數(shù)字電子鐘設(shè)計課程設(shè)計報告

1、<p><b>　　本科生課程設(shè)計</b></p><p>　　題 目: _________數(shù)字電子鐘設(shè)計 </p><p>　　課 程：_______數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) </p><p>　　專 業(yè)：____________測控 </p><

2、;p>　　班 級： ________ </p><p>　　學(xué) 號：__________ </p><p><b>　　總 目 錄</b></p><p>　　第一部分：任務(wù)書 </p><p>　　第二部分：課程設(shè)計報告</p&g

3、t;<p><b>　　第 一 部 分</b></p><p><b>　　任</b></p><p><b>　　務(wù)</b></p><p><b>　　書</b></p><p>　　數(shù)字鐘是一種用數(shù)字顯示秒、分、時的計時裝置，與傳統(tǒng)的機(jī)

4、械鐘相比，它具有走時準(zhǔn)確、顯示直觀、無機(jī)械傳動裝置等優(yōu)點，因而得到了廣泛的應(yīng)用：小到人們?nèi)粘Ｉ钪械碾娮邮直?，大到車站、碼頭、機(jī)場等公共場所的大型數(shù)顯電子鐘。多功能數(shù)字鐘由以下幾部分組成：555定時器組成的多諧振蕩器構(gòu)成秒脈沖發(fā)生器；校正電路；六十進(jìn)制的秒、分計數(shù)器和十二進(jìn)制的時計數(shù)器；秒、分、時的數(shù)碼顯示部分；報時電路等。具體要求如下：鐘是一種用數(shù)字電路技術(shù)實現(xiàn)時、分、秒計時的裝置。通過數(shù)字鐘的 制作進(jìn)一步了解中小規(guī)模集成電路。<

5、;/p><p><b>　　技術(shù)指標(biāo)要求：</b></p><p>　　具有正常的時、分、秒顯示功能；</p><p>　　能手動 校時，校分；</p><p><b>　　能進(jìn)行整點報時；</b></p><p>　　設(shè)計所需的脈沖電路；</p><p>

6、;<b>　　具有開機(jī)清零功能。</b></p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1重要器件概述…………….………………………………………….….（6-10）</p><p>　　2電路方框圖…………………………………...………………………....（10） </p&g

7、t;<p><b>　　3電路各部分設(shè)計</b></p><p>　　計數(shù)部分………………………...……………………………………（10）</p><p>　　秒脈沖發(fā)生器………………………………………………………….(14)</p><p>　　開機(jī)清零電路………………………………………………………….(14)</p>

8、;<p>　　整點報時電路……………………………………………………….....(15)</p><p>　　校時電路………………………………………………………….........(15)</p><p>　　4系統(tǒng)整體電路設(shè)計………………………...……………………………（16）</p><p>　　5收獲體會…………………………………...……………

9、……………...（.18）</p><p>　　6器件明細(xì)清單…………………………………………...………………（18）</p><p>　　7參考資料…………………………………………………………………..(18)</p><p><b>　　一、重要器件概述</b></p><p>　　各器件的邏輯框圖、邏輯符號、邏輯

10、功能表、內(nèi)部原理圖及邏輯功能分別如下：</p><p><b>　　1.74LS04</b></p><p>　　仔細(xì)觀察一下三極管組成的開關(guān)電路即可發(fā)現(xiàn)，當(dāng)輸入為高電平時輸出等于低電平，而輸入為低電平時輸出等于高電平。因此輸出與輸入的電平之間是反向關(guān)系，它實際上就是一個非門。（亦稱反向器）。</p><p>　　所用芯片74LS04是一個有六

11、個反相器的芯片，其邏輯框圖如下圖所示：</p><p>　　圖一、芯片74LS04管腳圖</p><p><b>　　2.74LS00</b></p><p>　　74系列與非門的電線電纜與三極管組成的TTL反相器的典型電路的區(qū)別在于輸入端改成了奪發(fā)射極三極管。</p><p>　　所用芯片74LS00，其邏輯框圖如下圖

12、所示：</p><p>　　圖二、芯片74LS00邏輯框圖</p><p><b>　　邏輯符號圖：</b></p><p>　　圖三、芯片74LS00邏輯符號</p><p><b>　　邏輯功能表如下圖：</b></p><p>　　表一 74LS00 邏輯功能表<

13、/p><p><b>　　3.555</b></p><p>　　圖四、555芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p>　　圖六為國產(chǎn)雙極型定時器CB555內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)原理圖。它是由比較器C1和C2，基本RS觸發(fā)器和集電極開路的放電三極管TD三部分組成。</p><p>　　其中VH是比較器C1的輸入端，v12是比較器C2的輸入端。C1

