數(shù)電課程設計---多功能數(shù)字鐘

1、<p>　　數(shù)字電子課程設計報告 </p><p>　　課程設計名稱 ： 多功能數(shù)字鐘</p><p>　　設計學生班級 ：　 </p><p>　　設計學生姓名 ： 　 </p><p>　　設計學生學號 ： </p><p>　　設計指導老師 ： 　 </p><p>　　

2、課程設計時間 ： </p><p>　　課程設計地點 ： 數(shù)字電子課程設計中心</p><p><b>　　目錄　</b></p><p>　?。薄≡O計任務及要求　　　　　　　　　　　　?。?lt;/p><p>　?。病”容^和選定設計方案　　　　　　　　　　?。保丁　　?lt;/p><p>　　３　單

3、元電路設計　　　　　　　　　　　　　　６－１１</p><p>　?。础≌w電路　　　　　　　　　　　　　　　?。保保保?lt;/p><p>　?。怠≌n題遇到的問題及解決方法　　　　　　　?。保矗保?lt;/p><p>　?。丁⌒牡皿w會　　　　　　　　　　　　　　　　１７</p><p><b>　　多功能數(shù)字鐘</b>&l

4、t;/p><p><b>　　[設計任務]</b></p><p>　　進行正常的時/分/秒計數(shù)，分別用六個數(shù)碼管顯示時（24小時），分（60分鐘），秒（60秒）的計時功能。</p><p>　　利用實驗系統(tǒng)上的按鍵實現(xiàn)“校時”,"校分"功能:按下"校時"鍵時,計數(shù)器迅速遞增,并按24小時循環(huán);按下"

5、;校分"鍵時,計數(shù)器迅速遞增,并按60分鐘循環(huán)。</p><p>　　實現(xiàn)整點報時．每隔一秒報一次，共五次．</p><p>　　實現(xiàn)鬧時功能，預置０５時２９分鬧時．報時鬧時功能在EDA6000界面上用兩個燈泡來顯示。</p><p><b>　　[設計要求］</b></p><p>　?。ǎ保疁蚀_計時，以數(shù)

6、字形式顯示時、分、秒；</p><p>　?。ǎ玻當?shù)字鐘能夠校正時、分。</p><p>　?。ǎ常髷?shù)字鐘計數(shù)時在規(guī)定的時間內(nèi)鬧時（０５：２9分鬧時一秒鐘）；</p><p>　?。ǎ矗當?shù)字鐘報整點數(shù)，報時頻率為由系統(tǒng)cp脈沖分頻出的1KHz。</p><p><b>　　[設計方案及框圖]</b></p

7、><p><b>　?。?）設計方案比較</b></p><p>　　1．設計60進制及24進制加法計數(shù)器</p><p>　　方案I.使用兩片74161芯片級聯(lián)</p><p>　　74161芯片元件符號及功能表見下面圖表，為4位二進制加法計數(shù)器，具有異步清零、同步置數(shù)功能 ，但其輸出端不能直接與數(shù)碼管相連接。</p

8、><p>　　圖（1） 圖（2）</p><p>　　方案II.使用兩片74160芯片級聯(lián)</p><p>　　74160芯片元件符號及功能表見下面圖表，為8421編碼的十進制加法計數(shù)器，具有異步清零、同步置數(shù)功能 ，且其輸出端能直接與數(shù)碼管相連接，較 74161更為方便。 </p>&

9、lt;p>　　圖（3） </p><p><b>　　圖（4）</b></p><p>　　2．正常計數(shù)時脈沖（f1=1KHz）的提供</p><p>　　方案I. 選用555定時器構成多諧震蕩器產(chǎn)生f1</p><p>　　方案II.f1直接由系統(tǒng)自帶的cp脈沖提供</p><p&

10、gt;　　方案比較：由于系統(tǒng)自帶1KHz的脈沖，可直接連入計數(shù)器的cp端，所以較方案I中使用集成電路定時器555與RC組成的多諧震蕩器更方便、更直觀，且對數(shù)字鐘的準確程度影響甚小。所以選擇方案II。</p><p>　　3.鬧時電路模塊的設計</p><p>　　方案I. 使用數(shù)字比較器</p><p>　　輸入設置鬧時，可先用D觸發(fā)器構成的鎖存器將輸入的鬧時時間保

11、存，然后用比較器比較計時時間與鎖存的鬧時時間，若相等，輸出鬧時信號，進行鬧時。</p><p>　　方案II.使用組合邏輯電路</p><p>　　根據(jù)具體的鬧時時間從時、分計數(shù)器對應的輸出端連接組合邏</p><p><b>　　電路控制。</b></p><p>　　方案比較：方案II中使用組合邏輯電路控制鬧時模塊只

12、需用到簡單的門電路。而方案I中集成比較器內(nèi)部電路比較復雜，需明白該集成比較器的工作原理才能正確的將鬧時時間鎖存，從而完成數(shù)字鐘的鬧時功能。所以選擇設計原理易懂的方案II更好。</p><p>　?。?）整體方案原理框圖</p><p><b>　　圖（5）</b></p><p><b>　　[單元電路設計]</b><

