相連。</p><p>　　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)器的電路連接方法如圖?。?４所示，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ＣＰＡ相連。</p><p>　　十進(jìn)制-六進(jìn)制轉(zhuǎn)換電路</p><p>　　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)位計(jì)數(shù)單元的Ｑ３作為向上

13、的進(jìn)位信號(hào)應(yīng)與分十位計(jì)數(shù)單元的ＣＰＡ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ＣＰＡ相連。</p><p>　　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１２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１２進(jìn)制轉(zhuǎn)換。利用１片７４ＨＣ３９０實(shí)現(xiàn)１２進(jìn)制計(jì)數(shù)功能的電路如圖（d）所示。</p><p>&l

14、t;b>　　（d）十二進(jìn)制電路</b></p><p>　　另外，圖（d）所示電路中，尚余－２進(jìn)制計(jì)數(shù)單元，正好可作為分頻器２ＨZ輸出信號(hào)轉(zhuǎn)化為１ＨZ信號(hào)之用。</p><p><b>　　4．校時(shí)電路</b></p><p>　　數(shù)字鐘應(yīng)具有分校正和時(shí)校正功能，因此，應(yīng)截?cái)喾謧€(gè)位和時(shí)個(gè)位的直接計(jì)數(shù)通路，并采用正常計(jì)時(shí)信號(hào)與校

15、正信號(hào)可以隨時(shí)切換的電路接入其中。即為用COMS與或非門實(shí)現(xiàn)的時(shí)或分校時(shí)電路，In1端與低位的進(jìn)位信號(hào)相連；In2端與校正信號(hào)相連，校正信號(hào)可直接取自分頻器產(chǎn)生的1HZ或2HZ（不可太高或太低）信號(hào)；輸出端則與分或時(shí)個(gè)位計(jì)時(shí)輸入端相連。當(dāng)開關(guān)打向下時(shí)，因?yàn)樾Ｕ盘?hào)和0相與的輸出為0，而開關(guān)的另一端接高電平，正常輸入信號(hào)可以順利通過(guò)與或門，故校時(shí)電路處于正常計(jì)時(shí)狀態(tài)；當(dāng)開關(guān)打向上時(shí)，情況正好與上述相反，這時(shí)校時(shí)電路處于校時(shí)狀態(tài)。</

16、p><p>　　實(shí)際使用時(shí)，因?yàn)殡娐烽_關(guān)存在抖動(dòng)問(wèn)題，所以一般會(huì)接一個(gè)RS觸發(fā)器構(gòu)成開關(guān)消抖動(dòng)電路，所以整個(gè)較時(shí)電路就如圖（f）。</p><p>　　（f）帶有消抖電路的校正電路</p><p><b>　　5．整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路</b></p><p>　　電路應(yīng)在整點(diǎn)前10秒鐘內(nèi)開始整點(diǎn)報(bào)時(shí)，即當(dāng)時(shí)間在59分50秒到59分5

17、9秒期間時(shí)，報(bào)時(shí)電路報(bào)時(shí)控制信號(hào)。</p><p>　　當(dāng)時(shí)間在59分50秒到59分59秒期間時(shí)，分十位、分個(gè)位和秒十位均保持不變，分別為5、9和5，因此可將分計(jì)數(shù)器十位的QＣ和QＡ 、個(gè)位的QＤ和QＡ及秒計(jì)數(shù)器十位的QＣ和QＡ相與，從而產(chǎn)生報(bào)時(shí)控制信號(hào)。</p><p>　　報(bào)時(shí)電路可選74HC30來(lái)構(gòu)成。74HC30為8輸入與非門。</p><p><b&

18、gt;　　四、元器件</b></p><p>　　1．CD4511集成塊6塊</p><p>　　2．CD4060集成塊1塊</p><p>　　3．74HC390集成塊3塊</p><p>　　4．74HC51集成塊1塊</p><p>　　5．74HC00集成塊4塊</p><p&g

19、t;　　6．74HC30集成塊1塊</p><p>　　7．10MΩ電阻5個(gè)</p><p>　　8．500Ω電阻14個(gè)</p><p><b>　　9．30p電容2個(gè)</b></p><p>　　10．32.768k時(shí)鐘晶體1個(gè)</p><p><b>　　11．蜂鳴器10個(gè)</

