數(shù)字電子鐘課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、<p><b>　　數(shù)字電子課程設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　《數(shù)字電子鐘》</b></p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　引言┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅３</p><p>　　第一章　設(shè)計(jì)意義與目的┅┅┅┅

2、┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅３</p><p>　　1.1　設(shè)計(jì)意義┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅３</p><p>　　1.２　設(shè)計(jì)目的┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅４</p><p>　　1.３　設(shè)計(jì)指標(biāo)┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅４</p><p>　　1.４　設(shè)計(jì)要求┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅４</p

3、><p>　　第二章　方案設(shè)計(jì)┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅５</p><p>　?。?1設(shè)計(jì)思路┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅５</p><p>　　2.2、方案設(shè)計(jì)┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅５</p><p>　　第三章　單元電路的設(shè)計(jì)┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅６</p><p>

4、;　　3.1、振蕩電路┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅６</p><p>　　3.2、分頻器┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅７</p><p>　　3.3、計(jì)數(shù)器┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅８</p><p>　　3.4、譯碼器和顯示電路┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅１０</p><p>　　3.5、校時(shí)電路

5、┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅１１</p><p>　　3.6、整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅１２</p><p>　　第四章 電路的的調(diào)試與總體圖┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅１２</p><p>　　第五章 設(shè)計(jì)總結(jié)與心得┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅１３</p><p>　　附錄┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅

6、┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅１５</p><p>　　元件清單┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅１９</p><p><b>　　引言：</b></p><p>　　數(shù)字鐘是一個(gè)將“ 時(shí)”，“分”，“秒”顯示出來(lái)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。一個(gè)基本的數(shù)字鐘電路主要由秒信號(hào)發(fā)生器、“時(shí)、分、

7、秒、”計(jì)數(shù)器、譯碼器及顯示器組成，還有校時(shí)功能和整點(diǎn)報(bào)時(shí)功能。由于采用純數(shù)字硬件設(shè)計(jì)制作，與傳統(tǒng)的機(jī)械表相比，它具有走時(shí)準(zhǔn)，顯示直觀，無(wú)機(jī)械傳動(dòng)裝置等特點(diǎn)。</p><p>　　本設(shè)計(jì)中的數(shù)字時(shí)鐘采用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)對(duì)“時(shí)” 、“分”、“秒”的顯示和調(diào)整。通過(guò)采用各種集成數(shù)字芯片搭建電路來(lái)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。具體用到了555震蕩器，74LS190及與非，異或等門(mén)集成芯片等。該電路具有計(jì)時(shí)和校時(shí)的功能。</p>

8、<p>　　在對(duì)整個(gè)模塊進(jìn)行分析和畫(huà)出總體電路圖后，對(duì)各模塊進(jìn)行仿真并記錄仿真所觀察到的結(jié)果。</p><p>　　實(shí)驗(yàn)證明該設(shè)計(jì)電路基本上能夠符合設(shè)計(jì)要求！</p><p>　　第一章 設(shè)計(jì)意義目的與要求</p><p><b>　　1.1、設(shè)計(jì)意義：</b></p><p>　　A、熟悉數(shù)字鐘的原理與

9、功能；</p><p>　　B、掌握數(shù)字電路的功能，學(xué)會(huì)如何用石英晶振設(shè)計(jì)制作時(shí)沖脈沖；</p><p>　　C、熟悉掌握計(jì)數(shù)器、譯碼器、顯示器的功能與原理；</p><p>　　D、了解時(shí)序電路與邏輯電路的功能與應(yīng)用。</p><p><b>　　1.2、設(shè)計(jì)目的：</b></p><p>　　

10、A、掌握組合邏輯電路、時(shí)序邏輯電路及數(shù)字邏輯電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、測(cè)試方法；</p><p>　　B、進(jìn)一步鞏固所學(xué)的理論知識(shí)，提高運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力；</p><p>　　C、提高電路布局﹑布線及檢查和排除故障的能力；</p><p>　　D、培養(yǎng)書(shū)寫(xiě)綜合實(shí)驗(yàn)報(bào)告的能力。</p><p><b>　　1.3、設(shè)計(jì)

