項(xiàng)目10　 設(shè)計(jì)制作數(shù)字電子產(chǎn)品

10.1概述

10.2參考習(xí)題及參考方案第10章課程設(shè)計(jì)

課程設(shè)計(jì)的基本任務(wù)任務(wù):培養(yǎng)學(xué)生對(duì)數(shù)字集成電路應(yīng)用方面的綜合實(shí)踐技能，掌握綜合運(yùn)用理論知識(shí)以解決實(shí)際問題的能力。學(xué)生通過電路設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試、整理資料、答辯等環(huán)形成獨(dú)立思考問題的能力，以及培養(yǎng)他們課本知識(shí)以外的一些科技工作者必須具備的基本技能，并培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和再學(xué)習(xí)的能力。如查閱資料、懂得如何根據(jù)需要選擇器件等，從而逐步熟悉開展科學(xué)實(shí)踐的程序和方法。

課程設(shè)計(jì)的基本要求1.初步掌握數(shù)字邏輯電路分析和設(shè)計(jì)的基本方法根據(jù)任務(wù)和指標(biāo)，確定電路方案選測(cè)元件，安裝電路，反復(fù)試驗(yàn)，改進(jìn)方案分析結(jié)果，寫出設(shè)計(jì)總結(jié)報(bào)告2.培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析問題、解決問題能力。學(xué)會(huì)自己分析、找出解決問題的方法；對(duì)設(shè)計(jì)中遇到的問題和困難，獨(dú)立思考，查閱資料，分析、觀察、判斷、試驗(yàn)、再判斷以尋找答案。3.掌握制作電子產(chǎn)品的基本技能安裝、布線、調(diào)試等基本技能，常用儀器的正確使用。課程設(shè)計(jì)的步驟和方法

1.方案設(shè)計(jì)明確待設(shè)計(jì)系統(tǒng)的總體方案；化整為零，將大任務(wù)劃分為若干單元；設(shè)計(jì)并實(shí)施各個(gè)單元電路。盡可能采用中、大規(guī)模集成電路，減少連線，提高可靠性，降成本。組裝單元電路成待設(shè)計(jì)系統(tǒng)。詳細(xì)考慮各單元之間的連接問題，時(shí)序上協(xié)調(diào)一致的問題，電氣特性上的匹配問題，競(jìng)爭(zhēng)，冒險(xiǎn)及電路的自啟動(dòng)問題。衡量一個(gè)電路設(shè)計(jì)的好壞，主要是看是否達(dá)到了技術(shù)指標(biāo)及能否長(zhǎng)期可靠地工作。此外還應(yīng)考慮經(jīng)濟(jì)實(shí)用、容易操作、維修方便。

課程設(shè)計(jì)的步驟和方法

2.方案試驗(yàn)安裝：一絲不茍、認(rèn)真仔細(xì)。注意集成塊方向，注意連線錯(cuò)、漏接，注意電源和接地線等。調(diào)試：第一步：各獨(dú)立單元電路調(diào)試，可人為設(shè)定各單元電路的觸發(fā)和控制信號(hào)，以達(dá)到項(xiàng)目要求。第二步：將控制電路與系統(tǒng)主電路中各個(gè)功能部件聯(lián)接起來，進(jìn)行電路統(tǒng)調(diào)。故障排除：理論與實(shí)踐相結(jié)合，以查找故障所在。常見故障有：接觸不良、接線錯(cuò)誤、器件本身損壞、多余控制輸入端未正確處理、設(shè)計(jì)上有缺陷。課程設(shè)計(jì)的步驟和方法尋找故障的常用方法有：①觀察法、②信號(hào)注入替代法、③信號(hào)尋跡法、④電路替代法、⑤分段測(cè)試法、⑥單步檢查法、⑦多步檢查法、⑧邏輯分析儀。3.工藝設(shè)計(jì)完成制作實(shí)驗(yàn)樣機(jī)所必需的文件資料，包括整機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及印制電路板設(shè)計(jì)等。4.樣機(jī)制作及調(diào)試包括：組裝、焊接、調(diào)試等。5.總結(jié)鑒定考核樣機(jī)是否達(dá)到規(guī)定指標(biāo)，能否長(zhǎng)期可靠工作，同時(shí)寫出設(shè)計(jì)總結(jié)報(bào)告。課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)文件的格式

每個(gè)同學(xué)應(yīng)完成三個(gè)文件：預(yù)設(shè)計(jì)作業(yè)、方案實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告及課程設(shè)計(jì)總結(jié)報(bào)告。1.預(yù)設(shè)計(jì)作業(yè)：A:畫框圖的原則：所畫的框圖詳細(xì)程度得適中。要反映出邏輯電路的主要單元電路、信號(hào)通路、輸入、輸出以及控制點(diǎn)的設(shè)計(jì)思路?？驁D要能清晰地表示出控制信息和數(shù)據(jù)信息的流向。每個(gè)方框不必指出功能塊中所包含的具體器件，但應(yīng)標(biāo)明各方框的功能名稱。所有連線必須清晰整齊。課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)文件的格式B:畫邏輯圖的原則：所有小規(guī)模器件應(yīng)使用標(biāo)準(zhǔn)邏輯符號(hào)。

