數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)--數(shù)字鐘設(shè)計(jì)報(bào)告

1、<p>　　數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告</p><p>　　課程名稱： 數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì) </p><p>　　學(xué) 院： 電氣與電子信息工程學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級(jí)： 信 科 101 </p><p>　　學(xué)生姓名： </p&g

2、t;<p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　完成時(shí)間： </p><p>　　報(bào)告成績： </p><p><b>　　數(shù)字鐘設(shè)計(jì)報(bào)告</b></p><p><

3、b>　　一、設(shè)計(jì)要求</b></p><p><b>　?。?）設(shè)計(jì)指標(biāo)</b></p><p>　?、贂r(shí)間以12小時(shí)為一個(gè)周期；</p><p><b>　　②顯示時(shí)、分、秒；</b></p><p>　　③具有校時(shí)功能，可以分別對(duì)時(shí)及分進(jìn)行單獨(dú)校時(shí)，使其校正到標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間；<

4、/p><p>　?、苡?jì)時(shí)過程具有報(bào)時(shí)功能，當(dāng)時(shí)間到達(dá)整點(diǎn)前10秒進(jìn)行蜂鳴報(bào)時(shí)；</p><p>　?、轂榱吮ＷC計(jì)時(shí)的穩(wěn)定及準(zhǔn)備由晶體振蕩器提供表針時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)。</p><p><b>　?。?）設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　?、佼嫵鲭娐吩韴D（或仿真電路圖）；</p><p>　?、谠骷皡?/p>

5、數(shù)選擇；</p><p><b>　?、垭娐贩抡媾c調(diào)試；</b></p><p>　?、躊CB文件生成與打印輸出。</p><p><b>　?。?）制作要求</b></p><p>　　自行裝配和調(diào)試，并能發(fā)現(xiàn)問題和解決問題。</p><p><b>　?。?）編

6、寫設(shè)計(jì)報(bào)告</b></p><p>　　寫出設(shè)計(jì)與制作的全過程，附上有關(guān)資料和圖紙，有心得體會(huì)。</p><p><b>　　二、設(shè)計(jì)目的</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)的裝置，與機(jī)械式時(shí)鐘相比具有更高的準(zhǔn)確性和直觀性，且無機(jī)械裝置，具有更長的使用壽命，因此得到了廣泛的使用。</p&g

7、t;<p>　　數(shù)字鐘從原理上講是一種典型的數(shù)字電路，其中包括了組合邏輯電路和時(shí)序電路。</p><p>　　因此，我們此次設(shè)計(jì)與制作數(shù)字鐘就是為了了解數(shù)字鐘的原理，從而學(xué)會(huì)制作數(shù)字鐘，而且通過數(shù)字鐘的制作進(jìn)一步的了解各種在制作中用到的中小規(guī)模集成電路的作用及實(shí)用方法，且由于數(shù)字鐘包括組合邏輯電路和時(shí)序電路。通過它可以進(jìn)一步學(xué)習(xí)與掌握各種組合邏輯電路與時(shí)序電路的原理與使用方法。</p>

8、<p><b>　　三、設(shè)計(jì)的具體實(shí)現(xiàn)</b></p><p><b>　　1、系統(tǒng)概述</b></p><p>　　數(shù)字鐘一般由六個(gè)部分組成，其中振蕩器和分頻器組成標(biāo)準(zhǔn)的秒信號(hào)發(fā)生器，由不同進(jìn)制的計(jì)數(shù)器、譯碼器和顯示器組成計(jì)時(shí)系統(tǒng)。</p><p>　　數(shù)字鐘電路主體組成框圖：</p><

9、p><b>　　圖1</b></p><p>　　該數(shù)字鐘的工作原理：振蕩器產(chǎn)生的穩(wěn)定的高頻脈沖信號(hào)，作為數(shù)字鐘的時(shí)間基準(zhǔn)，再經(jīng)過分頻器輸出標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖。秒脈沖器計(jì)滿60秒后向分計(jì)數(shù)器進(jìn)位，分計(jì)數(shù)器計(jì)滿60后向小時(shí)計(jì)數(shù)器進(jìn)位，小時(shí)計(jì)數(shù)器按照12小時(shí)規(guī)律計(jì)數(shù)，計(jì)到12點(diǎn)時(shí)復(fù)位為零點(diǎn)。計(jì)數(shù)器的輸出經(jīng)過譯碼器送到顯示器。計(jì)時(shí)出現(xiàn)誤差可以用校時(shí)電路進(jìn)行校時(shí)，校分，校秒。</p>&

