數(shù)字時鐘課程設(shè)計3

1、<p><b>　　數(shù)字電子鐘</b></p><p>　　《數(shù)字電子鐘課程設(shè)計》</p><p><b>　　輔導(dǎo)老師：</b></p><p><b>　　目錄 </b></p><p>　　前言……………………………………………………………………...3&

2、lt;/p><p>　　課程設(shè)計的目的………………………………………………………...3</p><p>　　課程設(shè)計描述和要求…………………………………………………...3</p><p>　　4. 課程設(shè)計報告內(nèi)容………………………………………………………3</p><p>　　4.1設(shè)計原理…………………………………………………………………

3、4</p><p>　　4.2設(shè)計原理總體方框圖………………………………………………4</p><p>　　4.3單元電路設(shè)計……………………………………………………………4</p><p>　　4.3.1 555震蕩電路………………………………………………………….4</p><p>　　4.3.2計數(shù)器………………………………………………

4、……………….. . 5</p><p>　　4.3.3分頻電路………………………………………………………………6</p><p>　　4.3.4 校準(zhǔn)電路 .…………………………………………………………….6</p><p>　　4.3.5整點報時電路…………………………………………………….….. . .8</p><p>　　4.4整體

5、電路圖………………………………………………………………..9</p><p>　　5.所用芯片及規(guī)格…………………………………………………………….9</p><p>　　6.系統(tǒng)的調(diào)試及應(yīng)注意的問題……………………………………………… 10</p><p>　　7.心得體會…………………………………………………………………….11</p><p

6、>　　附：芯片資料………………………………………………………………. .13</p><p><b>　　1 前言</b></p><p>　　數(shù)字鐘是一種用數(shù)字電路技術(shù)實現(xiàn)時，分，秒計時的裝置，與機械式時鐘相比具有更高的準(zhǔn)確性和直觀性，且無機械裝置，具有更長的使用壽命，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序電路

7、。目前，數(shù)字鐘的功能越來越強，并且有多種專門的大規(guī)模集成電路可供選擇。從有利于學(xué)習(xí)的角度考慮，這里主要介紹以中小規(guī)模集成電路設(shè)計數(shù)字鐘的方法。經(jīng)過了數(shù)字電路設(shè)計這門課程的系統(tǒng)學(xué)習(xí)，特別經(jīng)過了關(guān)于組合邏輯電路與時序邏輯電路部分的學(xué)習(xí)，我們已經(jīng)具備了設(shè)計小規(guī)模集成電路的能力，借由本次設(shè)計的機會，充分將所學(xué)的知識運用到實際中去。本次課程設(shè)計要求設(shè)計一個數(shù)字鐘，基本要求為數(shù)字鐘的時間周期為24小時，數(shù)字鐘顯示時，分，秒，數(shù)字鐘的時間基準(zhǔn)一秒對應(yīng)

8、現(xiàn)實生活鐘的時鐘的一秒。供擴展的方面涉及到整點自動報時，因此，研究數(shù)字鐘及擴大其應(yīng)用，有著非常現(xiàn)實的意義。</p><p><b>　　2課程設(shè)計的目的</b></p><p>　　掌握數(shù)字鐘的設(shè)計，組裝與調(diào)試方法。</p><p>　　熟悉集成元器件的選擇和集成電路芯片的邏輯功能和使用方法。</p><p>　　掌握面

9、包板結(jié)構(gòu)及其接線方法。</p><p>　　熟悉仿真軟件的使用。</p><p>　　3課程設(shè)計描述和要求</p><p>　　設(shè)計一個數(shù)字電子鐘，具體要求如下:</p><p>　　電子鐘以一晝夜24小時為一個計數(shù)周期。</p><p>　　能夠顯示“時”（0~23），“分”（0~59），“秒”（0~59）。<

10、/p><p>　　具有整點報時的功能并且是報時五次，間隔一秒，鳴叫一秒，前四次為低音，頻率為500Hz，最后一次為高頻，頻率為1000Hz。</p><p><b>　　4課程設(shè)計報告內(nèi)容</b></p><p><b>　　4.1設(shè)計原理</b></p><p>　　數(shù)字式計時器一般由振蕩電路，分頻器