我們規(guī)定畫成一個(gè)方框，框內(nèi)應(yīng)標(biāo)明器件的型號(hào)或名稱，引出腳的符號(hào)應(yīng)標(biāo)注清楚。引出腳的順序號(hào)。電阻、電容、電感類元件應(yīng)計(jì)算出具體值。正式圖紙還應(yīng)列出元器件清單，放在圖紙的右下角。2.方案試驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告由學(xué)生擬定。內(nèi)容包括：調(diào)試和指標(biāo)測(cè)試內(nèi)容、方法及步驟，測(cè)試線路圖，所用儀器設(shè)備，記錄測(cè)試等。3.課程設(shè)計(jì)總結(jié)報(bào)告內(nèi)容及格式要求如下《電子技術(shù)基礎(chǔ)》課程設(shè)計(jì)數(shù)字部分總結(jié)報(bào)告題目：

指導(dǎo)教師：

設(shè)計(jì)人員（學(xué)號(hào)）：

組號(hào)：

班級(jí)：

日期：

目

錄

一．設(shè)計(jì)任務(wù)書

二．設(shè)計(jì)框圖及整機(jī)概述

三．各單元電路的設(shè)計(jì)方案及原理說明

四．調(diào)試過程、結(jié)果分析以及調(diào)試體會(huì)

五．對(duì)本次課程設(shè)計(jì)的意見及建議

六．附錄（包括：整機(jī)邏輯電路圖和元器件清單）參考選題及參考方案的前言課程設(shè)計(jì)提倡學(xué)生自己選定選題和設(shè)計(jì)方案。方案必須涵蓋的數(shù)字電子技術(shù)關(guān)知識(shí)點(diǎn)不少于三點(diǎn)。本指導(dǎo)書有的是給出方案設(shè)計(jì)的參考電路，有的直接給出一個(gè)設(shè)計(jì)結(jié)果。如采用本章所提供的直接設(shè)計(jì)結(jié)果，對(duì)其改進(jìn)創(chuàng)新程度應(yīng)不低于30%。否則成績(jī)最高不超過80分。課程設(shè)計(jì)結(jié)果最后必須利用萬能板或敷銅板制成可以正常工作的電路板，以便老師考核。設(shè)計(jì)方案時(shí)，學(xué)生應(yīng)通過期刊雜志、相關(guān)書籍及互聯(lián)網(wǎng)等充分查閱相關(guān)資料，掌握相關(guān)的理論知識(shí)和電路制作技能，然后再制定方案并制作。參考選題如下：10.2.1數(shù)碼搶答器