10、lt;p><b>　　單元電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　（1）、秒信號(hào)電路 </p><p>　　秒信號(hào)電路是數(shù)字鐘的核心部分，它的精度和穩(wěn)定度決定于數(shù)字鐘的質(zhì)量。用于時(shí)鐘和儀器儀表中作時(shí)基的秒脈沖，要求頻率穩(wěn)定度高，一般采用將高頻率的振蕩器經(jīng)過分頻得到秒脈沖信號(hào)。振蕩頻率越高，秒脈沖精度越高，而需要分頻電路的級(jí)數(shù)就越多。由觸發(fā)器的分頻作用可知，一級(jí)

11、觸發(fā)器能實(shí)現(xiàn)二分頻。為了使振蕩頻率穩(wěn)定，通常用晶體振蕩器發(fā)出的脈沖經(jīng)過整形、分頻獲得秒信號(hào)。</p><p>　　時(shí)基電路常使用通用集成電路，利用集成電路的多級(jí)分頻作用對(duì)振蕩信號(hào)頻率進(jìn)行分頻，獲得秒脈沖，本次選用，為分頻電路，再經(jīng)一次分頻即得的標(biāo)準(zhǔn)秒信號(hào)。秒信號(hào)電路如圖2所示。 </p><p><b>　　圖2</b></p><p>&l

12、t;b>　　注：</b></p><p><b>　　簡(jiǎn)介</b></p><p>　　引腳功能如圖3所示。它的內(nèi)部由一組14級(jí)二進(jìn)制串行計(jì)數(shù)/分頻和振蕩電路組成。14級(jí)二進(jìn)制分頻器可以實(shí)現(xiàn)16384（）分頻從第4級(jí)開始至第14級(jí)，除11級(jí)無輸出外，各級(jí)輸出對(duì)應(yīng)～。內(nèi)部的震蕩電路通過外接RC元件可組成RC振蕩器，或用石英晶體構(gòu)成石英晶體振蕩器，振蕩器

13、最高工作頻率電路通過外接RC元件可組成RC震蕩電路，或用石英晶體構(gòu)成石英晶體振蕩器，振蕩器最高工作頻率可達(dá)690kHz以上。當(dāng)作時(shí)鐘長生秒脈沖時(shí)，外接32.768kHz的石英晶體，以及適當(dāng)?shù)碾娮韬碗娙?，可產(chǎn)生32.768kHz的方波信號(hào)。將32.768kHz進(jìn)行分頻，從不同的Q端可得到不同的分頻信號(hào)輸出，從端輸出信號(hào)為2048Hz，從端輸出信號(hào)為2Hz。再對(duì)2Hz的信號(hào)進(jìn)行而分頻，就得到所需要的秒脈沖信號(hào)。</p><

14、;p><b>　　圖3</b></p><p><b>　　石英晶體</b></p><p>　　石英晶體是一種具有壓電效應(yīng)的晶體材料制成的電子元件。在石英晶體兩極加上交變電場(chǎng)，晶片會(huì)產(chǎn)生機(jī)械形變；若在晶片上加機(jī)械壓力，則會(huì)在晶片的相應(yīng)方向上長生一定的電場(chǎng)。這種效應(yīng)成為壓電效應(yīng)。在一般情況下，晶片的機(jī)械振動(dòng)的振幅和交變電場(chǎng)的振幅都很小，只有

15、當(dāng)外加交變電場(chǎng)的頻率為某一特定頻率時(shí)，其振幅比在其他頻率下的振幅大得多，這種效應(yīng)稱壓電諧振。這與LC回路的諧振十分相似，所以，石英晶體又稱石英諧振器。</p><p>　　石英晶體的諧振頻率由生產(chǎn)中晶體的切割方向和幾何尺寸決定。石英晶體產(chǎn)品的諧振頻率是固定的，用型號(hào)表示出振蕩頻率，對(duì)于體積較大的石英晶體振蕩器，常將諧振頻率標(biāo)在石英晶體的外封裝上。</p><p>　?。?）、時(shí)、分、秒計(jì)數(shù)

16、器 </p><p>　　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)，然后送至譯碼器顯示電路，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。要求實(shí)現(xiàn)這一要求，可選用的中規(guī)模集成計(jì)數(shù)器較多，本次選擇使用。</p><p><b>　　注：原理介紹<

