數(shù)電課程設(shè)計(jì)：數(shù)字鐘

1、等級(jí): 課 程 設(shè) 計(jì)課程名稱數(shù)字電子技術(shù)課題名稱多功能數(shù)字鐘專 業(yè)自動(dòng)化班 級(jí)1503學(xué) 號(hào)201501020302姓 名湯偉明指導(dǎo)老師程春紅 2016 年 11 月 21 日電氣信息學(xué)院課程設(shè)計(jì)任務(wù)書課題名稱多功能數(shù)字鐘姓 名湯偉明專業(yè)自動(dòng)化班級(jí)1503學(xué)號(hào)02指導(dǎo)老師程春紅課程設(shè)計(jì)時(shí)間2016年 11 月 21 日- 2016年 12 月 02 日1、 任務(wù)及要求任務(wù)：1.設(shè)計(jì)一個(gè)具有“時(shí)”、“分”、“秒”的十進(jìn)制數(shù)字顯示鐘。2具有校時(shí)、校分、校秒功能。3具有整點(diǎn)報(bào)時(shí)功能，整點(diǎn)前10秒發(fā)光二極管閃爍5次，周期為2秒。4設(shè)計(jì)振蕩器。要求：1.設(shè)計(jì)思路清晰，給出整體設(shè)計(jì)框圖，畫出整機(jī)原理圖；

2、2.給出具體設(shè)計(jì)思路，設(shè)計(jì)各單元電路、電路器件；3.總電路設(shè)計(jì)；4.進(jìn)行實(shí)驗(yàn)仿真調(diào)試，驗(yàn)證設(shè)計(jì)結(jié)果；5.編寫設(shè)計(jì)說明書；6.所有圖紙和說明書用計(jì)算機(jī)打印二、進(jìn)度安排第一周：周一：布置任務(wù)，查找資料；周二周三：設(shè)計(jì)系統(tǒng)方案，仿真；周四周日：領(lǐng)元器件，電路安裝，或程序調(diào)試；第二周：周一周二：電路安裝，調(diào)試，運(yùn)行或程序調(diào)試，下載運(yùn)行；周三：結(jié)果驗(yàn)收；周四：收元器件，整理實(shí)驗(yàn)室，撰寫報(bào)告，答辯；周五：資料整理。三、參考資料1.康華光主編. 電子技術(shù)基礎(chǔ)（數(shù)字部分），高等教育出 版社。2.閻 石主編. 電子技術(shù)基礎(chǔ)（數(shù)字部分），清華大學(xué)出版社。3.任為民主編. 電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)，中央廣播電視大學(xué)出版

3、社。4.彭介華主編，電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)，高等教育出版社。5.電子線路設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)、測(cè)試謝自美主編 華中理工出版目 錄1、 課程設(shè)計(jì)的任務(wù)要求······································&#

4、183;11.1、設(shè)計(jì)內(nèi)容················································

5、;····11.2、多功能數(shù)字鐘設(shè)計(jì)要求········································12、 設(shè)計(jì)方案··

6、···············································12.1、總體設(shè)計(jì)方案·&

7、#183;··············································13、 單元電路（子模塊，子程序）分析

8、··························23.1、脈沖發(fā)生電路······················&

9、#183;························33.2、計(jì)時(shí)電路·······················

10、3;···························43.2.1、分秒計(jì)時(shí)電路····················

11、83;···································43.2.2、時(shí)計(jì)時(shí)電路············

12、83;·············································53.2.3、時(shí)、分、秒計(jì)時(shí)功能的實(shí)現(xiàn)·&#

13、183;··········································63.2.4、譯碼器驅(qū)動(dòng)電路及數(shù)碼管顯示電路···

14、3;··································73.2.5、校時(shí)電路··············

15、;··············································83.2.6、整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路·

16、3;···························94、 系統(tǒng)仿真/測(cè)試·····················

17、;······················114.1、整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路仿真·························

18、83;·················115、 電路安裝調(diào)試······························

19、3;············126、 元件清單····································&

20、#183;··········126.1、元件清單·····································

21、83;············126.2、各芯片管腳圖及功能表···················126.2.1、555定時(shí)器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)············