10.2.2數(shù)字鐘10.2.3音樂D/A和A/D轉(zhuǎn)換電路10.2.4波形產(chǎn)生電路

10.2.5霓虹燈控制電路10.2.6汽車尾燈電路10.2參考選題及參考方案數(shù)碼搶答器1.設(shè)計(jì)要求0~7號(hào)表示8個(gè)選手，搶答中鎖定并顯示最先搶答選手報(bào)警提醒主持人有人搶答。主持人總控電路。2.課題涵蓋的知識(shí)點(diǎn)編碼器、鎖存器、脈沖發(fā)生器、譯碼器、三極管的開關(guān)特性應(yīng)用等知識(shí)。3.單元電路的原理說明A:數(shù)碼搶答器整機(jī)工作電路原理圖框圖如右：（1）電路組成如下：U1組成8線3線編碼器U3、U7A形成鎖存脈沖C1起延時(shí)作用74LS175鎖存編碼信號(hào)S9為主持人復(fù)位開關(guān)U6、SMG1組成譯碼電路U5、U7B組成報(bào)警電路數(shù)碼搶答器組成鎖存脈沖形成報(bào)警控制驅(qū)動(dòng)8-3編碼器鎖存器七段譯碼器數(shù)碼管脈沖發(fā)生器按鍵0按鍵7（2）編碼器為便于鎖存、顯示搶答的選手號(hào)，可利用二進(jìn)制編碼器將8位選手的按鍵號(hào)編為3位二進(jìn)制數(shù)碼。編碼器可以用小規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)而成，也可以直接用中規(guī)模集成電路如8線-3線編碼器74148來實(shí)現(xiàn)。（3）譯碼顯示器本例采用七段數(shù)碼管，將8421BCD碼譯碼后通過數(shù)碼管顯示出來。驅(qū)動(dòng)共陰數(shù)碼管的譯碼器可采用MC14511，其功能表如可見表3.11。參考電路圖4511輸出所接R1~R7為限流電阻，阻值一般為470Ω。數(shù)碼管的dp端為小數(shù)點(diǎn)控制端，本例中不用，將其接地。數(shù)碼搶答器數(shù)碼搶答器組成（4）鎖存脈沖形成電路作用：當(dāng)選手按下按鍵的瞬間形成脈沖信號(hào)，送到鎖存器作為錯(cuò)存輸入數(shù)碼所需的時(shí)鐘脈沖。因?yàn)楸卷斈恐惺褂玫逆i存器74LS175所需的時(shí)鐘脈沖為正邊沿脈沖，所以在靜態(tài)無人搶答時(shí)，鎖存脈沖輸出應(yīng)為低電平0，而一旦有選手按下按鍵鎖存脈沖輸出應(yīng)變?yōu)楦唠娖?，由上分析可知，鎖存脈沖形成電路滿足與非門邏輯關(guān)系（全1為0，有0為1），選用8輸入與非門集成電路（74LS30）。本項(xiàng)目中74LS30輸出端接一小容量電容的目的為延時(shí)時(shí)等待，以確保在鎖存脈沖出現(xiàn)前編碼器將需要鎖存的數(shù)據(jù)已經(jīng)準(zhǔn)備好。數(shù)碼搶答器數(shù)碼搶答器組成（5）鎖存器利用集成正邊沿D觸發(fā)器74LS175完成數(shù)據(jù)鎖存功能74LS175是由具有共用時(shí)鐘脈沖和清零端的四個(gè)正邊沿D觸發(fā)器構(gòu)成，在CP由低電平向高電平變化瞬間，鎖存器將輸入數(shù)據(jù)D4~D1鎖存，由Q4~Q1輸出，過后又維持不變，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的鎖存，所以要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的鎖存，關(guān)鍵有于CP時(shí)鐘信號(hào)的控制。也可利用74LS373（三態(tài)輸出8路透明同步鎖存器）完成鎖存功能。74LS373由8個(gè)三態(tài)輸出的鎖存器組成，常用于單片機(jī)系統(tǒng)中地址的鎖存和微機(jī)總線系統(tǒng)，本項(xiàng)目也可利用來完成選手的搶答功能。數(shù)碼搶答器數(shù)碼搶答器組成（6）報(bào)警器當(dāng)有選手搶答時(shí)，報(bào)警器工作。報(bào)警器由脈沖振蕩器U5（MC14060）、報(bào)警控制門電路U7B和振蕩驅(qū)動(dòng)三極管VT1組成。沒有選手搶答時(shí)，報(bào)警控制信號(hào)為低電平，U7B輸出總為低電平，三極管VT1截止，揚(yáng)聲器無報(bào)警聲音；有選手搶答時(shí)，報(bào)警控制信號(hào)變?yōu)楦唠娖?，U7B的輸出為第五腳的脈沖信號(hào)，三極管VT1在脈沖信號(hào)的驅(qū)動(dòng)下工作于開關(guān)狀態(tài)，揚(yáng)聲器有報(bào)警聲音輸出。提示：可以將U7B改為3輸入或4輸入與門，分別接不同的U5輸出端，使不同的脈沖信號(hào)相互調(diào)制，這樣報(bào)警聲音就不會(huì)太單調(diào)了。數(shù)碼搶答器數(shù)碼搶答器組成（1）安裝安裝調(diào)試的先后順序如下：先安裝調(diào)試編碼部分，然后安裝譯碼顯示部分，兩部分安裝完后可連接起來進(jìn)行調(diào)試，此時(shí)，因?yàn)閿?shù)據(jù)鎖存部分沒安裝，所以沒有鎖存功能，按下相應(yīng)按鍵，數(shù)碼管顯示目錄相應(yīng)數(shù)字，但松開后，數(shù)碼管又顯示數(shù)字0。然后斷開前面編碼和顯示部分的連線，安裝鎖存部分，再統(tǒng)一調(diào)試編碼、鎖存、顯示部分，最后再安裝調(diào)試報(bào)警部分，這樣可使學(xué)生邊安裝、邊學(xué)習(xí)、邊思考和鞏固理論知識(shí)，同時(shí)進(jìn)一步形成數(shù)字電路系統(tǒng)的概念。數(shù)碼搶答器整機(jī)電路安裝、調(diào)試

在安裝數(shù)碼管前，應(yīng)選測(cè)量數(shù)碼管的好壞，選用萬用表的R×10歐或R×1歐檔，根據(jù)內(nèi)部等效電路將其等效為8個(gè)發(fā)光二極管進(jìn)行測(cè)量，如共陰數(shù)碼管為例：將紅表筆接數(shù)碼管公共端(接地端)，黑表筆分別接其他各段，相應(yīng)的字段應(yīng)點(diǎn)亮，并且阻值較小，而共陽數(shù)碼管則表筆接法相反。元件布局：選用萬用板進(jìn)行焊接前，應(yīng)綜合考慮整個(gè)項(xiàng)目元件的排布和走線，焊接集成電路最好使用集成電路插座，這樣便于后面檢修和元件的重復(fù)利用，焊接前先將插座插在萬用板上模擬元件布局，考慮完全后再焊接電路。數(shù)碼搶答器整機(jī)電路安裝、調(diào)試