11、，計數(shù)器，譯碼器，顯示器及校準(zhǔn)電路，整點報時電路組成。</p><p>　　其工作原理為：秒信號送入分頻器產(chǎn)生1Hz的頻率送到校準(zhǔn)電路，再送到計數(shù)器進(jìn)行計數(shù)，把累積的結(jié)果以‘時’，‘分’，‘秒’的數(shù)字顯示出來，然后由秒脈沖送到報時電路實現(xiàn)報時。</p><p>　　4.2設(shè)計原理總體方框圖</p><p><b>　　4.3單元電路設(shè)計</b>

12、</p><p>　　4.3.1 555振蕩電路</p><p>　?。?）可產(chǎn)生精確的時間延遲和振蕩，內(nèi)有3個5KΩ的電阻分壓器，故稱555。</p><p>　?。?）電源電壓電流范圍寬，雙極型：5~16V，CMOS:3~18V。</p><p>　?。?）可以提供TTL及CMOS數(shù)字電路兼容的接口電平。</p><

13、p>　　（4）可輸出一定的功率，可驅(qū)動微電機、指示器、揚聲器等。</p><p>　　（5）應(yīng)用：脈沖波形的產(chǎn)生與交換、儀器與儀表、測量與控制、家用電子玩具等領(lǐng)域。</p><p>　?。?）TTL單項定時器型號的最后3位數(shù)字的555，雙定時器的為556；CMOS單項定時器的最后4位為7555，雙定時器為7556,。他們的功能和外部引排列完全相同。</p><p&

14、gt;　　使用NE555多諧振蕩器來產(chǎn)生1000Hz的信號。通過改變相應(yīng)的電阻電容值可使頻率微調(diào)，電路的振蕩周期為T=0.7（R4+R5）C1。</p><p>　　4.3.2 計數(shù)器</p><p>　　時間計數(shù)器電路由秒個位和秒十位計數(shù)器，分個位和分時位計數(shù)器及時個位計數(shù)器和時十位計數(shù)器電路構(gòu)成，其中秒個位和秒十位計數(shù)器、分個位和分時位計數(shù)器為60進(jìn)制計數(shù)器，而根據(jù)設(shè)計要求，十個位和

15、十位計數(shù)器為24進(jìn)制計數(shù)器。采用中規(guī)模集成電路CC4518利用反饋清零法通過異步級聯(lián)實現(xiàn)計數(shù)功能。</p><p>　　數(shù)字時鐘的記數(shù)顯示控制</p><p>　　在設(shè)計中，我們使用的是CC4518十進(jìn)制計數(shù)器，來實現(xiàn)計數(shù)的功能。實驗中主要用到了置數(shù)清零功能（特點：消耗一個時鐘脈沖），清零功能（特點：不耗時鐘脈沖），在上級控制下級時通過組合電路（主要利用與非門）實現(xiàn)，在連接電路的時候要注意

16、強調(diào)使能端的連接，其影響到整個電路是否工作。</p><p>　　電路的控制原理如下：秒脈沖由個位向十位進(jìn)位0000—0001—0010—0011—0100—0101—0110—0111—1000—1001實現(xiàn)個位的計數(shù),采用的是置數(shù)的方式（利用RCO端口）將個位的最高位與十位的使能端連接，當(dāng)電路計數(shù)到1001時緊接著高位出現(xiàn)下降沿，使其觸發(fā)十位使能端，致使十位開始計數(shù)，實現(xiàn)了個位向十位進(jìn)位的功能。

17、 </p><p>　　在秒?yún)^(qū)十位向分區(qū)個位進(jìn)位時，基本原理同上：0000—0001—0010—0011—0100—0101產(chǎn)生了六個脈沖的時候向下一級輸出一個時鐘脈沖，利用的還是脈沖下降沿觸發(fā)使能端，目標(biāo)仍是實現(xiàn)正確的計時顯示。</p><p>　　在時區(qū)個位向十位進(jìn)位同上，將十位的輸出為2的控制端通過與門輸入接入個位和十位的CR端，實現(xiàn)了時區(qū)的清零功能，及整個電路的清零。

18、分區(qū)的顯示及整個電路反饋清零：當(dāng)數(shù)值達(dá)到：23:59的時候?qū)崿F(xiàn)清零的工作，采用CLR清零的方式為反饋清零。</p><p>　　4.3.3 分頻電路</p><p>　　通常，數(shù)字鐘的555振蕩器輸出的頻率極高，為了得到1Hz的秒信號輸入，需要對振蕩器的輸出信號進(jìn)行分頻。通常實現(xiàn)分頻器的電路是計數(shù)器電路，將555的振蕩信號通過3片74LS90級聯(lián)將1KHz分頻得到1Hz的秒脈沖。<

