數(shù)字邏輯課程設(shè)計(jì)數(shù)字電子鐘

/課程設(shè)計(jì)<綜合實(shí)驗(yàn)>報告題目：第四個實(shí)驗(yàn)數(shù)字電子鐘院系：計(jì)算機(jī)科學(xué)系班級：計(jì)算計(jì)科學(xué)與技術(shù)1班學(xué)號：學(xué)生姓名：隊(duì)員姓名：指導(dǎo)教師：《數(shù)字邏輯》綜合實(shí)驗(yàn)任務(wù)書一、目的與要求1目的1.1綜合實(shí)驗(yàn)是教學(xué)中必不可少的重要環(huán)節(jié),通過綜合實(shí)驗(yàn)鞏固、深化和擴(kuò)展學(xué)生的理論知識與初步的專業(yè)技能,提高綜合運(yùn)用知識的能力,逐步增強(qiáng)實(shí)際工程訓(xùn)練。1.2注重培養(yǎng)學(xué)生正確的設(shè)計(jì)思想,掌握綜合實(shí)驗(yàn)的主要內(nèi)容、步驟和方法。1.3培養(yǎng)學(xué)生獲取信息和綜合處理信息的能力、文字和語言表達(dá)能力以及協(xié)作工作能力。1.4提高學(xué)生運(yùn)用所學(xué)的理論知識和技能解決實(shí)際問題的能及其基本工程素質(zhì)。2.要求2.1能夠根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)和指標(biāo)要求,綜合運(yùn)用電子技術(shù)課程中所學(xué)到的理論知識與實(shí)踐技能獨(dú)立完成一個設(shè)計(jì)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(guān)文獻(xiàn)資料。要求通過獨(dú)立思考、深入鉆研綜合實(shí)驗(yàn)中所遇到的問題,培養(yǎng)自己分析、解決問題的能力。2.3進(jìn)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(xué)會電子電路的安裝與調(diào)試技能,掌握常用儀器設(shè)備的正確使用方法。利用"觀察、判斷、實(shí)驗(yàn)、再判斷"的基本方法,解決實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問題。2.5學(xué)會撰寫綜合實(shí)驗(yàn)總結(jié)報告。2.6通過綜合實(shí)驗(yàn),逐步形成嚴(yán)肅認(rèn)真、一絲不茍、實(shí)事求是的工作作風(fēng)和科學(xué)態(tài)度,培養(yǎng)學(xué)生樹立一定的生產(chǎn)觀點(diǎn)、經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)和全局觀點(diǎn)。要求學(xué)生在設(shè)計(jì)過程中,堅(jiān)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(shí)驗(yàn)過程中,要做到愛護(hù)公物、遵守紀(jì)律、團(tuán)結(jié)協(xié)作、注意安全。二、主要內(nèi)容數(shù)字電子鐘設(shè)計(jì)一臺能顯示時﹑分、秒的數(shù)字電子鐘,要求如下：1秒﹑分為00—59六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器,時為00—23二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器；2可手動校正：可分別對秒﹑分﹑時進(jìn)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(jìn)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(shí)驗(yàn)箱導(dǎo)線若干所需要器件的圖片如下1同步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS1623輸入正與非門74LS00ClearClockClearClockABCDEnablePGNDVCCCarryQAQBQCQDEnableTLoad123456781615141312111091A1B1Y2A2B2YGNDVCC4B4A4Y3B3A3Y1234567141312111098ABY2異步十六進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS1614GAL20V8設(shè)計(jì)〔實(shí)驗(yàn)正文數(shù)字鐘實(shí)際上是一個對標(biāo)準(zhǔn)頻率〔1HZ進(jìn)行計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)電路。由于計(jì)數(shù)的起始時間不可能與標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)的1HZ時間信號必須做到準(zhǔn)確穩(wěn)定。通常使用石英晶體振蕩器電路構(gòu)成數(shù)字鐘。晶體振蕩器電路給數(shù)字鐘提供一個頻率穩(wěn)定準(zhǔn)確的1MHZ即2^20HZ的方波信號,可保證數(shù)字鐘的走時準(zhǔn)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)2^20次分頻后得到差不多1Hz的方波信號供秒計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)。分頻器實(shí)際上也就是計(jì)數(shù)器。時間計(jì)數(shù)電路由秒個位和秒十位計(jì)數(shù)器、分個位和分十位計(jì)數(shù)器及時個位和時十位計(jì)數(shù)器電路構(gòu)成,其中秒個位和秒十位計(jì)數(shù)器、分個位和分十位計(jì)數(shù)器為60進(jìn)制計(jì)數(shù)器,而根據(jù)設(shè)計(jì)要求,時個位和時十位計(jì)數(shù)器為24進(jìn)制計(jì)數(shù)器。