22、3;···········126.2.2、同步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74ls160功能表及引腳圖。··············14附頁：總電路圖··················

23、············157、 總 結(jié)····································

24、3;···········16一、課程設(shè)計(jì)的任務(wù)要求：1.1、設(shè)計(jì)內(nèi)容本項(xiàng)目利用中小規(guī)模集成芯片設(shè)計(jì)并制作多功能數(shù)字鐘。以同步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器為核心，結(jié)合多諧振蕩器、譯碼器、門電路及數(shù)碼管共同組成可以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確計(jì)時(shí)、校時(shí)、報(bào)時(shí)的多功能數(shù)字鐘。1.2、多功能數(shù)字鐘設(shè)計(jì)要求1.2.1、準(zhǔn)確計(jì)時(shí)，以數(shù)字形式顯示時(shí)(0023)、分(0059)、秒(0059)的時(shí)間。1.2.2、具有校時(shí)功能。1.2.3、整點(diǎn)報(bào)時(shí)。二、設(shè)計(jì)方案：2.1、總體設(shè)計(jì)方案 整體電路可以分為脈沖發(fā)生電路、分頻電路、計(jì)時(shí)電路、譯

25、碼器驅(qū)動(dòng)電路、數(shù)碼管顯示電路、校時(shí)電路、報(bào)時(shí)電路。整體方案原理框圖如下：數(shù)碼管數(shù)碼管數(shù)碼管數(shù)碼管數(shù)碼管數(shù)碼管時(shí)十位計(jì)數(shù)時(shí)個(gè)位計(jì)數(shù)分個(gè)位計(jì)數(shù)分十位計(jì)數(shù)秒十位計(jì)數(shù)秒個(gè)位計(jì)數(shù)校時(shí)控制電路校分控制電路校秒控制電路2HZ多諧振蕩電路1HZ多諧振蕩電路報(bào)時(shí)電路三、單元電路分析：3.1、脈沖發(fā)生電路 本方案中脈沖發(fā)生電路采用由555定時(shí)器外接電阻電容構(gòu)成的多諧振蕩器來產(chǎn)生脈沖波。由此脈沖波充當(dāng)時(shí)鐘信號(hào)，信號(hào)周期的計(jì)算公式為T=(R1+2*R2)*C*LN2,所以產(chǎn)生秒脈沖的振蕩電路的外接電阻電容參數(shù)可設(shè)為R1=R2=48K，C1=0.01uf，C=10uf。振蕩電路圖如下： 秒脈沖發(fā)生電路3.2、計(jì)時(shí)電路

26、計(jì)時(shí)電路分為六十進(jìn)制的計(jì)數(shù)電路和二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)電路，分秒計(jì)時(shí)電路均為六十進(jìn)制計(jì)數(shù)電路，時(shí)計(jì)時(shí)電路為二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)電路。分秒計(jì)時(shí)電路均由兩片74ls160芯片接成六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器構(gòu)成。3.2.1、分秒計(jì)時(shí)電路 分秒計(jì)時(shí)電路由兩片同步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器構(gòu)成，秒個(gè)位、分個(gè)位直接利用十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，不做改變，但是預(yù)置數(shù)端LD，異步置零復(fù)位端RD，工作狀態(tài)控制端EP、ET均接高電平，即始終處于計(jì)數(shù)狀態(tài)。兩片計(jì)數(shù)器的數(shù)據(jù)輸入端D0D3均接低電平。秒十位、分十位由十進(jìn)制計(jì)數(shù)器接成六進(jìn)制計(jì)數(shù)器得到，用置數(shù)法得到六進(jìn)制計(jì)數(shù)器，將74ls160的輸出端Q0、Q2接二輸入與非門，與非門輸出端接預(yù)置數(shù)端LD，則當(dāng)輸出數(shù)據(jù)為01

