時(shí)鐘課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、 數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)學(xué) 院 班 級(jí) 姓 名 學(xué) 號(hào) 成 績(jī) 指導(dǎo)老師 2011年 7 月 7 日目 錄 引言（3）一. 課程設(shè)計(jì)分析（4） 1.1設(shè)計(jì)意義（4） 1.2設(shè)計(jì)目的（4） 1.3設(shè)計(jì)要求（4）二方案設(shè)計(jì)（5） 2.1設(shè)計(jì)思路（5） 2.2 方案設(shè)計(jì) （5）三單元電路設(shè)計(jì)（7） 3.1 555多諧振蕩器（7） 3.2秒脈沖發(fā)生電路（9） 3.3秒和分計(jì)時(shí)電路 （9） 3.4小時(shí)計(jì)時(shí)電路（11） 3.5顯示電路 （11） 3.6校時(shí)電路 （12）四調(diào)試與檢測(cè)（14）五總結(jié)與體會(huì)（15）六. 元件清單（16）七參考文獻(xiàn)（16） 附錄（17）引言20世紀(jì)末，電子技術(shù)獲得飛速的發(fā)展，在其推動(dòng)下

2、，電子產(chǎn)品幾乎滲透了社會(huì)den各個(gè)領(lǐng)域，有力的推動(dòng)社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展和社會(huì)信息化程度的提高，同時(shí)也使現(xiàn)代電子產(chǎn)品性能進(jìn)一步提高，產(chǎn)品更新?lián)Q代越來(lái)越快。數(shù)字時(shí)鐘已成為人民日常生活不可缺少的必須品，給人民生活、工作、學(xué)習(xí)、娛樂(lè)帶來(lái)了極大的方便。由于數(shù)字集成電路的發(fā)展和采用先進(jìn)的石英技術(shù)，數(shù)字時(shí)鐘具有走時(shí)準(zhǔn)確、性能穩(wěn)定、體積小、功耗小、等優(yōu)點(diǎn)。在許多電子設(shè)備多被應(yīng)用到。一 設(shè)計(jì)意義及要求 1.1設(shè)計(jì)意義 (1). 了解數(shù)字鐘的原理和功能 (2)學(xué)會(huì)使用555定時(shí)器構(gòu)成脈沖發(fā)生器 (3)了解和掌握計(jì)數(shù)器，譯碼器和顯示器的工作原理和使用方法 (4). 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

3、方法，學(xué)會(huì)利用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)數(shù)字鐘的功能1.2設(shè)計(jì)目的 （1）熟悉集成電路的引腳安排 （2）熟悉各芯片的邏輯功能和使用的方法 （3）了解數(shù)字時(shí)鐘的組成和及工作原理 （4）熟悉數(shù)字時(shí)鐘的設(shè)計(jì)與制作1.3設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)一個(gè)精確的秒脈沖信號(hào)產(chǎn)生電路設(shè)計(jì)60進(jìn)制、12進(jìn)制計(jì)數(shù)器（3）設(shè)計(jì)操作方便的校時(shí)電路 二、方案設(shè)計(jì)2.1 設(shè)計(jì)思路 數(shù)字時(shí)鐘主要由譯碼顯示器、校準(zhǔn)電路、時(shí)計(jì)數(shù)、分計(jì)數(shù)、秒計(jì)數(shù)、震蕩電路、單次脈沖產(chǎn)生電路。其中電路系統(tǒng)由秒信號(hào)發(fā)生器、時(shí)分秒計(jì)數(shù)器、譯碼器及顯示器、校準(zhǔn)電路組成。秒信號(hào)產(chǎn)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。 系統(tǒng)工作原理：本實(shí)驗(yàn)用555構(gòu)成的電路震蕩電路加分頻

4、產(chǎn)生一秒的時(shí)間脈沖，將秒信號(hào)接入秒計(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)六十秒發(fā)出分脈沖進(jìn)位信號(hào)，該信號(hào)作為分計(jì)數(shù)器的時(shí)間脈沖。分計(jì)數(shù)器采用六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，每累計(jì)六十分發(fā)出時(shí)的脈沖進(jìn)位信號(hào)，該信號(hào)作為時(shí)計(jì)數(shù)器的時(shí)間脈沖。“時(shí)計(jì)數(shù)器”是一個(gè)“12翻1”的特殊進(jìn)制計(jì)數(shù)器，即當(dāng)數(shù)字鐘運(yùn)行到12時(shí)59分59秒，秒的個(gè)位計(jì)數(shù)器再輸入一個(gè)秒脈沖時(shí)，數(shù)字鐘自動(dòng)顯示為01時(shí)00分00秒。根據(jù)數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)思路，可以將它分為六個(gè)單元電路：振蕩器，分頻器，校時(shí)電路，計(jì)數(shù)器，譯碼器和顯示器六部分組成。擴(kuò)展電路有：整點(diǎn)報(bào)時(shí)。它們之間的連接關(guān)系見(jiàn)原理方框圖，如圖所示：圖1.數(shù)字時(shí)鐘系統(tǒng)框圖 由原理方框圖可以看出，在整