11、指標(biāo)：</b></p><p>　　A、時(shí)間以24小時(shí)為一個(gè)周期；</p><p>　　B、顯示時(shí)、分、秒；</p><p>　　C、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>　　D、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5秒進(jìn)行蜂鳴報(bào)時(shí)；</p><p>　　E、為了

12、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>　　1.4、設(shè)計(jì)要求：</b></p><p>　　A、畫(huà)出電路原理圖（或仿真電路圖）；</p><p>　　B、元器件及參數(shù)選擇；</p><p>　　C、電路仿真與調(diào)試。</p><p>　　第二章 方案設(shè)計(jì)

13、</p><p><b>　　2.1、設(shè)計(jì)思路：</b></p><p>　　利用晶體振蕩電路，再加上合適的電阻與電容，便可以產(chǎn)生一個(gè)32768Hz的頻率，再用一個(gè)4060BD分頻器和二進(jìn)制74LS74分頻器就可以得到一個(gè)1Hz的頻率脈沖。在用6片74LS190可組成秒秒計(jì)時(shí)器、分計(jì)時(shí)器、時(shí)計(jì)時(shí)器。秒計(jì)時(shí)器的CP輸入脈沖為秒脈沖，分計(jì)時(shí)器的CP輸入脈沖為秒信號(hào)變?yōu)椤?

14、”時(shí)的下降沿信號(hào)，時(shí)計(jì)數(shù)器的CP輸入脈沖為分計(jì)數(shù)器的下降沿信號(hào),6片74LS190就可以正常計(jì)數(shù)，在經(jīng)6個(gè)7段譯碼器74LS248和顯示管相連，就可以顯示時(shí)間了。報(bào)時(shí)電路在輸出脈沖為1時(shí)，也就是說(shuō)當(dāng)8個(gè)輸入全為1時(shí)，蜂鳴器響，同時(shí)還加上了校時(shí)電路。</p><p><b>　　2.2、方案設(shè)計(jì)：</b></p><p>　　根據(jù)數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)思路，可以將它分為六個(gè)單元電

15、路：秒脈沖電路，計(jì)時(shí)電路，譯碼電路，顯示電路，調(diào)時(shí)調(diào)分控制電路，整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路，清零控制電路。它們之間的連接關(guān)系見(jiàn)原理方框圖，如下圖所示：</p><p>　　由原理方框圖可以看出，在整個(gè)數(shù)字鐘電路中，計(jì)時(shí)電路是主體。它不僅是顯示電路的基礎(chǔ)，還要與調(diào)時(shí)調(diào)分控制電路，整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路，清零控制電路配合來(lái)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。而數(shù)字鐘的準(zhǔn)確性則依賴于由多諧振蕩器構(gòu)成的秒脈沖源的準(zhǔn)確性，在連接實(shí)物時(shí)要將其輸出信號(hào)的頻率控制為100

16、Hz。</p><p>　　第三章 單元電路的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　3.1、振蕩電路：</b></p><p>　　秒發(fā)生電路---振蕩器是計(jì)時(shí)器的核心，振蕩器的穩(wěn)定度和頻率的精確度決定了計(jì)時(shí)器的準(zhǔn)確度。一般來(lái)說(shuō)，振蕩器的頻率越高，計(jì)時(shí)精度就越高，但耗電量將越大。所以，在設(shè)計(jì)電路時(shí)要根據(jù)需要而設(shè)計(jì)出最佳電路。</p

17、><p>　　在本設(shè)計(jì)中，采用的是精度不高的，由石英晶振與RC組成的多諧振蕩器。其具體電路如下圖1所示；</p><p>　　通過(guò)此電路即可得到一個(gè)32768Hz的頻率。</p><p><b>　　3.2、分頻器：</b></p><p>　　分頻器的作用是將振蕩器產(chǎn)生的高頻信號(hào)分頻成基時(shí)鐘脈沖信號(hào)和擴(kuò)展部分所需的頻率。在

18、此電路中，分頻器的功能主要有兩個(gè)：一是產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)脈沖信號(hào)；二是功能擴(kuò)展電路所需的信號(hào)，如仿電臺(tái)用的1KHz的高頻信號(hào)和500Hz的低頻信號(hào)等. 要將32768Hz經(jīng)4060BD變頻后變?yōu)?Hz,在經(jīng)過(guò)二分頻74LS74D變?yōu)?Hz。</p><p><b>　　3.3、計(jì)數(shù)器：</b></p><p>　　3.3.1、六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器：</p><p&

