數(shù)電課程設(shè)計(jì)---數(shù)字鐘電路設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　一、設(shè)計(jì)目的2</b></p><p>　　二、設(shè)計(jì)要求和設(shè)計(jì)指標(biāo)2</p><p>　　（1）基本功能2</p><p>　?。?）擴(kuò)展功能2</p><p><b>　　三、

2、設(shè)計(jì)內(nèi)容2</b></p><p>　　3.1數(shù)字鐘電路工作原理2</p><p><b>　　3.2總體設(shè)計(jì)3</b></p><p>　　3.2.1原理框圖：3</p><p>　　3.2.2主要儀器及元器件4</p><p>　　3.2.3系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)4</p

3、><p><b>　　3.3仿真結(jié)果8</b></p><p>　　3.3.1電路連接8</p><p>　　3.3.2仿真截圖9</p><p>　　四、本設(shè)計(jì)改進(jìn)及建議10</p><p><b>　　五、總結(jié)10</b></p><p>

4、<b>　　六、參考文獻(xiàn)11</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)目的 </b></p><p>　　掌握多功能數(shù)字鐘的工作原理。</p><p>　　掌握基本邏輯門電路、譯碼器、數(shù)據(jù)分配器、數(shù)據(jù)選擇器、數(shù)值比較器、觸發(fā)器、計(jì)數(shù)器、鎖存器、555定時(shí)器等常用數(shù)字電路的綜合設(shè)計(jì)方法。</p><p&

5、gt;　　熟悉用Proteus軟件進(jìn)行數(shù)字電路仿真設(shè)計(jì)的方法。</p><p>　　了解用Altium Designer軟件進(jìn)行PCB設(shè)計(jì)的方法。</p><p>　　熟悉復(fù)雜數(shù)字電路的安裝、測(cè)試方法，提高實(shí)驗(yàn)技能，增強(qiáng)工程實(shí)踐能力。</p><p><b>　　設(shè)計(jì)要求和設(shè)計(jì)指標(biāo)</b></p><p><b&g

6、t;　　基本功能</b></p><p>　　具有“秒”“分”“時(shí)”計(jì)時(shí)和顯示功能。小時(shí)按24小時(shí)計(jì)時(shí)制計(jì)時(shí)。</p><p>　　校時(shí)功能，能夠?qū)Α胺帧焙汀皶r(shí)”進(jìn)行調(diào)整。</p><p><b>　　擴(kuò)展功能</b></p><p>　　具有整點(diǎn)報(bào)時(shí)功能，在59min51s后隔秒發(fā)出500Hz的低音報(bào)時(shí)信號(hào)

7、，在59min59s時(shí)發(fā)出1kHz的高音報(bào)時(shí)信號(hào)，聲響時(shí)間持續(xù)1s。</p><p>　　鬧鐘功能，鬧時(shí)信號(hào)持續(xù)1min。</p><p><b>　　設(shè)計(jì)內(nèi)容</b></p><p>　　3.1數(shù)字鐘電路工作原理</p><p>　　電子數(shù)字鐘的，通過(guò)計(jì)時(shí)精度很高的石英晶振，采用相應(yīng)進(jìn)制的計(jì)數(shù)器，轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制數(shù)，經(jīng)過(guò)譯

8、碼和顯示電路準(zhǔn)確地將時(shí)間“時(shí)”“分”“秒”用數(shù)字的方式顯示出來(lái)。</p><p>　　1. 晶體振蕩器電路　　</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)字鐘的走時(shí)準(zhǔn)確及穩(wěn)定。</p><p><b>　　2.分頻器電路　　</b></p><p>　　分頻器電路

9、將32768Ｈz的高頻方波信號(hào)經(jīng)32768（ ）次分頻后得到1Hz的方波信號(hào)供秒計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)。分頻器實(shí)際上也就是計(jì)數(shù)器。</p><p>　　3.時(shí)間計(jì)數(shù)器電路　　</p><p>　　時(shí)間計(jì)數(shù)電路由秒個(gè)位和秒十位計(jì)數(shù)器、分個(gè)位和分十位計(jì)數(shù)器及時(shí)個(gè)位和時(shí)十位計(jì)數(shù)器電路構(gòu)成，其中秒個(gè)位和秒十位計(jì)數(shù)器、分個(gè)位和分十位計(jì)數(shù)器為60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，而根據(jù)設(shè)計(jì)要求，時(shí)個(gè)位和時(shí)十位計(jì)數(shù)器為24進(jìn)制計(jì)數(shù)器

