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1、課 程 設(shè) 計 課 題課題一課 程 設(shè) 計 課 題課題一 數(shù)字電子鐘邏輯電路設(shè)計一、 簡述數(shù)字電子鐘是一種用數(shù)字顯示秒、分、時、日的計時裝置,與傳統(tǒng)的機械鐘相比,它具有走時準確,顯示直觀、無機械傳動裝置等優(yōu)點,因而得到了廣泛的應(yīng)用。小到人們?nèi)粘I钪械碾娮邮直恚蟮杰囌?、碼頭、機場等公共場所的大型數(shù)顯電子鐘。數(shù)字電子鐘的電路組成方框圖如圖1.1所示。圖1.1 數(shù)字電子鐘框圖由圖1.1可見,數(shù)字電子鐘由以下幾部分組成:石英晶體振蕩器和分頻器組成的秒脈沖發(fā)生器;校時電路;六十進制秒、分計數(shù)器,二十四進制(或十二進制)計時計數(shù)器;秒、分、時的譯碼顯示部分等。二、設(shè)計任務(wù)和要求用中、小規(guī)模集成電路設(shè)計
2、一臺能顯示日、時、分、秒的數(shù)字電子鐘,要求如下:1. 由晶振電路產(chǎn)生1Hz標準秒信號。2. 秒、分為0059六十進制計數(shù)器。3. 時為0023二十四進制計數(shù)器。4. 周顯示從1日為七進制計數(shù)器。5. 可手動校時:能分別進行秒、分、時、日的校時。只要將開關(guān)置于手動位置,可分別對秒、分、時、日進行手動脈沖輸入調(diào)整或連續(xù)脈沖輸入的校正。6. 整點報時。整點報時電路要求在每個整點前嗚叫五次低音(500Hz),整點時再嗚叫一次高音(1000Hz)。三、可選用器材1. 通用實驗底板2. 直流穩(wěn)壓電源3. 集成電路:CD4060、74LS74、74LS161、74LS248及門電路4. 晶振:32768 H
3、z5. 電容:100F/16V、22pF、322pF之間6. 電阻:200、10K、22M7. 電位器:2.2K或4.7K8. 數(shù)顯:共陰顯示器LC5011-119. 開關(guān):單次按鍵10. 三極管:805011. 喇叭:1 W /4,8四、設(shè)計方案提示根據(jù)設(shè)計任務(wù)和要求,對照數(shù)字電子鐘的框圖,可以分以下幾部分進行模塊化設(shè)計。1. 秒脈沖發(fā)生器脈沖發(fā)生器是數(shù)字鐘的核心部分,它的精度和穩(wěn)定度決定了數(shù)字鐘的質(zhì)量,通常用晶體振蕩器發(fā)出的脈沖經(jīng)過整形、分頻獲得1Hz的秒脈沖。如晶振為32768 Hz,通過15次二分頻后可獲得1Hz的脈沖輸出,電路圖如圖1.2所示。圖1.2 秒脈沖發(fā)生器2. 計數(shù)譯碼顯示
4、秒、分、時、日分別為60、60、24、7進制計數(shù)器、秒、分均為60進制,即顯示0059,它們的個位為十進制,十位為六進制。時為二十四進制計數(shù)器,顯示為0023,個位仍為十進制,而十位為三進制,但當(dāng)十進位計到2,而個位計到4時清零,就為二十四進制了。周為七進制數(shù),按人們一般的概念一周的顯示日期“日、1、2、3、4、5、6”,所以我們設(shè)計這個七進制計數(shù)器,應(yīng)根據(jù)譯碼顯示器的狀態(tài)表來進行,如表1.1所示。按表1.1狀態(tài)表不難設(shè)計出“日”計數(shù)器的電路(日用數(shù)字8代替)。所有計數(shù)器的譯碼顯示均采用BCD七段譯碼器,顯示器采用共陰或共陽的顯示器。Q4 Q3 Q2 Q1顯示1 0 0 0日0 0 0 110
