數(shù)字邏輯課程設計 數(shù)字電子鐘

1、 課程設計(綜合實驗)報告 題 目：第四個實驗 數(shù)字電子鐘 院 系： 計算機科學系班 級： 計算計科學與技術1班 學 號： 學生姓名： 隊員姓名： 指導教師： 數(shù)字邏輯綜合實驗任 務 書一、 目的與要求1 目的1.1綜合實驗是教學中必不可少的重要環(huán)節(jié)，通過綜合實驗鞏固、深化和擴展學生的理論知識與初步的專業(yè)技能，提高綜合運用知識的能力，逐步增強實際工程訓練。1.2注重培養(yǎng)學生正確的設計思想，掌握綜合實驗的主要內(nèi)容、步驟和方法。1.3培養(yǎng)學生獲取信息和綜合處理信息的能力、文字和語言表達能力以及協(xié)作工作能力。1.4提高學生運用所學的理論知識和技能解決實際問題的能 及其基本工程素質(zhì)。2.要求2.1 能

2、夠根據(jù)設計任務和指標要求，綜合運用電子技術課程中所學到的理論知識與實踐技能獨立完成一個設計課題。 2.2根據(jù)課題需要選擇參考書籍，查閱手冊、圖表等有關文獻資料。要求通過獨立思考、深入鉆研綜合實驗中所遇到的問題，培養(yǎng)自己分析、解決問題的能力。 2.3進一步熟悉常用電子器件的類型和特性，掌握合理選用的原則。 2.4學會電子電路的安裝與調(diào)試技能，掌握常用儀器設備的正確使用方法。利用“觀察、判斷、實驗、再判斷”的基本方法，解決實驗中出現(xiàn)的問題。 2.5學會撰寫綜合實驗總結(jié)報告。 2.6通過綜合實驗，逐步形成嚴肅認真、一絲不茍、實事求是的工作作風和科學態(tài)度，培養(yǎng)學生樹立一定的生產(chǎn)觀點、經(jīng)濟觀點和全局觀點

3、。要求學生在設計過程中，堅持勤儉節(jié)約的原則，從現(xiàn)有條件出發(fā)，力爭少損壞元件。 2.7在綜合實驗過程中，要做到愛護公物、遵守紀律、團結(jié)協(xié)作、注意安全。二、 主要內(nèi)容數(shù)字電子鐘設計一臺能顯示時分、秒的數(shù)字電子鐘，要求如下：1）秒分為0059六十進制計數(shù)器，時為0023二十四進制計數(shù)器；2）可手動校正：可分別對秒分時進行手動脈沖輸入調(diào)整或連續(xù)脈沖輸入校正，（校正時不能輸出進位）。元器件選擇74LS162：4塊 與非門74LS00：2塊 共陽數(shù)碼管LED74LS161：2塊 GAL16V8：2塊 晶體振蕩器：1MHZGAL20V8：1塊 TDS-4實驗箱導線若干 所需要器件的圖片如下1同步十進制計數(shù)器

4、74LS162 3輸入正與非門74LS00ClearClockABCDEnable PGNDVCCCarryQAQBQCQDEnable TLoad123456781615141312111091A1B1Y2A2B2YGNDVCC4B4A4Y3B3A3Y1234567141312111098ABY2異步十六進制計數(shù)器 74LS161 4 GAL20V8 一、 設計（實驗）正文數(shù)字鐘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。通常使用石英晶體振蕩器電路構成數(shù)字鐘。

5、晶體振蕩器電路給數(shù)字鐘提供一個頻率穩(wěn)定準確的1MHZ即220HZ的方波信號，可保證數(shù)字鐘的走時準確及穩(wěn)定。不管是指針式的電子鐘還是數(shù)字顯示的電子鐘都使用了晶體振蕩器電路。分頻器電路將1MHZ的高頻方波信號經(jīng)220次分頻后得到差不多1Hz的方波信號供秒計數(shù)器進行計數(shù)。分頻器實際上也就是計數(shù)器。時間計數(shù)電路由秒個位和秒十位計數(shù)器、分個位和分十位計數(shù)器及時個位和時十位計數(shù)器電路構成，其中秒個位和秒十位計數(shù)器、分個位和分十位計數(shù)器為60進制計數(shù)器，而根據(jù)設計要求，時個位和時十位計數(shù)器為24進制計數(shù)器。1；系統(tǒng)原理框圖如下一、 設計框圖LED數(shù)碼顯像管譯碼器譯碼器譯碼器譯碼器譯碼器譯碼器時十位計數(shù)器時個