根據(jù)前面的真值表

1-1按下相應(yīng)的按鍵，用萬用表檢查輸出的高低電平狀態(tài)是否正確，具體確認(rèn)以下：S1~S8沒有按鍵按下時(shí)：編碼集成電路U1a、U1b、U2a所有輸入端都應(yīng)為高電平。S1~S8沒有按鍵按下時(shí)，編碼集成電路U1a、U1b、U2a所有輸出端都應(yīng)為低電平。S1~S8某一個(gè)按鍵按下時(shí)，編碼集成電路U1a、U1b、U2a三個(gè)組的編碼狀態(tài)是否符合編碼要求。編碼集成電路U1a、U1b、U2a三個(gè)編碼輸出管腳到鎖存器74LS175的輸入管腳是否連接正確，注意高位和低位。編碼部分調(diào)試②顯示部分調(diào)試將MC14511的ABC與編碼輸出的D0、D1、D2相連。接譯碼器輸出端(應(yīng)注意高低位不要接反，否則數(shù)據(jù)顯示不正常)，在按鍵S1~S8沒有按下時(shí)，觀測(cè)數(shù)碼管應(yīng)該顯示為0，當(dāng)某按鍵按下時(shí)，數(shù)碼管應(yīng)該顯示相應(yīng)數(shù)字(注意，因?yàn)榇藭r(shí)并沒有安裝鎖存部分，所以按鍵彈起來后，數(shù)據(jù)又恢復(fù)為0，即暫時(shí)沒有鎖存功能)，并測(cè)試顯示譯碼器集成塊U6的各管腳電壓是否與表10.1相同。數(shù)碼搶答器整機(jī)電路安裝、調(diào)試

表10.1U6MC14511各管腳電壓值管腳標(biāo)號(hào)VDDGNDABCDLTBILE管腳號(hào)1687126345正常電壓500000550測(cè)量電壓

管腳標(biāo)號(hào)abcdefg管腳號(hào)1312111091514正常電壓3.63.63.63.63.63.60測(cè)量電壓

③鎖存部分調(diào)試先按下復(fù)位開關(guān)S9,此時(shí)用萬用表測(cè)量U4(74LS175)的1腳復(fù)位端應(yīng)為低電平，松開復(fù)位開關(guān)S9，1腳恢復(fù)為高電平，同時(shí)數(shù)碼管應(yīng)該顯示為0。S1~S8中沒有按鈕按下時(shí)，U3輸入端應(yīng)全部為高電平，U3輸出端應(yīng)全部為低電平。U7A輸入腳2腳和輸出腳3腳應(yīng)全部為低電平，輸入腳1腳應(yīng)為高電平。當(dāng)S1~S8中某一按鍵按下時(shí)，U3A輸出應(yīng)變?yōu)楦唠娖健7A輸出應(yīng)變?yōu)楦唠娖綔y(cè)量集成塊U4的各腳電壓并與表10.2正常值比較：數(shù)碼搶答器整機(jī)電路安裝、調(diào)試

表10.2U4鎖存器74LS175各管腳電壓值管腳標(biāo)號(hào)VccGNDCLRCPQ1Q2Q3管腳號(hào)168192710正常電壓500S9按下0S9按下0000測(cè)量電壓

管腳標(biāo)號(hào)Q4Q4非D1D2D3D4管腳號(hào)1514451213正常電壓03.60005測(cè)量電壓

④報(bào)警部分調(diào)試檢查脈沖振蕩器U5的12腳是否接地，判斷U5是否起振。測(cè)試U5的第7腳是否有3.6V左右的脈沖，如果有，表明振蕩和分頻計(jì)數(shù)器U5工作良好；也可用萬用表測(cè)量U5第3腳Q14端電壓是否在0～3.6V之間擺動(dòng)，如果有則正常。在脈沖振蕩器U5工作正常后，按一次主持人復(fù)位鍵S9，用萬用表檢查報(bào)警控制門U7B的第4腳是否為低電平，三極管VT1應(yīng)處于截止?fàn)顟B(tài)，基極為低電平，集電極為高電平。然后按動(dòng)S1～S8中的任意一個(gè)，此時(shí)用萬用表檢查報(bào)警控制門U7B的第4腳是否為高電平，控制門U7B被打開，第6腳輸出脈沖，三極管VT1應(yīng)處于開關(guān)狀態(tài)，揚(yáng)聲器B中應(yīng)發(fā)出報(bào)警聲音。數(shù)碼搶答器整機(jī)電路安裝、調(diào)試

數(shù)字鐘1．設(shè)計(jì)要求用數(shù)字顯示時(shí)、分、秒。12小時(shí)循環(huán)一次；可以在任意時(shí)刻校準(zhǔn)時(shí)間，要求可靠方便；能以音響自動(dòng)正點(diǎn)報(bào)時(shí)，12小時(shí)循環(huán)一次。要求第一響為正點(diǎn)，以后每隔一秒或半秒鐘響一下，幾點(diǎn)鐘就響幾聲。2．課題涵蓋的知識(shí)點(diǎn)脈沖產(chǎn)生電路，任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器的構(gòu)成，譯碼、顯示電路，比較電路。3.原理說明原理圖

