數(shù)電課程設(shè)計(jì)---多功能數(shù)字鐘

1、<p>　　數(shù)字電子課程設(shè)計(jì)報(bào)告 </p><p>　　課程設(shè)計(jì)名稱 ： 多功能數(shù)字鐘</p><p>　　設(shè)計(jì)學(xué)生班級(jí) ：　 </p><p>　　設(shè)計(jì)學(xué)生姓名 ： 　 </p><p>　　設(shè)計(jì)學(xué)生學(xué)號(hào) ： </p><p>　　設(shè)計(jì)指導(dǎo)老師 ： 　 </p><p>　　

2、課程設(shè)計(jì)時(shí)間 ： </p><p>　　課程設(shè)計(jì)地點(diǎn) ： 數(shù)字電子課程設(shè)計(jì)中心</p><p><b>　　目錄　</b></p><p>　　１　設(shè)計(jì)任務(wù)及要求　　　　　　　　　　　　?。?lt;/p><p>　?。病”容^和選定設(shè)計(jì)方案　　　　　　　　　　　１－６　　　</p><p>　?。场?/p>

3、元電路設(shè)計(jì)　　　　　　　　　　　　　?。叮保?lt;/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(huì)　　　　　　　　　　　　　　　　１７</p><p><b>　　多功能數(shù)字鐘</b>&l

4、t;/p><p><b>　　[設(shè)計(jì)任務(wù)]</b></p><p>　　進(jìn)行正常的時(shí)/分/秒計(jì)數(shù)，分別用六個(gè)數(shù)碼管顯示時(shí)（24小時(shí)），分（60分鐘），秒（60秒）的計(jì)時(shí)功能。</p><p>　　利用實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上的按鍵實(shí)現(xiàn)“校時(shí)”,"校分"功能:按下"校時(shí)"鍵時(shí),計(jì)數(shù)器迅速遞增,并按24小時(shí)循環(huán);按下"

5、;校分"鍵時(shí),計(jì)數(shù)器迅速遞增,并按60分鐘循環(huán)。</p><p>　　實(shí)現(xiàn)整點(diǎn)報(bào)時(shí)．每隔一秒報(bào)一次，共五次．</p><p>　　實(shí)現(xiàn)鬧時(shí)功能，預(yù)置０５時(shí)２９分鬧時(shí)．報(bào)時(shí)鬧時(shí)功能在EDA6000界面上用兩個(gè)燈泡來顯示。</p><p><b>　　[設(shè)計(jì)要求］</b></p><p>　?。ǎ保疁?zhǔn)確計(jì)時(shí)，以數(shù)

6、字形式顯示時(shí)、分、秒；</p><p>　?。ǎ玻?dāng)?shù)字鐘能夠校正時(shí)、分。</p><p>　?。ǎ常髷?shù)字鐘計(jì)數(shù)時(shí)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)鬧時(shí)（０５：２9分鬧時(shí)一秒鐘）；</p><p>　?。ǎ矗?dāng)?shù)字鐘報(bào)整點(diǎn)數(shù)，報(bào)時(shí)頻率為由系統(tǒng)cp脈沖分頻出的1KHz。</p><p><b>　　[設(shè)計(jì)方案及框圖]</b></p

7、><p><b>　　（1）設(shè)計(jì)方案比較</b></p><p>　　1．設(shè)計(jì)60進(jìn)制及24進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器</p><p>　　方案I.使用兩片74161芯片級(jí)聯(lián)</p><p>　　74161芯片元件符號(hào)及功能表見下面圖表，為4位二進(jìn)制加法計(jì)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(jí)聯(lián)</p><p>　　74160芯片元件符號(hào)及功能表見下面圖表，為8421編碼的十進(jìn)制加法計(jì)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(jì)數(shù)時(shí)脈沖（f1=1KHz）的提供</p><p>　　方案I. 選用555定時(shí)器構(gòu)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(jì)數(shù)器的cp端，所以較方案I中使用集成電路定時(shí)器555與RC組成的多諧震蕩器更方便、更直觀，且對(duì)數(shù)字鐘的準(zhǔn)確程度影響甚小。所以選擇方案II。</p><p>　　3.鬧時(shí)電路模塊的設(shè)計(jì)</p><p>　　方案I. 使用數(shù)字比較器</p><p>　　輸入設(shè)置鬧時(shí)，可先用D觸發(fā)器構(gòu)成的鎖存器將輸入的鬧時(shí)時(shí)間保

