杭電短學(xué)期數(shù)字電子鐘整點(diǎn)報(bào)時(shí)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、杭電數(shù)字電子鐘整點(diǎn)報(bào)時(shí)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告鏈接: http:/pan.杭電baidu.杭電com杭電/s杭電/1nuxwOdz 密杭電碼: k4yy1. 自主設(shè)計(jì)：1.1選題目的數(shù)字電子鐘是一種用數(shù)字電路技術(shù)實(shí)現(xiàn)時(shí)、分、秒計(jì)時(shí)的裝置，與機(jī)械鐘相比具有更高的準(zhǔn)確性和直觀性，且具有無機(jī)械傳動(dòng)裝置等特點(diǎn)，因此得到了廣泛的使用。數(shù)字電子鐘從原理上看是一種典型的數(shù)字電路，其中包括了組合邏輯電路和時(shí)序電路。設(shè)計(jì)與制做數(shù)字電子鐘可以使我們了解數(shù)字電子鐘的原理，并且學(xué)會(huì)制作數(shù)字電子鐘。而且通過數(shù)字電子鐘的制作進(jìn)一步地了解各種在制作中用到的中小規(guī)模集成電路的作用及使用方法.且由于數(shù)字電子鐘包括組合邏輯電路和時(shí)序電路.通

2、過此次課程設(shè)計(jì)可以進(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方法。(為方便測(cè)試，實(shí)際電路只做分秒單元，電路改為分鐘報(bào)時(shí))1.2項(xiàng)目構(gòu)思1.2.1設(shè)計(jì)任務(wù)和基本要求用中、小規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)一臺(tái)能顯示分、秒的數(shù)字電子鐘，基本要求如下：各用2位數(shù)碼管顯示累計(jì)時(shí)間“分”、“秒”；具有校時(shí)功能，可以分別對(duì)分及秒進(jìn)行單獨(dú)校時(shí)，使其校正到標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間；具有整點(diǎn)報(bào)時(shí)功能。要求整點(diǎn)前鳴叫五次低音（500Hz左右），整點(diǎn)時(shí)再鳴叫一次高音（1000Hz左右），共鳴叫6響，兩次鳴叫間隔0.5S。1.2.2設(shè)計(jì)方案（系統(tǒng)簡介）整個(gè)設(shè)計(jì)主要分為六個(gè)模塊：分模塊、秒模塊、分頻模塊、校時(shí)模塊、整點(diǎn)報(bào)時(shí)模塊、譯碼顯示模

3、塊。分、秒模塊分別用兩塊CD4029實(shí)現(xiàn)，并且分別將它們都設(shè)置為60進(jìn)制。秒信號(hào)的產(chǎn)生，用石英晶體振蕩器產(chǎn)生32768Hz的脈沖，經(jīng)過整形、分頻產(chǎn)生1Hz的秒脈沖。分頻用CD4060分出2Hz的脈沖，再用CD4013分出1Hz的脈沖。將秒信號(hào)送入秒模塊，每累計(jì)60秒發(fā)出一個(gè)分脈沖信號(hào)，分模塊實(shí)現(xiàn)60分鐘的累計(jì)，通過用74LS47實(shí)現(xiàn)的譯碼顯示電路將時(shí)間在四個(gè)七段LED顯示器中顯示出來。整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路根據(jù)計(jì)時(shí)系統(tǒng)的輸出狀態(tài)產(chǎn)生一脈沖信號(hào)，然后加上一個(gè)高頻或低頻信號(hào)送到蜂鳴器實(shí)現(xiàn)報(bào)時(shí)。校時(shí)電路是直接加一個(gè)脈沖信號(hào)到分計(jì)數(shù)器或者秒計(jì)數(shù)器來對(duì)“分”、“秒”顯示數(shù)字進(jìn)行校對(duì)調(diào)整。1.2.3原理框圖數(shù)字電子