17、/b></p><p>　　為中規(guī)模集成的4位同步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，除了具有二進(jìn)制加法技術(shù)功能外，還具有預(yù)置數(shù)、保持和異步置零等附加功能。LD`為預(yù)置數(shù)控制端，～為數(shù)據(jù)輸入端，C為進(jìn)位輸出端，`為異步置零（復(fù)位）端，EP和ET為工作狀態(tài)控制端。</p><p>　　圖4為的功能表，它給出了EP和ET為不同取值時(shí)電路的工作狀態(tài)。</p><p>　　當(dāng)=0時(shí)所有觸發(fā)

18、器將同時(shí)被置零，而且置零操作不受其他輸入端狀態(tài)的影響。</p><p>　　當(dāng)=1、=0時(shí)，電路工作在同步預(yù)置數(shù)狀態(tài)。這時(shí)門～的輸出始終是１，所以～輸入端J、K的狀態(tài)由～的狀態(tài)決定。例如，若=1,則=1、=0,CLK上升沿到達(dá)后被置１。</p><p>　　當(dāng)==1而EP=0、ET=1時(shí)，由于這時(shí)門～的輸出均為0，亦即～均處在J=K=0狀態(tài)，所以CLK信號(hào)到達(dá)時(shí)它們保持原來的狀態(tài)不變。同時(shí)

19、C的狀態(tài)也得到保持。如果ET=0，則EP無論為何狀態(tài)，計(jì)數(shù)器的狀態(tài)也將保持不變，但這時(shí)進(jìn)位輸出C等于0。</p><p>　　當(dāng)==EP=ET=1時(shí)，電路工作在計(jì)數(shù)狀態(tài)。從電路的0000狀態(tài)開始連續(xù)輸入16個(gè)計(jì)數(shù)脈沖時(shí)，電路將從1111狀態(tài)退回0000狀態(tài)，C端從高電平跳變至低電平?？梢岳肅端輸出的高電平或下降沿作為進(jìn)位輸出信號(hào)。</p><p><b>　　圖4</b&

20、gt;</p><p>　　1)、六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器 </p><p>　　由兩塊中規(guī)模集成十進(jìn)制計(jì)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(jì)數(shù)器，如圖所示:</p><p><b>　　圖5</b></p><p><b>　　、十二進(jìn)制計(jì)數(shù)器</b></p>&

21、lt;p>　　由兩塊中規(guī)模集成十進(jìn)制計(jì)數(shù)器構(gòu)成，當(dāng)高位出現(xiàn)狀態(tài)，地位出現(xiàn)為狀態(tài)，即得到第個(gè)來自“分”計(jì)數(shù)器的進(jìn)位信號(hào)時(shí)。產(chǎn)生反饋清零信號(hào)，如圖所示：</p><p><b>　　圖6</b></p><p><b>　　譯碼顯示電路</b></p><p>　　選用器件時(shí)應(yīng)注意譯碼器和顯示器件的相互配合。一是驅(qū)動(dòng)功率

22、要足夠大，二是邏輯電平要匹配。例如，采用公陰型數(shù)碼管作為顯示器件時(shí)，則應(yīng)采用輸出為高電平的譯碼電路，且因數(shù)碼管工作電流較大，不能用普通譯碼器，應(yīng)采用功率門或者門。本次設(shè)計(jì)選擇使用顯示譯碼器為。</p><p>　　注：１）七段字符顯示器</p><p>　　如圖7是半導(dǎo)體數(shù)碼管的外形圖和等效電路。這種數(shù)碼管的每個(gè)線段都是一個(gè)發(fā)光二極管，因而也將它稱為LED數(shù)碼管或LED七段顯示器。<

23、/p><p>　　發(fā)光二極管使用的材料與普通的硅二極管不同，有磷砷化鎵、磷化鎵、砷化鎵等幾種，而且半導(dǎo)體中的雜質(zhì)濃度很高。當(dāng)外加正向電壓時(shí)，大量的電子和空穴在擴(kuò)散過程中復(fù)合，其中一部分電子從導(dǎo)帶躍遷到價(jià)帶，把多余的能量以光的形式釋放出來，便發(fā)出一定波長的可見光。</p><p>　　磷砷化鎵發(fā)光二極管發(fā)出光線的波長與磷和砷的比例有關(guān)，含磷的比例越大波長越短，同時(shí)發(fā)光效率也隨之降低。目前生產(chǎn)的磷