數(shù)字鐘的整體框圖小時(shí)十位顯示小時(shí)十位顯示小時(shí)十位顯示小時(shí)十位顯示秒十位顯示秒個(gè)位顯示二十四進(jìn)制六十進(jìn)制六進(jìn)制計(jì)數(shù)分頻電路脈沖振蕩電路秒計(jì)數(shù)小時(shí)校時(shí)分鐘校時(shí)秒校時(shí)10.3數(shù)字時(shí)鐘電路整機(jī)組成框圖MC14060的Q14產(chǎn)生2HZ信號(hào)，然后由計(jì)數(shù)器MC14040B和U3A、U3B組成120計(jì)數(shù)器分頻，從U3B的輸出端輸出分脈沖，作為分鐘計(jì)數(shù)器的分鐘信號(hào)，同時(shí)按鍵開關(guān)S作為分鐘調(diào)時(shí)的手動(dòng)脈沖開關(guān)，每按動(dòng)一次，從U3B的輸出端輸出一個(gè)脈沖，同時(shí)U2的Q1管腳輸出秒脈沖信號(hào)驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管LED1、LED2，作為秒指示。從U3B輸出端輸出的分鐘脈沖經(jīng)U4“分鐘個(gè)位”計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，經(jīng)U5七段譯碼驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管U6，顯示分鐘的個(gè)位計(jì)時(shí)，時(shí)U7、U8、U9和U10A、U10B組成六進(jìn)制計(jì)數(shù)器，作為“分鐘十位”計(jì)數(shù)器。同時(shí)U10B輸出的復(fù)位信號(hào)又作為“小時(shí)計(jì)數(shù)器”的計(jì)數(shù)脈沖，U11、U14、U10C、U10D組成二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器，同時(shí)S2作為小時(shí)校時(shí)開關(guān)。數(shù)字鐘的原理說明脈沖振蕩電路的作用：數(shù)字電路提供滿足要求的脈沖信號(hào)，在本項(xiàng)目中主要為計(jì)數(shù)器產(chǎn)生滿足要求的計(jì)數(shù)時(shí)鐘脈沖。集成脈沖振蕩和14位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器MC14060由MC14060組成的脈沖振蕩的14位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器的電路圖參見如圖10.4相應(yīng)部位的相線。MC14060是14位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，當(dāng)按照?qǐng)D10.4連接好電阻和晶振后，就能穩(wěn)定地產(chǎn)生晶體所標(biāo)稱的振蕩頻率(圖中為32768HZ)脈沖信號(hào)輸入到后面的14位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，所以從最后一級(jí)Q14輸出的脈沖信號(hào)頻率為：32768/214=32768/16384=2HZ脈沖振蕩電路

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、十位的計(jì)時(shí)輸出信號(hào)，然后送至譯碼顯示電路，以便實(shí)現(xiàn)用數(shù)字顯示時(shí)、分、秒的要求?！懊搿焙汀胺帧庇?jì)數(shù)器應(yīng)為六十進(jìn)制，而“時(shí)”計(jì)數(shù)器應(yīng)為十二進(jìn)制。要實(shí)現(xiàn)這一要求，可選用的中規(guī)模集成計(jì)數(shù)器較多，這里推薦74LS90,74LS161,74LS192，MC14510，由讀者自行選擇。參考電路用的是4510集成十進(jìn)制計(jì)數(shù)器MC14510。時(shí)、分、秒計(jì)數(shù)器◆用12位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器MC14040實(shí)現(xiàn)120進(jìn)制計(jì)數(shù)器由于脈沖振蕩電路產(chǎn)生的脈沖信號(hào)頻率為2Hz，要作為分鐘計(jì)數(shù)器的輸入信號(hào)，必須進(jìn)行120分頻，所以我們需要一個(gè)一百二十進(jìn)制的計(jì)數(shù)器，同樣可利用反饋歸零法使用12位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器MC14040實(shí)現(xiàn)一百二十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。