CPLD技術(shù)設(shè)計(jì)數(shù)字時(shí)鐘 電子報(bào)告

1、 課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目: 數(shù)字電路 專(zhuān)業(yè)班級(jí): 07電氣六2班 學(xué)生姓名: 學(xué)號(hào): 學(xué)生姓名: 學(xué)號(hào): 指導(dǎo)老師: 起止日期2010年1月8日到2010年1月19日 電氣技術(shù)系 二零一零年十二月 目 錄1、摘要32、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)33、獲取脈沖信號(hào)的方法43.1、霍爾傳感器43.2、光電傳感器63.3、光電編碼器74、硬件連接圖及原理95、仿真106、protel dxp原理圖117、pcb圖 138、cpld芯片實(shí)物圖 149、硬件調(diào)試結(jié)果 1410、 cpld內(nèi)部原理圖 1411、 課程設(shè)計(jì)實(shí)物圖 1612、 元件清單1713、 謝詞18摘 要數(shù)字時(shí)鐘是我們?cè)谏钪薪?jīng)常要用到的是生活中不可缺少的，學(xué)

2、會(huì)使用cpld技術(shù)設(shè)計(jì)數(shù)字時(shí)鐘具有很重要的意義，可以大大的節(jié)省成本。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。通常使用石英晶體振蕩器電路構(gòu)成數(shù)字鐘。要讓數(shù)字時(shí)鐘能計(jì)數(shù)，首先要解決是跳數(shù)和停止的問(wèn)題。在使用模擬電路制作數(shù)字時(shí)鐘時(shí)用cpld芯片來(lái)計(jì)數(shù)的方法，即將cpld芯片和數(shù)碼管的管 角相連，用按鈕來(lái)控制數(shù)碼管計(jì)數(shù)準(zhǔn)確，用其來(lái)校準(zhǔn)時(shí)間，使用蜂鳴器來(lái)模擬數(shù)字時(shí)鐘的整點(diǎn)報(bào)時(shí)，如此來(lái)控制設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確和完整。1總體設(shè)計(jì)方案1.1 設(shè)計(jì)目的 1. 熟悉并且了解集成電路

3、的引腳安排。2. 掌握每一塊芯片的邏輯功能及使用方法。4. 了解數(shù)字鐘的組成及工作原理和分析方法。5. 熟悉分時(shí)秒數(shù)字時(shí)鐘的設(shè)計(jì)繪圖與線(xiàn)路板的制作1.2設(shè)計(jì)指標(biāo) 數(shù)字時(shí)鐘的時(shí)間以24小時(shí)為一個(gè)周期；或者以24進(jìn)制和60進(jìn)制的方法經(jīng)過(guò)譯碼驅(qū)動(dòng)部分來(lái)顯示時(shí)、分、秒；用蜂鳴器來(lái)整點(diǎn)報(bào)時(shí)，而達(dá)到數(shù)字時(shí)鐘的效果。 1.3設(shè)計(jì)要求2.1畫(huà)出數(shù)字時(shí)鐘電路原理圖或畫(huà)出仿真的電路圖。2.2電路元器件和各元件的參數(shù)選擇。2.3 用protus7.4仿真軟件進(jìn)行電路仿真以及調(diào)試。2.4 protel的原理圖繪畫(huà)和pcb板的繪制生成。3 制作要求 自行裝接和調(diào)試，焊點(diǎn)焊的飽滿(mǎn)，盡量不要虛焊，遇到問(wèn)題，不害怕，不緊張將

4、其按老師的要求制作出來(lái)。4制作設(shè)計(jì)報(bào)告 寫(xiě)出設(shè)計(jì)與制作的全過(guò)程，附上相關(guān)資料，圖紙和心得體會(huì)。 二 電路設(shè)計(jì)2.1 計(jì)數(shù)器電路 個(gè)位和十位計(jì)數(shù)器及時(shí)個(gè)位和時(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)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。2.2 譯碼驅(qū)動(dòng)電路 譯碼驅(qū)動(dòng)電路將計(jì)數(shù)器輸出的bcd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。2.3數(shù)碼管 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，我這次設(shè)計(jì)所用到的是最常見(jiàn)的7段數(shù)碼管。 這種數(shù)碼管是利用八個(gè)