5、 0 1 020 0 1 130 1 0 040 1 0 150 1 1 06表1.1 狀態(tài)表3. 校時電路在剛剛開機接通電源時,由于日、時、分、秒為任意值,所以,需要進行調(diào)整。置開關(guān)在手動位置,分別對時、分、秒、日進行單獨計數(shù),計數(shù)脈沖由單次脈沖或連續(xù)脈沖輸入。4. 整點報時電路當(dāng)時計數(shù)器在每次計到整點前六秒時,需要報時,這可用譯碼電路來解決。即當(dāng)分為59時,則秒在計數(shù)計到54時,輸出一延時高電平去打開低音與門,使報時聲按500Hz頻率嗚叫5聲,直至秒計數(shù)器計到58時,結(jié)束這高電平脈沖;當(dāng)秒計數(shù)到59時,則去驅(qū)動高音1KHz頻率輸出而鳴叫1聲。五、參考電路數(shù)字電子鐘邏輯電路參考圖如圖1.3所
6、示。圖1.3 數(shù)字電子鐘邏輯電路參考圖六、參考電路簡要說明1. 秒脈沖電路由晶振32768Hz經(jīng)14分頻器分頻為2Hz,再經(jīng)一次分頻,即得1Hz標準秒脈沖,供時鐘計數(shù)器用。2. 單次脈沖、連續(xù)脈沖這主要是供手動校時用。若開關(guān)K1打在單次端,要調(diào)整日、時、分、秒即可按單次脈沖進行校正。如K1在單次,K2在手動,則此時按動單次脈沖鍵,使周計數(shù)器從星期1到星期日計數(shù)。若開關(guān)K1處于連續(xù)端,則校正時,不需要按動單次脈沖,即可進行校正。單次、連續(xù)脈沖均由門電路構(gòu)成。3. 秒、分、時、日計數(shù)器這一部分電路均使用中規(guī)模集成電路74LS161實現(xiàn)秒、分、時的計數(shù),其中秒、分為六十進制,時為二十四進制。從圖3中
7、可以發(fā)現(xiàn)秒、分兩組計數(shù)器完全相同。當(dāng)計數(shù)到59時,再來一個脈沖變成00,然后再重新開始計數(shù)。圖中利用“異步清零”反饋到/CR端,而實現(xiàn)個位十進制,十位六進制的功能。時計數(shù)器為二十四進制,當(dāng)開始計數(shù)時,個位按十進制計數(shù),當(dāng)計到23時,這時再來一個脈沖,應(yīng)該回到“零”。所以,這里必須使個位既能完成十進制計數(shù),又能在高低位滿足“23”這一數(shù)字后,時計數(shù)器清零,圖中采用了十位的“2”和個位的“4”相與非后再清零。對于日計數(shù)器電路,它是由四個D觸發(fā)器組成的(也可以用JK觸發(fā)器),其邏輯功能滿足了表1,即當(dāng)計數(shù)器計到6后,再來一個脈沖,用7的瞬態(tài)將Q4、Q3、Q2、Q1置數(shù),即為“1000”,從而顯示“日
8、”(8)。4譯碼、顯示譯碼、顯示很簡單,采用共陰極LED數(shù)碼管LC5011-11和譯碼器74LS248,當(dāng)然也可用共陽數(shù)碼管和譯碼器。5. 整點報時當(dāng)計數(shù)到整點的前6秒鐘,此時應(yīng)該準備報時。圖3中,當(dāng)分計到59分時,將分觸發(fā)器QH置1,而等到秒計數(shù)到54秒時,將秒觸發(fā)器QL置1,然后通過QL與QH相與后再和1s標準秒信號相與而去控制低音喇叭嗚叫,直至59秒時,產(chǎn)生一個復(fù)位信號,使QL清0,停止低音嗚叫,同時59秒信號的反相又和QH相與后去控制高音喇叭嗚叫。當(dāng)計到分、秒從59:5900:00時,嗚叫結(jié)束,完成整點報時。6. 嗚叫電路嗚叫電路由高、低兩種頻率通過或門去驅(qū)動一個三極管,帶動喇叭嗚叫。