5、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)，還要與分頻器，校時(shí)電路，譯碼電路配合來(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1khz。由設(shè)計(jì)思路和原理方框圖，經(jīng)multisim 仿真軟件得數(shù)字時(shí)鐘主體圖： 圖2. 數(shù)字時(shí)鐘整體圖三、單元電路設(shè)計(jì)3.1 555多諧振蕩電路秒脈沖信號(hào)發(fā)生器是數(shù)字電子鐘的核心部分，它的精度和穩(wěn)定度決定了數(shù)字鐘的質(zhì)量。由振蕩器與分頻器組合產(chǎn)生秒脈沖信號(hào)。振蕩器: 通常用555定時(shí)器與rc構(gòu)成的多諧振蕩器，經(jīng)過(guò)調(diào)整輸出1000hz脈沖。 如圖3，由555定時(shí)器和外接元件r1、r2、c構(gòu)成

6、多諧振蕩器，腳2與腳6直接相連。電路沒(méi)有穩(wěn)態(tài)，僅存在兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)，電路亦不需要外接觸發(fā)信號(hào)，利用電源通過(guò)r1、r2向c充電，以及c通過(guò)r2向放電端dc放電，使電路產(chǎn)生振蕩。電容c在2/3vcc和1/3vcc之間充電和放電，從而在輸出端得到一系列的矩形波。圖3.555構(gòu)成的多諧振蕩電路適當(dāng)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的阻值，可求得輸出信號(hào)的t約為1ms，則輸出信號(hào)頻率約為1khz。3.2 秒脈沖發(fā)生器 分頻器: 分頻器功能主要有兩個(gè)，一是產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖信號(hào)，一是提供功能擴(kuò)展電路所需要的信號(hào)，選用三片74ls90進(jìn)行級(jí)聯(lián)，因?yàn)槊科瑸?/10分頻器，三片級(jí)聯(lián)好獲得1hz標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖。由以上多諧振蕩器輸出的1ms脈沖通

7、過(guò)三個(gè)74ls90進(jìn)行十進(jìn)制分頻經(jīng)第一片分頻后為500hz，經(jīng)第二片分頻后為10hz,經(jīng)第三片分頻后為1hz,即可得到1秒脈沖，如圖4所示。 圖4. 1秒脈沖發(fā)生器3.3 秒和分計(jì)時(shí)電路 由74ls90和74ls92構(gòu)成的60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，將74ls90設(shè)計(jì)成10進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，將74ls92設(shè)置6進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。將74ls90和74ls92按反饋清零法串接而成。秒計(jì)數(shù)器的十位和個(gè)位，輸出脈沖除用作自身清零外，同時(shí)還作為分計(jì)數(shù)器的輸入脈沖cp1。下圖電路即可作為秒計(jì)數(shù)器，也可作為分計(jì)數(shù)器。電路如圖5所示 圖5 秒和分計(jì)時(shí)電路3.4 小時(shí)計(jì)時(shí)電路 小時(shí)計(jì)數(shù)器是一個(gè)“12”翻“01”的特殊進(jìn)制計(jì)數(shù)器

8、。當(dāng)數(shù)字時(shí)鐘運(yùn)行到12時(shí)59分59秒時(shí)，秒的個(gè)位再輸入一個(gè)脈沖時(shí)數(shù)字時(shí)鐘應(yīng)該顯示為01時(shí)00分00秒。其電路連接方式如圖6所示圖6.小時(shí)計(jì)時(shí)電路3.5 譯碼和顯示電路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。 我所采用的譯碼和顯示器件為dcd_hex。此器件為譯碼和顯示一體器件。此處只需按照位權(quán)為8421相應(yīng)的引腳連接即可。只要將以上所做好的秒和分的計(jì)時(shí)電路，以及小時(shí)的計(jì)時(shí)電路，再加上數(shù)碼管的連接電路，所有的串接起來(lái)就構(gòu)成了譯碼的顯示電路。如圖7所示 圖7.顯示電路圖3.6校時(shí)電路 校時(shí)電路是數(shù)字鐘不可缺少的部分，每當(dāng)數(shù)字鐘與實(shí)際時(shí)間不符時(shí)，需要根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間進(jìn)行校時(shí)