10、。</p><p>　　4. 譯碼驅(qū)動(dòng)電路　　</p><p>　　譯碼驅(qū)動(dòng)電路將計(jì)數(shù)器輸出的8421BCD碼轉(zhuǎn)換為數(shù)碼管需要的邏輯狀態(tài)，譯碼電路及驅(qū)動(dòng)電路由74LS248電路完成。</p><p><b>　　5.數(shù)碼管　　</b></p><p>　　數(shù)碼管通常有發(fā)光二極管（LED）數(shù)碼管和液晶（LCD）數(shù)碼管，本設(shè)

11、計(jì)提供的為ＬＥＤ數(shù)碼管。</p><p><b>　　3.2總體設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.2.1原理框圖：如圖1</p><p>　　圖1：數(shù)字鐘設(shè)計(jì)原理</p><p>　　3.2.2主要儀器及元器件</p><p>　　用到的元件有：7SEG-BCD、74HC30、74LS08、7

12、4LS90、555、BUTTON、CAP、CELL、LED-RED、RES等。</p><p>　　3.2.3系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)</p><p>　　（1） 秒信號(hào)發(fā)生電路</p><p>　　根據(jù)計(jì)時(shí)的精度確定石英晶振的頻率，采用32768HZ的石英晶體振蕩器通過(guò)15次的分頻來(lái)獲得秒脈沖的信號(hào)，作為計(jì)時(shí)的基本單位。選CD4060作為秒脈沖發(fā)生電路的主要器件，它是14級(jí)的

13、二進(jìn)制計(jì)數(shù)器/分頻器/振蕩器。如圖2，C1，C2，晶振，R4，CD4060等器件構(gòu)成32768HZ振蕩器。3腳輸出14分頻信號(hào)，圖中的R4是反饋電阻，可使內(nèi)部的非門電阻工作在線性放大區(qū)，C2是微調(diào)電容，可改變振蕩頻率，以保證精確度。從3腳輸出的為32768的第14級(jí)二分頻，即為2HZ，經(jīng)74LS74（D觸發(fā)器）再作二分頻，從而得到秒脈沖（1HZ信號(hào)）為止。</p><p>　?。?） “時(shí)”“分”“秒”計(jì)數(shù)器電路

14、“秒”、“分”、“時(shí)”計(jì)數(shù)器電路采用雙BCD同步加法計(jì)數(shù)器CD4518，由圖2得到的秒脈沖送圖3a秒計(jì)數(shù)器，由此完成60秒計(jì)數(shù)功能。由74LS08的3腳輸出信號(hào)即為60秒的進(jìn)位時(shí)脈沖。</p><p>　　圖中，QA1、QB1、QC1、QD1為秒個(gè)位上十進(jìn)制顯示的二進(jìn)制BCD碼，QA1、QB2、QC2、QD2為秒十位上6進(jìn)制BCD碼，當(dāng)十位要顯示十進(jìn)制6時(shí)即0110，QB2、QC2位均為1，利用此條件，經(jīng)74LS

15、08（四二輸入與門）內(nèi)部與門輸出為1即高電平，給15腳，高電平使CD4518一組十位上的計(jì)數(shù)輸出全部為0并向前輸出一高電平，其他時(shí)候?yàn)榈碗娖?，此脈沖即為分脈沖的輸入信號(hào)。CD4518 15腳和2腳分別為清零端，當(dāng)它為高電平時(shí)，QD～QA=0為低電平，執(zhí)行計(jì)數(shù)功能，其脈沖輸入有2個(gè)方式，從2腳10腳輸入時(shí)，為下降沿計(jì)數(shù)，此時(shí)9腳1腳接低電平才有效，否則不能計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)脈沖信號(hào)從9腳1腳輸入時(shí)，從脈沖的上升沿開始計(jì)數(shù)，此時(shí)，2腳10腳應(yīng)高電平

