數(shù)字鐘課程設(shè)計(jì) (3)

1、<p>　　數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告</p><p>　　姓 名： </p><p>　　學(xué) 號(hào)： </p><p>　　學(xué) 院： 信息工程學(xué)院</p><p>　　班 級(jí)： </p><p>　　實(shí)驗(yàn)名稱： 數(shù)字鐘設(shè)計(jì)</p><p

2、><b>　　一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?lt;/b></p><p>　　1、熟悉數(shù)字系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)方法；</p><p>　　2、熟悉根據(jù)任務(wù)的要求合理選擇集成器件的方法；</p><p>　　3、學(xué)習(xí)和掌握數(shù)字鐘的工作原理及設(shè)計(jì)方法，并且通過對(duì)數(shù)字鐘的制作 </p><p>　　進(jìn)

3、一步了解各種中、小規(guī)模集成電路的功能及使用方法；</p><p>　　4、學(xué)習(xí)使用protel軟件進(jìn)行電子電路的原理圖設(shè)計(jì)、印制電路板設(shè)計(jì)；</p><p>　　5、初步掌握PCB板的制作流程及其工藝；</p><p>　　6、掌握數(shù)字系統(tǒng)的調(diào)試方法；</p><p>　　7、提高檢查故障和排除故障的能力。</p><p&

4、gt;<b>　　實(shí)驗(yàn)任務(wù)</b></p><p>　　利用中、小規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)并制作一個(gè)數(shù)字顯示時(shí)、分、秒的時(shí)鐘，應(yīng)具備如下功能：</p><p>　　1、能進(jìn)行正常的時(shí)、分、秒計(jì)時(shí)功能，以數(shù)字形式顯示時(shí)、分、秒的時(shí)間；</p><p>　　2、時(shí)應(yīng)以24小時(shí)計(jì)時(shí)周期，計(jì)數(shù)序列為00—23；</p><p>　　3、

5、計(jì)時(shí)出現(xiàn)誤差時(shí)能校正，可以分別對(duì)時(shí)和分進(jìn)行校正。</p><p><b>　　實(shí)驗(yàn)器材</b></p><p>　　計(jì)算機(jī)、protel軟件、555定時(shí)器一個(gè)、6個(gè)74LS161、3個(gè)74LS90、個(gè)74LS48、6個(gè)數(shù)碼管、若干個(gè)74LS00和74LS04、電源、開關(guān)。</p><p><b>　　四、實(shí)驗(yàn)原理 </b>

6、;</p><p>　　1、電路的總體原理框圖</p><p><b>　　數(shù)字鐘的構(gòu)成 </b></p><p>　　數(shù)字鐘是一個(gè)將“ 時(shí)”，“分”，“秒”顯示于人的視覺器官的計(jì)時(shí)裝置。它的計(jì)時(shí)周期為24小時(shí)，顯示滿刻度為23時(shí)59分59秒，另外應(yīng)有校時(shí)功能。因此，一個(gè)基本的數(shù)字鐘電路主要由譯碼顯示器、“時(shí)”，“分”，“秒”計(jì)數(shù)器、校時(shí)電路

7、、振蕩電路組成。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。通常使振蕩電路構(gòu)成數(shù)字鐘。</p><p>　?、?55振蕩電路　　 555定時(shí)器振蕩電路給數(shù)字鐘提供一個(gè)頻率穩(wěn)定準(zhǔn)確的1KＨz的方波信號(hào)，可保證數(shù)字鐘的走時(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

8、鐘都使用了555振蕩電路。</p><p><b>　?、品诸l器電路</b></p><p>　　分頻器電路用74LS90芯片將1kＨz的高頻方波信號(hào)經(jīng)3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>　?、菚r(shí)間計(jì)數(shù)器電路　　 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)

9、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12進(jìn)制計(jì)數(shù)器。</p><p>　?、茸g碼驅(qū)動(dòng)電路　　 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)，并且為保證數(shù)碼管正常工作提供足夠的工作電流。</p><p><b>　?、蓴?shù)碼管　　</b><

10、/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)計(jì)提供的為LED數(shù)碼管。</p><p><b>　　3、數(shù)字鐘工作原理</b></p><p>　　數(shù)字電子鐘的原理方框圖如上圖，該電路系統(tǒng)由秒信號(hào)發(fā)生器、“時(shí)、分、秒”計(jì)數(shù)器、譯碼器及數(shù)碼顯示管、校時(shí)電路、整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路等組成。秒信號(hào)發(fā)生器是整個(gè)系統(tǒng)的時(shí)基信號(hào)，