9、。對(duì)校時(shí)電路的要求是，在小時(shí)校正時(shí)，不影響分和秒的正常計(jì)數(shù)；s1、s2分別是時(shí)校正、分校正開關(guān)。不校正時(shí)，s1、s2開關(guān)是斷開的。當(dāng)校正時(shí)鐘時(shí)，需要把s1和s2開關(guān)打開閉合，不影響其他位的正常計(jì)數(shù)。通過(guò)開關(guān)控制，使計(jì)數(shù)器對(duì)1hz的校時(shí)脈沖計(jì)數(shù)。其中s1為校分用的控制開關(guān)，s2為校時(shí)用的控制開關(guān)。校對(duì)脈沖采用1hz脈沖，當(dāng)s1或s2分別為閉合時(shí)，可以進(jìn)行校時(shí)。 電路圖如 所示 ： 圖9. 校時(shí)校分電路 四、 調(diào)試與檢測(cè)具體調(diào)試方法和步驟（1） 將555震蕩器產(chǎn)生信號(hào)經(jīng)分頻器產(chǎn)生的信號(hào)外接到輸出設(shè)備中，觀察信號(hào)是否精準(zhǔn)。（2） 將秒信號(hào)分別接入到時(shí)計(jì)數(shù)器、分計(jì)數(shù)器、秒計(jì)數(shù)器，觀察時(shí)、分、秒是否符合

10、各自的要求，是否正常工作。（3） 將一秒信號(hào)接入到秒計(jì)數(shù)器，秒得進(jìn)位信號(hào)接入到分的時(shí)間脈沖，分的進(jìn)位信號(hào)接入到時(shí)的時(shí)間脈沖，觀察時(shí)分秒的整體功能。（4） 觀察校時(shí)電路的工作，觀察整體時(shí)鐘的工作。誤差分析： 在555連線時(shí)應(yīng)當(dāng)預(yù)留下一段可以調(diào)整頻率的調(diào)控范圍，因?yàn)槔碚撛O(shè)計(jì)與實(shí)踐還有些誤差，這樣可以使時(shí)間有更多的調(diào)整范圍，使時(shí)間更精確。在實(shí)際連線與調(diào)試過(guò)程中出項(xiàng)了不少問(wèn)題，經(jīng)常出現(xiàn)的是進(jìn)位出錯(cuò)問(wèn)題，進(jìn)位的情況沒(méi)有出現(xiàn)進(jìn)位，不該進(jìn)位的情況出現(xiàn)進(jìn)位，經(jīng)檢測(cè)，原來(lái)是脈沖端多加了與非門以及反饋線路接錯(cuò)。在實(shí)際經(jīng)常出現(xiàn)計(jì)數(shù)不穩(wěn)定，由于接線太多接在一起會(huì)有時(shí)出現(xiàn)接觸不太穩(wěn)定。在進(jìn)位時(shí)應(yīng)當(dāng)注意d觸發(fā)器與92、9

11、0芯片的觸發(fā)沿不一樣，接線時(shí)應(yīng)當(dāng)注意，不然容易出現(xiàn)進(jìn)位錯(cuò)誤。計(jì)數(shù)器的電源引腳、接地引腳沒(méi)接好導(dǎo)致不工作。經(jīng)檢查，原來(lái)是清零端r01、r02沒(méi)有接地。排除故障后，數(shù)字鐘的“秒”顯示器開始計(jì)時(shí)，但是“分”和“時(shí)”顯示器卻出現(xiàn)跳動(dòng)的現(xiàn)象，猜測(cè)是“分”和“時(shí)”計(jì)數(shù)器受到干擾的緣故，經(jīng)檢查，原來(lái)是校時(shí)電路的開關(guān)有一段忘了接地，導(dǎo)致“分”和“時(shí)”的個(gè)位計(jì)數(shù)器ina的一端電平不確定。接地后，顯示器不再跳動(dòng)。五、體會(huì)和總結(jié) 經(jīng)過(guò)一個(gè)星期的課程設(shè)計(jì)，期間遇到了許多問(wèn)題，但最后都一一得到解決，現(xiàn)將體會(huì)和總結(jié)如下： 1設(shè)計(jì)之初應(yīng)當(dāng)考慮到要用到那些芯片，然后查出那些芯片的功能，如何用那些芯片的已知的芯片設(shè)計(jì)出我們理想

12、要的邏輯功能。 2設(shè)計(jì)之初先設(shè)想整體結(jié)構(gòu)，畫出整體結(jié)構(gòu)的框框圖，根據(jù)整體框框圖設(shè)計(jì)出整體設(shè)計(jì)流程圖。 3.在設(shè)計(jì)某些模塊的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)認(rèn)真對(duì)待每一個(gè)細(xì)節(jié)，一旦某個(gè)細(xì)節(jié)錯(cuò)誤，整體的功能都會(huì)受到影響，甚至無(wú)法運(yùn)行 4.在設(shè)計(jì)接線時(shí)要有合理安排線路連接，使得線路清晰可觀易于檢查和修改，也利于別人交流，如果電路亂得連自己都看不懂，那你就很難改進(jìn)和擴(kuò)展。 5在仿真軟件里面設(shè)計(jì)的時(shí)候，如果接錯(cuò)，可以嘗試改接下電路，這又時(shí)可以幫你接到正確的電路。 6.跟同學(xué)的交流也是很必要的，交流使自己能獲得更多有利的信息，開拓了思路，因此要重視與別人的交流。 7.要有較好的理論基礎(chǔ)，整個(gè)實(shí)驗(yàn)都是在理論的指導(dǎo)下完成了，設(shè)計(jì)過(guò)