16、才有效，否則不能計(jì)數(shù)。</p><p>　　分計(jì)數(shù)器與秒計(jì)數(shù)器完全相同。不同之處在于輸出的脈沖不同，前者是1HZ，這里是1/60 HZ。圖略。</p><p>　　時(shí)計(jì)數(shù)器為24進(jìn)制計(jì)數(shù)，基本電路與分秒計(jì)數(shù)器相同。不同的是找出24進(jìn)制的復(fù)位脈沖即顯示24時(shí)個(gè)位及十位共8個(gè)輸出端全部清零。十位為0010（顯示2）時(shí)，個(gè)位為0100（顯示4）時(shí)全部清零即00點(diǎn)。選十位的QB=1和個(gè)位的QC=1

17、，通過(guò)與門74LS08給CD4518的15腳與7腳為高電平，使輸出QA～QD全為0從而實(shí)現(xiàn)24進(jìn)制，此進(jìn)位</p><p>　　脈沖即為一天的計(jì)數(shù)脈沖，此設(shè)計(jì)中未使用。時(shí)計(jì)數(shù)器電路如圖4：</p><p>　　(3) 譯碼顯示電路設(shè)計(jì)</p><p>　　由計(jì)數(shù)器得到的4位二進(jìn)制碼的必須通過(guò)譯碼后轉(zhuǎn)為人民習(xí)慣的數(shù)字顯示。如12：54：30的二進(jìn)制碼為00010010

18、：01010100：00110000。譯碼之后再驅(qū)動(dòng)7段數(shù)碼管顯示時(shí)、分、秒。譯碼電路及驅(qū)動(dòng)電路由74LS248電路完成。</p><p><b>　　見(jiàn)圖5：</b></p><p>　　74LS248既作譯碼又是LED的驅(qū)動(dòng)電路。13.12.11.10. 9. 15. 14 輸出分別推動(dòng)數(shù)碼管的a. b .c d .e. f. g. 字段。74LS248的7 、1

19、、2、6 腳分別輸出4 位二進(jìn)制BCD碼。根據(jù)計(jì)數(shù)器的輸出狀態(tài)由74LS248譯碼后再驅(qū)動(dòng)LED直觀顯示出來(lái)。LED是共陰的。在LED 的第3或8腳串接一個(gè)電阻。可以改變LED 的亮度。</p><p>　　(4)校時(shí)電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　當(dāng)出現(xiàn)時(shí)間誤差時(shí)，可利用秒脈沖來(lái)進(jìn)行校對(duì)，具體方法是通過(guò)校時(shí)開關(guān)將秒脈沖直接輸入到分計(jì)數(shù)器和時(shí)計(jì)數(shù)器。利用微動(dòng)開關(guān)進(jìn)行校對(duì)。如圖6所示：<

20、;/p><p>　　校對(duì)工作過(guò)程，校對(duì)時(shí)，將開關(guān)撥到校對(duì)位置。此時(shí)秒計(jì)數(shù)器無(wú)脈沖輸入停止計(jì)數(shù)。接下微動(dòng)開關(guān)S1時(shí)。脈沖輸入到74LS32的10腳。內(nèi)部為二輸入或門電路。⑨腳輸入的是分脈沖，因秒計(jì)數(shù)器停止，分計(jì)數(shù)器也停止（不停也可以），分脈沖用秒脈沖替代。分計(jì)數(shù)器由1分計(jì)數(shù)脈沖變?yōu)?秒計(jì)數(shù)脈沖，加快了調(diào)整速度。同理，按下S2開關(guān)后，小時(shí)輸入脈沖就以1秒脈沖代替，快速改變小時(shí)的顯示，達(dá)到校時(shí)目的。當(dāng)時(shí)間調(diào)到與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間相同

