數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)-- 數(shù)字鐘

1、<p><b>　　課程設(shè)計(jì)報(bào)告</b></p><p>　　課程名稱： 數(shù) 字 電 路 </p><p>　　設(shè)計(jì)題目： 數(shù) 字 鐘 </p><p>　　專業(yè)名稱： 應(yīng)用電子技術(shù) </p><p><b>　　概述<

2、/b></p><p>　　數(shù)字鐘是一種用數(shù)字電路技術(shù)實(shí)現(xiàn)時(shí)、分、秒計(jì)時(shí)的鐘表。與機(jī)械鐘相比具有更高的準(zhǔn)確性和直觀性，具有更長(zhǎng)的使用壽命，已得到廣泛的使用。數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)方法有許多種，例如可用中小規(guī)模集成電路組成電子鐘，也可以利用專用的電子鐘芯片配以顯示電路及其所需要的外圍電路組成電子鐘，還可以利用單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)電子鐘等等。這些方法都各有其特點(diǎn)，其中利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的電子鐘具有編程靈活，以便于功能的擴(kuò)展。<

3、/p><p>　　數(shù)字鐘的基本組成原理框圖</p><p>　　數(shù)字鐘實(shí)際上是一個(gè)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)頻率（1HZ）進(jìn)行計(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（如北京時(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。</p><p>　?、啪w振蕩器電路　　</p><p>　

4、　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。</p><p><b>　?、品诸l器電路</b></p><p>　　分頻器電路將32768Hz的高頻方波信號(hào)32768（）次分頻后得到1Hz的方波信號(hào)供秒計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)。分頻器實(shí)際上也就是計(jì)數(shù)器。&l

5、t;/p><p>　?、菚r(shí)間計(jì)數(shù)器電路　　</p><p>　　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。</p><p><b>　?、茸g碼驅(qū)動(dòng)電路　　</b></p>

6、<p>　　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。</p><p><b>　?、蓴?shù)碼管　　</b></p><p>　　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。</p><p><b>　　數(shù)字鐘組

7、成原理框圖</b></p><p>　　數(shù)字鐘單元電路及工作原理</p><p><b>　　晶體振蕩器電路</b></p><p>　　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。</p><p>　　如圖，電路通過(guò)ＣＭＯＳ非門(mén)構(gòu)成的輸出為方波的數(shù)字式晶體振蕩電路，這個(gè)電路中，ＣＭＯＳ非

8、門(mén)Ｕ１與晶體、電容和電阻構(gòu)成晶體振蕩器電路，Ｕ２實(shí)現(xiàn)整形功能，將振蕩器輸出的近似于正弦波的波形轉(zhuǎn)換為較理想的方波。輸出反饋電 阻Ｒ１為非門(mén)提供偏置，使電路工作于放大區(qū)域，即非門(mén)的功能近似于一個(gè)高增益的反相放大器。電容Ｃ１、Ｃ２與晶體構(gòu)成一個(gè)諧振型網(wǎng)絡(luò)，完成對(duì)振蕩頻率的控制功能，同時(shí)提供了一個(gè)１８０度相移，從而和非門(mén)構(gòu)成一個(gè)正反饋網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了振蕩器的功能。由于晶體具有較高的頻率穩(wěn)定性及準(zhǔn)確性，從而保證了輸出頻率的穩(wěn)定和準(zhǔn)確。</p

9、><p><b>　　分頻器電路</b></p><p>　　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)行分頻。</p><p>　　本實(shí)驗(yàn)中采用CD4060來(lái)構(gòu)成分頻電路。CD4060在數(shù)字集成電路中可實(shí)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(mén)，使用更為方便。</p>

10、<p>　?。茫模矗埃叮坝?jì)數(shù)為１４級(jí)２進(jìn)制計(jì)數(shù)器，可以將３２７６８ＨZ的信號(hào)分頻為２ＨZ，其內(nèi)部框圖如圖所示，從圖中可以看出，ＣＤ４０６０的時(shí)鐘輸入端兩個(gè)串接的非門(mén)，因此可以直接實(shí)現(xiàn)振蕩和分頻的功能。</p><p><b>　　時(shí)間計(jì)數(shù)單元</b></p><p>　　時(shí)間計(jì)數(shù)單元有時(shí)計(jì)數(shù)、分計(jì)數(shù)和秒計(jì)數(shù)等幾個(gè)部分。</p><p&g

11、t;　　時(shí)計(jì)數(shù)單元一般為１２進(jìn)制計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器，其輸出為兩位８４２１ＢＣＤ碼形式；分計(jì)數(shù)和秒計(jì)數(shù)單元為６０進(jìn)制計(jì)數(shù)器，其輸出也為８４２１ＢＣＤ碼。</p><p>　　一般采用10進(jìn)制計(jì)數(shù)器74HC390來(lái)實(shí)現(xiàn)時(shí)間計(jì)數(shù)單元的計(jì)數(shù)功能。為減少器件使用數(shù)量，可選７４ＨＣ３９０，該器件為雙２—５－１０異步計(jì)數(shù)器，并且每一計(jì)數(shù)器均提供一個(gè)異步清零端（高電平有效）。</p><p>　　秒個(gè)位計(jì)數(shù)單元