14、和C2的參考電壓VR1和VR2由VCC經(jīng)三個五千歐電阻分壓給出。在控制電壓輸入端VCO懸空時，VR1=2/3VCC,VR2=1/3VCC。如果VCO外接固定電壓，則VR1=VCO,VR2=1/2VCO.</p><p>　　RD是置零輸入端。只要在RD端加上低電平，輸出端v0便立即被置成低電平，不受其他輸入端狀態(tài)的影響。正常工作時必須使RD處于高電平。圖中的數(shù)碼1—8為器件引腳的編號。</p>&l

15、t;p><b>　　其邏輯框圖如下：</b></p><p><b>　　圖五、邏輯框圖</b></p><p><b>　　邏輯符號如下：</b></p><p>　　圖六、555邏輯符號</p><p><b>　　4.74LS160</b>&l

16、t;/p><p>　　74LS160為十進(jìn)制同步加法計數(shù)器</p><p>　　邏輯框圖如圖： 邏輯符號如圖：</p><p>　　圖七、74LS160邏輯框圖 圖八、74LS160邏輯符號</p><p><b>　　邏輯功能描述如下：</b>

17、</p><p>　　74LS160中LD為預(yù)置數(shù)控制端，D0-D3為數(shù)據(jù)輸入端，C為進(jìn)位輸出端，RD為異步置零端，Q0-Q3位數(shù)據(jù)輸出端，EP和ET為工作狀態(tài)控制端。</p><p>　　當(dāng)RC=0時所有觸發(fā)器將同時被置零，而且置零操作不受其他輸入端狀態(tài)的影響。當(dāng)RC=1、LD=0時，電路工作在預(yù)置數(shù)狀態(tài)。這時門G16-G19的輸出始終是1，所以FF0-FF1輸入端J、K的狀態(tài)由D0-D

18、3的狀態(tài)決定。當(dāng)RC=LD=1而EP=0、ET=1時，由于這時門G16-G19的輸出均為0，亦即FF0-FF3均處在J=K=0的狀態(tài)，所以CP信號到達(dá)時它們保持原來的狀態(tài)不變。同時C的狀態(tài)也得到保持。如果ET=0、則EP不論為何狀態(tài)，計數(shù)器的狀態(tài)也保持不變，但這時進(jìn)位輸出C等于0。當(dāng)RC=LD=EP=ET=1時，電路工作在計數(shù)狀態(tài)。從電路的0000狀態(tài)開始連續(xù)輸入16個計數(shù)脈沖時，電路將從1111的狀態(tài)返回0000的狀態(tài)，C端從高電平跳

19、變至低電平。利用C端輸出的高電平或下降沿作為進(jìn)位輸出信號。</p><p><b>　　5．LED </b></p><p>　　LED是發(fā)光二極管Light Emitting Diode的英文縮寫。</p><p>　　LED顯示屏是由發(fā)光二極管排列組成的一顯示器件。它采用低電壓掃描驅(qū)動，具有：耗電少、使用壽命長、成本低、亮度高、故障少、

20、視角大、可視距離遠(yuǎn)、規(guī)格品種全等特點。管腳１２３４分別接輸出段的Ｑ０、Ｑ１Ｑ２、Ｑ３．圖形顯示如下圖所示：</p><p><b>　　圖九、LED顯示屏</b></p><p><b>　　二、電路方框圖</b></p><p>　　數(shù)字鐘組成電路的總體框圖的原理圖如下圖所示：</p><p>&

21、lt;b>　　圖十、總體框圖</b></p><p><b>　　三．電路各部分設(shè)計</b></p><p><b>　　1．計數(shù)部分</b></p><p>　　秒信號經(jīng)秒計數(shù)器、分計數(shù)器、時計數(shù)器之后。分別得到顯示電路，以便實現(xiàn)用數(shù)字顯示時、分、秒的要求?！懊搿焙汀胺帧庇嫈?shù)器應(yīng)為六十進(jìn)制，而“時”計數(shù)

22、器應(yīng)為二十四進(jìn)制。要實現(xiàn)這一要求，可選用的中規(guī)模集成計數(shù)器較多，這次我用的是74160。</p><p>　　A：“秒”，“分”60進(jìn)制 </p><p><b>　　原理圖如下</b></p><p>　　圖十一“秒”，“分”電路原理圖</p><p>　　通過兩片74

23、160能實現(xiàn)六十進(jìn)制計數(shù)器。一塊組成十進(jìn)制，另一塊組成六進(jìn)制。組合起來就構(gòu)成六十進(jìn)制計數(shù)器，通過串行的方式能實現(xiàn)上述功能，在串行方式里面以低位的輸出信號作為高位的時鐘輸入信號。</p><p>　　六十進(jìn)制計數(shù)器。如圖十二</p><p>　　圖十二，兩塊74LS160構(gòu)成的六十進(jìn)制計數(shù)器</p><p>　　在Multisim上的實際電路圖如下圖</p>