13、;/p><p>　　（1）分、秒計數(shù)器設計</p><p>　　1．60進制計數(shù)器的工作原理 </p><p>　　秒計數(shù)器電路與分計數(shù)器電路都是60進制，采用兩片中規(guī)模集成電路74LS60串接起來構成的秒、分計數(shù)器，下面選擇同步置數(shù)方法使計數(shù)器從0到59循環(huán)計數(shù)。</p><p>　　2．60進制計數(shù)器電路原理圖</p><

14、p><b>　　圖（6）</b></p><p>　　3．60進制計數(shù)器電路時序圖</p><p><b>　　圖（7）</b></p><p>　?。?）時計數(shù)器的設計</p><p>　　1．24進制計數(shù)器的工作原理 </p><p>　　時計數(shù)器電路都是24進制，

15、采用兩片中規(guī)模集成電路74LS60串接起來構成的時計數(shù)器。下面選擇同步置數(shù)方法使計數(shù)器從0到23循環(huán)計數(shù)。</p><p>　　2．24進制計數(shù)器電路原理圖</p><p><b>　　圖（8）</b></p><p>　　3．24進制計數(shù)器電路時序圖</p><p><b>　　圖（9）</b>&

16、lt;/p><p><b>　?。?）分頻器的設計</b></p><p>　　系統(tǒng)自帶的cp脈沖f1=1KHz，本實驗只需分頻出校時、校分時的脈沖頻率f2=500Hz。計數(shù)器不僅具有計數(shù)的功能，還有分頻的功能，由60進制計數(shù)器時序圖知，秒計數(shù)器個位的輸出端Qa出來的波形頻率為自身cp端輸入頻率的一半，所以f2=500Hz的頻率只需從上面的Qa端接出即可。</p&g

17、t;<p>　?。?）校時、校分電路的設計</p><p>　　1．二選一選擇器組合邏輯電路</p><p><b>　　圖（10）</b></p><p>　　2．二選一集成芯片（21mux）符號及功能表</p><p><b>　　圖（11） </b></p><

18、;p>　　圖（12） </p><p>　　3． 21mux在本實驗中的工作原理</p><p>　　實驗中校時、校分時均用到21mux的二選一功能。S端接控制開關Key1（以校分為例），A端接秒計數(shù)器的進位信號，B斷接秒計數(shù)器從系統(tǒng)自帶的cp(f1=1KHz)脈沖信號分頻出來的頻率(f2=500Hz)。當Key1=0時，時、分、秒計數(shù)器正

19、常計數(shù)；當Key1=1時，Y輸出B輸入的信號，即頻率f2直接接在了分計數(shù)器的cp端，使分計數(shù)器校分，當校分到準確時間時，再打開開關Key1=0。 </p><p>　　（5）報時電路模塊的設計</p><p><b>　　1．工作原理</b></p><p>　　當分、秒計數(shù)器計至59分50秒時，分計數(shù)器十位輸出端為QdQcQbQa=0101,

20、個位輸出QdQcQbQa=1001;秒計數(shù)器個位輸出為QdQcQbQa=0000，從59分50秒到59分59秒只有秒個位在計數(shù)，所以可得由組合邏輯電路組成的報時電路圖。</p><p><b>　　2．報時電路原理圖</b></p><p><b>　　圖（13）</b></p><p>　　從上往下各門電路的輸入端依次是

21、：</p><p>　　(6)鬧時電路模塊的設計</p><p><b>　　1．工作原理</b></p><p>　　當時、分計數(shù)器計至15時39分時，時計數(shù)器十位輸出端為QdQcQbQa=0001,個位輸出端為QdQcQbQa=0101;分計數(shù)器十位輸出為QdQcQbQa=0011，分計數(shù)器個位輸出為QdQcQbQa=1001，此時數(shù)字鐘鬧

22、時一分鐘，所以可得由組合邏輯電路組成的鬧時電路圖。</p><p><b>　　2．鬧時電路原理圖</b></p><p><b>　　圖（14）</b></p><p>　　從上往下各門電路的輸入端依次是：</p><p><b>　　[整體電路設計]</b></p&g

23、t;<p>　　(1)系統(tǒng)電路的工作原理</p><p>　　系統(tǒng)自帶的高頻脈沖信號f1=1KHz作為數(shù)字鐘的時間基準，經(jīng)過秒計數(shù)器的分頻輸出校時、校分電路的頻率f2=500Hz。秒計數(shù)器 </p><p>　　計滿60后向分計數(shù)器進位，分計數(shù)器計滿60后向小時計數(shù)器進位，小時計數(shù)器按照“24翻1”規(guī)律計數(shù)。計時出現(xiàn)誤差時可以用校時電路進行校時、校分。在以上電路正常運行的情況

