數(shù)字電子技術(shù)電路課程設(shè)計(jì)

-.z.數(shù)字電子技術(shù)電路課程設(shè)計(jì)題目：數(shù)字時(shí)鐘說明書所在學(xué)院：信息工程學(xué)院專業(yè)：通信工程班級(jí)：16--1授課教師：小組成員：時(shí)間：2014-6-10數(shù)字時(shí)鐘說明書數(shù)字鐘是一種用數(shù)字電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)時(shí)，分，秒計(jì)時(shí)的裝置，具有較高的準(zhǔn)確性和直觀性等各方面的優(yōu)勢(shì)，而得到廣泛的應(yīng)用。此次設(shè)計(jì)數(shù)字電子鐘是為了了解數(shù)字鐘的原理，在設(shè)計(jì)數(shù)字電子鐘的過程中，用數(shù)字電子技術(shù)的理論和制作實(shí)踐相結(jié)合，進(jìn)一步加深數(shù)字電子技術(shù)課程知識(shí)的理解和應(yīng)用，同時(shí)學(xué)會(huì)使用Multisim電子設(shè)計(jì)軟件。一、設(shè)計(jì)目的1.熟悉集成電路的引腳安排.2.掌握各芯片的邏輯功能及使用方法.3.了解面包板構(gòu)造及其接線方法.4.了解數(shù)字鐘的組成及工作原理.5.熟悉數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)與制作.二、設(shè)計(jì)要求1.顯示時(shí)，分，秒，用24小時(shí)制2.能夠進(jìn)展校時(shí)，可以對(duì)數(shù)字鐘進(jìn)展調(diào)時(shí)間1.設(shè)計(jì)指標(biāo)時(shí)間以24小時(shí)為一個(gè)周期;顯示時(shí),分,秒;有校時(shí)功能,可以分別對(duì)時(shí)及分進(jìn)展單獨(dú)校時(shí),使其校正到標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間;為了保證計(jì)時(shí)的穩(wěn)定及準(zhǔn)確須由晶體振蕩器提供表針時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào).畫出電路原理圖(或仿真電路圖);判斷元器件及參數(shù)選擇;電路仿真與調(diào)試;PCB文件生成與打印輸出.3.制作要求自行裝配和調(diào)試,并能發(fā)現(xiàn)問題和解決問題.4.編寫設(shè)計(jì)報(bào)告寫出設(shè)計(jì)與制作的全過程,附上有關(guān)資料和圖紙,有心得體會(huì).1.數(shù)字鐘的構(gòu)成數(shù)字鐘實(shí)際上是一個(gè)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)頻率(1HZ)進(jìn)展計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)電路.由于計(jì)數(shù)的起始時(shí)間不可能與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間(如時(shí)間)一致,故需要在電路上加一個(gè)校時(shí)電路,同時(shí)標(biāo)準(zhǔn)的1HZ時(shí)間信號(hào)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.圖3-1所示為數(shù)字鐘的一般構(gòu)成框圖.1.秒脈沖發(fā)生器脈沖發(fā)生器是數(shù)字鐘的核心局部，它的精度和穩(wěn)定度決定了數(shù)字鐘的質(zhì)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的秒脈沖。如晶振為32768Hz，通過15次二分頻后可獲得1Hz的脈沖輸出.2.計(jì)數(shù)譯碼顯示秒、分、時(shí)、日分別為60、60、24、7進(jìn)制計(jì)數(shù)器、秒、分均為60進(jìn)制，即顯示00～59，它們的個(gè)位為十進(jìn)制，十位為六進(jìn)制。時(shí)為二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器，顯示為00～23，個(gè)位仍為十進(jìn)制，而十位為三進(jìn)制，但當(dāng)十進(jìn)位計(jì)到2，而個(gè)位計(jì)到4時(shí)清零，就為二十四進(jìn)制了。⑴晶體振蕩器電路晶體振蕩器電路給數(shù)字鐘提供一個(gè)頻率穩(wěn)定準(zhǔn)確的32768Hz的方波信號(hào),可保證數(shù)字鐘的走時(shí)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.⑵分頻器電路分頻器電路將32768Hz的高頻方波信號(hào)經(jīng)32768()次分頻后得到1Hz的方波信號(hào)供秒計(jì)數(shù)器進(jìn)展計(jì)數(shù).分頻器實(shí)際上也就是計(jì)數(shù)器.