24、砷化鎵發(fā)光二極管發(fā)出光線的波長在6500左右，呈橙紅色。</p><p>　　在等一些數(shù)碼管中還在右下角處增設(shè)了一個(gè)小數(shù)點(diǎn)，形成了所謂八段數(shù)碼管，如圖7a所示。此外，由圖7b的等效電路可見，的八段發(fā)光二極管的陰極是做在一起的，屬于共陰極類型。為了增加使用的靈活性，同一規(guī)格的數(shù)碼管一般都有共陰極和共陽極兩種類型可供選用。</p><p>　　半導(dǎo)體數(shù)碼管不僅具有工作電壓低、體積小、壽命長、可

25、靠性高等優(yōu)點(diǎn)，而且響應(yīng)時(shí)間短，亮度也比較高。它的缺點(diǎn)是工作電流比較大，每一段的工作電流在10mA左右。</p><p>　　另一種常用的七段字符顯示器是液晶顯示器。液晶也是一種既具有液體的流動(dòng)性又具有光學(xué)特性的有機(jī)化物，它的透明度和呈現(xiàn)的顏色受外加電場(chǎng)的影響，利用這一特點(diǎn)便可做成字符顯示器。</p><p><b>　?。╝）</b></p><p

26、><b>　?。╞）</b></p><p>　　半導(dǎo)體數(shù)碼管BS201A</p><p>　　（a）外形圖 （b）等效電路</p><p>　　2）BCD—七段顯示譯碼器</p><p>　　半導(dǎo)體數(shù)碼管和液晶顯示器都可以用TTL或CMOS集成電路直接驅(qū)動(dòng)。為此，就需要使用顯示譯碼器將BCD代碼譯

27、成數(shù)碼管所需要的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以便使數(shù)碼管用十進(jìn)制數(shù)字顯示出BCD代碼所表示的數(shù)值。</p><p>　　今以表示顯示譯碼器輸入的BCD代碼，以～表示輸出的7位二進(jìn)制代碼，并規(guī)定用1表示數(shù)碼管中線段的點(diǎn)亮狀態(tài)，用0表示線段的熄滅狀態(tài)。則根據(jù)顯示字形的要求便得到了真值表。表中除列出了BCD代碼的10個(gè)狀態(tài)與～狀態(tài)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。</p><p><b>　　校時(shí)電路</b>&l

28、t;/p><p>　　在剛接通電源或者時(shí)鐘走時(shí)出現(xiàn)誤差時(shí)，則需要進(jìn)行時(shí)間的校準(zhǔn)。置開關(guān)在手動(dòng)位置，分別對(duì)時(shí)、分、秒進(jìn)行單獨(dú)計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)脈沖由單次脈沖或連續(xù)脈沖輸入。</p><p>　　對(duì)校時(shí)電路的要求是，在進(jìn)行小時(shí)校正時(shí)不影響分和秒計(jì)數(shù)器的正常計(jì)數(shù)；同理，進(jìn)行分校正時(shí)不影響秒計(jì)數(shù)器的正常計(jì)數(shù)。校正時(shí)間的方式有“快校時(shí)”和“慢校時(shí)”兩種，其中“快校時(shí)”是通過校時(shí)開關(guān)的控制，使校時(shí)脈沖進(jìn)入校時(shí)電路

29、，則計(jì)數(shù)器對(duì)校時(shí)脈沖計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)到需要校正的時(shí)間時(shí)，再使計(jì)數(shù)器轉(zhuǎn)入正常計(jì)數(shù)?！奥r(shí)”是用單脈沖發(fā)生器的輸出做校時(shí)脈沖，通過校時(shí)開關(guān)的控制，每觸發(fā)一次輸出一個(gè)單脈沖，則計(jì)數(shù)器加１，當(dāng)計(jì)到需要校正的時(shí)間時(shí)，再使計(jì)數(shù)器轉(zhuǎn)入正常計(jì)數(shù)。由此可見，兩種校時(shí)方式的電路應(yīng)基本相同，不同的是校時(shí)脈沖的產(chǎn)生與控制方式有所區(qū)別。</p><p><b>　　整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路</b></p><p&