19、gt;　　分和秒都是六十進(jìn)制計(jì)時(shí)器，六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器由一個(gè)十進(jìn)制和六進(jìn)制計(jì)數(shù)器組成。是通過(guò)兩塊74LS190組成。電路如圖3所示：</p><p>　　由圖3可知，U4是十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，U4的QD=1時(shí)進(jìn)位，進(jìn)位信號(hào)從13端發(fā)出，74LS190D計(jì)數(shù)器是十進(jìn)制異步計(jì)數(shù)器，用反饋清零法來(lái)實(shí)現(xiàn)十進(jìn)制計(jì)數(shù)，U3和與非門(mén)組成六進(jìn)制計(jì)數(shù)。74LS190D是在CP信號(hào)的下降沿觸發(fā)下進(jìn)行計(jì)數(shù)，U3的QA和QC相與0101的下降沿，

20、作為“分（時(shí)）”計(jì)數(shù)器的輸入信號(hào)。U3的輸出0110高電平1分別送到計(jì)數(shù)器的R01、R02端清零，74LS190D內(nèi)部的R01、R02與非后清零而使計(jì)數(shù)器歸零，完成六進(jìn)制計(jì)數(shù)。由此可見(jiàn)，U3和U4串接實(shí)現(xiàn)了六十進(jìn)制計(jì)數(shù)。</p><p>　　3.3.2、二十四進(jìn)制譯碼器：</p><p>　　時(shí)采用的是二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器，由一個(gè)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器和一個(gè)二進(jìn)制計(jì)數(shù)器組成，十進(jìn)制的編碼最大為1010，

21、 二進(jìn)制最大為0010，股組成如下電路圖4</p><p>　　由圖可見(jiàn)，計(jì)數(shù)器U1和U2的CRL’1=CRL’1=0，置位（置“9”）被封鎖，U1、U2的接到各自的Q0端，使兩級(jí)計(jì)數(shù)器按BCD碼計(jì)數(shù)。當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)到24時(shí)，高位U2的輸出端Q3Q2Q1Q0= 0010，低位U1的輸出端Q3Q2Q1Q0=0100，此時(shí)使得高位和低位的CRL’1=CRL’1=1，計(jì)數(shù)器復(fù)位，使計(jì)數(shù)器清零，從而實(shí)現(xiàn)二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)。U１的

22、端接分計(jì)數(shù)器的進(jìn)位端，</p><p>　　當(dāng)個(gè)位的進(jìn)位脈沖到十位時(shí)，開(kāi)始計(jì)數(shù)，當(dāng)十位為2個(gè)位為3時(shí)，若分在進(jìn)位就清零。進(jìn)位時(shí)，由于74LS90的時(shí)鐘脈沖是下降沿觸發(fā)的，可將低位計(jì)數(shù)器的輸出最高位與高位計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘脈沖相連，當(dāng)?shù)臀挥?jì)數(shù)器的輸出最高位由高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)觸發(fā)高位計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)。</p><p>　　3.4、譯碼器和顯示電路： </p><p>　　用七段發(fā)

23、光二極管來(lái)顯示譯碼器輸出的數(shù)字，顯示器有兩種：共陰極和共陽(yáng)極顯示器。74LS248譯碼器譯碼的是高電平，所以對(duì)應(yīng)的顯示器應(yīng)為共陰極顯示器。在本設(shè)計(jì)中用的是解碼七段排列顯示器，即包含譯碼器的七段顯示器。其圖形管腳如下圖5所示：</p><p>　　74LS248是4線—七段譯碼/驅(qū)動(dòng)器，集電極開(kāi)路輸出，以高電平“1”驅(qū)動(dòng)，用于共陰極顯示器。74LS248內(nèi)部接有2K上拉電阻，在連接LED數(shù)碼管時(shí)無(wú)需外接電阻。其中端