4、鐘系統(tǒng)框圖（實(shí)際報(bào)告不畫小時(shí)單元）1.2.4各模塊電路設(shè)計(jì)1分頻模塊（秒信號(hào)發(fā)生器）這部分電路現(xiàn)有石英晶體振蕩器產(chǎn)生32768Hz的脈沖，經(jīng)過CD4060十四次分頻后產(chǎn)生2Hz的脈沖。再經(jīng)過CD4013產(chǎn)生1Hz的脈沖。原理比較簡單。CD4060是十四位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器。它內(nèi)部有十四級(jí)二分頻器，有兩個(gè)反相器G1、G2。R為高電平時(shí)，計(jì)數(shù)器清零且振蕩器使用無效。在CP1下降沿，計(jì)數(shù)器以二進(jìn)制計(jì)數(shù)。CP1(11腳)、CP0(10腳)分別為時(shí)鐘輸入、輸出端。電源電壓范圍為3V15V，輸入電壓范圍為0VVDD。它有十六個(gè)引腳，Q4Q10、Q12Q14為計(jì)數(shù)器輸出端。VDD接正電源，Vss接地。其引腳圖如下

5、所示：在CD4060的10、11腳之間接上一個(gè)32768Hz的晶體，就可以構(gòu)成一個(gè)振蕩器，其輸出脈沖經(jīng)過施密特整形電路整形后送入內(nèi)部進(jìn)行計(jì)數(shù)、分頻，經(jīng)214=16384分頻，在輸出端可得到2Hz（）的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。再經(jīng)一級(jí)CD4013組成的一級(jí)分頻電路分頻，即可得到秒脈沖信號(hào)。CD4013為雙D觸發(fā)器，在CP上升沿有效。其特性表如下：輸 入輸 出注CPDRDSDQn+1XXX01XXXX00001100010101Qn10不用同步置0同步置1保持異步置1異步置0不允許內(nèi)部功能框圖2. 分模塊、秒模塊（60進(jìn)制計(jì)數(shù)器）分模塊、秒模塊為60進(jìn)制計(jì)數(shù)器。60進(jìn)制計(jì)數(shù)器可由兩個(gè)計(jì)數(shù)器CD4029經(jīng)過一定的

6、方式連接組成的。一片CD4029用低位，另一片設(shè)計(jì)成六進(jìn)制計(jì)數(shù)器做為高位。CD4029是由具有預(yù)進(jìn)位功能的4位二進(jìn)制或BCD碼十進(jìn)制加減計(jì)數(shù)器構(gòu)成。PE為高電平時(shí)，J1J4預(yù)置計(jì)數(shù)器為任何狀態(tài),為低電平時(shí),對(duì)計(jì)數(shù)器清零。當(dāng)CI和PE均為低電平時(shí),在時(shí)鐘上升沿計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)。CO一般為高電平,只有在加至最大或減至最小時(shí),為低電平。計(jì)數(shù)器閑置時(shí),CI端需與VSS相連,當(dāng)B/D為高電平時(shí),以二進(jìn)制計(jì)數(shù);反之,為十進(jìn)制。U/D為高電平時(shí),為加計(jì)數(shù)器;反之,為減計(jì)數(shù)器。故將“BD”接低電平,將“UD”接高電平。將第一片CD4029計(jì)數(shù)器的進(jìn)位輸出CO連到第二片CD4029計(jì)數(shù)器的進(jìn)位輸入CI,可實(shí)現(xiàn)100進(jìn)

7、制的計(jì)數(shù)器。利用“反饋置零”的方法,當(dāng)計(jì)數(shù)器輸出“2Q3Q2Q1Q0、1Q3Q2Q1Qo=0110、0000”時(shí)，通過門電路形成一置數(shù)脈沖，使計(jì)數(shù)器歸零,這樣就實(shí)現(xiàn)了60進(jìn)制計(jì)數(shù)器。60進(jìn)制計(jì)數(shù)器3. 譯碼顯示模塊譯碼器的邏輯功能是將每個(gè)輸入的二進(jìn)制代碼譯成對(duì)應(yīng)的輸出的高、低電平信號(hào)。常用于驅(qū)動(dòng)LED七段數(shù)碼管的譯碼器有74LS47。74LS47是BCD-7段數(shù)碼管譯碼器/驅(qū)動(dòng)器,74LS47的功能用于將BCD碼轉(zhuǎn)化成數(shù)碼塊中的數(shù)字,通過它解碼,可以直接把數(shù)字轉(zhuǎn)換為數(shù)碼管的顯示數(shù)字。74LS47為低電平作用, 專用于驅(qū)動(dòng)LED七段共陽極顯示數(shù)碼管。下表列出了74LS47的真值表,表示出了它與數(shù)