寫出120的譯碼表達(dá)式為：挑出狀態(tài)表達(dá)式中的原變量寫成與項(xiàng)，實(shí)例中MC14020為高電平復(fù)位，所以用與表達(dá)式，即R=Q7Q6Q5Q4；具體連接圖10.4所示。數(shù)字鐘的原理說明◆反饋歸零法的具體實(shí)現(xiàn)步驟和實(shí)例－十進(jìn)制計(jì)數(shù)器MC14511轉(zhuǎn)換為六進(jìn)制計(jì)數(shù)器寫出N的狀態(tài)譯碼表達(dá)式，N為想轉(zhuǎn)換計(jì)數(shù)器的進(jìn)制數(shù)。如本例中N取6，寫出6的狀態(tài)譯碼表達(dá)式為：，挑出狀態(tài)表達(dá)式中的原變量(即表達(dá)式中無橫線標(biāo)記的變量)寫成與項(xiàng)，并根據(jù)集成計(jì)數(shù)器有效復(fù)位電平的高低，確定使用與表達(dá)式(高電平復(fù)位)或與非表達(dá)式(低電平)。實(shí)例中MC14511為高電復(fù)位，所以用與表達(dá)式，即R=Q2Q1；具體連接見路圖10.4。數(shù)字鐘的原理說明◆利用二級(jí)MC14510構(gòu)成二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器因?yàn)镸C14510為BCD碼十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，所以寫出二十四的BCD碼狀態(tài)譯碼表達(dá)式為前級(jí)計(jì)數(shù)器2，用8421BCD碼表示為：；后計(jì)數(shù)器4用8421BCD碼表示為：挑出狀態(tài)表達(dá)式中的原變量寫成與項(xiàng)，實(shí)例中MC14020為高電平復(fù)位，所以用與表達(dá)式，R=Q1(前級(jí))Q2(后級(jí))。具體連接見路圖10.4。數(shù)字鐘的原理說明（3）譯碼顯示電路選用譯碼和顯示器件時(shí)應(yīng)注意配合。一是驅(qū)動(dòng)功率，二是邏輯電平的匹配。例如，共陰型的LED數(shù)碼管配合采用“譯碼”輸出為高電平有效的譯碼電路；若采用輸出為低的譯碼電路，則需加非門。數(shù)碼管工作電流較大，可選用功率門或者OC門。推薦使用MC14511。對(duì)于“時(shí)”十位的譯碼顯示，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意：一是在顯示1點(diǎn)至９點(diǎn)時(shí)，“時(shí)”的十位均是0，此時(shí)應(yīng)使“時(shí)”十位上的“0”熄滅；二是“時(shí)”的十位實(shí)際上只是顯示“0”和“1”兩種狀態(tài)，此時(shí)可以考慮不用七段顯示譯碼電路，但必須另設(shè)計(jì)電路以驅(qū)動(dòng)LED數(shù)碼管，該驅(qū)動(dòng)電路必須考慮驅(qū)動(dòng)能力和電平匹配的問題。數(shù)字鐘的原理說明（4）校對(duì)電路原理時(shí)鐘出現(xiàn)誤差時(shí)，需校準(zhǔn)。校對(duì)時(shí)間總是在標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間到來之前進(jìn)行，一般分四個(gè)步驟：首先把小時(shí)計(jì)數(shù)器置到所需的數(shù)字；然后再將分計(jì)數(shù)器置到所需數(shù)字；在此同時(shí)或之后，應(yīng)將秒計(jì)數(shù)器清零，時(shí)鐘暫停計(jì)數(shù)，處于等待啟動(dòng)；當(dāng)選定的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)刻到達(dá)的瞬間，按起動(dòng)按鈕，電路則從所預(yù)置時(shí)間開始計(jì)數(shù)。由此可知，校時(shí)電路應(yīng)具有預(yù)置小時(shí)，預(yù)置分、等待啟動(dòng)、計(jì)時(shí)四個(gè)階段，因此，在設(shè)計(jì)校對(duì)電路時(shí)，應(yīng)能方便、可靠地實(shí)現(xiàn)這四個(gè)階段所要求的功能。本項(xiàng)目的校時(shí)電路用與非門74LS00實(shí)現(xiàn)。按動(dòng)校時(shí)開關(guān)強(qiáng)制輸入一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖。從而改變時(shí)間。數(shù)字鐘的原理說明（5）自動(dòng)報(bào)時(shí)電路（原理圖中省略了這一功能）(1)音響電路①音頻振蕩器數(shù)字鐘的原理說明