24、為試燈輸入端，用于檢查七段顯示器各字段是否能正常發(fā)光，當(dāng)時(shí)，顯示器應(yīng)該顯示出“8”字形，借此判斷各段工作是否正常。端為滅燈輸入/動(dòng)態(tài)滅零輸出端，滅燈輸入端的功能與恰好相反，在=0時(shí)可以使七段顯示器各字段均熄滅；動(dòng)態(tài)滅零輸出端與公用一個(gè)端子，它的作用是使小數(shù)點(diǎn)兩邊的數(shù)字即使是零也顯示出來(lái)，以便看到小數(shù)點(diǎn)的位置和檢查無(wú)信號(hào)輸入時(shí)顯示器有無(wú)故障。端為動(dòng)態(tài)滅零輸入端，它的作用是使顯示器按照人們需要將所顯示的零予以熄滅，而在顯示1……9時(shí)則不受影

25、響。正常使用時(shí)，，=1。</p><p><b>　　3.5、校時(shí)電路：</b></p><p>　　校時(shí)電路的作用是：當(dāng)數(shù)字鐘接通電源或者出現(xiàn)誤差時(shí)，校正時(shí)間。校時(shí)是數(shù)字鐘應(yīng)具有的基本功能。一般電子表都具有時(shí)、分、秒等校時(shí)功能。為了使電路簡(jiǎn)單，在此設(shè)計(jì)中只進(jìn)行分和小時(shí)的校時(shí)。圖中S1校分用的控制開(kāi)關(guān)，S2（總圖）為校時(shí)用的控制開(kāi)關(guān)，它們的控制功能如表4所示，校時(shí)脈沖

26、采用分頻器輸出的2Hz脈沖，校時(shí)電路如圖6：功能表如表1</p><p><b>　　表1</b></p><p>　　3.6、整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路：</p><p>　　數(shù)字鐘在指定的時(shí)刻發(fā)出信號(hào)，或驅(qū)動(dòng)音響電路“鬧時(shí)”；或?qū)δ逞b置的電源進(jìn)行接通或斷開(kāi)“控制”。不管是鬧時(shí)還是控制，都要求時(shí)間準(zhǔn)確，即信號(hào)的開(kāi)始時(shí)刻與持續(xù)時(shí)間必須滿足規(guī)定的要求。<

27、/p><p>　　當(dāng)時(shí)間到達(dá)59分59秒時(shí)蜂鳴器響，此時(shí)四個(gè)位置上的5,9,5,9對(duì)應(yīng)的編碼為0101,1001,0101,1001.當(dāng)全都滿足條件時(shí)，蜂鳴器響起。</p><p>　　第四章 電路的的調(diào)試與總體圖</p><p>　　調(diào)試過(guò)程中遇到的問(wèn)題主要是開(kāi)關(guān)校時(shí)問(wèn)題。當(dāng)把“時(shí)”，“分”原來(lái)所接的進(jìn)位信號(hào)切換為按鍵脈沖時(shí)，本想是作為一個(gè)控制開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)主這樣的功能

28、，但是實(shí)際上在切換開(kāi)關(guān)的過(guò)程中也會(huì)使時(shí)鐘進(jìn)位。這是因?yàn)樵诎鈩?dòng)開(kāi)關(guān)的過(guò)程中產(chǎn)生了信號(hào)的高低電平轉(zhuǎn)換，進(jìn)而形成了進(jìn)位信號(hào)，導(dǎo)致當(dāng)調(diào)整好電路后扳回開(kāi)關(guān)時(shí)繼續(xù)進(jìn)一。因此我對(duì)調(diào)時(shí)電路作了改進(jìn)，改為調(diào)節(jié)“時(shí)”，“分”時(shí)，將它們?cè)瓉?lái)所接的進(jìn)位信號(hào)切換為秒脈沖信號(hào)，這個(gè)信號(hào)是比較穩(wěn)定的，避免了機(jī)械開(kāi)關(guān)的抖動(dòng)問(wèn)題。當(dāng)時(shí)間調(diào)好時(shí)，只要將CP信號(hào)切換回原來(lái)的進(jìn)位信號(hào)即可恢復(fù)正常計(jì)時(shí)。</p><p>　　對(duì)其中的一個(gè)單一電路，在仿真軟

