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文檔簡(jiǎn)介
1、 任務(wù)書(shū)設(shè)計(jì)目的1.掌握數(shù)字電子技術(shù)課程的基本理論以及方法的基礎(chǔ)2.掌握數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)、調(diào)試方法3,能夠以十進(jìn)制顯示“時(shí)”,“分”,“秒”設(shè)計(jì)要求時(shí)鐘顯示功能,能夠以十進(jìn)制顯示“時(shí)”,“分”,“秒”。整時(shí)響鈴,時(shí)分秒可調(diào)基本要求.時(shí)鐘顯示功能,基本功能完整,時(shí)間可調(diào)1、 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 通過(guò)對(duì)數(shù)字電子技術(shù)課程的學(xué)習(xí),讓同學(xué)掌握數(shù)字電子技術(shù)課程的基本理論以及方法,加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解,同時(shí)積極有效的提高了學(xué)生的動(dòng)手能力,獨(dú)立思考和解決問(wèn)題的能力,創(chuàng)新思維能力、協(xié)調(diào)能力,以及團(tuán)結(jié)合作、互幫互助的優(yōu)良傳統(tǒng)。為了充分體現(xiàn)這些精神和能力,所以讓同學(xué)獨(dú)立自主的制造一個(gè)數(shù)字時(shí)鐘,故,對(duì)同學(xué)設(shè)計(jì)的數(shù)字時(shí)鐘進(jìn)
2、行如下要求:時(shí)鐘顯示功能,能夠以十進(jìn)制顯示“時(shí)”,“分”,“秒”。2、 設(shè)計(jì)的作用、目的(1)在同學(xué)掌握數(shù)字電子技術(shù)課程的基本理論以及方法的基礎(chǔ)上,加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解,同時(shí)積極有效的提高了學(xué)生的動(dòng)手能力,獨(dú)立思考和解決問(wèn)題的能力,創(chuàng)新思維能力、協(xié)調(diào)能力,以及團(tuán)結(jié)合作、互幫互助的優(yōu)良傳統(tǒng)。 (2)掌握組合邏輯電路、時(shí)序邏輯電路及數(shù)字邏輯電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、測(cè)試方法;進(jìn)一步鞏固所學(xué)的理論知識(shí),提高運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。(3). 熟悉集成電路的引腳安排,掌握各芯片的邏輯功能及使用方法了解面包板結(jié)構(gòu)及其接線方法,了解數(shù)字鐘的組成及工作原理,熟悉數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)與制作。(4). 掌握
3、數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)、調(diào)試方法。3、 設(shè)計(jì)過(guò)程1. 方案設(shè)計(jì)與論證數(shù)字鐘的邏輯結(jié)構(gòu)主要包括有六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器、二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器(其中包括六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器和二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器均由十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS160接成)、動(dòng)態(tài)顯示譯碼器、LED數(shù)碼管顯示環(huán)節(jié)、555定時(shí)器(可以提供一個(gè)比較精確的1Hz的時(shí)鐘脈沖),時(shí)間設(shè)置環(huán)節(jié)可以提供時(shí)間的初始設(shè)置,動(dòng)態(tài)顯示譯碼器提供將BCD代碼(即8421碼)譯成數(shù)碼顯示管所需要的驅(qū)動(dòng)信號(hào),使LED數(shù)碼管用十進(jìn)制數(shù)字顯示出BCD代碼所表示的數(shù)值。數(shù)字鐘電路系統(tǒng)的組成框圖:時(shí)顯示器分顯示器秒顯示器時(shí)譯碼器分譯碼器秒譯碼器24時(shí)計(jì)數(shù)器60分計(jì)數(shù)器60秒計(jì)數(shù)器校時(shí)電路555定時(shí)器(1)55