30、gt;　　每到整點(diǎn)前的時(shí)準(zhǔn)備報(bào)時(shí)。當(dāng)分計(jì)數(shù)到時(shí)，將分觸發(fā)器置，而等秒計(jì)數(shù)到時(shí)，將秒觸發(fā)器置，然后“”和“”相“與”，結(jié)果再和秒信號(hào)相“與”去控制低音喇叭鳴叫，直至?xí)r產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位信號(hào)使清零。停止低音鳴叫。同時(shí)的反相信號(hào)又和“”相“與”去控制高音喇嘛鳴叫。當(dāng)計(jì)數(shù)器從到時(shí)，鳴叫結(jié)束，完成整點(diǎn)報(bào)時(shí)，電路如圖所示：</p><p><b>　　圖8</b></p><p>　　

31、注：本次采用型雙D觸發(fā)器，是上升沿觸發(fā)的邊沿觸發(fā)器，引腳排列和功能表如圖：</p><p><b>　　a </b></p><p><b>　　b</b></p><p><b>　　圖9</b></p><p>　　3、電路的安裝與調(diào)試（略）</p>&

32、lt;p><b>　　四、心得體會(huì)及建議</b></p><p>　　通過這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會(huì)服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。在設(shè)計(jì)的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，這畢竟第一次做的，難免會(huì)遇到過各種各樣的問題，同時(shí)在設(shè)計(jì)的過程中發(fā)現(xiàn)了自己

33、的不足之處，對(duì)以前所學(xué)過的知識(shí)理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。 我深得做課程設(shè)計(jì)同時(shí)也是對(duì)課本知識(shí)的鞏固和加強(qiáng)，由于課本上的知識(shí)太多，平時(shí)課間的學(xué)習(xí)并不能很好的理解和運(yùn)用各個(gè)元件的功能，而且考試內(nèi)容有限，所以在這次課程設(shè)計(jì)過程中，我們了解了很多元件的功能，并且對(duì)于其在電路中的使用有了更多的認(rèn)識(shí)。 平時(shí)看課本時(shí)，有時(shí)問題老是弄不懂，做完課程設(shè)計(jì)，那些問題就迎刃而解了。而且還可以記住很多東西。比如一些芯片的功能，平時(shí)看課本，這次看

34、了，下次就忘了，通過動(dòng)手實(shí)踐讓我們對(duì)各個(gè)元件映象深刻。認(rèn)識(shí)來源于實(shí)踐，實(shí)踐是認(rèn)識(shí)的動(dòng)力和最終目的，實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。所以這個(gè)期末測(cè)試之后的課程設(shè)計(jì)對(duì)我們的作用是非常大的。</p><p>　　此次課程設(shè)計(jì)，學(xué)到了很多課內(nèi)學(xué)不到的東西，比如獨(dú)立思考解決問題，出現(xiàn)差錯(cuò)的隨機(jī)應(yīng)變，和與人合作共同提高，都受益非淺，今后的制作應(yīng)該更輕松，自己也都能扛的起并高質(zhì)量的完成項(xiàng)目。 這次數(shù)電課程設(shè)計(jì),雖然短暫但是讓

35、我得到多方面的提高：我了解到設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)是開端，連接是關(guān)鍵，測(cè)試是必須，既鞏固了課堂上的理論知識(shí)，又掌握了常用的集成電路的芯片的使用。在此基礎(chǔ)上學(xué)習(xí)了數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本思想和方法，學(xué)會(huì)了科學(xué)的分析實(shí)際問題，通過查資料，分析資料及請(qǐng)教老師和同學(xué)多種途徑，獨(dú)立解決問題，同時(shí)，也培養(yǎng)了我嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度。</p><p><b>　　五、元器件明細(xì)表</b></p><p><

36、;b>　　電路器件清單：</b></p><p><b>　　六、參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　①高建新、雷少剛?電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)與實(shí)訓(xùn)?機(jī)械工業(yè)出版社?2006年8月（第076546號(hào)）</p><p>　　②閻石?數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)?高等教育出版社?2006年5月（第043267號(hào)）</p><p&g

37、t;　?、蹖O麗霞 殷俠?實(shí)用電子電路設(shè)計(jì)與調(diào)試?中國電力出版社?2011年6月（第060070號(hào)） </p><p>　　④黃科 艾瓊龍 李磊?數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)案例實(shí)踐?清華大學(xué)出版社?2010年1月（第197527號(hào)）</p><p>　?、葜煊澜?楊開明 唐林?電子技術(shù)實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)?清華大學(xué)出版社?2005年11月（第113105號(hào)）</p><p>　?、蘩盍徇h(yuǎn) 范