安徽工程大學數(shù)字邏輯課程設計-12時制電子鐘

1、12時制數(shù)字顯示電子鐘摘要：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、無機械轉動裝置等優(yōu)點，因而得到了廣泛的應用，例如人們?nèi)粘Ｉ钪械碾娮邮直恚约败囌?、碼頭、機場等公共場所的大型數(shù)顯電子鐘等。數(shù)字鐘是一個對標準頻率（1HZ）進行計數(shù)的計數(shù)電路。由于計數(shù)的起始時間不可能與標準時間（如北京時間）一致，故需要在電路上加一個校時電路，同時標準的1HZ時間信號必須做到準確穩(wěn)定。通常使用石英晶體振蕩器電路構成數(shù)字鐘。數(shù)字電子鐘由主體電路和擴展電路構成，分別完成數(shù)字鐘的基本功能和擴展功能。主體電路由石英晶體振蕩體，分頻器，計數(shù)器，譯碼器，顯示器和校時

2、器等組成。 關鍵詞：振蕩器，分頻器，計數(shù)器，顯示器，校時器目 錄1引言 42.方案論證與選擇53.單元電路的設計和元器件的選擇83.1 T觸發(fā)器的設計 83.2 十進制電路的設計93.3 六進制電路的設計 123.4 六十進制電路的設計 123.5 雙六十進制電路的設計 123.6 十二進制電路的設計 133.7 時間計數(shù)電路的設計 143.8標志燈的設計 143.9 主要元件選擇 144. 系統(tǒng)電路總圖及原理15結論16致謝17參考文獻18附錄：系統(tǒng)電路原理圖引言數(shù)字電子技術是一門實踐性很強的課程,加強工程訓練,特別是技能的培養(yǎng),對于培養(yǎng)工程人員的素質和能力具有十分重要的作用.在電子信息類本

3、科教學中,電子技術課程設計是一個重要的實踐環(huán)節(jié),它包括選擇課題,電子電路設計,組裝,調試和編寫總結報告等實踐內(nèi)容.通過課程設計要實現(xiàn)以下兩個目標:第一,讓學生初步掌握電子線路的試驗,設計方法.即學生根據(jù)設計要求和性能參數(shù),查閱文獻資料,收集,分析類似電路的性能,并通過組裝調試等實踐活動,使電路達到性能指標;第二,課程設計為后續(xù)的畢業(yè)設計打好基礎.畢業(yè)設計是系統(tǒng)的工程設計實踐,而課程設計的著眼點是讓學生開始從理論學習的軌道上逐漸引向實際運用,從已學過的定性分析,定量計算的方法,逐步掌握工程設計的步驟和方法,了解科學實驗的程序和實施方法,同時,課程設計報告的書寫,為今后從事技術工作撰寫科技報告和技

4、術資料打下基礎.。本次我的課程設計是關于數(shù)字顯示電子鐘的設計，數(shù)字鐘是一種用數(shù)字電路技術實現(xiàn)時、分、秒計時的裝置，與機械式時鐘相比具有更高的準確性和直觀性，且無機械裝置，具有更更長的使用壽命，因此得到了廣泛的使用。數(shù)字鐘從原理上講是一種典型的數(shù)字電路，其中包括了組合邏輯電路和時序電路。因此，我們此次設計數(shù)字鐘就是為了了解數(shù)字鐘的原理，從而學會制作數(shù)字鐘。而且通過數(shù)字鐘的制作進一步的了解各種在制作中用到的中小規(guī)模集成電路的作用及實用方法。且由于數(shù)字鐘包括組合邏輯電路和時敘電路。通過它可以進一步學習與掌握各種組合邏輯電路與時序電路的原理與使用方法。2. 方案論證與選擇2.1 數(shù)字鐘的系統(tǒng)方案數(shù)字鐘

5、實際上是一個對標準頻率（1HZ）進行計數(shù)的計數(shù)電路。由于計數(shù)的起始時間不可能與標準時間（如北京時間）一致，故需要在電路上加一個校時電路，同時標準的1HZ時間信號必須做到準確穩(wěn)定。在許多應用場合下都對多諧振蕩器的振蕩頻率穩(wěn)定性有嚴格的要求，目前普遍采用的一種穩(wěn)頻方法是在多諧振蕩器電路中接入石英晶體，組成石英晶體多諧振蕩器，本次設計就是使用石英晶體多諧振蕩器電路構成數(shù)字鐘。圖1 數(shù)字電子鐘方案框圖2.2 晶體振蕩器電路秒脈沖發(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的脈沖。晶體振蕩器電路給數(shù)字鐘提供一個頻率穩(wěn)定準確的32768H