11、存，然后用比較器比較計(jì)時(shí)時(shí)間與鎖存的鬧時(shí)時(shí)間，若相等，輸出鬧時(shí)信號(hào)，進(jìn)行鬧時(shí)。</p><p>　　方案II.使用組合邏輯電路</p><p>　　根據(jù)具體的鬧時(shí)時(shí)間從時(shí)、分計(jì)數(shù)器對(duì)應(yīng)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(shí)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(fù)雜，需明白該集成比較器的工作原理才能正確的將鬧時(shí)時(shí)間鎖存，從而完成數(shù)字鐘的鬧時(shí)功能。所以選擇設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)]</b><

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

14、p><b>　　圖（6）</b></p><p>　　3．60進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路時(shí)序圖</p><p><b>　　圖（7）</b></p><p>　?。?）時(shí)計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)</p><p>　　1．24進(jìn)制計(jì)數(shù)器的工作原理 </p><p>　　時(shí)計(jì)數(shù)器電路都是24進(jìn)制，

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

16、lt;/p><p><b>　?。?）分頻器的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　系統(tǒng)自帶的cp脈沖f1=1KHz，本實(shí)驗(yàn)只需分頻出校時(shí)、校分時(shí)的脈沖頻率f2=500Hz。計(jì)數(shù)器不僅具有計(jì)數(shù)的功能，還有分頻的功能，由60進(jìn)制計(jì)數(shù)器時(shí)序圖知，秒計(jì)數(shù)器個(gè)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(shí)、校分電路的設(shè)計(jì)</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(hào)及功能表</p><p><b>　　圖（11） </b></p><

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

19、常計(jì)數(shù)；當(dāng)Key1=1時(shí)，Y輸出B輸入的信號(hào)，即頻率f2直接接在了分計(jì)數(shù)器的cp端，使分計(jì)數(shù)器校分，當(dāng)校分到準(zhǔn)確時(shí)間時(shí)，再打開開關(guān)Key1=0。 </p><p>　　（5）報(bào)時(shí)電路模塊的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　1．工作原理</b></p><p>　　當(dāng)分、秒計(jì)數(shù)器計(jì)至59分50秒時(shí)，分計(jì)數(shù)器十位輸出端為QdQcQbQa=0101,

20、個(gè)位輸出QdQcQbQa=1001;秒計(jì)數(shù)器個(gè)位輸出為QdQcQbQa=0000，從59分50秒到59分59秒只有秒個(gè)位在計(jì)數(shù)，所以可得由組合邏輯電路組成的報(bào)時(shí)電路圖。</p><p><b>　　2．報(bào)時(shí)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(shí)電路模塊的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　1．工作原理</b></p><p>　　當(dāng)時(shí)、分計(jì)數(shù)器計(jì)至15時(shí)39分時(shí)，時(shí)計(jì)數(shù)器十位輸出端為QdQcQbQa=0001,個(gè)位輸出端為QdQcQbQa=0101;分計(jì)數(shù)器十位輸出為QdQcQbQa=0011，分計(jì)數(shù)器個(gè)位輸出為QdQcQbQa=1001，此時(shí)數(shù)字鐘鬧

22、時(shí)一分鐘，所以可得由組合邏輯電路組成的鬧時(shí)電路圖。</p><p><b>　　2．鬧時(shí)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(shè)計(jì)]</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(hào)f1=1KHz作為數(shù)字鐘的時(shí)間基準(zhǔn)，經(jīng)過秒計(jì)數(shù)器的分頻輸出校時(shí)、校分電路的頻率f2=500Hz。秒計(jì)數(shù)器 </p><p>　　計(jì)滿60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“24翻1”規(guī)律計(jì)數(shù)。計(jì)時(shí)出現(xiàn)誤差時(shí)可以用校時(shí)電路進(jìn)行校時(shí)、校分。在以上電路正常運(yùn)行的情況

24、下，鬧時(shí)及報(bào)時(shí)電路也會(huì)正常按照設(shè)計(jì)要求顯示數(shù)字鐘的擴(kuò)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(shí)序圖</p><p>　?。▓D16）Key1=0,Key2=0時(shí)</p><p>　?。▓D17）Key