11、它直接決定計(jì)時(shí)系統(tǒng)的精度，本實(shí)驗(yàn)用555定時(shí)器來實(shí)現(xiàn)。將標(biāo)準(zhǔn)秒信號(hào)送入“秒計(jì)數(shù)器”，“秒計(jì)數(shù)器”采用六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，每累計(jì)60秒發(fā)出一個(gè)“分脈沖”信號(hào)，該信號(hào)作為“分計(jì)數(shù)器”的時(shí)鐘脈沖?！胺钟?jì)數(shù)器”采用六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，每累計(jì)60分鐘發(fā)出一個(gè)“時(shí)脈沖”信號(hào)，該信號(hào)作為“時(shí)計(jì)數(shù)器”的時(shí)鐘脈沖。譯碼顯示電路將“時(shí)”、“分”、“秒”計(jì)數(shù)器的輸出狀態(tài)經(jīng)七段顯示譯碼器譯碼，通過LED七段共陰極數(shù)碼顯示管顯示出來。整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路是根據(jù)計(jì)時(shí)系統(tǒng)的輸出狀態(tài)

12、產(chǎn)生脈沖信號(hào)，然后去觸發(fā)一音頻發(fā)生器實(shí)現(xiàn)報(bào)時(shí)。校時(shí)電路是用來對(duì)“時(shí)”、“分”、“秒”顯示數(shù)字進(jìn)行校對(duì)調(diào)整的。</p><p><b>　　五、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案</b></p><p>　　1、六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路</p><p>　　由兩片74160構(gòu)成的六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器如下圖所示。首先將兩片74160構(gòu)成一百進(jìn)制計(jì)數(shù)器，然后采用整體置數(shù)法接成六十進(jìn)制

13、計(jì)數(shù)器。電路的59狀態(tài)譯碼產(chǎn)生LD＇=0信號(hào)，同時(shí)加到兩片74LS161上，在下一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖（第60個(gè)計(jì)數(shù)脈沖）到達(dá)時(shí)將0000同時(shí)輸入兩片74LS161中，從而得到六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。進(jìn)位輸出可有門電路G的輸出直接得到。</p><p>　　2、二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路</p><p>　　由兩片74LS161構(gòu)成的二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器如下圖所示。首先將兩片74160構(gòu)成一百進(jìn)制計(jì)數(shù)器，然后采用整體

14、置數(shù)法接成二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器。電路的23狀態(tài)譯碼產(chǎn)生ＬＤ＇=0信號(hào)，同時(shí)加到兩片74LS161上，在下一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖（第24個(gè)計(jì)數(shù)脈沖）到達(dá)時(shí)將0000同時(shí)輸入兩片74LS161中，從而得到二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器。</p><p>　　3、秒信號(hào)發(fā)生器電路</p><p>　　秒信號(hào)發(fā)生器是整個(gè)系統(tǒng)的時(shí)基信號(hào)，它直接決定計(jì)時(shí)系統(tǒng)的精度，本實(shí)驗(yàn)用555定時(shí)器來實(shí)現(xiàn)。先將555定時(shí)器的2、6管腳連在一起

15、構(gòu)成施密特觸發(fā)器，然后再通過RC積分電路構(gòu)成多諧振蕩器。接入電路的二極管D1、D2使電容C1的充電電流和放電電流流經(jīng)不同的路徑，充電電流只流經(jīng)R1，放電電流只流經(jīng)R2，因此電容C1的充電時(shí)間為</p><p>　　T1=R1C1Ln2</p><p>　　電容C1的放電時(shí)間為</p><p>　　T2＝R2C1Ln2</p><p><

16、b>　　輸出脈沖的占空比為</b></p><p>　?。瘢絉1/(R1+R2)</p><p>　　若取R1=R2=71千歐然后與一個(gè)2千歐的電位器串聯(lián)，則電路的振蕩周期為</p><p>　　T=T1+T2=1s</p><p><b>　　4、校時(shí)電路</b></p><p&g

17、t;　　校準(zhǔn)電路實(shí)質(zhì)上是由一個(gè)555定時(shí)器接成的頻率為1KHz的多諧振蕩器，如下圖示。從圖中可知，秒脈沖進(jìn)入計(jì)數(shù)器，數(shù)字鐘正常工作。校時(shí)時(shí)先按下按鈕J2，若按下J2則10Hz脈沖信號(hào)進(jìn)入分計(jì)數(shù)器的個(gè)位，而分脈沖被阻止進(jìn)入，因而較快的校準(zhǔn)分計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值；若按下J1則100Hz脈沖信號(hào)進(jìn)入時(shí)計(jì)數(shù)器個(gè)位，而時(shí)脈沖被阻止進(jìn)入，因而較快的校準(zhǔn)時(shí)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值。 </p><p><b>　　5、譯碼顯示電路

