數(shù)字邏輯課程設計報告

課程設計根本要求1.學生可以完成以下題目之一，經(jīng)指導教師檢查、驗收、提交設計報告、評定成績。2.學生也可以自擬題目進行設計，但需經(jīng)指導教師審核同意。3.設計方法由學生根據(jù)自己情況決定，如采用原理圖設計、HDL語言設計等。4、設計報告應包括設計思路或過程、原理圖或HDL文本、實驗結果〔可選〕、設計討論或心得體會。一、簡要說明數(shù)字鐘是由振蕩器、分頻器、計秒電路、計分電路、計時電路組成。計時有24h和12h兩種。當接通電源或數(shù)字鐘走時出現(xiàn)誤差，都需要對數(shù)字鐘作手動時、分、秒時間校正。二、任務和要求顯示時、分、秒的十進制數(shù)字顯示，采用24小時制。校時功能。整點報時。三、可選用的器件EDA-V實驗箱//數(shù)字邏輯課程設計實驗報告此設計主要以數(shù)字電路的根底理論為指導，采用中、小規(guī)模的集成器件CD4060、74LS161、74LS160、和LS248設計而成。該電路采用模塊設計、分模塊安裝、調(diào)試等方法設計而成，所選用的器件主要是中小規(guī)模的集成芯片，本產(chǎn)品由于采用多片74LS系列的集成芯片組成，生產(chǎn)本錢低等原因，使這個產(chǎn)品設計既容易實現(xiàn)，又不會浪費太多本錢。產(chǎn)品由石英晶體振蕩器產(chǎn)生頻率可以調(diào)節(jié)的時鐘脈沖信號,經(jīng)十五分頻得到秒信號脈沖作為數(shù)字鐘計數(shù)器的時鐘信號，當?shù)竭_整點前一秒時，電路通過一個蜂鳴器準時報時。這個電路還可以通過手動，即過撥動開關來選擇是否進行時間較準?？傠娐烦醪皆O計1.1設計內(nèi)容以及要求顯示時、分、秒的十進制數(shù)字顯示，采用24小時制。校時功能。整點報時。主要參考元器件：CD4060，74LS161，74LS248，74LS74，7400與非門系統(tǒng)框圖二十四小時電子鐘的原理框圖，該電路由晶振——分頻電路、74LS161和74LS160芯片構成的計數(shù)單元、74LS248驅動電路、手動校時電路等主體模塊構成。圖1.1電路原理框圖1.3設計方案根據(jù)設計要求知，此實驗的核心是由設計圍繞著怎樣使計數(shù)器正常工作，數(shù)字電子鐘的精度要求很高，因此采用石英晶體振蕩器產(chǎn)生頻率穩(wěn)定的信號，再經(jīng)分頻，得到所需的秒信號作為74LS161的CP脈沖信號。第二，電路產(chǎn)生的時鐘秒信號也會有誤差，我們需要解決如何實現(xiàn)手動校時，經(jīng)過查詢，我們選擇通過雙擲開關來實現(xiàn)CP信號的送入是手動還是自動，假設開關打向手動這邊，那么人為送入單次脈沖到CP，假設開關打向自動這邊，那么將電路產(chǎn)生的秒信號送入CP；第三，我們想到的是如何產(chǎn)生單次脈沖，用RS鎖存器來實現(xiàn)穩(wěn)定的輸出脈沖；最后，快要到達整點時，通過對174LS161的輸出端與蜂鳴器鏈接，通過蜂鳴器進行整點報時。石英晶體振蕩器電路石英諧振器簡稱為晶振，它是利用具有壓電效應的石英晶體片制成的。這種石英晶體薄片受到外加交變電場的作用時會產(chǎn)生機械振動，當交變電場的頻率與石英晶體的固有頻率相同時，振動便變得很強烈，這就是晶體諧振特性的反響。利用這種特性，就可以用石英諧振器取代LC(線圈和電容)諧振回路、濾波器等。由于石英諧振器具有體積小、重量輕、可靠性高、頻率穩(wěn)定度高等優(yōu)點，被應用于家用電器和通信設備中。石英諧振器因具有極高的頻率穩(wěn)定性，故主要用在要求頻率十分穩(wěn)定的振蕩電路中作諧振元件圖石英晶體振蕩器分頻器電路一般數(shù)字鐘的晶體振蕩器輸出頻率較高，為了得到較低的秒信號輸入，需要對振蕩器的輸出信號進行分頻。通常實現(xiàn)分頻器的電路是計數(shù)器電路，一般采用多級2進制計數(shù)器來實現(xiàn)。本實驗中采用CD4060來構成分頻電路。CD4060在數(shù)字集成電路中可實現(xiàn)的分頻次數(shù)最高，而且CD4060還包含振蕩電路所需的非門，使用更為方便。圖CD4060電路原理圖CD4060計數(shù)為14級2進制計數(shù)器，可以將32768Hz的信號分頻為2Hz，其內(nèi)部框圖如圖2.2-2所示，從圖中可以看出，CD4060的時鐘輸入端兩個串接的非門，因此可以直接實現(xiàn)振蕩和分頻的功能。在CD4060的輸出端再接一個74LS74,可再進行二分頻,從而得到1S的信號.以下為CD4060、電阻及晶振連接成一個晶振——分頻電路，CD4060的輸出端3腳得到的是2Hz的脈沖信號。圖晶振——分頻電路時間計數(shù)單元時間計數(shù)單元有時計數(shù)、分計數(shù)和秒計數(shù)等幾個局部。