8、碼管之間的關(guān)系。本實(shí)驗(yàn)選用七段共陽極顯示數(shù)碼管，把數(shù)碼管abcdefg的7個(gè)發(fā)光二極管的正極連接在一起并接到5V電源上，其余的7個(gè)負(fù)極接到74LS47相應(yīng)的abcdefg輸出端上。無論共陰共陽7段顯示電路，都需要加限流電阻，否則通電后就把7段譯碼管燒壞！限流電阻的選取是：5V電源電壓減去發(fā)光二極管的工作電壓除上10ma到15ma得數(shù)即為限流電阻的值。發(fā)光二極管的工作電壓一般在1.8V-2.2V，為計(jì)算方便，通常選2V即可！本實(shí)驗(yàn)選取100限流電阻。BCD碼譯碼顯示器4. 校時(shí)模塊校時(shí)電路是數(shù)字中不可缺少的部分，當(dāng)數(shù)字顯示與實(shí)際時(shí)間不符時(shí)，就要根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間進(jìn)行校時(shí)。其簡單電路如下所示：秒、分的“

9、校時(shí)”電路K1、K2分別控制?！懊搿焙托！胺帧?。具體是這樣的，當(dāng)K1斷開時(shí)，G1與非門打開，正常進(jìn)行計(jì)秒。當(dāng)需要校秒時(shí)，閉合K1，此時(shí)G1與非門被斷開，此時(shí)暫停秒計(jì)時(shí),時(shí)間正確時(shí)打開K1正常計(jì)秒。需要校分時(shí)閉合K2，G3與非門輸出高電平，秒信號(hào)直接通過G2、G4門電路被送到分計(jì)數(shù)器中，使分計(jì)數(shù)器以秒的節(jié)奏快速計(jì)數(shù)。當(dāng)分計(jì)數(shù)器的顯示與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間數(shù)值相符時(shí)，松開K2。當(dāng)松開K2時(shí)，門電路G2封鎖秒脈沖，輸出高電平，門電路G4接受來自秒計(jì)數(shù)器的輸出進(jìn)位信號(hào)，使分計(jì)數(shù)器正常工作。這就是校時(shí)電路的基本原理。5. 整點(diǎn)報(bào)時(shí)模塊當(dāng)計(jì)數(shù)器在每次計(jì)時(shí)到整分前6秒時(shí),開始報(bào)時(shí)。即當(dāng)“秒”計(jì)數(shù)器為54時(shí)，產(chǎn)生一信號(hào),

10、該信號(hào)持續(xù)時(shí)間為5秒鐘,在這5秒內(nèi)使低音信號(hào)送入蜂鳴器,鳴叫5聲。當(dāng)計(jì)數(shù)器運(yùn)行到59秒時(shí)，產(chǎn)生一信號(hào),該信號(hào)持續(xù)時(shí)間為1秒鐘，在這1秒鐘內(nèi)使高音信號(hào)送入蜂鳴器,鳴叫l(wèi)聲。設(shè)計(jì)的整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路如圖所示。利用CD4013觸發(fā)器的記憶功能，可完成實(shí)現(xiàn)所要求的信號(hào)。當(dāng) “秒”計(jì)數(shù)器輸出狀態(tài)為54秒時(shí)，與門G1輸出一高電平，使CD4013的第一個(gè)觸發(fā)器的輸出lQ被置成高電平，此時(shí)整點(diǎn)報(bào)時(shí)的低音信號(hào)(512Hz)與秒信號(hào)同時(shí)被引入到蜂鳴器，使蜂鳴器每次鳴叫0.5秒。一旦“秒”計(jì)數(shù)器輸出狀態(tài)為59秒時(shí)，與門G2輸出高電平，使觸發(fā)器的輸出1Q變成低電平，同時(shí)將CD4013的第二個(gè)觸發(fā)器的輸出2Q置數(shù)為高電平。此