29、件中加上信號(hào)源和示波器檢查運(yùn)行情況是否正常，如有問(wèn)題的在加以解決，最后確保每個(gè)單元都正確，最后再把整體連在一起，組成一個(gè)整體電路。 電路總體圖：如圖8</p><p>　　第五章 設(shè)計(jì)總結(jié)與心得</p><p>　　A、數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)里面包含了各方面的知識(shí)，通過(guò)此次設(shè)計(jì)過(guò)程，讓我更好的了解了數(shù)字電路的特點(diǎn)與特性，為以后在這方面更好的應(yīng)用打下夯實(shí)的基礎(chǔ)。</p><p&g

30、t;　　B、存在的問(wèn)題：a、設(shè)計(jì)時(shí)若使用石英晶振在軟件中運(yùn)行時(shí)會(huì)出現(xiàn)不少錯(cuò)誤；</p><p>　　b、在實(shí)際操作中如若使用8接口的顯示管，會(huì)出現(xiàn)無(wú)法顯示的現(xiàn)象；</p><p>　　c、設(shè)計(jì)好的振蕩器在實(shí)際運(yùn)行時(shí)經(jīng)常不能達(dá)到預(yù)想的結(jié)果；</p><p>　　d、multisim仿真軟件在操作過(guò)程中會(huì)遇到各種各樣的問(wèn)題。</p><p>　　

31、C、解決方案：a、可以把石英晶振換成自己做的555振蕩器；</p><p>　　b、顯示管可以換成四接頭的，同時(shí)就要去掉74LS248七段譯碼器；</p><p>　　c、在實(shí)際仿真過(guò)程中可以適當(dāng)改變振蕩器的阻值；</p><p>　　d、可以考慮更換軟件，來(lái)減少系統(tǒng)優(yōu)化問(wèn)題。</p><p><b>　　D、心得體會(huì)：</b

32、></p><p>　　在這次的設(shè)計(jì)過(guò)程之中雖然說(shuō)是比較累，在其中也遇到了不少的難題，但都在大家共同的探討之下，問(wèn)題最終得到了解決。這個(gè)經(jīng)歷讓我懂得了做任何事都必須嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真，絲毫都馬虎不得。</p><p>　　通過(guò)這次的設(shè)計(jì)，我學(xué)會(huì)了multisim的使用，掌握了一項(xiàng)新的知識(shí)，也鞏固了電工知識(shí)，鍛煉了自己。</p><p>　　附錄 部分芯片功能參數(shù)表&l

33、t;/p><p>　　6.1、4060BD</p><p>　　"4060"集成塊管腳及功能如下: </p><p><b>　　圖9</b></p><p><b>　　真值表：</b></p><p><b>　　表2</b>&

34、lt;/p><p><b>　　功能簡(jiǎn)介：</b></p><p>　　4060為一個(gè)分頻集成塊，Q4---Q14為各個(gè)頻率輸出端，MR為清除端，RTC為時(shí)鐘輸出端，RS為時(shí)鐘輸入端。可以達(dá)到214分頻</p><p>　　6.2、74LS74：</p><p>　　4. 74LS74 真值表：</p>&

35、lt;p><b>　　表3</b></p><p>　　"74LS74"集成塊管腳及功能如下:</p><p><b>　　74LS74引腳圖</b></p><p>　　功能簡(jiǎn)介："74LS74"實(shí)際是一個(gè)2輸入的D觸發(fā)器,它的輸入與D有關(guān),當(dāng)D為一時(shí)輸出為1,它可以起分頻

36、的作用.由真值表可以看出他是一個(gè)二分頻。</p><p>　　6.3、74LS190</p><p>　　“74LS190”二-十進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器集成快管腳及功能如下: </p><p><b>　　真值表:</b></p><p><b>　　功能簡(jiǎn)介:</b></p><p

37、>　　74LS190是十進(jìn)制同步加/減計(jì)數(shù)器,圖中LOAD’為異步置數(shù)控制端,CTEN’為計(jì)數(shù)控制端,A,B,C,D為并行數(shù)據(jù)輸入端,QA-QD為輸出端,U’/D為加減計(jì)數(shù)方式控制端.RCO’為進(jìn)位/借位輸出端,CLK為時(shí)鐘輸入端。</p><p>　　6.4、74LS248：</p><p>　　“74LS248”集成塊管腳及功能如下: </p><p>