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

26、t;p>　　圖2顯示校分（Key1=1）時(shí)的時(shí)序圖，分計(jì)數(shù)器不受秒計(jì)數(shù)器的進(jìn)位信號(hào)控制，cp端接受到頻率f2=500Hz后獨(dú)自計(jì)數(shù)，從圖上可以看出能夠計(jì)數(shù)到59分之后并進(jìn)位到時(shí)計(jì)數(shù)器的個(gè)位， 并且顯示正點(diǎn)報(bào)時(shí)功能。</p><p>　　圖3顯示校分、校時(shí)（Key=1,Key=1）時(shí)的時(shí)序圖，分計(jì)數(shù)器不受秒計(jì)數(shù)器的進(jìn)位信號(hào)控制，時(shí)計(jì)數(shù)器不受分計(jì)數(shù)器的進(jìn)位信號(hào)控制，他們的cp端均接受到頻率f2=500Hz并獨(dú)自

27、計(jì)數(shù)，從圖上可以看出：時(shí)、分計(jì)數(shù)器能夠分別計(jì)數(shù)到23時(shí)和59分后返回0重新計(jì)數(shù)，并且能夠清晰地顯示15時(shí)39分鬧時(shí)一分鐘的功能。</p><p>　　(4)EDA6000界面顯示功能圖</p><p>　?。▓D19）整點(diǎn)報(bào)時(shí)　鬧時(shí)功能</p><p>　　[課程設(shè)計(jì)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(xiàng)

28、功能時(shí)，正常走表時(shí)發(fā)現(xiàn)分計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到42分時(shí)便向時(shí)計(jì)數(shù)器進(jìn)位，然后到59分后仍然向小時(shí)進(jìn)位，即分計(jì)數(shù)器在計(jì)數(shù)的一個(gè)周期內(nèi)有兩次向小時(shí)進(jìn)位的現(xiàn)象，然而秒計(jì)數(shù)器向分進(jìn)位時(shí)卻未出現(xiàn)此情況（在設(shè)計(jì)時(shí)，秒、分計(jì)數(shù)器的累計(jì)計(jì)數(shù)和進(jìn)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(jì)數(shù)器同步置數(shù)時(shí)使用四輸入</p><p>　　與非門，分別接入分計(jì)數(shù)器的十位、個(gè)位相應(yīng)的輸出端（當(dāng)分

29、計(jì)數(shù)器十位輸出為QdQcQbQa=0101個(gè)位輸出為QdQcQbQa=1001時(shí)計(jì)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(jìn)后如下圖（2１）所示，使用八輸入與非門，在置數(shù)為0時(shí)將計(jì)數(shù)器的十位、個(gè)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?yàn)樵硐嗤拿胗?jì)數(shù)器沒有該問題出現(xiàn)，而經(jīng)過以上改動(dòng)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(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到59的同時(shí)即分別向分、時(shí)進(jìn)位，比正常進(jìn)位提前了一秒。</p><p>　　解決方法：回到系統(tǒng)原理圖，之前計(jì)數(shù)器的進(jìn)位端設(shè)置如圖（2２）</p>&l

31、t;p>　　圖（2２） 圖（2３）</p><p>　　改動(dòng)后如圖（2２），將圖（23）中的非門去除，結(jié)果秒、分計(jì)器</p><p>　　正常進(jìn)位一樣要計(jì)數(shù)到60才分別向分、時(shí)進(jìn)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(shí)才開始正常工作（見圖２３），以秒向分

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

33、本知識(shí)關(guān)聯(lián)緊的課程設(shè)計(jì)比較容易完成，同時(shí)不僅加強(qiáng)了對(duì)書本基礎(chǔ)知識(shí)的理解，而且實(shí)踐環(huán)節(jié)得到了很好的鍛煉，能夠激發(fā)實(shí)踐者對(duì)數(shù)字電子實(shí)驗(yàn)的興趣甚至能夠親自動(dòng)手搞些其他課題。</p><p>　　2．學(xué)習(xí)使用作圖軟件，可以輕松方便的解決一些復(fù)雜電路的問題，可以是書本知識(shí)具體化實(shí)際化</p><p>　　3．課程設(shè)計(jì)的多樣化可以開發(fā)思維，鼓勵(lì)創(chuàng)新，同時(shí)也檢驗(yàn)了自己對(duì)所學(xué)知識(shí)的牢固性，沒有扎實(shí)的理論基