5、發(fā)光二極管，按一定順序連接制作成的數(shù)字、字符顯示元器件。在使用時(shí)，只需在數(shù)碼管的各個(gè)引腳上送入合適的高低電平，從而達(dá)到顯示09一系列不同的數(shù)字。led數(shù)碼管內(nèi)部集結(jié)了八個(gè)條狀發(fā)光二極管排列成“日”字圖案，它有共陽(yáng)極和共陰極之分，當(dāng)8個(gè)發(fā)光二極管的負(fù)極接在一起時(shí)稱(chēng)之為共陰極數(shù)碼管，正極接在一起時(shí)稱(chēng)之為共陽(yáng)數(shù)碼管，對(duì)于共陰極數(shù)碼管，把陰極接低電平，其余8個(gè)輸入端接高電平，數(shù)碼管發(fā)光；對(duì)于共陽(yáng)極數(shù)碼管，將陽(yáng)極接高電平，其余8個(gè)輸入端接低電平，數(shù)碼管發(fā)光。這次用的是共陰極數(shù)碼管。2.4 7段led數(shù)碼管的特點(diǎn)7段led數(shù)碼管被廣泛用在數(shù)字化儀器儀表數(shù)控裝置中,也長(zhǎng)用于微機(jī)的數(shù)顯器件.它有以下幾個(gè)特點(diǎn):

6、 其一 能被低電壓,小電流驅(qū)動(dòng)發(fā)光,普通的數(shù)碼管每筆段工作電流5ma10ma,導(dǎo)通正向壓降約2v與ttl,coms信號(hào)兼容。其二 發(fā)光響應(yīng)時(shí)間小于0.1us,高頻特性好,單色性好,亮度高。其三,重量輕， 成本低，體積小，抗沖擊性能好.其四 正常使用時(shí)間長(zhǎng)達(dá)10萬(wàn)小時(shí)以上,有的可達(dá)100萬(wàn)小時(shí)2.5 555電路工作原理 它含有兩個(gè)電壓比較器，一個(gè)基本rs觸發(fā)器，一個(gè)放電開(kāi)關(guān)t，比較器的參考電壓由三只5k的電阻器構(gòu)成分壓，它們分別使高電平比較器a1同相比較端和低電平比較器a2的反相輸入端的參考電平為和。a1和a2的輸出端控制rs觸發(fā)器狀態(tài)和放電管開(kāi)關(guān)狀態(tài)。當(dāng)輸入信號(hào)輸入并超過(guò)時(shí)，觸發(fā)器復(fù)位，555

7、的輸出端3腳輸出低電平，同時(shí)放電，開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通；當(dāng)輸入信號(hào)自2腳輸入并低于時(shí)，觸發(fā)器置位，555的3腳輸出高電平，同時(shí)放電，開(kāi)關(guān)管截止。是復(fù)位端，當(dāng)其為0時(shí)，555輸出低電平。平時(shí)該端開(kāi)路或接vcc。vc是控制電壓端（5腳），平時(shí)輸出作為比較器a1的參考電平，當(dāng)5腳外接一個(gè)輸入電壓，即改變了比較器的參考電平，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出的另一種控制，在不接外加電壓時(shí)，通常接一個(gè)0.01uf的電容器到地，起濾波作用，以消除外來(lái)的干擾，以確保參考電平的穩(wěn)定。t為放電管，當(dāng)t導(dǎo)通時(shí)，將給接于腳7的電容器提供低阻放電電路。2.6 cd4511的引腳功能 bi：4腳是消隱輸入控制端，當(dāng)bi=0 時(shí)，不管其它輸入端狀態(tài)是