1；系統(tǒng)原理框圖如下設(shè)計(jì)框圖LED數(shù)碼顯像管譯碼器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(jì)數(shù)器時個位計(jì)數(shù)器分十位計(jì)數(shù)器分個位計(jì)數(shù)器秒十位計(jì)數(shù)器秒個位計(jì)數(shù)器三個GAL20V8分頻器2.1時、分、秒計(jì)時器計(jì)時器為一個24進(jìn)制計(jì)數(shù)器,分、秒計(jì)時器均為60進(jìn)制計(jì)數(shù)器。當(dāng)秒計(jì)時器接受到一個秒脈沖時,秒計(jì)數(shù)器開始從1計(jì)數(shù)到60,此時秒顯示器將顯示00、01、02、...、59、00；每當(dāng)秒計(jì)數(shù)器數(shù)到00時,就會產(chǎn)生一個脈沖輸出送至分計(jì)時器,此時分計(jì)數(shù)器數(shù)值在原有基礎(chǔ)上加1,其顯示器將顯示00、01、02、...、59、00；每當(dāng)分計(jì)數(shù)器數(shù)到00時,就會產(chǎn)生一個脈沖輸出送至?xí)r計(jì)時器,此時時計(jì)數(shù)器數(shù)值在原有基礎(chǔ)上加1,其顯示器將顯示00、01、02、...、23、00。即當(dāng)數(shù)字鐘運(yùn)行到23點(diǎn)59分59秒時,當(dāng)秒計(jì)時器在接受一個秒脈沖,數(shù)字鐘將自動顯示00點(diǎn)00分00秒。2.2校時電路當(dāng)開關(guān)撥至校時檔時,電子鐘暫停工作,通過時、分校時開關(guān)分別對時、分進(jìn)行校對,開關(guān)每按兩次,與開關(guān)對應(yīng)的時或分計(jì)數(shù)器加1,當(dāng)調(diào)至需要的時與分時,開啟運(yùn)行開關(guān),電子鐘從設(shè)置的時間開始往后計(jì)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(zhǔn)確的1MHZ的方波信號,可保證數(shù)字鐘的走時準(zhǔn)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)2^20次分頻后得到差不多1Hz的方波信號供秒計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)。2.4電路的基本接法如下圖依次是時,分,秒三、各部分功能及其具體實(shí)現(xiàn)方案3.1．主體電路部分〔1時、分、秒計(jì)時器3.11二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器簡要原理說明：24進(jìn)制計(jì)數(shù)器是由兩個10進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS162器件還有GAL20V8元件級聯(lián)構(gòu)成,然后利用同步預(yù)置的方法實(shí)現(xiàn)。二十四進(jìn)制采用了同步預(yù)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(dāng)達(dá)到24即00100100是,恰好有與非電路實(shí)現(xiàn)清零。24進(jìn)制的連接圖〔上圖3.12六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器簡單原理說明：60進(jìn)制計(jì)數(shù)器是由一個10進(jìn)制計(jì)數(shù)器：74LS162還有一個10進(jìn)制：74LS161級聯(lián)構(gòu)成,然后利用個位同步清零,十位異步清零的方法實(shí)現(xiàn)。如圖所示,14到11是高位的,組成100進(jìn)制后,當(dāng)高位為0101.即5時,低位開始進(jìn)行計(jì)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?yàn)榻尤朦c(diǎn)均接地,即為輸入均為0,又開始計(jì)時了。這樣就實(shí)現(xiàn)了00到59的變化,因?yàn)槭峭街脭?shù),所以不會出現(xiàn)60。對于兩種電路的設(shè)計(jì),既運(yùn)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(jìn)制的連接圖〔上圖〔分與秒都是一樣分頻器是由三個GAL16V8級連接而成五調(diào)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(yīng)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(jì)數(shù)器,檢查各組計(jì)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(dāng)分頻器和計(jì)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(dāng)重新接通電源或走時出現(xiàn)誤差時都需要對時間進(jìn)行校正。通常,校正時間的方法是：首先截斷正常的計(jì)數(shù)通路,然后再進(jìn)行人工觸發(fā)計(jì)數(shù)或?qū)㈩l率較高的方波信號加到需要校正的計(jì)數(shù)單元的輸入端,校正好后,再轉(zhuǎn)入正常計(jì)時狀態(tài)即可。

根據(jù)要求,數(shù)字鐘應(yīng)具有分校正和時校正功能,因此,應(yīng)截斷分個位和時個位的直接計(jì)數(shù)通路,并采用正常計(jì)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(guān)切換到正常的計(jì)時檔位,校時結(jié)束。簡要原理說明：這個電路連接部分也實(shí)現(xiàn)了以上分,秒,時計(jì)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(dāng)單擊空格鍵時,電路導(dǎo)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(shí)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(shè)計(jì)總結(jié)〔心得體會通過這次數(shù)字電子鐘的課程設(shè)計(jì),我們才把學(xué)到的東西與實(shí)踐相結(jié)合。從中對我們學(xué)的知識有了更進(jìn)一步的理解。這是一次綜合性很強(qiáng)的實(shí)驗(yàn),從最初的模型規(guī)劃,到具體功能的實(shí)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(shí)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(shè)計(jì)過程中,更進(jìn)一步地熟悉了芯片的結(jié)構(gòu)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(dú)立思考問題的能力和通過查看相關(guān)資料來解決問題的習(xí)慣。雖然這只是一次簡單的課程設(shè)計(jì),但通過這次課程設(shè)計(jì)我們了解了課程設(shè)計(jì)的一般步驟,和設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題。設(shè)計(jì)本身并不是有很重要的意義,而是同學(xué)們對待問題時的態(tài)度,團(tuán)隊(duì)精神和處理事情的能力。至于設(shè)計(jì)的成績無須看的太過于重要,而是設(shè)計(jì)的過程,設(shè)計(jì)的思想和設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)的。各個芯片能夠完成什么樣的功能,使用芯片時應(yīng)該注意那些要點(diǎn)。同一個電路可以用那些芯片實(shí)現(xiàn),各個芯片實(shí)現(xiàn)同一個功能的區(qū)別。首先,本次實(shí)驗(yàn)均能按照實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要求的各項(xiàng)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２４進(jìn)制小時,六十進(jìn)制分鐘和六十進(jìn)制秒鐘。并能夠在時間顯示不準(zhǔn)確的時候進(jìn)行校時。其次,在設(shè)計(jì)過程當(dāng)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(jìn)制和十進(jìn)制的計(jì)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(shí)現(xiàn)其應(yīng)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