⑶時(shí)間計(jì)數(shù)器電路時(shí)間計(jì)數(shù)電路由秒個(gè)位和秒十位計(jì)數(shù)器,分個(gè)位和分十位計(jì)數(shù)器及時(shí)個(gè)位和時(shí)十位計(jì)數(shù)器電路構(gòu)成,其中秒個(gè)位和秒十位計(jì)數(shù)器,分個(gè)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(shí)個(gè)位和時(shí)十位計(jì)數(shù)器為12進(jìn)制計(jì)數(shù)器.⑷譯碼驅(qū)動(dòng)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.⑸數(shù)碼管數(shù)碼管通常有發(fā)光二極管(LED)數(shù)碼管和液晶(LCD)數(shù)碼管,本設(shè)計(jì)提供的為LED數(shù)碼管.2.數(shù)字鐘的工作原理1)晶體振蕩器電路晶體振蕩器是構(gòu)成數(shù)字式時(shí)鐘的核心,它保證了時(shí)鐘的走時(shí)準(zhǔn)確及穩(wěn)定.晶體*TAL的頻率選為32768HZ.該元件專為數(shù)字鐘電路而設(shè)計(jì),其頻率較低,有利于減少分頻器級(jí)數(shù).當(dāng)要求頻率準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度更高時(shí),還可接入校正電容并采取溫度補(bǔ)償措施.由于CMOS電路的輸入阻抗極高,因此反應(yīng)電阻R1可選為1.8KΩ.較高的反應(yīng)電阻有利于提高振蕩頻率的穩(wěn)定性.2)分頻器電路通常,數(shù)字鐘的晶體振蕩器輸出頻率較高,為了得到1Hz的秒信號(hào)輸入,需要對(duì)振蕩器的輸出信號(hào)進(jìn)展分頻.通常實(shí)現(xiàn)分頻器的電路是計(jì)數(shù)器電路,一般采用多級(jí)2進(jìn)制計(jì)數(shù)器來實(shí)現(xiàn).例如,將32768Hz的振蕩信號(hào)分頻為1HZ的分頻倍數(shù)為32768(215),即實(shí)現(xiàn)該分頻功能的計(jì)數(shù)器相當(dāng)于15極2進(jìn)制計(jì)數(shù)器.常用的2進(jìn)制計(jì)數(shù)器有74HC393等.3〕6進(jìn)制計(jì)數(shù)器轉(zhuǎn)換電路分個(gè)位和分十位計(jì)數(shù)單元電路構(gòu)造分別與秒個(gè)位和秒十位計(jì)數(shù)單元完全一樣,只不過分個(gè)位計(jì)數(shù)單元的Q3作為向上的進(jìn)位信號(hào)應(yīng)與分十位計(jì)數(shù)單元的CPA相連,分十位計(jì)數(shù)單元的Q2作為向上的進(jìn)位信號(hào)應(yīng)與時(shí)個(gè)位計(jì)數(shù)單元的CPA相連.時(shí)個(gè)位計(jì)數(shù)單元電路構(gòu)造仍與秒或個(gè)位計(jì)數(shù)單元一樣,但是要求,整個(gè)時(shí)計(jì)數(shù)單元應(yīng)為12進(jìn)制計(jì)數(shù)器,不是10的整數(shù)倍,因此需將個(gè)位和十位計(jì)數(shù)單元合并為一個(gè)整體才能進(jìn)展12進(jìn)制轉(zhuǎn)換.利用1片74HC390實(shí)現(xiàn)12進(jìn)制計(jì)數(shù)功能的電路如圖3-6所示.4)譯碼驅(qū)動(dòng)及顯示單元計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)了對(duì)時(shí)間的累計(jì)以8421BCD碼形式輸出,選用顯示譯碼電路將計(jì)數(shù)器的輸出數(shù)碼轉(zhuǎn)換為數(shù)碼顯示器件所需要的輸出邏輯和一定的電流,選用CD4511作為顯示譯碼電路,選用LED數(shù)碼管作為顯示單元電路.5)校時(shí)電源電路當(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)展校正.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)展人工出觸發(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.根據(jù)要求,數(shù)字鐘應(yīng)具有分校正和時(shí)校正功能,因此,應(yīng)截?cái)喾謧€(gè)位和時(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)切換的電路接入其中.圖3-7所示即為帶有根本RS觸發(fā)器的校時(shí)電路,1.實(shí)驗(yàn)中所需的器材5V電源.面包板1塊.示波器.萬用表.鑷子1把.剪刀1把.網(wǎng)絡(luò)線2米/人.共陰八段數(shù)碼管6個(gè).HD74LS48P芯片6個(gè).HD74LS90P芯片6個(gè).HD74LS08P芯片2個(gè).555芯片一個(gè).1.8KΩ電阻一個(gè).設(shè)計(jì)圖為：面包板內(nèi)部構(gòu)造圖面包板右邊一列上五組豎的相通,下五組豎的相通,面包板的左邊上下分四組,每組中*,Y列(0-15相通,16-40相通,41-55相通,ABCDE相通,FGHIJ相通,E和F之間不相通.個(gè)功能塊電路圖一個(gè)CD4511和一個(gè)LED數(shù)碼管連接成一個(gè)CD4511驅(qū)動(dòng)電路,數(shù)碼管可從0---9顯示,以次來檢查數(shù)碼管的好壞,見附圖5-1.