27、01時(shí)，預(yù)置數(shù)端為低，即當(dāng)下一個(gè)時(shí)鐘脈沖上升沿到達(dá)時(shí)，芯片開始置數(shù)，此時(shí)，由于置數(shù)端均為零，則數(shù)據(jù)輸出端均變?yōu)榱?，即得?5六進(jìn)制計(jì)數(shù)器，為了將兩片計(jì)數(shù)器接成六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，我們采用串行進(jìn)位方式，將低位計(jì)數(shù)器的進(jìn)位輸出端CO接非門，再接高位計(jì)數(shù)器時(shí)鐘信號(hào)輸入端CLK，從而構(gòu)成六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。電路圖如下： 六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器 3.2.2、時(shí)計(jì)時(shí)電路 時(shí)計(jì)時(shí)電路為二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器，同樣用同步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器來接。這里，我們采用整體置數(shù)法將百進(jìn)制計(jì)數(shù)器接成24進(jìn)制計(jì)數(shù)器。高位片與低位片之間采用并行進(jìn)位輸入的方式來接成百進(jìn)制計(jì)數(shù)器，即將低位片的進(jìn)位輸出端CO接高位片的狀態(tài)控制端EP、ET.數(shù)據(jù)輸入端同樣全接低

28、，復(fù)位端接高，低位片的狀態(tài)控制端都接高。為了實(shí)現(xiàn)0023的計(jì)數(shù)功能，則將時(shí)個(gè)位的輸出端Q0、Q1和時(shí)十位的輸出端Q1接三輸入與非門（74ls10），與非門的輸出端接兩片計(jì)數(shù)器的預(yù)置數(shù)端LD，從而實(shí)現(xiàn)整體指數(shù)的功能，當(dāng)計(jì)數(shù)器從00計(jì)數(shù)到23時(shí)，計(jì)數(shù)器均工作在預(yù)置數(shù)狀態(tài)，當(dāng)下一個(gè)時(shí)鐘脈沖的上升沿到達(dá)時(shí)，兩片計(jì)數(shù)器均被置零，從而實(shí)現(xiàn)小時(shí)的24進(jìn)制計(jì)數(shù)功能。電路圖如下： 二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器3.2.3、時(shí)、分、秒計(jì)時(shí)功能的實(shí)現(xiàn) 為了實(shí)現(xiàn)時(shí)、分、秒的準(zhǔn)確計(jì)時(shí)，則可將秒六十進(jìn)制計(jì)時(shí)電路、分六十進(jìn)制計(jì)時(shí)電路和時(shí)二十四進(jìn)制計(jì)時(shí)電路進(jìn)行級(jí)聯(lián)。同串行進(jìn)位方式相同，將秒十位的進(jìn)位輸出接非門，再接分個(gè)位的時(shí)鐘輸入端clk

29、，分十位的進(jìn)位輸出接非門，再接小時(shí)的時(shí)鐘輸入端CLK。由于分十位和秒十位都為六進(jìn)制計(jì)數(shù)器，則進(jìn)位輸出端可等同于計(jì)數(shù)器輸出端Q2，當(dāng)計(jì)數(shù)器由0101變?yōu)?000時(shí)可以得到進(jìn)位脈沖。整體計(jì)時(shí)電路如下：時(shí)計(jì)時(shí)器分計(jì)時(shí)器秒計(jì)時(shí)器 時(shí)鐘時(shí)分秒計(jì)時(shí)電路3.2.4、譯碼器驅(qū)動(dòng)電路及數(shù)碼管顯示電路 譯碼驅(qū)動(dòng)電路將計(jì)數(shù)器輸出的8421BCD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。這里，我們用74ls48七段顯示譯碼器來驅(qū)動(dòng)七段陰極數(shù)碼管。 用74ls48驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管時(shí)需保證其脈沖消隱輸出端RBO，脈沖消隱輸入端RBI及燈測(cè)試輸入端LT均接高電平。而七段陰極數(shù)碼管的7、6、4、2、