6、Z的方波信號，可保證數(shù)字鐘的走時準確及穩(wěn)定，通過4020BD分頻后可產(chǎn)生2Hz的脈沖，然后使用74LS74再進行一次分頻，最后輸出1Hz的脈沖，電容C1、C2與晶體構成一個諧振型網(wǎng)絡，完成對振蕩頻率的控制功能，同時提供了一個180度相移，從而和非門構成一個正反饋網(wǎng)絡，實現(xiàn)了振蕩器的功能。由于晶體具有較高的頻率穩(wěn)定性及準確性，從而保證了輸出頻率的穩(wěn)定和準確。電路圖如下圖所示：圖2 石英 晶體振蕩器（仿真電路）2.3 時間計數(shù)電路一般采用十進制計數(shù)器如74HC290、74HC390、74LS161、74LS160等來實現(xiàn)時間計數(shù)單元的計數(shù)功能。這一部分均使用中規(guī)模集成電路74LS160實現(xiàn)秒、分的

7、計數(shù)，使用T觸發(fā)器和74LS160來實現(xiàn)時的計數(shù)，其中秒、分為六十進制，時為十二進制。其中，秒、分兩組六十進制計數(shù)電路完全相同，當計數(shù)到59時，再來一個脈沖變成00，然后從新開始計數(shù)每一個計數(shù)器均有一個異步清零端，通過利用“異步清零”反饋到CLRN端而實現(xiàn)個位十進制，十位六進制的功能。時個位計數(shù)單元電路結構仍與秒或個位計數(shù)單元相同，但是要求，整個時計數(shù)單元應為十二進制計數(shù)器，不是10的整數(shù)倍，因此需將個位和十位計數(shù)單元合并為一個整體才能進行十二進制轉換。高位由T觸發(fā)器構成，低位由74LS160構成，控制T=1，當開始計數(shù)時，個位按十進制計數(shù)，當計到9時，高位為1，低位為0，如果高位為1，低位為

8、2，則再有進位時將置為01.2.4顯示單元電路選擇共陰8段數(shù)碼管作為顯示單元電路。通過不同的元件輸出端輸出的端口接到數(shù)碼管的端口進行顯示。2.5 校時電路數(shù)字鐘應具有分校正和時校正功能，因此，應截斷分個位和時個位的直接計數(shù)通路，并采用正常計時信號與校正信號可以隨時切換的電路接入其中。如下圖所示，圖中有5個開關，第一個是單次脈沖開關，通過單擊此開關可以實現(xiàn)對時間的改變，可以用鼠標點擊，也可按鍵盤上的空格鍵，A、B、C、D四個開關分別控制上下午切換、時、分、秒，可以實現(xiàn)對時間的調整，當開關接在上面時實現(xiàn)自動校時功能，接在下面時實現(xiàn)手動校時功能，按下哪個開關，則實現(xiàn)對哪一部分的校時，可分別通過按鍵盤

9、上對應的按鍵實現(xiàn)校時。圖3校正電路2.6 顯示上、下午標志電路 標志燈起到作用是能顯示上下午的標志，如果是上午則上面的燈亮，如果是下午則下面的燈亮，可用一個T觸發(fā)器構成，控制T=1，當時計數(shù)器有進位輸出時，T觸發(fā)器的狀態(tài)改變，從而使上下午標志燈發(fā)生改變。3. 單元電路的設計與元器件選擇數(shù)字鐘從原理上講是一種典型的數(shù)字電路，可以由許多中小規(guī)模集成電路組成，所以可以分成許多獨立的電路。3.1 T觸發(fā)器的設計 在某些應用場合下，需要這樣一種邏輯功能的觸發(fā)器，當控制信號T = 1 時每來一個時鐘信號它的狀態(tài)就翻轉一次；而當T = 0 時，時鐘信號到達后它的狀態(tài)保持不變。具備這種邏輯功能的觸發(fā)器稱為T

10、觸發(fā)器。它的特性表如表3.1.1所示T001101010110表3.1.1從特性表寫出T 觸發(fā)器的特性方程為 =T+它的狀態(tài)轉換圖和邏輯符號如圖3-1-1 所示。圖3-1-1事實上只要將JK觸發(fā)器的兩個輸入端連在一起作為T 端，就可以構成T 觸發(fā)器。正因為如此，在觸發(fā)器的定型產(chǎn)品中通常沒有專門的T 觸發(fā)器。JK觸發(fā)器的特性表及狀態(tài)轉換圖如表3.1.2和圖3-1-2所示：J K0 00 00 1 0 11 01 01 11 10101010101001110圖3-1-2T觸發(fā)器仿真電路的設計3.2 十進制電路的設計 圖3-2-1是中規(guī)模集成的同步十進制加法計數(shù)器74160 的邏輯圖。它不僅有十進