24、下，鬧時及報時電路也會正常按照設計要求顯示數(shù)字鐘的擴展功能。</p><p>　　(2)系統(tǒng)工作電路原理圖</p><p><b>　　圖（15）</b></p><p>　　(3)系統(tǒng)工作電路時序圖</p><p>　?。▓D16）Key1=0,Key2=0時</p><p>　?。▓D17）Key

25、1=1,Key2=0時</p><p>　?。▓D18）Key1=1,Key2=1時</p><p><b>　　簡單分析：</b></p><p>　　圖1顯示時、分、秒正常計數(shù)時的時序圖（即Key1=0,Key2=0）,</p><p>　　受時序圖仿真界面寬度限制，所以只能計數(shù)到分的個位。</p>&l

26、t;p>　　圖2顯示校分（Key1=1）時的時序圖，分計數(shù)器不受秒計數(shù)器的進位信號控制，cp端接受到頻率f2=500Hz后獨自計數(shù)，從圖上可以看出能夠計數(shù)到59分之后并進位到時計數(shù)器的個位， 并且顯示正點報時功能。</p><p>　　圖3顯示校分、校時（Key=1,Key=1）時的時序圖，分計數(shù)器不受秒計數(shù)器的進位信號控制，時計數(shù)器不受分計數(shù)器的進位信號控制，他們的cp端均接受到頻率f2=500Hz并獨自

27、計數(shù)，從圖上可以看出：時、分計數(shù)器能夠分別計數(shù)到23時和59分后返回0重新計數(shù)，并且能夠清晰地顯示15時39分鬧時一分鐘的功能。</p><p>　　(4)EDA6000界面顯示功能圖</p><p>　?。▓D19）整點報時　鬧時功能</p><p>　　[課程設計過程中的問題及解決方法]</p><p>　　問題1：在下載過程顯示數(shù)字鐘各項

28、功能時，正常走表時發(fā)現(xiàn)分計數(shù)器計數(shù)到42分時便向時計數(shù)器進位，然后到59分后仍然向小時進位，即分計數(shù)器在計數(shù)的一個周期內(nèi)有兩次向小時進位的現(xiàn)象，然而秒計數(shù)器向分進位時卻未出現(xiàn)此情況（在設計時，秒、分計數(shù)器的累計計數(shù)和進位原理都是一樣）。</p><p>　　解決方法：回到系統(tǒng)原理圖，之前分計數(shù)器同步置數(shù)時使用四輸入</p><p>　　與非門，分別接入分計數(shù)器的十位、個位相應的輸出端（當分

29、計數(shù)器十位輸出為QdQcQbQa=0101個位輸出為QdQcQbQa=1001時計數(shù)器同步置數(shù)為0），如圖（2０）所示</p><p><b>　　圖（2０）</b></p><p>　　改進后如下圖（2１）所示，使用八輸入與非門，在置數(shù)為0時將計數(shù)器的十位、個位輸出為低電平的端子分別接非門。</p><p><b>　　圖（2１）&

30、lt;/b></p><p>　　綜上所述：因為原理相同的秒計數(shù)器沒有該問題出現(xiàn)，而經(jīng)過以上改動后問題即解決，所以可以說原因在于該版本軟件的不穩(wěn)定因素。</p><p>　　問題2：秒、分計數(shù)器計數(shù)到59的同時即分別向分、時進位，比正常進位提前了一秒。</p><p>　　解決方法：回到系統(tǒng)原理圖，之前計數(shù)器的進位端設置如圖（2２）</p>&l

31、t;p>　　圖（2２） 圖（2３）</p><p>　　改動后如圖（2２），將圖（23）中的非門去除，結果秒、分計器</p><p>　　正常進位一樣要計數(shù)到60才分別向分、時進位，問題即解決。</p><p>　　綜上所述：該問題的出現(xiàn)在于芯片74160，其在cp脈沖上升延來臨時才開始正常工作（見圖２３），以秒向分

32、進位舉例，在秒計數(shù)器置零后為低電平，低電平接非門后變?yōu)楦唠娖?，這時對分計數(shù)器來說cp脈沖的上升延提前一個周期來臨，所以原本在計數(shù)到60才進位的則提前一秒進位。上述改法看上去似乎違背理論知識，但內(nèi)部分析得合乎情理。</p><p><b>　　[實驗心得與體會]</b></p><p>　　1．該課程設計所涉及的各模塊的原理與數(shù)字電子技術的理論知識緊密結合，所以這樣與課

33、本知識關聯(lián)緊的課程設計比較容易完成，同時不僅加強了對書本基礎知識的理解，而且實踐環(huán)節(jié)得到了很好的鍛煉，能夠激發(fā)實踐者對數(shù)字電子實驗的興趣甚至能夠親自動手搞些其他課題。</p><p>　　2．學習使用作圖軟件，可以輕松方便的解決一些復雜電路的問題，可以是書本知識具體化實際化</p><p>　　3．課程設計的多樣化可以開發(fā)思維，鼓勵創(chuàng)新，同時也檢驗了自己對所學知識的牢固性，沒有扎實的理論基