13、程中使用了許多理論課上學(xué)的內(nèi)容，如真值表、卡諾圖等，本次設(shè)計(jì)把理論應(yīng)用于實(shí)踐，加深了自己對(duì)理論知識(shí)的理解和掌握。 8在實(shí)物的調(diào)試與檢測(cè)過(guò)程中，又會(huì)遇到許多意想不到的問(wèn)題，需要我們?nèi)シ治鲈蚝徒鉀Q問(wèn)題。有些現(xiàn)象能夠證明我們所學(xué)知識(shí)的正確性，有些現(xiàn)象有說(shuō)明理論和現(xiàn)實(shí)是有差異的，比如數(shù)字鐘的調(diào)時(shí)問(wèn)題。理論上彈簧開關(guān)模擬單脈沖是可行的，但實(shí)際的“機(jī)械抖動(dòng)”會(huì)影響調(diào)時(shí)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，這也是我們通過(guò)動(dòng)手實(shí)踐積累的經(jīng)驗(yàn)。六、元件清單序號(hào)名稱數(shù)量174ls90n5片2dcd_hex_red6片374ls92n2片474ls00n3片574ls74n1片6555定時(shí)器1片7帶彈簧的開關(guān)2個(gè)83.3k電阻2個(gè)9

14、10k可調(diào)電阻2個(gè)115.1k電阻1個(gè)122k電阻1個(gè)130.1uf電容1個(gè)140.01uf電容3個(gè)參考文獻(xiàn)：1.李景宏，馬學(xué)文.電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教程.沈陽(yáng)：東北大學(xué)出版社.20022.王永軍，李景華編著.數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng).北京：電子工業(yè)出版社，20023.高吉祥，易凡編著.電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì).北京：電子工業(yè)出版社，20024.李燕明 莊效如 模擬電子技術(shù)（第2版）.機(jī)械工業(yè)出版社.5.梁淼 姜明數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第2版）. 機(jī)械工業(yè)出版社.附錄：部分芯片功能參數(shù)表5.1.1 74ls90 74ls90的引腳圖如下圖10所示 圖10 74ls90的功能表5.1.2 74ls48 74ls

15、48的引腳圖如下圖11所示：圖1174ls48的功能表：5.1.3 555555定時(shí)器（又稱時(shí)基電路）是一個(gè)模擬與數(shù)字混合型的集成電路。555定時(shí)器是一種應(yīng)用極為廣泛的中規(guī)模集成電路。該電路使用靈活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以構(gòu)成單穩(wěn)、多諧和施密特觸發(fā)器。因而廣泛用于信號(hào)的產(chǎn)生、變換、控制與檢測(cè)。目前生產(chǎn)的定時(shí)器有雙極型和cmos兩種類型，其型號(hào)分別有ne555(或5g555)和c7555等多種。它們的結(jié)構(gòu)及工作原理基本相同。通常，雙極型定時(shí)器具有較大的驅(qū)動(dòng)能力，而cmos定時(shí)器具有低功耗、輸入阻抗高等優(yōu)點(diǎn)。555定時(shí)器工作的電源電壓很寬，并可承受較大的負(fù)載電流。雙極型定時(shí)器電源電壓范圍為516v，最大負(fù)載電流可達(dá)200ma；cmos定時(shí)器電源電壓范圍為318v，最大負(fù)載電流在4ma以下。555的引腳圖如下圖12：圖12555的內(nèi)部電路和功能：圖13上面圖13 是555定時(shí)器內(nèi)部組成框圖。它主要由兩個(gè)高精度電壓比較器a1、a2，一個(gè)rs觸發(fā)器，一個(gè)放電三極管和三個(gè)5k電阻的分壓器而構(gòu)成。它的各個(gè)引腳功能如下：1腳：外接電源負(fù)端vss或接地，一般情況下接地。8腳：外接電源vcc，雙極型時(shí)基電路vcc的范圍是4.5 16v，cmos型時(shí)基電路vcc的范圍為3 18v。一般用5v。3腳：輸出端vo2腳：低觸發(fā)端6腳：th高觸發(fā)端4腳：是直接清零端。當(dāng)端接低電平，則時(shí)基電路不工