11、制計數(shù)的功能，又增加了同步預置數(shù)、異步置零和保持的功能。圖3-2-1其狀態(tài)轉換表及狀態(tài)轉換圖如下圖所示由數(shù)碼管、74160構成的十進制仿真電路如下圖：3.3 六進制電路的設計 六進制計數(shù)器可用74LS160十進制計數(shù)器改造而成，當計數(shù)計成Q3Q2Q1Q0=0110狀態(tài)時，圖中的與非門起到譯碼的作用，此時輸出低電平可使計數(shù)器置零，六進制電路主要由74LS160、數(shù)碼管組成。其仿真電路如下圖：3.4 六十進制電路的設計六十進制電路可由十進制電路和六進制電路進行級聯(lián)組成；十進制電路作為低位，六進制電路作為高位，計數(shù)器從全0狀態(tài)開始計時，當計入60個脈沖時經(jīng)與非門使兩個74LS60芯片同時置零，十進制

12、電路每由兩個數(shù)碼管、兩個74LS160芯片組成，電路如圖3.5 雙六十進制電路的設計雙六十進制電路可由兩個六十進制電路進行級聯(lián)組成，兩個六十進制電路分別作為高位和低位，通過右邊的進位輸出端與左邊的計數(shù)輸入端進行連接，圖中的與門與左邊的六十進制電路連接起到進位輸出的功能，雙六十進制電路由四個數(shù)碼管、四個74LS160芯片組成，電路如圖3.6 十二進制電路的設計十二進制電路可由一個T觸發(fā)器和一個74LS160芯片組成，高位由T觸發(fā)器構成，低位由74LS160構成，控制T=1，當開始計數(shù)時，個位按十進制計數(shù)，當計到9時，產(chǎn)生進位，高位為1，低位為0，如果高位為1，低位為2，則再有進位時將置為01，十

13、二進制電路如圖3.7 時間計數(shù)電路的設計時間計數(shù)電路是能夠正確顯示時間的電路，可由十二進制電路、雙六十進制電路進行級聯(lián)組成，其電路如圖3.8標志燈電路的設計標志燈是能顯示上下午的標志，如果上午的話，則上面的紅燈亮，下午則用下面的綠燈表示，通過T觸發(fā)器的功能來實現(xiàn)上下午的轉變，標志燈電路由一個T觸發(fā)器和2個標志燈組成，其電路如圖3.9 主要元件選擇1共陰8段數(shù)碼管6個；2、CD4060集成塊1塊；3、74LS74D集成塊1塊；4、74LS160D集成塊5塊；5、T_FF集成塊2塊；6、標志燈2個；7、R145_32.768KHz時鐘晶體1個8、50nF二極管2個；9、1K電阻2個；10、開關4個

14、；11、非門、與非門若干；4. 系統(tǒng)電路總圖及原理 將設計的各個單元電路進行級聯(lián)，得到數(shù)字電子鐘系統(tǒng)電路原理圖見附錄結論看著自己設計、連線、調試成功的數(shù)字電子鐘，很有成就感。真的很有收獲，體會到了什么是學以致用，理論與實踐的差別到底有多大。以前上課都是上一些最基本的東西而現(xiàn)在卻可以將以前學的東西做出有實際價值的東西。在這個過程中，我的確學得到很多在書本上學不到的東西，如：怎么設計一個六十、十二進制計數(shù)器，如何實現(xiàn)校時的防抖動等等。但也遇到了不少的挫折，有時遇到了一個錯誤怎么找也找不到原因所在，找了老半天結果卻是接頭的方向接錯了，有時更是忘接地了。在學習中的小問題在課堂上不可能犯，在動手的過程中卻很有可能犯。特別是在連接電路時，一不小心就會犯錯，而且很不容易檢查出來。我的動手能力又有了進一步的提高，我感到十分的高興。同時學到了課本上沒有的東西，也鍛煉了自己獨立解決問題的能力。這在以后的學習和生活中會有很大的用處。但是我還有不足，按照電路連接實物時，器件的擺放不夠科學，最終導致了，只有自己能看懂電路的走向。不過我會在以后的學習中逐步提高，做一個動手能力強的大學生。致謝通過一個星期的時間，我的課程設計劃圓滿的完成。本次的課程設計能夠順利的完成，僅是靠我本人單方面的努力是不行的，還得到老師和同學的幫助，在這里我要表示感謝。首先，感謝學校提供給我們這么好的學習環(huán)境，在這樣優(yōu)越的環(huán)境