9、1KHz和500Hz從晶振分頻器近似獲得。如圖中CD4060分頻器的輸出端Q5和Q6。Q5輸出頻率為1024Hz,Q6輸出頻率為512Hz。一、 簡述數(shù)字電子鐘是一種用數(shù)字顯示秒、分、時、日的計時裝置,與傳統(tǒng)的機械鐘相比,它具有走時準確,顯示直觀、無機械傳動裝置等優(yōu)點,因而得到了廣泛的應(yīng)用。小到人們?nèi)粘I钪械碾娮邮直?,大到車站、碼頭、機場等公共場所的大型數(shù)顯電子鐘。數(shù)字電子鐘的電路組成方框圖如圖1.1所示。圖1.1 數(shù)字電子鐘框圖由圖1.1可見,數(shù)字電子鐘由以下幾部分組成:石英晶體振蕩器和分頻器組成的秒脈沖發(fā)生器;校時電路;六十進制秒、分計數(shù)器,二十四進制(或十二進制)計時計數(shù)器;秒、分、時
10、的譯碼顯示部分等。二、設(shè)計任務(wù)和要求用中、小規(guī)模集成電路設(shè)計一臺能顯示日、時、分、秒的數(shù)字電子鐘,要求如下:3. 由晶振電路產(chǎn)生1Hz標準秒信號。4. 秒、分為0059六十進制計數(shù)器。3. 時為0023二十四進制計數(shù)器。4. 周顯示從1日為七進制計數(shù)器。5. 可手動校時:能分別進行秒、分、時、日的校時。只要將開關(guān)置于手動位置,可分別對秒、分、時、日進行手動脈沖輸入調(diào)整或連續(xù)脈沖輸入的校正。6. 整點報時。整點報時電路要求在每個整點前嗚叫五次低音(500Hz),整點時再嗚叫一次高音(1000Hz)。三、可選用器材1. 通用實驗底板2. 直流穩(wěn)壓電源3. 集成電路:CD4060、74LS74、74
11、LS161、74LS248及門電路4. 晶振:32768 Hz5. 電容:100F/16V、22pF、322pF之間6. 電阻:200、10K、22M7. 電位器:2.2K或4.7K8. 數(shù)顯:共陰顯示器LC5011-119. 開關(guān):單次按鍵10. 三極管:805011. 喇叭:1 W /4,8四、設(shè)計方案提示根據(jù)設(shè)計任務(wù)和要求,對照數(shù)字電子鐘的框圖,可以分以下幾部分進行模塊化設(shè)計。7. 秒脈沖發(fā)生器脈沖發(fā)生器是數(shù)字鐘的核心部分,它的精度和穩(wěn)定度決定了數(shù)字鐘的質(zhì)量,通常用晶體振蕩器發(fā)出的脈沖經(jīng)過整形、分頻獲得1Hz的秒脈沖。如晶振為32768 Hz,通過15次二分頻后可獲得1Hz的脈沖輸出,電
12、路圖如圖1.2所示。圖1.2 秒脈沖發(fā)生器8. 計數(shù)譯碼顯示秒、分、時、日分別為60、60、24、7進制計數(shù)器、秒、分均為60進制,即顯示0059,它們的個位為十進制,十位為六進制。時為二十四進制計數(shù)器,顯示為0023,個位仍為十進制,而十位為三進制,但當(dāng)十進位計到2,而個位計到4時清零,就為二十四進制了。周為七進制數(shù),按人們一般的概念一周的顯示日期“日、1、2、3、4、5、6”,所以我們設(shè)計這個七進制計數(shù)器,應(yīng)根據(jù)譯碼顯示器的狀態(tài)表來進行,如表1.1所示。按表1.1狀態(tài)表不難設(shè)計出“日”計數(shù)器的電路(日用數(shù)字8代替)。所有計數(shù)器的譯碼顯示均采用BCD七段譯碼器,顯示器采用共陰或共陽的顯示器。