6、位計數(shù)器分十位計數(shù)器分個位計數(shù)器秒十位計數(shù)器秒個位計數(shù)器三個GAL20V8分頻器系統(tǒng)原理框圖說明2.1 時、分、秒計時器計時器為一個24進制計數(shù)器，分、秒計時器均為60進制計數(shù)器。當秒計時器接受到一個秒脈沖時，秒計數(shù)器開始從1計數(shù)到60，此時秒顯示器將顯示00、01、02、.、59、00；每當秒計數(shù)器數(shù)到00時，就會產(chǎn)生一個脈沖輸出送至分計時器，此時分計數(shù)器數(shù)值在原有基礎上加1，其顯示器將顯示00、01、02、.、59、00；每當分計數(shù)器數(shù)到00時，就會產(chǎn)生一個脈沖輸出送至時計時器，此時時計數(shù)器數(shù)值在原有基礎上加1，其顯示器將顯示00、01、02、.、23、00。即當數(shù)字鐘運行到23點59分5

7、9秒時，當秒計時器在接受一個秒脈沖，數(shù)字鐘將自動顯示00點00分00秒。2.2 校時電路 當開關撥至校時檔時，電子鐘暫停工作，通過時、分校時開關分別對時、分進行校對，開關每按兩次，與開關對應的時或分計數(shù)器加1，當調(diào)至需要的時與分時，開啟運行開關，電子鐘從設置的時間開始往后計時。2.3 秒信號產(chǎn)生電路 晶體振蕩器電路給數(shù)字鐘提供一個頻率穩(wěn)定準確的1MHZ的方波信號，可保證數(shù)字鐘的走時準確及穩(wěn)定。不管是指針式的電子鐘還是數(shù)字顯示的電子鐘都使用了晶體振蕩器電路。分頻器電路將1MHZ的高頻方波信號經(jīng)220次分頻后得到差不多1Hz的方波信號供秒計數(shù)器進行計數(shù)。2.4 電路的基本接法如下圖依次是時，分，秒

8、三、各部分功能及其具體實現(xiàn)方案3.1主體電路部分（1）時、分、秒計時器 3.11二十四進制計數(shù)器簡要原理說明：24進制計數(shù)器是由兩個10進制計數(shù)器74LS162器件還有GAL20V8元件級聯(lián)構成，然后利用同步預置的方法實現(xiàn)。二十四進制采用了同步預置的作用，所以若是時間控制為0 到23，則23所存在的時間不夠一個周期，若反饋的數(shù)定為24.這樣24與0共占用一個周期的時間。當達到24即00100100是，恰好有與非電路實現(xiàn)清零。24進制的連接圖（上圖）3.12六十進制計數(shù)器簡單原理說明：60進制計數(shù)器是由一個10進制計數(shù)器：74LS162還有一個10進制：74LS161級聯(lián)構成，然后利用個位同步清

9、零，十位異步清零的方法實現(xiàn)。如圖所示，14到11是高位的，組成100進制后，當高位為0101.即5時，低位開始進行計數(shù)。從0000一直到1001，此時11 為1，則經(jīng)過非門后為0，也就是說在這個過程中經(jīng)歷了一個下降沿，這使得高位有效，即高位可以繼續(xù)增加了，但11和13經(jīng)過與門回到直接置數(shù)端，這樣置數(shù)有效，因為接入點均接地，即為輸入均為0，又開始計時了。這樣就實現(xiàn)了00到59的變化，因為是同步置數(shù)，所以不會出現(xiàn)60。對于兩種電路的設計，既運用到了同步置數(shù)，又利用了異步清零，兩者協(xié)調(diào)好了，就可以靈活的工作了。60進制的連接圖（上圖） （分與秒都是一樣）分頻器是由三個GAL 16V8級連接而成五 調(diào)