24、;<p>　　圖十三60進(jìn)制電路仿真圖</p><p><b>　　B．“時”24進(jìn)制</b></p><p>　　如圖所示為二十四進(jìn)制計數(shù)器的原理圖。</p><p>　　圖十四 24進(jìn)制電路原理圖</p><p>　　二十四進(jìn)制計數(shù)器。它由兩塊中規(guī)模集成十進(jìn)制計數(shù)器74LS160構(gòu)成。當(dāng)高位出現(xiàn)0010

25、狀態(tài)，低位為0100狀態(tài)，即計到第24個來自“分”計數(shù)器的進(jìn)位信號時，產(chǎn)生反饋清零信號。</p><p>　　圖十五兩塊74LS160構(gòu)成的二十四進(jìn)制計數(shù)器</p><p>　　在Multisim上的實際電路圖如下圖</p><p>　　圖十六24進(jìn)制電路仿真圖</p><p><b>　　2．秒脈沖發(fā)生器</b><

26、;/p><p>　　秒脈沖發(fā)生器是數(shù)字鐘的核心部分，它的精度和穩(wěn)定度決定了數(shù)字鐘的質(zhì)量，本實驗可采用555定時器組成的多諧振蕩器發(fā)出秒脈沖即1Hz脈沖。電路圖如下圖所示。</p><p>　　圖十圖十七秒脈沖發(fā)生器</p><p><b>　　3.開機(jī)清零電路</b></p><p>　　在剛剛開機(jī)接通電源時，由于時，分，秒

27、是任意值。所以要對時鐘進(jìn)行置零操作。當(dāng)RC=0時所有觸發(fā)器將同時被置零，而且置零操作不受其他輸入端狀態(tài)的影響，所以將多有的74160的RC’端接低點位就能實現(xiàn)開機(jī)自動清零，舍去了開關(guān)和手動置零帶來的麻煩！</p><p><b>　　圖十八開機(jī)清零電路</b></p><p><b>　　4. 整點報時電路</b></p><

28、p>　　當(dāng)時計數(shù)器在每次計到整點時，需要報時，這可采用譯碼電路來解決，即當(dāng)分為59時，且秒計數(shù)到50時，輸出一高電平，經(jīng)過與非門電路控制來自分和秒的信號和一千赫茲的方波發(fā)生電路能夠?qū)崿F(xiàn)上述功能。如圖。</p><p><b>　　圖十九報時模塊</b></p><p><b>　　5.校時電路</b></p><p>

29、;　　在剛接通電源或者時鐘走時出現(xiàn)誤差時，則需要進(jìn)行時間的校準(zhǔn)。校時開關(guān)在手動位置，分別對時、分、秒進(jìn)行單獨計數(shù)，計數(shù)脈沖由連續(xù)脈沖輸入。校時電路如圖六所示。由與非門和二個開關(guān)組成，實現(xiàn)對“時”、“分”的校準(zhǔn)。當(dāng)校時開關(guān)J4，J2扳到高電平端時開啟與門，秒脈沖能順利的和來自分的進(jìn)位脈沖一起實現(xiàn)對時的校正。同理，秒脈沖和秒進(jìn)位對分進(jìn)行校正。電路圖如圖。</p><p>　　圖二十校分電路圖如下</p>

30、<p>　　四．系統(tǒng)整體電路設(shè)計</p><p>　　本次設(shè)計的總體電路整體工作原理大體描述如下：</p><p>　　1.首先，由555定時器組成一個多諧振蕩器得到1HZ的秒脈沖，秒脈沖發(fā)生器的輸出端接到每個計數(shù)器的時鐘輸入端。</p><p>　　2.數(shù)字鐘的分、秒計數(shù)部分均為六十進(jìn)制計數(shù)器（顯示00～59），采用兩片74LS160來實現(xiàn)。時為24進(jìn)

31、制，同樣采用兩片74160實現(xiàn)。</p><p>　　3.數(shù)字鐘的校正部分主要是通過開關(guān)實現(xiàn)的。</p><p>　　4.當(dāng)計數(shù)器在每次計到整點時，需要提前十秒報時。電路圖如下</p><p><b>　　五．收獲體會</b></p><p>　　在此次的數(shù)字鐘設(shè)計過程中，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

32、理和其具體的使用方法。也鍛煉了自己獨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，但通過這次課程設(shè)計我們了解了課程設(shè)計的一般步驟，和設(shè)計中應(yīng)注意的問題。希望下次課程設(shè)計的時候老師能多加指導(dǎo)，這樣能減少時間，獲得更高的效率。</p><p><b>　　六．器件明細(xì)清單</b></p><p>　　74LS160 6塊

33、 74LS04 14塊</p><p>　　74LS00 4塊 74LS40N 5塊</p><p>　　74LS10N 1塊 DCD_HEX 6塊</p><p>　　74LS33N 3塊 key

34、 for switch 2個</p><p>　　555 1塊 1K電阻 2個</p><p>　　1微法電容1個 30微法可調(diào)電容1個</p><p><b>　　電源若干</b></p><p><b>　　七．參