4、5定時(shí)器的設(shè)計(jì)555定時(shí)器是一種多用途的數(shù)字 模擬混合集成電路,利用它能極方便地構(gòu)成施密斯觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器。由于使用靈活、方便,所以555定時(shí)器在波形的產(chǎn)生與變換、測(cè)量與控制、家用電器、電子玩具等許多領(lǐng)域中都得到了應(yīng)用。本設(shè)計(jì)方案使用555多諧振蕩器來(lái)產(chǎn)生1HZ的信號(hào)。通過(guò)改變相應(yīng)的電阻電容值可使頻率微調(diào),不必使用分頻器來(lái)對(duì)高頻信號(hào)進(jìn)行分頻使電路繁復(fù)。雖然此振蕩器沒(méi)有石英晶體穩(wěn)定度和精確性高,由于設(shè)計(jì)方便,操作簡(jiǎn)單,成為了設(shè)計(jì)時(shí)的首選,但是由于與實(shí)驗(yàn)中使用的555芯片產(chǎn)生的脈沖相比較,利用晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)更加的穩(wěn)定,通過(guò)電壓表的測(cè)量能很好的觀察到這一點(diǎn),同時(shí)在顯示上能夠更加接
5、進(jìn)預(yù)定的值,受外界環(huán)境的干擾較少,一定程度上優(yōu)于使用555芯片產(chǎn)生信號(hào)方式。最終我們選擇了555定時(shí)器作為秒脈沖發(fā)生器。在555定時(shí)器的外部接適當(dāng)?shù)碾娮韬碗娙菰?gòu)成多諧振蕩器,再選擇元件參數(shù)使其發(fā)出標(biāo)準(zhǔn)秒信號(hào)。555定時(shí)器的功能主要由上、下兩個(gè)比較器1、2的工作狀況決定。若復(fù)位端 加低電平或接地,可使電路強(qiáng)制復(fù)位,不管555電路原處于什么狀態(tài),均可使它的輸出為“0”電平。只要在555定時(shí)器電路外部配上兩個(gè)電阻及兩個(gè)電容元件,并將某些引腳相連,就可方便地構(gòu)成多諧振蕩器。555是數(shù)字鐘脈沖產(chǎn)生的核心部分。為了保證脈沖的準(zhǔn)確性與穩(wěn)定性,R1和R2采用可調(diào)電阻,經(jīng)過(guò)不斷的調(diào)試,R1的阻值大約在15K
6、左右,R2的電阻大約在68K左右,電容C大小為10uF,經(jīng)過(guò)多次調(diào)試后可以得到頻率為1Hz的秒脈沖,并將其作為整個(gè)多功能數(shù)字鐘的脈沖源,作為計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)等功能之用R1=R2T=(R1+2R2)Cln2=1R1=1(3Cln2)=48k(2)計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)計(jì)數(shù)器是一種計(jì)算輸入脈沖的時(shí)序邏輯網(wǎng)絡(luò),被計(jì)數(shù)的輸入信號(hào)就是時(shí)序網(wǎng)絡(luò)的時(shí)鐘脈沖,它不僅可以計(jì)數(shù)而且還可以用來(lái)完成其他特定的邏輯功能,如測(cè)量、定時(shí)控制、數(shù)字運(yùn)算等等。首先是由555定時(shí)器給秒個(gè)位計(jì)數(shù)器一個(gè)1Hz的脈沖,秒信號(hào)經(jīng)秒計(jì)數(shù)器.分計(jì)數(shù)器.時(shí)計(jì)數(shù)器之后,分別得到“秒”個(gè)位十位,“分”個(gè)位十位,以及“時(shí)”個(gè)位十位輸出信號(hào),然后送至顯示電路,以便實(shí)