13、Q4 Q3 Q2 Q1顯示1 0 0 0日0 0 0 110 0 1 020 0 1 130 1 0 040 1 0 150 1 1 06表1.1 狀態(tài)表9. 校時電路在剛剛開機接通電源時,由于日、時、分、秒為任意值,所以,需要進行調(diào)整。置開關(guān)在手動位置,分別對時、分、秒、日進行單獨計數(shù),計數(shù)脈沖由單次脈沖或連續(xù)脈沖輸入。10. 整點報時電路當(dāng)時計數(shù)器在每次計到整點前六秒時,需要報時,這可用譯碼電路來解決。即當(dāng)分為59時,則秒在計數(shù)計到54時,輸出一延時高電平去打開低音與門,使報時聲按500Hz頻率嗚叫5聲,直至秒計數(shù)器計到58時,結(jié)束這高電平脈沖;當(dāng)秒計數(shù)到59時,則去驅(qū)動高音1KHz頻率輸
14、出而鳴叫1聲。五、參考電路數(shù)字電子鐘邏輯電路參考圖如圖1.3所示。圖1.3 數(shù)字電子鐘邏輯電路參考圖六、參考電路簡要說明1. 秒脈沖電路由晶振32768Hz經(jīng)14分頻器分頻為2Hz,再經(jīng)一次分頻,即得1Hz標準秒脈沖,供時鐘計數(shù)器用。2. 單次脈沖、連續(xù)脈沖這主要是供手動校時用。若開關(guān)K1打在單次端,要調(diào)整日、時、分、秒即可按單次脈沖進行校正。如K1在單次,K2在手動,則此時按動單次脈沖鍵,使周計數(shù)器從星期1到星期日計數(shù)。若開關(guān)K1處于連續(xù)端,則校正時,不需要按動單次脈沖,即可進行校正。單次、連續(xù)脈沖均由門電路構(gòu)成。3. 秒、分、時、日計數(shù)器這一部分電路均使用中規(guī)模集成電路74LS161實現(xiàn)秒
15、、分、時的計數(shù),其中秒、分為六十進制,時為二十四進制。從圖3中可以發(fā)現(xiàn)秒、分兩組計數(shù)器完全相同。當(dāng)計數(shù)到59時,再來一個脈沖變成00,然后再重新開始計數(shù)。圖中利用“異步清零”反饋到/CR端,而實現(xiàn)個位十進制,十位六進制的功能。時計數(shù)器為二十四進制,當(dāng)開始計數(shù)時,個位按十進制計數(shù),當(dāng)計到23時,這時再來一個脈沖,應(yīng)該回到“零”。所以,這里必須使個位既能完成十進制計數(shù),又能在高低位滿足“23”這一數(shù)字后,時計數(shù)器清零,圖中采用了十位的“2”和個位的“4”相與非后再清零。對于日計數(shù)器電路,它是由四個D觸發(fā)器組成的(也可以用JK觸發(fā)器),其邏輯功能滿足了表1,即當(dāng)計數(shù)器計到6后,再來一個脈沖,用7的瞬態(tài)將Q4、Q3、Q2、Q1置數(shù),即為“1000”,從而顯示“日”(8)。4譯碼、顯示譯碼、顯示很簡單,采用共陰極LED數(shù)碼管LC5011-11和譯碼器74LS248,當(dāng)然也可用共陽數(shù)碼管和譯碼器。11. 整點報時當(dāng)計數(shù)到整點的前6秒鐘,此時應(yīng)該準備報時。圖3中,當(dāng)分計到59分時,將分觸發(fā)器QH置1,而等到秒計數(shù)到5
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