11、時(shí)封鎖報(bào)時(shí)低音信號(hào)，開啟高音報(bào)時(shí)信號(hào)(1024Hz), 與秒信號(hào)同時(shí)被引入到蜂鳴器。整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路（實(shí)際報(bào)告不畫小時(shí)單元）1.2.5整體電路設(shè)計(jì)原理圖2.器件選擇參數(shù)分析計(jì)算以及選擇依據(jù)請(qǐng)見1.2節(jié)CD4060x1,CD4013X1,CD4081X1,CD4029X4,74LS47X4,CD4011X1,74HC02x1,CD4082X1IC座：16腳x9，14腳x5，40腳x1石英晶體:32768Hz x1電阻：10Mx1,100kx2,10kx2,1kx1,100x4電容：300pfx2， 輕觸開關(guān):2只三極管：8050（或9013）x1蜂鳴器：1只共陽極數(shù)碼管x4實(shí)驗(yàn)板x13.調(diào)試方法和注

12、意事項(xiàng)3.1調(diào)試要點(diǎn)1.標(biāo)準(zhǔn)秒信號(hào)調(diào)試（儀器：示波器）在實(shí)驗(yàn)板上焊好CD4060和CD4013組成的分頻模塊后，用示波器觀察CD4013上的13腳的輸出波形，理想值為秒信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)波形。但事實(shí)上觀察到的波形為頻率為5HZ的方波信號(hào)（晶振問題），將晶振外殼接地即可使晶振頻率變慢。2.分、秒及顯示電路的調(diào)試（儀器：SBL實(shí)驗(yàn)箱）在實(shí)驗(yàn)板上焊好分模塊和秒模塊后，將秒信號(hào)分別引入到分、秒計(jì)數(shù)器單元電路中，觀察數(shù)碼管顯示情況。首次測(cè)試時(shí)觀察到數(shù)碼管分十位顯示亂碼，經(jīng)檢查和老師講解后發(fā)現(xiàn)為CD4029的Q3腳未與74LS47焊接，正常焊接后數(shù)碼管顯示正常3.校時(shí)電路的測(cè)試將秒信號(hào)分別引入到校時(shí)電路中，分別按下

13、K1和K2，檢查分計(jì)數(shù)器和秒計(jì)數(shù)器的工作情況（工作正常）4. 整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路測(cè)試將整點(diǎn)報(bào)時(shí)模塊焊接好，檢查數(shù)字鐘在整分前及整分時(shí)的工作情況測(cè)試時(shí)發(fā)現(xiàn)蜂鳴器報(bào)時(shí)時(shí)聲音較小，最后去除了1K電阻和三極管后蜂鳴器正常鳴叫3.2注意事項(xiàng)1.焊接時(shí)注意焊接工藝，切勿造成虛焊2.焊接時(shí)切勿將芯片放入IC座中，防止溫度過高燒壞芯片3.飛線時(shí)應(yīng)盡量按最短距離原則，應(yīng)貼近實(shí)驗(yàn)板焊接4.焊接時(shí)要防止電源正極和地極短路，測(cè)試前要用萬用表檢查是否短路，防止供電時(shí)芯片燒壞4.體會(huì)與建議經(jīng)過近多日的努力，終于將本次課程設(shè)計(jì)做完了，但由于水平有限，文中肯定有很多不恰當(dāng)?shù)牡胤?，?qǐng)老師指出其中的錯(cuò)誤和不當(dāng)之處，使我能做出改正，我會(huì)虛心接受。在本次課程設(shè)計(jì)過程中，我增強(qiáng)了自己的動(dòng)手