10、試電路具體調(diào)試步驟與方法：（1）用示波器檢測石英晶振的輸出信號波形和頻率，輸出頻率應為0.1MHZ，（2）將0.1MHZ信號送入分頻器，用示波器檢查各級分頻器的輸出頻率是否符合要求，（3）將1HZ秒脈沖分別送入時 分 秒計數(shù)器，檢查各組計數(shù)器的工作情況，（4）觀察校時電路功能是否滿足要求，（5）當分頻器和計數(shù)器調(diào)試工作正常后，觀察電子鐘是否正確，正常地工作。2 校時電源電路當重新接通電源或走時出現(xiàn)誤差時都需要對時間進行校正。通常，校正時間的方法是：首先截斷正常的計數(shù)通路，然后再進行人工觸發(fā)計數(shù)或?qū)㈩l率較高的方波信號加到需要校正的計數(shù)單元的輸入端，校正好后，再轉(zhuǎn)入正常計時狀態(tài)即可。 根據(jù)要求，數(shù)

11、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。校正好后再將單刀雙擲開關切換到正常的計時檔位，校時結(jié)束。簡要原理說明：這個電路連接部分也實現(xiàn)了以上分，秒，時計數(shù)電路的連接。在59分或者59秒時，即01011001，里面一共有4個1.分別輸入與門的四個輸入端，也就是說，只有59時，與門的輸出才為1，當單擊空格鍵時，電路導通，經(jīng)過一個非門與時電路連接，這樣就順利的在下降沿實現(xiàn)增長。所以經(jīng)過一個59秒時，分鐘增加一分鐘，經(jīng)過一個59分時，小時增加一小時。這樣一個基本的數(shù)字電子鐘就完成了。四 課程設計總結(jié)（心得體會）通過這

12、次數(shù)字電子鐘的課程設計，我們才把學到的東西與實踐相結(jié)合。從中對我們學的知識有了更進一步的理解。這是一次綜合性很強的實驗，從最初的模型規(guī)劃，到具體功能的實現(xiàn)，再到電路的連接，直至最后的電路調(diào)試，每一個環(huán)節(jié)都讓我加深了對實際問題的思考，同時也讓我動手能力有了很大的提高。在此次的數(shù)字鐘設計過程中，更進一步地熟悉了芯片的結(jié)構及掌握了各芯片的工作原理和其具體的使用方法。也鍛煉了自己獨立思考問題的能力和通過查看相關資料來解決問題的習慣。雖然這只是一次簡單的課程設計，但通過這次課程設計我們了解了課程設計的一般步驟，和設計中應注意的問題。設計本身并不是有很重要的意義，而是同學們對待問題時的態(tài)度，團隊精神和處理

13、事情的能力。至于設計的成績無須看的太過于重要，而是設計的過程，設計的思想和設計電路中的每一個環(huán)節(jié)，電路中各個部分的功能是如何實現(xiàn)的。各個芯片能夠完成什么樣的功能，使用芯片時應該注意那些要點。同一個電路可以用那些芯片實現(xiàn)，各個芯片實現(xiàn)同一個功能的區(qū)別。首先，本次實驗均能按照實驗設計要求的各項功能完成，包括秒脈沖電路，時鐘顯示，校時電路。完成的電路可以做到顯示進制小時，六十進制分鐘和六十進制秒鐘。并能夠在時間顯示不準確的時候進行校時。其次，在設計過程當中，在選擇芯片上面，我們同組的人會產(chǎn)生一些分歧，比如在選擇六十進制和十進制的計數(shù)器中，我們選擇了用74SL162，而他們則選擇74SL161，盡管有些不同但經(jīng)過大家的調(diào)試均可以實現(xiàn)其應要的功能。在這個過程中，我更深刻地體會從分立元件到中小規(guī)模集成電路再到大規(guī)模集成電路的組成過程。同時也更加深入地了解了TD