18、</b></p><p>　　譯碼電路的功能是將“秒”、“分”、“時(shí)”計(jì)數(shù)器的輸出代碼進(jìn)行翻譯變成相應(yīng)的數(shù)字。用于驅(qū)動(dòng)LED七段數(shù)碼管的譯碼器為74LS48。由74LS48和LED七段數(shù)碼管組成的數(shù)碼顯示電路如下圖所示。將“秒”、“分”、“時(shí)”計(jì)數(shù)器的每位輸出分別接到相應(yīng)七段譯碼器的輸入端，便可進(jìn)行不同數(shù)字的顯示。在譯碼器輸出與數(shù)碼管之間串聯(lián)的為限流電阻。</p><p>&l

19、t;b>　　實(shí)驗(yàn)總電路圖</b></p><p>　　Multisim仿真原理圖 </p><p><b>　　實(shí)驗(yàn)仿真結(jié)果</b></p><p>　　1、1kHz脈沖信號(hào)：</p><p><b>　　2、秒時(shí)鐘：</b><

20、/p><p><b>　　3、分時(shí)鐘：</b></p><p><b>　　4、時(shí)時(shí)鐘：</b></p><p><b>　　5、實(shí)驗(yàn)總仿真圖：</b></p><p><b>　　八、實(shí)驗(yàn)總結(jié)</b></p><p>　　1、仿真過程

21、中遇到的問題及解決方法</p><p>　　剛接到數(shù)字鐘這個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的時(shí)候，感覺腦子中一片混亂，理不出來一個(gè)清晰的思路。但是我先看了一遍課本，充分理解、熟悉課本中所講的每個(gè)集成芯片的功能和它們的接法，然后又查閱了相關(guān)的資料。經(jīng)過這個(gè)過程之后，我構(gòu)思出來了數(shù)字鐘大致的電路圖和所要用到的集成芯片。但是在真正設(shè)計(jì)、畫電路圖的時(shí)候卻不斷出現(xiàn)了一些細(xì)節(jié)問題。比如用74LS161芯片構(gòu)成60進(jìn)制計(jì)數(shù)器后，在Multisim里

22、找不到實(shí)驗(yàn)室用到的CD4511BE型號(hào)的譯碼器，那我該如何選合適的譯碼器進(jìn)行譯碼？用555定時(shí)器產(chǎn)生1Hz的秒脈沖信號(hào)后，在保證原理圖一定正確的情況下，為什么數(shù)碼管一直顯示0，不會(huì)走數(shù)字呢？24進(jìn)制的地方為什么仿真結(jié)果總是會(huì)有些不對(duì)，從09變成10的時(shí)候中間會(huì)有一個(gè)類似于“8”一樣的數(shù)出現(xiàn)，使得24進(jìn)制與60進(jìn)制不能同步進(jìn)行，總是慢一秒？。于是我又去查資料，并請(qǐng)教了一些同學(xué)、老師才逐漸掌握了解決這些問題的方法，最后將問題一個(gè)個(gè)的擊破了。

23、經(jīng)上網(wǎng)百度后，我知道用74LS48譯碼比較合適；問同學(xué)、老師后，我知道1Hz數(shù)碼管能走數(shù)字，但是周期太長，所以將555定時(shí)器改成1KHz的才能很直觀的看到實(shí)驗(yàn)仿真結(jié)果；在24進(jìn)制的個(gè)位上加</p><p>　　2、畫protel原理圖遇到的問題</p><p>　?、儆脝蔚峨p擲開關(guān)實(shí)現(xiàn)校時(shí)電路時(shí)發(fā)現(xiàn)所選開關(guān)沒有封裝，后來經(jīng)老師點(diǎn)撥在“元件庫”中查找到了帶封裝的單刀雙擲開關(guān)；</p&g

24、t;<p>　?、诓恢阑≒CB板的時(shí)候需要在板子的某個(gè)角落放總電源，否則整塊板子無法供電使用，就連555定時(shí)器也需要電源驅(qū)動(dòng)才能正常產(chǎn)生脈沖信號(hào)，加個(gè)電源開關(guān)更能使整個(gè)電路設(shè)計(jì)的合理、規(guī)范；</p><p><b>　　3、心得體會(huì)</b></p><p>　　此次的數(shù)字鐘設(shè)計(jì)重點(diǎn)在于理論設(shè)計(jì)、對(duì)各種集成芯片的應(yīng)用和電路本身的原理的熟悉,與電路的仿真和

25、實(shí)際的連線有很大的差距。在此次的數(shù)字鐘設(shè)計(jì)過程中,讓我更進(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。在連接六十進(jìn)制及其進(jìn)位輸出和用555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器的接法中,熟悉了邏輯電路及其芯片各引腳的功能,在電路出錯(cuò)時(shí)能準(zhǔn)確地找出錯(cuò)誤所在并及時(shí)糾正。</p><p>　　這次電子課程設(shè)計(jì)讓我收獲很大，通過這次的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步地增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)的動(dòng)腦、動(dòng)手能力。讓我體會(huì)到了學(xué)習(xí)知識(shí)時(shí)理論聯(lián)系實(shí)際的重要