8、怎么樣的，七段數(shù)碼管都會(huì)處于消隱也就是不顯示的狀態(tài)。 le：鎖定控制端，當(dāng)le=0時(shí)，允許譯碼輸出。 le=1時(shí)譯碼器是鎖定保持狀態(tài)，譯碼器輸出被保持在le=0時(shí)的數(shù)值。lt：3腳是測(cè)試信號(hào)的輸入端，當(dāng)bi=1，lt=0 時(shí)，譯碼輸出全為1，不管輸入 dcba 狀態(tài)如何，七段均發(fā)亮全部顯示。它主要用來(lái)檢測(cè)數(shù)7段碼管是否有物理?yè)p壞。a1、a2、a3、a4、為8421bcd碼輸入端。 a、b、c、d、e、f、g：為譯碼輸出端，輸出為高電平1有效。cd4511的里面有上拉電阻，可直接或者接一個(gè)電阻與七段數(shù)碼管接口。2.7 74ls192 74ls192采用雙時(shí)鐘的邏輯結(jié)構(gòu)。加計(jì)數(shù)和減計(jì)數(shù)具有各自的時(shí)

9、鐘通道。計(jì)數(shù)方向由時(shí)鐘脈沖進(jìn)入的通道來(lái)決定。作加計(jì)數(shù)時(shí)，cpd端為高電平，時(shí)鐘脈沖由cpu端輸入，在上升沿的作用下，計(jì)數(shù)器作增量計(jì)數(shù)。作減計(jì)數(shù)時(shí)，cpu為高電平，時(shí)鐘脈沖由cpd端輸入，在上升沿的作用下，計(jì)數(shù)器作減量計(jì)數(shù)。四、安裝調(diào)試測(cè)速的方法決定了測(cè)速信號(hào)的硬件連接，測(cè)速實(shí)際上就是測(cè)頻，因此，頻率測(cè)量的一些原則同樣適用于測(cè)速。 通常，可以用計(jì)數(shù)法、測(cè)脈寬法和等精度法來(lái)進(jìn)行測(cè)試。所謂計(jì)數(shù)法，就是給定一個(gè)閘門(mén)時(shí)間，在閘門(mén)時(shí)間內(nèi)計(jì)數(shù)輸入的脈沖個(gè)數(shù)；測(cè)脈寬法是利用待測(cè)信號(hào)的脈寬來(lái)控制計(jì)數(shù)門(mén)，對(duì)一個(gè)高精度的高頻計(jì)數(shù)信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)。由于閘門(mén)與被測(cè)信號(hào)不能同步，因此，這兩種方法都存在1誤差的問(wèn)題，第一種方法

10、適用于信號(hào)頻率高時(shí)使用，第二種方法則在信號(hào)頻率低時(shí)使用。等精度法則對(duì)高、低頻信號(hào)都有很好的適應(yīng)性。 這里為簡(jiǎn)化討論，僅采用計(jì)數(shù)法來(lái)進(jìn)行測(cè)試。 如上圖：因?yàn)楣怆妭鞲衅鞑缓梅抡?，這里我們采用了555芯片構(gòu)成一個(gè)施密特觸發(fā)器，由光電傳感器得到的脈沖由2腳輸入，經(jīng)74160輸出接到7447。經(jīng)7447譯碼處理后輸出通過(guò)數(shù)碼管顯示出轉(zhuǎn)速！6、軟 件 如上圖是用兩塊555電路來(lái)充當(dāng)時(shí)鐘信號(hào)和電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)，實(shí)際連接時(shí)用晶振來(lái)用作時(shí)鐘信號(hào)，用傳感器來(lái)檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)速。6、 用protel 畫(huà)出原理圖如下 50兆的有源晶振經(jīng)過(guò)分頻來(lái)實(shí)現(xiàn)1赫茲的信號(hào) 7、 根據(jù)原理圖得到的pcb 8、 cpld芯片實(shí)物圖9、硬件調(diào)試結(jié)果：這次課程設(shè)計(jì)，主要對(duì)電機(jī)進(jìn)行測(cè)速，用了5個(gè)檔位來(lái)實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)試時(shí)間，對(duì)應(yīng)按鈕按下對(duì)電機(jī)測(cè)量一次轉(zhuǎn)速！由于工具不太足，做硬件的時(shí)候遇到了不少的困難！總體來(lái)說(shuō)能夠?qū)崿F(xiàn)其基本功能！電機(jī)轉(zhuǎn)速700