12、為１０進(jìn)制計(jì)數(shù)器，無(wú)需進(jìn)制轉(zhuǎn)換，只需將ＱＡ與ＣＰＢ（下降沿有效）相連即可。ＣＰＡ（下降沒(méi)效）與１ＨZ秒輸入信號(hào)相連，Ｑ３可作為向上的進(jìn)位信號(hào)與十位計(jì)數(shù)單元的ＣＰＡ相連。</p><p>　　秒十位計(jì)數(shù)單元為６進(jìn)制計(jì)數(shù)器，需要進(jìn)制轉(zhuǎn)換。將１０進(jìn)制計(jì)數(shù)器轉(zhuǎn)換為６進(jìn)制計(jì)數(shù)器的電路連接方法如圖所示，其中Ｑ２可作為向上的進(jìn)位信號(hào)與分個(gè)位的計(jì)數(shù)單元的ＣＰＡ相連。</p><p>　　分個(gè)位和分十位計(jì)數(shù)

13、單元電路結(jié)構(gòu)分別與秒個(gè)位和秒十位計(jì)數(shù)單元完全相同，只不過(guò)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。</p><p>　　時(shí)個(gè)位計(jì)數(shù)單元電路結(jié)構(gòu)仍與秒或個(gè)位計(jì)數(shù)單元相同，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)行１２進(jìn)制轉(zhuǎn)換。利用１片７４ＨＣ３９０實(shí)現(xiàn)

14、１２進(jìn)制計(jì)數(shù)功能的電路如圖所示。</p><p>　　（4）譯碼驅(qū)動(dòng)及顯示單元</p><p>　　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。</p><p><b>　　校時(shí)電路</b>

15、;</p><p>　　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)行校正。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)行人工出觸發(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。</p><p>　　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

16、其中。如圖所示即為帶有基本RS觸發(fā)器的校時(shí)電路。</p><p><b>　?。?）整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路</b></p><p>　　一般時(shí)鐘都應(yīng)具備整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路功能，即在時(shí)間出現(xiàn)整點(diǎn)前數(shù)秒內(nèi)，數(shù)字鐘會(huì)自動(dòng)報(bào)時(shí)，以示提醒。其作用方式是發(fā)出連續(xù)的或有節(jié)奏的音頻聲波，較復(fù)雜的也可以是實(shí)時(shí)語(yǔ)音提示。</p><p>　　根據(jù)要求，電路應(yīng)在整點(diǎn)前10秒鐘內(nèi)開(kāi)始

17、整點(diǎn)報(bào)時(shí)，即當(dāng)時(shí)間在59分50秒到59分59秒期間時(shí)，報(bào)時(shí)電路報(bào)時(shí)控制信號(hào)。報(bào)時(shí)電路選74HC30，選蜂鳴器為電聲器件。</p><p><b>　　定時(shí)電路</b></p><p>　　數(shù)字鐘總接線布局圖及其說(shuō)明</p><p>　　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(lái)檢查數(shù)碼管的

18、好壞。</p><p>　　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。</p><p>　　利用一個(gè)LED數(shù)碼管，一塊CD4511，一塊74HC390，一塊74HC00和一個(gè)晶振連接成一個(gè)六進(jìn)制計(jì)數(shù)器，數(shù)碼管從0—6顯示。</p><p>　　利用一個(gè)六進(jìn)制電路和一個(gè)十進(jìn)

19、制連接成一個(gè)六十進(jìn)制電路，電路可從0—59顯示。</p><p>　　利用兩個(gè)六十進(jìn)制的電路合成一個(gè)雙六十進(jìn)制電路，兩個(gè)六十進(jìn)制之間有進(jìn)位。</p><p>　?。?）利用CD4060、電阻及晶振連接成一個(gè)分頻——晶振電路。</p><p>　?。?）利用74HC51D和74HC00及電阻連接成一個(gè)校時(shí)電路。</p><p>　　利用74HC

20、30和蜂鳴器連接成整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路。</p><p>　　利用兩個(gè)六十進(jìn)制和一個(gè)十二進(jìn)制連接成一個(gè)時(shí)、分、秒都會(huì)進(jìn)位的電路總圖。</p><p>　　5.課程設(shè)計(jì)中部分元器件的使用說(shuō)明</p><p>　　1．實(shí)驗(yàn)中所需的器材</p><p><b>　　5V電源。</b></p><p><b

21、>　　面包板1塊。</b></p><p><b>　　示波器。</b></p><p><b>　　萬(wàn)用表。</b></p><p><b>　　鑷子1把。</b></p><p><b>　　剪刀1把。</b></p>

22、<p><b>　　網(wǎng)絡(luò)線2米/人。</b></p><p>　　共陰八段數(shù)碼管6個(gè)。</p><p>　　CD4511集成塊6塊。</p><p>　　CD4060集成塊1塊。</p><p>　　74HC390集成塊3塊。</p><p>　　74HC51集成塊1塊。</p&g

23、t;<p>　　74HC00集成塊5塊。</p><p>　　74HC30集成塊1塊。</p><p><b>　　10MΩ電阻5個(gè)。</b></p><p>　　500Ω電阻14個(gè)。</p><p><b>　　30p電容2個(gè)。</b></p><p>　　3

24、2.768k時(shí)鐘晶體1個(gè)。</p><p><b>　　蜂鳴器。</b></p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)的心得體會(huì)</b></p><p>　　在此次的數(shù)字鐘設(shè)計(jì)過(guò)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理和其具體的使用方法。</p><p>　　在連接六進(jìn)制、十進(jìn)制、六十進(jìn)制的

25、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，那么在電路出錯(cuò)時(shí)便能準(zhǔn)確地找出錯(cuò)誤所在并及時(shí)糾正了。</p><p>　　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(méi)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容易遺漏。又例如74HC390芯片，其本身就是一個(gè)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，在仿真電路中必須連接反饋線才