19、/p><p>　　4.3.4 較準(zhǔn)電路</p><p>　　當(dāng)重新接通電源或走時出現(xiàn)誤差時都需要對時間進(jìn)行校正。通常，校正時間的方法是：首先截斷正常的計數(shù)通路，然后再進(jìn)行人工觸發(fā)計數(shù)或?qū)㈩l率較高的方波信號加到需要校正的計數(shù)單元的輸入端，校正好后，再轉(zhuǎn)入正常計時狀態(tài)即可。</p><p>　　根據(jù)要求，數(shù)字鐘應(yīng)具有分校正功能，因此，應(yīng)截斷分個位的直接計數(shù)通路，并采用正常

20、的計時信號與校正信號可以隨時切換的電路接入其中。在實驗實現(xiàn)過程中使用的是通過開關(guān)（普通開關(guān)）來實現(xiàn)高低電平的切換，手動賦予需要的高低電平來實現(xiàn)脈沖的供給，將脈沖提供到所需要的輸入（CLK）端口，實現(xiàn)校時，仿真過程中能夠正常校時并且在校時時達(dá)到了預(yù)定的效果；而在我們進(jìn)入實際電路連接的時候，利用開關(guān)（手控導(dǎo)線點觸實現(xiàn)）來實現(xiàn)校時再不像仿真那樣的精確了，原因分析是由于使用的是普通的開關(guān)同時利用的是手動的對CLK端口賦予脈沖信號，在實現(xiàn)手動生成

21、脈沖信號的過程中產(chǎn)生了擾動，即相當(dāng)于產(chǎn)生了多個脈沖信號對需要的數(shù)碼管進(jìn)行校時，如此，并沒有達(dá)到仿真的精確效果，但是在實驗中通過改進(jìn)電路的校時方式，不是用手觸開關(guān)產(chǎn)生脈沖信號（如若需要用手觸則需要使用一個鎖存器實現(xiàn)去抖動，才能夠在脈沖生成的時候不產(chǎn)生干擾的脈沖，實現(xiàn)正常的校時），而是使用信號發(fā)生器實現(xiàn)信號的提供，對需要校時的數(shù)碼管在相應(yīng)的CLK端口提供脈沖信號實現(xiàn)校時，利用此方式實現(xiàn)校時則比手觸開關(guān)方式效果要好。</p>&

22、lt;p>　　4.3.5 整點報時</p><p>　　報時功能的實現(xiàn)原理較為簡單，即對所需要報時的輸出量進(jìn)行控制，并對控制產(chǎn)生的信號作為音箱發(fā)聲的信號源，例如我們的報時時間59分51秒-53秒-55秒-57秒為由1000Hz信號通過CC4013分頻產(chǎn)生的500Hz信號產(chǎn)生低音，而59秒則是由555輸出的1000Hz產(chǎn)生高音。</p><p>　　4.4 整體電路原理圖</p

23、><p>　　4.5 所用芯片及規(guī)格</p><p>　　6系統(tǒng)的調(diào)試及應(yīng)注意的問題（注：在仿真時所有芯片規(guī)格必須為5V）</p><p>　　秒脈沖電路的安裝和調(diào)試</p><p>　　按電路圖在面包板上連線，NE555的輸出端接示波器，并調(diào)整電位器的電阻，觀察示波器的波形和頻率,使產(chǎn)生脈沖周期為1ms。（即頻率為1000HZ）</p&g

24、t;<p>　　接1/10分頻（即74LS90分頻）時應(yīng)該注意74LS90應(yīng)該5腳接電源，10腳接地。將1KHz頻率送入分頻器（即連接14腳），注意1腳必須與12腳相連否則無法分頻，用示波器檢察各級分頻器的輸出端（即QD腳）頻率是否符合要求，最后輸出應(yīng)該為1Hz。如若出現(xiàn)問題即可用發(fā)光二極管或者示波器分別檢測3個芯片的輸出端，看是否有脈沖輸出。</p><p>　　計數(shù)器譯碼顯示電路的安裝和調(diào)試&l