30、1、9、10管腳分別對(duì)應(yīng)數(shù)碼管的ag段，即接譯碼器的13、12、11、10、15、14管腳。譯碼器的數(shù)據(jù)輸入端D0D3分別對(duì)應(yīng)計(jì)數(shù)器的數(shù)據(jù)輸出端Q0Q3。電路圖如下： 譯碼器驅(qū)動(dòng)電路及數(shù)碼管顯示電路3.2.5、校時(shí)電路 當(dāng)重新接通電源或走時(shí)出現(xiàn)誤差時(shí)都需要對(duì)時(shí)間進(jìn)行校正。通常，校正時(shí)間的方法是：首先截?cái)嗾５挠?jì)數(shù)通路，然后再進(jìn)行人工出觸發(fā)計(jì)數(shù)或?qū)㈩l率較高的方波信號(hào)加到需要校正的計(jì)數(shù)單元的輸入端，校正好后，再轉(zhuǎn)入正常計(jì)時(shí)狀態(tài)即可。本方案中采用快校的方法，即通過校時(shí)控制電路將2HZ的校時(shí)脈沖加到計(jì)數(shù)單元的輸入端，因此，應(yīng)截?cái)喾謧€(gè)位、時(shí)個(gè)位的直接計(jì)數(shù)通路，并采用正常計(jì)時(shí)信號(hào)與校正信號(hào)可以隨時(shí)切換的電

31、路接入其中。如圖。 校時(shí)控制電路3.2.6、整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路 一般時(shí)鐘都應(yīng)具備整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路功能，即在時(shí)間出現(xiàn)整點(diǎn)前數(shù)秒內(nèi)，數(shù)字鐘會(huì)自動(dòng)報(bào)時(shí)，以示提醒。其作用方式是發(fā)出連續(xù)的或有節(jié)奏的音頻聲波，一般為4低音1高音發(fā)出間斷聲響。根據(jù)要求，電路應(yīng)在整點(diǎn)前10秒鐘內(nèi)開始整點(diǎn)報(bào)時(shí)，即當(dāng)時(shí)間在59分50秒到59分59秒期間時(shí)，報(bào)時(shí)電路控制報(bào)時(shí)信號(hào)。整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路功能表CP(秒)Q3Q2Q1Q0功能510001亮520010暗530011亮540100暗550101亮560110暗570111亮581000暗591001亮 17四、系統(tǒng)仿真：4.1、整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路仿真五、電路安裝調(diào)試： 整體電路分為計(jì)時(shí)模塊，脈沖發(fā)

32、生模塊，校時(shí)模塊，報(bào)時(shí)模塊。調(diào)試時(shí)分模塊在數(shù)字電路試驗(yàn)箱上進(jìn)行調(diào)試，逐個(gè)檢查各模塊的功能及解決出現(xiàn)的問題。 計(jì)時(shí)模塊調(diào)試時(shí)，為秒個(gè)位計(jì)時(shí)單元加秒脈沖，觀察計(jì)數(shù)器是否按要求工作。 脈沖發(fā)生模塊調(diào)試時(shí)將脈沖輸出端接示波器，觀察波形周期是否為所需周期。 校時(shí)電路調(diào)試時(shí)，須將校時(shí)控制部分與計(jì)時(shí)單元放在一起調(diào)試，加上2HZ校時(shí)脈沖，觀察各校時(shí)開關(guān)閉合時(shí)，時(shí)鐘是否正確校時(shí)。 報(bào)時(shí)電路的調(diào)試也與計(jì)時(shí)部分和校時(shí)部分一起調(diào)試，利用校時(shí)電路將計(jì)時(shí)器的輸出設(shè)定為接近整點(diǎn)的時(shí)間，然后觀察整點(diǎn)時(shí)，報(bào)時(shí)電路是否正常工作。問題：由于線路接觸不良，導(dǎo)致校時(shí)電路模塊異常，排除故障后電路正常工作。六、元件清單：6.1、元件清單7

33、4LS00D·······················1074LS08D·······················774LS20D&

34、#183;······················474LS160D······················6七段共陰極數(shù)碼管··&

35、#183;···········6電阻2······················46.2、各芯片管腳圖及功能表 6.2.1、555定時(shí)器的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 如圖（a）所示。它由分壓器、兩個(gè)電壓比較器、基本RS觸發(fā)器、晶體管及緩沖器組成。 1腳是接地端GND，2腳是低電平觸發(fā)端，3腳是輸出端OUT,四腳是復(fù)位端FT，5腳是電壓控制端，6腳是高電平觸發(fā)端，7腳是放電端，8腳是電源端VCC。 55