音頻振蕩信號(hào)VS可用800~1000Hz的正弦波或矩形波?？捎肦C環(huán)形振蕩器、自激對(duì)稱自激多諧振蕩器和555集成電路定時(shí)器構(gòu)成。②音響控制電路用TTL功率門或OC門可以直接驅(qū)動(dòng)小功率喇叭發(fā)聲，如左圖。若VS是周期1S的矩形波，則會(huì)產(chǎn)生0.5秒的聲音。Q是報(bào)時(shí)控制信號(hào)。音響控制電路

要實(shí)現(xiàn)整點(diǎn)報(bào)時(shí)，應(yīng)當(dāng)在產(chǎn)生分進(jìn)位信號(hào)時(shí)響第一聲，但響的次數(shù)則由時(shí)計(jì)數(shù)的狀態(tài)來確定。由于時(shí)計(jì)數(shù)器為12進(jìn)制，報(bào)時(shí)要求12小時(shí)循環(huán)一次，所以需要一個(gè)12進(jìn)制計(jì)數(shù)器來計(jì)響聲的次數(shù)，由分進(jìn)位信號(hào)來控制報(bào)時(shí)的開始，每響一次讓響聲計(jì)數(shù)器計(jì)一個(gè)數(shù)，將小時(shí)計(jì)數(shù)器與響聲計(jì)數(shù)器的狀態(tài)進(jìn)行比較，當(dāng)它們的狀態(tài)相同時(shí)，比較電路則發(fā)出停止報(bào)時(shí)的信號(hào)。見上圖自動(dòng)報(bào)時(shí)原理數(shù)字鐘的原理說明上述原理還可用右圖的波形說明。例：2點(diǎn)正，從波形可以看出，當(dāng)分進(jìn)位信號(hào)產(chǎn)生負(fù)脈沖時(shí)，觸發(fā)器被置為1狀態(tài)，Q=1，在Vk控制下，響一秒、停一秒。由于此時(shí)的小時(shí)計(jì)數(shù)器的狀態(tài)為“2“，當(dāng)響了第二聲之后，響聲計(jì)數(shù)器也計(jì)到“2”的狀態(tài)，經(jīng)電路比較后，輸出一負(fù)脈沖信號(hào)加至RS觸發(fā)器的控制端，使RS觸發(fā)器變?yōu)?狀態(tài)，即Q=0，停止報(bào)時(shí)。①直接利用小時(shí)計(jì)數(shù)器輸出狀態(tài)與響聲計(jì)數(shù)器的狀態(tài)加以比較，來控制音響電路。由于小時(shí)計(jì)數(shù)器是由十位和個(gè)位計(jì)數(shù)器組成，且十位計(jì)數(shù)器為二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，個(gè)位計(jì)數(shù)器為十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，其輸出狀態(tài)為五位二進(jìn)制數(shù)，因此這時(shí)響聲計(jì)數(shù)器也應(yīng)為與此相對(duì)應(yīng)的五位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器（同樣由十位和個(gè)位計(jì)數(shù)器構(gòu)成），然后將其狀態(tài)與時(shí)計(jì)數(shù)器的加以比較。如上圖示。推薦兩種自動(dòng)報(bào)時(shí)方案②如右圖利用一塊集成電路芯片構(gòu)成四位十二進(jìn)制的響聲計(jì)數(shù)器。那么在小時(shí)計(jì)數(shù)器與響聲計(jì)數(shù)器的狀態(tài)進(jìn)行比較時(shí)，必須注意，這時(shí)的響聲計(jì)數(shù)器為四位計(jì)數(shù)器，而小時(shí)計(jì)數(shù)器為五位計(jì)數(shù)器，兩者不能直接加以比較，應(yīng)先將五位的小時(shí)計(jì)數(shù)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的四位狀態(tài)，然后再與響聲計(jì)數(shù)器的狀態(tài)相比較。推薦兩種自動(dòng)報(bào)時(shí)方案數(shù)字鐘的原理說明（4）比較電路的實(shí)現(xiàn)兩個(gè)二進(jìn)制數(shù)的比較，一種方法是利用數(shù)據(jù)比較器,另一種方法是按位加以比較。我們知道，兩個(gè)二進(jìn)制數(shù)，只有當(dāng)它們每一對(duì)應(yīng)位的數(shù)碼均相同時(shí)，這兩個(gè)數(shù)才相同，因此可以將小時(shí)計(jì)數(shù)器的狀態(tài)與響聲計(jì)數(shù)器的狀態(tài)按對(duì)應(yīng)的位利用門電路加以比較，其電路請(qǐng)同學(xué)們自己思考。（5）RS觸發(fā)器的選用在圖五所示原理圖中，利用RS觸發(fā)器來控制音響電路，這就需要自己利用與非門構(gòu)成RS觸發(fā)器。實(shí)際上利用JK觸發(fā)器或D觸發(fā)器等集成觸發(fā)器的直接置0/置1端也可以構(gòu)成控制電路。請(qǐng)自行設(shè)計(jì)。焊好、檢查無誤后，按以下步驟調(diào)試：U1第3腳應(yīng)有0～3.6V的電壓，說明脈沖振蕩部分正常。LED1、LED2每秒閃爍一次，說明U2工作正常。按動(dòng)S1，若U3B輸出應(yīng)有0~3.6V電壓變化，說明正常。按動(dòng)一次S1，測(cè)U4的Q0，電壓應(yīng)向相反方向變化，說明U4計(jì)數(shù)基本工作正常。按動(dòng)一次S1，數(shù)碼管U6數(shù)值加1，則U5、U6工作正常。不按S1，一分鐘后數(shù)碼管U6加1，分個(gè)位計(jì)數(shù)器正常。數(shù)字鐘電路安裝、調(diào)試斷開U3B輸出管腳8和U4時(shí)鐘管腳CP的連線，用一根導(dǎo)線將U1的Q14輸出脈沖引出，作為U4，U7R的快速計(jì)數(shù)脈沖，這樣便于調(diào)試，觀察分鐘計(jì)數(shù)器是否正常，特別注意能否進(jìn)位，是否計(jì)數(shù)到59后在下一脈沖時(shí)變?yōu)?。斷開U100輸出管腳和U11，U14時(shí)鐘管腳CP的連線，用一根導(dǎo)線將U1的Q14輸出脈沖引出，作為U11，U14的快速計(jì)數(shù)脈沖，這樣便于調(diào)試，觀察小時(shí)計(jì)數(shù)器是否正常，特別注意能否進(jìn)位，是否計(jì)數(shù)到23后在下一脈沖時(shí)變?yōu)?。

數(shù)字鐘電路安裝、調(diào)試音樂D/A和A/D轉(zhuǎn)換電路

1.設(shè)計(jì)要求以音樂IC作為模/數(shù)轉(zhuǎn)換的信號(hào)源。用模/數(shù)轉(zhuǎn)換后的二進(jìn)制代碼驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管。產(chǎn)生轉(zhuǎn)換所需的時(shí)鐘信號(hào)。模數(shù)轉(zhuǎn)換的速度可調(diào)。把數(shù)模轉(zhuǎn)換后的二進(jìn)制代碼轉(zhuǎn)換成模擬量，通過運(yùn)放，驅(qū)動(dòng)喇叭發(fā)出音響。2.課題涵蓋的知識(shí)點(diǎn)A/DD/A轉(zhuǎn)換、脈沖波形產(chǎn)生電路、運(yùn)放和基本門電路。電路的原理說明

上圖中ADC0804的作用是進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換即把音樂集成電路發(fā)出的音樂聲作為信號(hào)源，然后把它轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。并把其轉(zhuǎn)換的結(jié)果用發(fā)光二極管的發(fā)光情況表示出來。同時(shí)，這些數(shù)字信號(hào)送到模數(shù)轉(zhuǎn)換器DAC0832把數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，然后輸出經(jīng)MIC4558放大后驅(qū)動(dòng)喇叭發(fā)聲。其中4060產(chǎn)生模數(shù)轉(zhuǎn)換的啟動(dòng)轉(zhuǎn)換脈沖，用來控制轉(zhuǎn)換輸出的頻率。如輸出頻率太低，則喇叭發(fā)光的聲音失真大，否則失真小。