25、t;/p><p>　　按電路圖在面包板上連線。因為CC4518內(nèi)含有兩個同步十進(jìn)制計數(shù)器，所以只要用三片CC4518。注意連接時秒，時，分的清零端（即CR腳）要連接正確。</p><p>　　觀察在CP作用下，輸出顯示器，對正是60進(jìn)制還是24進(jìn)制。 </p><p>　　在調(diào)試過程中，要注意以下幾個問題：</p><p>　　根據(jù)CC4518的

26、功能表，當(dāng)觸發(fā)脈沖由CP端輸入時，EN端應(yīng)接高電平，此時CP上升沿觸發(fā)；當(dāng)觸發(fā)脈沖由EN端輸入時，CP輸入端接低點平，此時CP下降沿觸發(fā)。（所以在連接時，若是EN輸入，則秒、分脈沖輸出為Q2）</p><p>　　CR為異步復(fù)位端，高電平有效。當(dāng)CR為高電平時，計數(shù)器復(fù)位；正常計數(shù)時，應(yīng)使CR=0。</p><p>　　芯片連接時，注意其管腳的輸出與輸入正確連接（特別是4011和4069）

27、。</p><p>　　3.校時電路的安裝和調(diào)試</p><p>　　按電路圖在面包板上連線將電路輸出。撥動開關(guān)，觀察顯示器顯示情況。注意：秒和時的控制開關(guān)為L時停止，分的控制開關(guān)為H時停止。</p><p>　　4.整點報時電路的安裝和調(diào)試</p><p>　　按電路圖所示連接電路，必須連接準(zhǔn)確。測試時，輸入500hz,1000hz的信號，

28、觀察計數(shù)器在CP信號的作用下，喇叭發(fā)出聲響的情況。</p><p><b>　　應(yīng)注意的問題：</b></p><p>　　在插面包板時所剝的銅線過長使面包板的內(nèi)部出現(xiàn)問題，導(dǎo)致部分電路短路，可以利用萬用表測量，可查看接線的地方是否短路。（也可以用示波器進(jìn)行檢測）</p><p>　　在使用直流穩(wěn)壓電源時應(yīng)特別注意電流的控制，必須是恒壓輸入。由

29、于實驗芯片過多，所以在整體的面包板上要合理布置芯片，方便使連接時不出錯，整個板面看起來整潔，易查。</p><p>　　芯片連接要注意接地和接電源，注意是16還是14接電源（注：74LS90為10接GND，5接VSS。）</p><p>　　校準(zhǔn)電路時一定要認(rèn)清4069的輸入和輸出管腳，否則校準(zhǔn)沒用。時脈沖，分脈沖都要檢查必須接到了使能端，才能實現(xiàn)進(jìn)位功能。對于校準(zhǔn)電路的開關(guān)在面包板上直接

30、采用高低電平來控制。</p><p>　　連接好校時電路和秒計數(shù)器顯示電路后，撥動開關(guān)，使秒計數(shù)，計數(shù)不清零時檢查CR端，不進(jìn)位時檢查EN端。計數(shù)器的Q0 Q1 Q2 Q3一定要細(xì)心和報時電路及顯示器連接正確，否則報時不準(zhǔn)或顯示不正常。</p><p>　　計數(shù)器CR端要準(zhǔn)確接入分和時接入不一，注1Q3必須與2EN連接否則個位與十位之間不進(jìn)位。</p><p>　　

31、喇叭聲音過低，接一個放大電路實現(xiàn)。</p><p>　　喇叭響音低。檢查放大電路的E端和C端接反，應(yīng)該把發(fā)射極E端接喇叭，C端接電源。（若聲音小，放大器C端可以不接電阻）</p><p><b>　　7 心得體會</b></p><p>　　當(dāng)我們降臨大三時，迷茫的時間里來了一個課程設(shè)計。心中滿是興奮與期望，起初高興的也只限于課程設(shè)計的兩個禮

32、拜不用上課而已。當(dāng)真正的動起手來時，感覺其實并不是很輕松了，至少要自己動手了，圖書館與百度都成了生活的必須，總算從萬千資料中造就了原理圖，然后就有了動手的沖動，說白了是一種渴望成功的沖動吧。從最初的茫然到興奮再到最后的成功，這當(dāng)中都充滿了喜怒哀樂。</p><p>　　在這兩周里學(xué)會了很多，特別是課堂上學(xué)不到東西。學(xué)會了自己動手，學(xué)會了如何去達(dá)到一個目的，學(xué)會了怎么去獨立思考。在這里終于體會到從學(xué)習(xí)到實踐再到應(yīng)用