利用一個(gè)LED數(shù)碼管,一塊CD4511,一塊74HC390,一塊74HC00連接成一個(gè)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器,電路在晶振的作用下數(shù)碼管從0—9顯示,總接線元件布局簡圖,見附圖6-1芯片連接圖見附圖7-1八,總結(jié)設(shè)計(jì)過程中遇到的問題及其解決方法.在檢測(cè)面包板狀況的過程中,出現(xiàn)本該相通的地方卻未通的狀況,后經(jīng)檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)是由于萬用表筆尖未與面包板內(nèi)部垂直接觸所至.在檢測(cè)CD4511驅(qū)動(dòng)電路的過程中發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管不能正常顯示的狀況,經(jīng)檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)主要是由于接觸不良的問題,其中包括線的接觸不良和芯片的接觸不良,在實(shí)驗(yàn)過程中,數(shù)碼管有幾段二極管時(shí)隱時(shí)現(xiàn),有時(shí)會(huì)消失.用5V電源對(duì)數(shù)碼管進(jìn)展檢測(cè),一端接地,另一端接觸每一段二極管,發(fā)現(xiàn)二極管能正常顯示的,再用萬用表歐姆檔檢測(cè)每一根線是否接觸良好,在檢測(cè)過程中發(fā)現(xiàn)有幾根線有時(shí)能接通,有時(shí)不能接通,把接觸不好的線重新接過后發(fā)現(xiàn)能正常顯示了.其次是由于芯片接觸不良的問題,用萬用表歐姆檔檢測(cè)有幾個(gè)引腳本該相通的地方卻未通,而檢測(cè)的導(dǎo)線狀況良好,其解決方法為把CD4511的芯片拔出,根據(jù)面包板孔的的狀況重新調(diào)整其引腳,使其正對(duì)于孔,再用力均勻地將芯片插入面包板中,此后發(fā)現(xiàn)能正常顯示,本次實(shí)驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn)一塊壞的LED數(shù)碼管和兩塊壞的CD4511,經(jīng)更換后均能正常顯示.在連接晶振的過程中,晶振無法起振.在排除線與芯片的接觸不良問題后重新對(duì)照電路圖,發(fā)現(xiàn)是由于12腳未接地所至.在連接六進(jìn)制的過程中,發(fā)現(xiàn)電路只能4,5的跳動(dòng),后經(jīng)發(fā)現(xiàn)是由于接到與非門的引腳接錯(cuò)一根所至,經(jīng)糾正后能正常顯示.在連接校正電路的過程中,出現(xiàn)時(shí)和分都能正常校正時(shí),但秒?yún)s受到影響,特別時(shí)一較分鐘的時(shí)候秒亂跳,而不校時(shí)的時(shí)候,秒從40跳到59,然后又跳回40,分和秒之間無進(jìn)位,電路在時(shí),分,秒進(jìn)位過程中能正常顯示,故可排除芯片和連線的接觸不良的問題.經(jīng)檢查,校正電路的連線沒有錯(cuò)誤,后用萬用表的直流電壓檔帶電檢測(cè)秒十位的QA,QB,QC和QD腳,發(fā)現(xiàn)QA腳時(shí)有電壓時(shí)而無電壓,再檢測(cè)秒到分和分到時(shí)的進(jìn)位端,發(fā)現(xiàn)是由于秒到分的進(jìn)位未拔掉所至.在制作報(bào)時(shí)電路的過程中,發(fā)現(xiàn)蜂鳴器在57分59秒的時(shí)候就開場(chǎng)報(bào)時(shí),后經(jīng)檢測(cè)電路發(fā)現(xiàn)是由于把74HC30芯片當(dāng)16引腳的芯片來接,以至接線都錯(cuò)位,重新接線后能正常報(bào)時(shí).連接分頻電路時(shí),把時(shí)個(gè)位的QD和時(shí)十位的1腳斷開,然后時(shí)十位的1腳接到晶振的3腳,時(shí)十位的3腳接到秒個(gè)位的1腳,所連接的電路圖無法正常工作,時(shí)十位從0-9的跳,時(shí)個(gè)位只能顯示一個(gè)0,在這個(gè)電路中3腳的分頻用到兩次,故無法正常顯示,因此要把12進(jìn)制接到74HC390的一個(gè)邏輯電路空出來用于分頻即可,因此把時(shí)十位的CD4511的12,6腳接地,7腳改為接74HC390的5腳,74HC390的3,4腳斷開,然后4腳接9腳即可,其中空出的74HC390的3腳就可用于2Hz的分頻,分頻后變?yōu)?Hz,整個(gè)電路也到此為正常的數(shù)字鐘計(jì)數(shù).2.設(shè)計(jì)體會(huì)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構(gòu)造及掌握了各芯片的工作原理和其具體的使用方法.在連接六進(jìn)制,十進(jìn)制,六十進(jìn)制的進(jìn)位及十二進(jìn)制的接法中,要求熟悉邏輯電路及其芯片各引腳的功能,則在電路出錯(cuò)時(shí)便能準(zhǔn)確地找出錯(cuò)誤所在并及時(shí)糾正了.在設(shè)計(jì)電路中,往往是先仿真后連接實(shí)物圖,但有時(shí)候仿真和電路連接并不是完全一致的,例如仿真的連接示意圖中,往往沒有接高電平的16腳或14腳以及接低電平的7腳或8腳,因此在實(shí)際的電路連接中往往