A／D(模／數(shù))轉(zhuǎn)換器本ADC0804屬于逐次比較型，+5Ｖ單電源供電，COMS工藝制造，輸出電平與TTL、COMS器件兼容，可直接驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)總線，分辨率為8位，轉(zhuǎn)換時(shí)間為100μs。在課程設(shè)計(jì)的項(xiàng)目中利用ADC0804實(shí)現(xiàn)把輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)，電路如圖。0804的輸入電壓范圍為0～5V，所以采用單端輸入方式，則Vin（-）管腳接地，輸入電壓接在Vin（+）管腳，參考電壓可由片內(nèi)提供9.5V，VREF/2管腳懸空，A/D轉(zhuǎn)換所需的時(shí)鐘脈沖由內(nèi)電路產(chǎn)生，所以、CLKR外接一個(gè)電阻和電容產(chǎn)生A/D轉(zhuǎn)換所要求的時(shí)鐘脈沖，采用典型應(yīng)用時(shí)的參數(shù)：R5＝10k，C1＝150pF，?CLK≈640kHz，轉(zhuǎn)換速度為100μs，片選管腳接地。

芯片正常工作，DB0~B7經(jīng)排電阻PR1限流后驅(qū)動(dòng)LED1~LED8，指示A/D轉(zhuǎn)換完成后，對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)，輸入信號(hào)由撥動(dòng)開關(guān)S2進(jìn)行選擇，當(dāng)打到上端時(shí)，輸入信號(hào)電位器的中間抽頭，調(diào)節(jié)電位器可以實(shí)現(xiàn)輸入電壓在0~5V之間變化，當(dāng)S2打到下端時(shí),輸入信號(hào)為音樂片U，輸出經(jīng)VT放大的音樂信號(hào)，為A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)控制腳，接在U3A的輸出端，U3A、SP1、U１組成轉(zhuǎn)換脈沖振蕩和手動(dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)形成電路，當(dāng)8位撥碼開關(guān)SP1不同開關(guān)閉合時(shí)，利用U1(MC14060)自動(dòng)為A/D轉(zhuǎn)換器提供轉(zhuǎn)換所需的啟動(dòng)脈沖，當(dāng)SP1全部斷開時(shí)，按動(dòng)一次按鍵開關(guān)S1即可產(chǎn)生一個(gè)啟動(dòng)信號(hào)。為轉(zhuǎn)換結(jié)束輸出信號(hào)，和讀信號(hào)控制管腳連接，可以在每次轉(zhuǎn)換完成后自動(dòng)將轉(zhuǎn)換結(jié)果由DB0~DB7輸出。A／D(模／數(shù))轉(zhuǎn)換器Ｄ／Ａ（數(shù)／模）轉(zhuǎn)換器本項(xiàng)目采用集成8位D/A轉(zhuǎn)換器0832。DAC0832是電流輸出型器件，要獲得電壓輸出，就需要外加電流—電壓轉(zhuǎn)換電路，一般可用運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)要轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號(hào)c由D0~D7輸入，DAC轉(zhuǎn)換器的供電電壓為＋5V，采用單緩沖工作方式，由來自ADC0804的信號(hào)控制DAC0830的輸入寄存器的鎖存，ADC0804轉(zhuǎn)換完成時(shí)，其信號(hào)由高電平變?yōu)榈碗娖剑雇鈹?shù)字信號(hào)能夠順利的輸入到DAC0830的輸入寄存器，進(jìn)入后面的DAC寄存器D/A轉(zhuǎn)換，而當(dāng)ADC0804進(jìn)入下次轉(zhuǎn)換時(shí)，其信號(hào)由低電平為高電平，使已經(jīng)輸入到DAC0830輸入寄存器的數(shù)字信號(hào)被鎖存。外接的運(yùn)算放大器U6a將DAC0830輸出的Iout1電流轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電壓。

整機(jī)電路安裝、調(diào)試－A/D轉(zhuǎn)換器的安裝

①一般音樂片中橢圓形凹起部分內(nèi)有廠家生產(chǎn)時(shí)已經(jīng)存儲(chǔ)的音樂信號(hào)。圖10.13是音樂管腳連接圖。其第1腳旁邊一般有“＋”號(hào)表示正電源，第6腳接負(fù)電源，只要接好電源，內(nèi)部音樂就可由第5腳輸出，但一般聲音很小，所以在4、5、6腳之間加入三極管VT1，焊接時(shí)注意第4腳接集電極（c極），第5腳接基極（b極），第6腳接發(fā)射集（e極），在1、4、6腳焊接短、硬導(dǎo)線連接于電路板。焊接時(shí)，切記焊接時(shí)間不能太長(zhǎng)。②三極管VT1在焊接前要先測(cè)量質(zhì)量好壞和判斷管腳。③音樂片部分焊好后，可接一個(gè)32歐的小揚(yáng)聲器試聽。④將撥動(dòng)開關(guān)S2撥到上端，用萬用表測(cè)量VIN(+)端電壓，同時(shí)調(diào)節(jié)RP，觀察電壓應(yīng)在0～5V之