33、的快樂，想想當(dāng)一個完整的電路搭建好時，內(nèi)心多么的高興于自豪，在心里默默的說：我成功了。我們都不是廢材，所有的廢材只是沒有去做，去動手而已。第一次搭建這么復(fù)雜的電路，讓我明白人生不管做什么都要全心的投入，細(xì)心的去做，遇到問題一定要冷靜思考。這些種種無形的財富都為我們以后展翅飛翔打下夯實的基礎(chǔ)。</p><p>　　通過這次設(shè)計，我對數(shù)字電路設(shè)計中的邏輯關(guān)系等有了一定的認(rèn)識，對以前學(xué)的數(shù)字電路又有了一定的新認(rèn)識，溫習(xí)

34、了以前學(xué)的知識，但在設(shè)計的過程中，遇到了很多的問題，有一些知識都已經(jīng)不太清楚了，但是通過一些資料又重新的溫習(xí)了一下數(shù)字電路部分的內(nèi)容。在這次設(shè)計中也使我們更加成熟起來，學(xué)會獨立，學(xué)會面對。在整個設(shè)計過程中我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了我獨立工作的能力，樹立了對自己工作能力的信心，相信會對今后的學(xué)習(xí)工作生活有非常重要的影響。而且大大提高了動手的能力，使我充分體會到了在創(chuàng)造過程中的探索的艱難和成功的喜悅。雖然這個項目還不是很完善，但是在設(shè)計過程

35、中所學(xué)到的東西是這次課程設(shè)計的最大收獲和財富，使我終身受益。</p><p>　　我不敢說以后一定要學(xué)得怎么樣，至少現(xiàn)在懂得一定要善于觀察，積極思考，態(tài)度認(rèn)真，堅持到底細(xì)心做好每一件事，不要忽視任何的存在。 </p><p>　　特別要感謝我的指導(dǎo)老師，感謝您的全心指導(dǎo)，感謝你給與的教誨。經(jīng)歷這個課程設(shè)計得到了很多無形的財富，這些都是老師您在教學(xué)中無形傳授給我們的，雖然我現(xiàn)在學(xué)得不怎么樣，

36、但我不怕失敗，并勇敢地走下去。 </p><p><b>　　附：芯片資料</b></p><p>　　1 CC4518 邏輯符號： </p><p><b>　　引出端功能符號</b></p><p>　　1CP、2CP 時鐘輸入端</p><p>　　1CR、2CR 清

37、除端</p><p>　　1EN、2EN 計數(shù)允許控制端</p><p>　　1Q0~1Q3 計數(shù)器輸出端</p><p>　　2Q0~2Q3 計數(shù)器輸出端</p><p><b>　　VDD 正電源</b></p><p><b>　　VSS 地</b></p>

38、<p>　　2 CC4069 邏輯符號：</p><p><b>　　引出端符號：</b></p><p>　　1A～6A 數(shù)據(jù)輸入端，</p><p>　　Vcc 正電源，Vss 地，</p><p>　　1Y～6Y 數(shù)據(jù)輸入端</p><p>　　3 CC4011邏輯符號：

39、</p><p>　　引出端符號1A－4A，1B－4B 輸入端，</p><p>　　1Y－4Y 輸出端，VDD 正電源，</p><p><b>　　Vss 地</b></p><p>　　4 CC4012 邏輯符號：</p><p><b>　　引出端符號：</b>&

40、lt;/p><p>　　1A－2A，1B－2B，1C－2C，</p><p><b>　　1D－2D 輸入端</b></p><p>　　1Y－2Y 輸出端，</p><p>　　VDD 正電源 Vss 地</p><p>　　5 CC4013 邏輯符號：</p>&l

41、t;p><b>　　引出端符號</b></p><p>　　1D－2D 數(shù)據(jù)輸入端</p><p>　　1CP－2CP 時鐘輸入端</p><p>　　1SD－2SD ，1RD－2RD 直接復(fù)位端</p><p>　　1Q－2Q 原碼輸出端</p><p>　　1Q－2Q 反碼輸出端<

42、/p><p>　　VDD 正電源 Vss 地</p><p>　　6 74LS90 邏輯符號：</p><p>　　引出端符號：CP1接脈沖，CP2接QA，SP1,SP2,RO1,RO2接地，QD接下一的CP，VDD正電源，Vss 地</p><p>　　7 NE555 邏輯符號：</p><p>　　1：地