時計數(shù)單元一般為24進制計數(shù)器計數(shù)器，其輸出為8421BCD碼形式；分計數(shù)和秒計數(shù)單元為60進制計數(shù)器，其輸出也為8421BCD碼。我們采用16進制計數(shù)器74LS161來實現(xiàn)時間計數(shù)單元的功能。74LS161管腳圖與真值表如下所示圖74LS161管腳圖表1.174LS161功能表輸入輸出CRCPLDEPETD3D2D1D0Q3Q2Q1Q00ФФФФФФФФ00001↑0ФФdcbadcba1↑10ФФФФФQ3Q2Q1Q01↑1Ф0ФФФФQ3Q2Q1Q01↑111ФФФФ狀態(tài)碼加1表1.274LS161真值表表1.374LS160真值表秒個位計數(shù)單元為10進制計數(shù)器，需將74LS161的QD與QA接入與非門〔74LS00〕的輸入腳，與非門的輸出腳接74LS161的清零端CR`。秒十位計數(shù)單元為6進制計數(shù)器，需要進制轉換。需將QB與QC接入與非門〔74LS00〕的輸入腳，與非門〔74LS00〕的輸出腳接74LS161的清零端CR`。將秒個位的CR`接入秒十位的CP腳，這樣，當秒個位計數(shù)單元完成一個計數(shù)循環(huán)時，CR`變?yōu)榈碗娖矫}沖，使秒十位計一個數(shù)分個位和分十位計數(shù)單元電路結構分別與秒個位和秒十位計數(shù)單元完全相同，時個位計數(shù)單元電路結構仍與秒或個位計數(shù)單元相同，但是要求，整個時計數(shù)單元應為24進制計數(shù)器，不是10的整數(shù)倍，因此需將個位和十位計數(shù)單元合并為一個整體才能進行24進制轉換。圖由74LS161構成的六十進制計數(shù)器圖由74L160構成的24進制計數(shù)器譯碼驅動電路電路分析：計數(shù)器實現(xiàn)了對時間的累計以8421BCD碼形式輸出，選用顯示譯碼電路將計數(shù)器的輸出數(shù)碼轉換為數(shù)碼顯示器件所需要的輸出邏輯和一定的電流，選用74LS248作為顯示譯碼電路，選用LED數(shù)碼管作為顯示單元電路。(參考實驗十一掃描顯示電路的驅動)一個74LS248與一個LED數(shù)碼管連接成一個驅動電路如下,數(shù)碼管可以從0到計數(shù)器計數(shù)范圍內(nèi)變化.其中VSS表示公共接地端圖74LS248驅動電路手動校時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，然后再進行人工出觸發(fā)計數(shù)或將頻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，再轉入正常計時狀態(tài)即可。根據(jù)要求，數(shù)字鐘應具有時，分，秒校正功能，因此，應截斷秒個位，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。圖2.8所示即為帶有根本RS觸發(fā)器的校時電路，當開關打在圖示中的位置時，其右邊的兩個與非門的上一個輸出為高電平，下一個輸出為低電平，那么電路的最終輸出端輸出的信號為正常輸入信號，當要實現(xiàn)時間校準時，應將開關打向另一面，那么其右邊的兩個與非門上一個輸出為高電平，下一個輸出為低電平，那么電路的最終輸出端輸出的信號為手動輸入信號。圖2.9所示為分單元與時單元合起來的校時電路.圖帶有消抖動電路的校正電路圖校時電路在上面的兩圖中,正常信號指的是晶振經(jīng)分頻后產(chǎn)生的秒信號及計數(shù)器產(chǎn)生的清零脈沖,校正信號指的是通過手動按鍵,產(chǎn)生所需的脈沖.然后將該校正信號加到上兩圖中所示的校正信號輸入端口，即完成了一個完整的校時電路，單次脈沖產(chǎn)生電路如下。圖單次脈沖產(chǎn)生電路該電路產(chǎn)生的波形如下。圖單次脈沖電路輸出波形整點報時電路在時間出現(xiàn)整點前一數(shù)秒內(nèi)，數(shù)字鐘會自動報時，以示提醒。假設要求簡單，可選為電路在59分59秒時報報警，選蜂鳴器為電聲器件。當秒單元與分單元的輸出顯示了59分59秒時，通過對輸出端用與非門進行譯碼，再接的一個或非門的輸出會為高電平，使三極管導通，接通的蜂鳴器即刻進行報警。該電路圖如下。圖整點報時電路圖原始單次脈沖產(chǎn)生電路總電路示意圖：1.10心得體會設計初期要考慮周到，否那么后期改良很困難。應該在初期就多思考幾個方案，進行比擬論證，選擇最適宜的方案動手設計。總體設計在整個設計過程中非常重要，應該花較多的時間在上面；通過這次對數(shù)字鐘的設計與制作，讓我了解了設計電路的程序，也讓我了解了關于數(shù)字鐘的原理與設計理念，但是最后的成品卻不一定與仿真時完全一樣，因為，在實際接線中有著各種各樣的條件制約著。而且，在仿真中無法成功的電路接法，在實際中因為芯片本身的特性而能夠成功。所以，在設計時