20、b></p><p><b>　　芯片連接圖</b></p><p>　　1)74HC00D 2)CD4511</p><p>　　3)74HC390D 4)74HC51D</p><p><

21、b>　　五、各功能塊電路圖</b></p><p>　　數(shù)字鐘從原理上講是一種典型的數(shù)字電路，可以由許多中小規(guī)模集成電路組成，所以可以分成許多獨(dú)立的電路。</p><p><b>　　六進(jìn)制電路</b></p><p>　　由74HC390、7400、數(shù)碼管與4511組成，電路如圖一。</p><p>

22、<b>　　圖一</b></p><p><b>　　十進(jìn)制電路</b></p><p>　　由74HC390、7400、數(shù)碼管與4511組成，電路如圖二。</p><p><b>　　圖二</b></p><p><b>　　六十進(jìn)制電路</b><

23、/p><p>　　由兩個(gè)數(shù)碼管、兩4511、一個(gè)74HC390與一個(gè)7400芯片組成，電路如圖三。</p><p><b>　　圖三</b></p><p><b>　　雙六十進(jìn)制電路</b></p><p>　　由2個(gè)六十進(jìn)制連接而成，把分個(gè)位的輸入信號(hào)與秒十位的Qc相連，使其產(chǎn)生進(jìn)位，電路圖如圖四。

24、</p><p><b>　　圖四</b></p><p><b>　　時(shí)間計(jì)數(shù)電路</b></p><p>　　由1個(gè)十二進(jìn)制電路、2個(gè)六十進(jìn)制電路組成，因上面已有一個(gè)雙六十電路，只要把它與十二進(jìn)制電路相連即可，詳細(xì)電路見圖五。</p><p><b>　　圖五</b><

25、;/p><p><b>　　校正電路</b></p><p>　　由74CH51D、74HC00D與電阻組成，校正電路有分校正和時(shí)校正兩部分，電路如圖六。</p><p><b>　　圖六</b></p><p><b>　　晶體振蕩電路</b></p><p&

26、gt;　　由晶體與2個(gè)30pF電容、1個(gè)4060、一個(gè)10兆的電阻組成，芯片3腳輸出2Hz的方波信號(hào)，電路如圖七。</p><p><b>　　圖七</b></p><p><b>　　整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路</b></p><p>　　由74HC30D和蜂鳴器組成，當(dāng)時(shí)間在59:50到59:59時(shí)，蜂鳴報(bào)時(shí)，電路如圖八。</

27、p><p><b>　　圖八</b></p><p><b>　　。</b></p><p><b>　　六. 總結(jié)</b></p><p>　　在整個(gè)課程設(shè)計(jì)中,我們遇到一些難題,顯示器無(wú)法正常顯示數(shù)字,剛開始我們以為是線路接法存在問(wèn)題,經(jīng)過(guò)仔細(xì)檢查還是未得到解決.后來(lái)猜想是不是

28、顯示器本身的問(wèn)題,拿來(lái)萬(wàn)用表,經(jīng)過(guò)檢查,果然猜想正確,個(gè)別接線柱有問(wèn)題,但至于導(dǎo)致顯示器無(wú)法正常顯示的原因,后來(lái)想起是因?yàn)闆]有串聯(lián)電阻導(dǎo)致電流過(guò)大而引起的,發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后,重新接上電阻問(wèn)題得到了解決,也松了一口氣,但是問(wèn)題一個(gè)接一個(gè),顯示數(shù)字倒是沒有問(wèn)題了,但是數(shù)字無(wú)法進(jìn)位,仔細(xì)調(diào)試了半天還是沒有解決,最后反復(fù)檢查電路,才弄明白原來(lái)是較時(shí)電路的接法存在一點(diǎn)問(wèn)題.改正之后問(wèn)題也得到解決,就這樣經(jīng)過(guò)我們的不懈努力,終于初步完成了數(shù)字時(shí)鐘的設(shè)計(jì).

29、</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　繩廣基編著.數(shù)字邏輯電路設(shè)計(jì)于試驗(yàn)【Ｍ】.上海:上海交通大學(xué)出版社,1988</p><p>　　閻石主編.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)【Ｍ】.第五版,北京:高等教育出版社,2006</p><p>　　《中國(guó)集成電路大全》編寫委員會(huì)編.中國(guó)集成電路大全ＴＴＬ集成電