21、時(shí)將開關(guān)撥到正常位置，計(jì)時(shí)又開始。</p><p><b>　　3.3仿真結(jié)果</b></p><p>　　3.3.1電路連接如圖7所示</p><p><b>　　圖7 仿真電路</b></p><p><b>　　3.3.2仿真截圖</b></p><p

22、>　?。?）仿真后的截圖如下：</p><p><b>　　圖8 仿真后截圖</b></p><p>　　仿真后的波形圖如下：</p><p><b>　　圖9 仿真波形圖</b></p><p><b>　　本設(shè)計(jì)改進(jìn)及建議</b></p><p&g

23、t;　　1.用示波器檢測(cè)集成電路多諧振蕩器的輸出信號(hào)波形和頻率，振蕩器輸出頻率應(yīng)為32768HZ。</p><p>　　2.將頻率為32768Hz的信號(hào)送入分頻器，并用示波器檢查各級(jí)分頻器的輸出頻率是否符合設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　3.將1秒信號(hào)分別送入“時(shí)”、“分”、“秒”計(jì)數(shù)器，用顯示器檢查計(jì)數(shù)器的工作情況，看計(jì)數(shù)器是否按設(shè)計(jì)的進(jìn)制計(jì)數(shù)。</p><p>

24、　　4.觀察校時(shí)電路的功能是否滿足校時(shí)要求。</p><p>　　5.當(dāng)分頻器和計(jì)數(shù)器正常工作后，將各級(jí)的電路相連，觀察數(shù)字鐘能否準(zhǔn)確正常工作。</p><p><b>　　五、總結(jié)</b></p><p>　　在此次的數(shù)字鐘設(shè)計(jì)過(guò)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.</p><p&g

25、t;　　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. 在設(shè)計(jì)電路中,往往是先仿真后連接實(shí)物圖,但有時(shí)候仿真和電路連接并不是完全一致的。在設(shè)計(jì)電路的連接圖中出錯(cuò)的主要原因都是接線和芯片的接觸不良以及接線的錯(cuò)誤所引起的.接線的時(shí)候一定要細(xì)心,不要接錯(cuò)</p><p>　　對(duì)自己的設(shè)計(jì)圖要仔細(xì)考慮，是否可行，尤

26、其是進(jìn)位輸出，著重看看進(jìn)位的CP脈沖是否正確。</p><p>　　在連接校正電路的過(guò)程中,出現(xiàn)時(shí)和分都能正常校正時(shí),但秒?yún)s受到影響,特別時(shí)一較分鐘的時(shí)候秒亂跳,而不校時(shí)的時(shí)候,秒從40跳到59,然后又跳回40,分和秒之間無(wú)進(jìn)位,電路在時(shí),分,秒進(jìn)位過(guò)程中能正常顯示,故可排除芯片和連線的接觸不良的問(wèn)題.經(jīng)檢查,校正電路的連線沒(méi)有錯(cuò)誤,后用萬(wàn)用表的直流電壓檔帶電檢測(cè)秒十位的QA,QB,QC和QD腳,發(fā)現(xiàn)QA腳時(shí)有電

27、壓時(shí)而無(wú)電壓,再檢測(cè)秒到分和分到時(shí)的進(jìn)位端,發(fā)現(xiàn)是由于秒到分的進(jìn)位未拔掉所至.</p><p>　　在ＥＷＢ軟件中得到繪制出原理圖。每一部分電路完成后就對(duì)其進(jìn)行功能檢測(cè)，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題進(jìn)行改正。擴(kuò)展電路是在主體電路的基礎(chǔ)上加上一部分功能實(shí)現(xiàn)電路，以實(shí)現(xiàn)定時(shí)、整點(diǎn)報(bào)時(shí)等功能。并附帶原理闡述。</p><p>　　通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)，讓我對(duì)各種電路都有了大概的了解，也學(xué)會(huì)了常用繪圖軟件及仿

28、真軟件的應(yīng)用。</p><p>　　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，才會(huì)有收獲。</p><p><b>　　六、參考文獻(xiàn)</b></p><p>　?。?）數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書 2011年11月</p><p>　?。?）閻石.《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》.北京 清華大學(xué)出版