7、現(xiàn)用數(shù)字顯示時(shí).分.秒的要求?!懊搿焙汀胺钟?jì)數(shù)器應(yīng)為六十進(jìn)制,二“時(shí)”計(jì)數(shù)器應(yīng)為二十四進(jìn)制。采用十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS160來(lái)實(shí)現(xiàn)時(shí)間計(jì)數(shù)單元的計(jì)數(shù)功能。數(shù)字鐘的計(jì)數(shù)電路是用兩個(gè)六十進(jìn)制計(jì)數(shù)電路和“12翻1”計(jì)數(shù)電路實(shí)現(xiàn)的。數(shù)字鐘的計(jì)數(shù)電路的設(shè)計(jì)可以用反饋清零法。當(dāng)計(jì)數(shù)器正常計(jì)數(shù)時(shí),反饋門(mén)不起作用,只有當(dāng)進(jìn)位脈沖到來(lái)時(shí),反饋信號(hào)將計(jì)數(shù)電路清零,實(shí)現(xiàn)相應(yīng)模的循環(huán)計(jì)數(shù)。以六十進(jìn)制為例,當(dāng)計(jì)數(shù)器從00,01,02,59計(jì)數(shù)時(shí),反饋門(mén)不起作用,只有當(dāng)?shù)?0個(gè)秒脈沖到來(lái)時(shí),反饋信號(hào)隨即將計(jì)數(shù)電路清零,實(shí)現(xiàn)模為60的循環(huán)計(jì)數(shù)。六十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。采用74LS160組成六十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器,可利用74LS160
8、異步清零端通過(guò)反饋歸零來(lái)實(shí)現(xiàn)。六十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器1) .二十四進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。由兩個(gè)74LS160和74LS00四2輸入與非門(mén)組成二十四進(jìn)制“時(shí)”計(jì)數(shù)器。 二十四進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器(3)校時(shí)電路的設(shè)計(jì)校時(shí)電路的作用是:當(dāng)數(shù)字鐘接通電源或者出現(xiàn)誤差時(shí),校正時(shí)間。校時(shí)是數(shù)字鐘應(yīng)具有的基本功能。一般電子表都具有時(shí)、分、秒等校時(shí)功能。為了使電路簡(jiǎn)單,在此設(shè)計(jì)中只進(jìn)行分和小時(shí)的校時(shí)。校時(shí)有“快校時(shí)”和“慢校時(shí)”兩種,“快校時(shí)”是通過(guò)開(kāi)關(guān)控制,使計(jì)數(shù)器對(duì)1Hz校時(shí)脈沖計(jì)數(shù)?!奥r(shí)”是用手動(dòng)產(chǎn)生單脈沖作校時(shí)脈沖。圖中S1校分用的控制開(kāi)關(guān),S2(總圖)為校時(shí)用的控制開(kāi)關(guān),它們的控制功能如表4所示,校時(shí)脈沖采用分
9、頻器輸出的1Hz脈沖,當(dāng)S1或S2分別為“0”時(shí)可以進(jìn)行“快校時(shí)”。如果校時(shí)脈沖由單次脈沖產(chǎn)生器提供,則可以進(jìn)行“慢校時(shí)”。四-2輸入與非門(mén)74LS00集成邏輯門(mén)是數(shù)字電路中應(yīng)用十分廣泛最基本的一種器件,為了合理的使用和充分利用其性能,必須對(duì)它的主要參數(shù)和邏輯功能進(jìn)行測(cè)試。74LS00與非門(mén)的主要參數(shù)為:輸出高電平:指與非門(mén)有一個(gè)以上輸入端接地或接低電平時(shí)的輸出電平值。輸出低電平:指與非門(mén)的所有輸入端均接高電平時(shí)的輸出電平值。開(kāi)門(mén)電平:指與非門(mén)輸出處于額定低電平時(shí)允許輸入高電平的最小值。關(guān)門(mén)電平:指與非門(mén)輸出處于高電平狀態(tài)時(shí)允許輸入低電平的最大值。電壓傳輸特性:是指門(mén)的輸出電壓隨輸入電壓而變化
10、的曲線,由它可以得到門(mén)電路的輸出高電平、輸出低電平、關(guān)門(mén)電平和開(kāi)門(mén)電平等。低電平的輸出電源電流;是指輸入所有端都懸空,輸出端空載時(shí),電源提供器件的電流。高電平輸出電源電流:是指輸出端空載,每個(gè)門(mén)各有一個(gè)以上的輸入端接地,電源提供給器件的電流。低電平輸入電流:是指被測(cè)輸入端接地,其余輸入端懸空時(shí),由被測(cè)輸入端流出的電流值。高電平輸入電流:指被測(cè)輸入端接高電平,其余輸入端接地,流入被測(cè)輸入端的電流值。扇出系數(shù):門(mén)電路能驅(qū)動(dòng)同類門(mén)的個(gè)數(shù),它是衡量門(mén)電路負(fù)載能力的一個(gè)參數(shù),TTL與非門(mén)有兩種不同性質(zhì)的負(fù)載,即灌電流負(fù)載和拉電流負(fù)載,因此有兩種扇出系數(shù)。即低電平扇出系數(shù)和高電平扇出系數(shù)。(4)譯碼和顯示
11、電路的設(shè)計(jì)譯碼器是一個(gè)多輸入、多輸出的組合邏輯電路。它的工作是把給定的代碼進(jìn)行“翻譯”,變成相應(yīng)的狀態(tài),使輸出通道中相應(yīng)的一路有信號(hào)輸出。譯碼器在數(shù)字系統(tǒng)中有廣泛的用途,不僅用于代碼的轉(zhuǎn)換、終端的數(shù)字顯示,還用于數(shù)字分配,存儲(chǔ)器尋址和組合控制信號(hào)等。譯碼器可以分為通用譯碼器和顯示譯碼器兩大類。在電路中用的譯碼器是共陰極譯碼器74LS248,74LS248輸入的8421BCD碼ABCD譯成七段輸出a-g,再由七段數(shù)碼管顯示相應(yīng)的數(shù)。本設(shè)計(jì)譯碼和顯示電路由74LS248和七段數(shù)碼管組成。六個(gè)74LS248和六個(gè)七段數(shù)碼管組成。七段數(shù)碼管,隨著秒計(jì)數(shù)脈沖不斷的輸入和計(jì)時(shí)的變化,連續(xù)的進(jìn)行時(shí)、分、秒計(jì)
12、時(shí)顯示。四、心得體會(huì)及建議通過(guò)此次的數(shù)字時(shí)鐘課程設(shè)計(jì),無(wú)疑的一點(diǎn):我學(xué)到了很多。早在大一的時(shí)候我就在問(wèn)自己我學(xué)電路分析究竟拿來(lái)干什么,學(xué)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)拿來(lái)干什么,都埋頭苦干在書(shū)本上,一點(diǎn)興趣都沒(méi)有,一點(diǎn)趣味都沒(méi)有,以至于花了時(shí)間在課本上,卻沒(méi)讓自己得到更多的收獲??蛇@次不一樣了,我對(duì)專業(yè)的興趣來(lái)了,我對(duì)專業(yè)的熱情燃燒了,此次的數(shù)字時(shí)鐘課程設(shè)計(jì)就是我對(duì)專業(yè)熱情燃燒的導(dǎo)火線。通過(guò)此次的數(shù)字時(shí)鐘課程設(shè)計(jì),不僅讓我對(duì)專業(yè)重新了解,也讓我在其中學(xué)到了很多,從理論學(xué)習(xí)到實(shí)踐學(xué)習(xí),其理論、實(shí)踐的完美結(jié)合更讓我知道了電子信息工程的本質(zhì)。通過(guò)本次課程設(shè)計(jì),我明白了一個(gè)道理:無(wú)論做什么事情,都必需養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn),認(rèn)真
13、,善思的工作作風(fēng).我這畢業(yè)設(shè)計(jì)由于我采用的是數(shù)字電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的,所以電路較復(fù)雜,但是容易理解.每一部分我都能理解并且能有多種設(shè)計(jì)方法.我認(rèn)為,在這學(xué)期的實(shí)驗(yàn)中,不僅培養(yǎng)了獨(dú)立思考、動(dòng)手操作的能力,在各種其它能力上也都有了提高。更重要的是,在實(shí)驗(yàn)課上,我們學(xué)會(huì)了很多學(xué)習(xí)的方法。而這是日后最實(shí)用的,真的是受益匪淺。要面對(duì)社會(huì)的挑戰(zhàn),只有不斷的學(xué)習(xí)、實(shí)踐,再學(xué)習(xí)、再實(shí)踐。這對(duì)于我們的將來(lái)也有很大的幫助。以后,不管有多苦,我想我們都能變苦為樂(lè),找尋有趣的事情,發(fā)現(xiàn)其中珍貴的事情。就像中國(guó)提倡的艱苦奮斗一樣,我們都可以在實(shí)驗(yàn)結(jié)束之后變的更加成熟,會(huì)面對(duì)需要面對(duì)的事情。最后在實(shí)現(xiàn)多功能數(shù)字鐘的各相功能,都達(dá)到了預(yù)期的結(jié)果,并且很美觀。沒(méi)有最好,只有更好。我相信通過(guò)這一次的課程設(shè)計(jì)之后,我以后會(huì)更加努力,用嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度去面對(duì)一切??朔щy,戰(zhàn)勝自我,超越自我。五、附錄序 號(hào)名 稱型 號(hào) 參 數(shù)數(shù) 量備注1同步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS1606
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