數(shù)字電子鐘設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)報(bào)告

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

2、;p>　　班 級(jí)： ________ </p><p>　　學(xué) 號(hào)：__________ </p><p><b>　　總 目 錄</b></p><p>　　第一部分：任務(wù)書(shū) </p><p>　　第二部分：課程設(shè)計(jì)報(bào)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(shū)</b></p><p>　　數(shù)字鐘是一種用數(shù)字顯示秒、分、時(shí)的計(jì)時(shí)裝置，與傳統(tǒng)的機(jī)

4、械鐘相比，它具有走時(shí)準(zhǔn)確、顯示直觀、無(wú)機(jī)械傳動(dòng)裝置等優(yōu)點(diǎn)，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?chē)站、碼頭、機(jī)場(chǎng)等公共場(chǎng)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(shí)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(jì)數(shù)器和十二進(jìn)制的時(shí)計(jì)數(shù)器；秒、分、時(shí)的數(shù)碼顯示部分；報(bào)時(shí)電路等。具體要求如下：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。通過(guò)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(shí)、分、秒顯示功能；</p><p>　　能手動(dòng) 校時(shí)，校分；</p><p><b>　　能進(jìn)行整點(diǎn)報(bào)時(shí)；</b></p><p>　　設(shè)計(jì)所需的脈沖電路；</p><p>

6、;<b>　　具有開(kāi)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(jì)</b></p><p>　　計(jì)數(shù)部分………………………...……………………………………（10）</p><p>　　秒脈沖發(fā)生器………………………………………………………….(14)</p><p>　　開(kāi)機(jī)清零電路………………………………………………………….(14)</p>

8、;<p>　　整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路……………………………………………………….....(15)</p><p>　　校時(shí)電路………………………………………………………….........(15)</p><p>　　4系統(tǒng)整體電路設(shè)計(jì)………………………...……………………………（16）</p><p>　　5收獲體會(huì)…………………………………...……………

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(hào)、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(kāi)關(guān)電路即可發(fā)現(xiàn)，當(dāng)輸入為高電平時(shí)輸出等于低電平，而輸入為低電平時(shí)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(shí)際上就是一個(gè)非門(mén)。（亦稱(chēng)反向器）。</p><p>　　所用芯片74LS04是一個(gè)有六

11、個(gè)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(mén)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(hào)圖：</b></p><p>　　圖三、芯片74LS00邏輯符號(hào)</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(guó)產(chǎn)雙極型定時(shí)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(kāi)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(gè)五千歐電阻分壓給出。在控制電壓輸入端VCO懸空時(shí)，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(shí)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(hào)。</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(hào)如下：</b></p><p>　　圖六、555邏輯符號(hào)</p><p><b>　　4.74LS160</b>&l

16、t;/p><p>　　74LS160為十進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器</p><p>　　邏輯框圖如圖： 邏輯符號(hào)如圖：</p><p>　　圖七、74LS160邏輯框圖 圖八、74LS160邏輯符號(hào)</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(shí)所有觸發(fā)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。當(dāng)RC=1、LD=0時(shí)，電路工作在預(yù)置數(shù)狀態(tài)。這時(shí)門(mén)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(shí)，由于這時(shí)門(mén)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(hào)到達(dá)時(shí)它們保持原來(lái)的狀態(tài)不變。同時(shí)C的狀態(tài)也得到保持。如果ET=0、則EP不論為何狀態(tài)，計(jì)數(shù)器的狀態(tài)也保持不變，但這時(shí)進(jìn)位輸出C等于0。當(dāng)RC=LD=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(kāi)始連續(xù)輸入16個(gè)計(jì)數(shù)脈沖時(shí)，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(hào)。</p><p><b>　　5．LED </b></p><p>　　LED是發(fā)光二極管Light Emitting Diode的英文縮寫(xiě)。</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(dòng)，具有：耗電少、使用壽命長(zhǎng)、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(diǎn)。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(jì)</b></p><p><b>　　1．計(jì)數(shù)部分</b></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)

22、器應(yīng)為二十四進(jìn)制。要實(shí)現(xiàn)這一要求，可選用的中規(guī)模集成計(jì)數(shù)器較多，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(guò)兩片74

23、160能實(shí)現(xiàn)六十進(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(lái)就構(gòu)成六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，通過(guò)串行的方式能實(shí)現(xiàn)上述功能，在串行方式里面以低位的輸出信號(hào)作為高位的時(shí)鐘輸入信號(hào)。</p><p>　　六十進(jìn)制計(jì)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(jì)數(shù)器</p><p>　　在Multisim上的實(shí)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(shí)”24進(jìn)制</b></p><p>　　如圖所示為二十四進(jìn)制計(jì)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(jì)數(shù)器。它由兩塊中規(guī)模集成十進(jìn)制計(jì)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(jì)到第24個(gè)來(lái)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)。</p><p>　　圖十五兩塊74LS160構(gòu)成的二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器</p><p>　　在Multisim上的實(shí)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(shí)驗(yàn)可采用555定時(shí)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(kāi)機(jī)清零電路</b></p><p>　　在剛剛開(kāi)機(jī)接通電源時(shí)，由于時(shí)，分，秒

27、是任意值。所以要對(duì)時(shí)鐘進(jìn)行置零操作。當(dāng)RC=0時(shí)所有觸發(fā)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，所以將多有的74160的RC’端接低點(diǎn)位就能實(shí)現(xiàn)開(kāi)機(jī)自動(dòng)清零，舍去了開(kāi)關(guān)和手動(dòng)置零帶來(lái)的麻煩！</p><p><b>　　圖十八開(kāi)機(jī)清零電路</b></p><p><b>　　4. 整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路</b></p><

28、p>　　當(dāng)時(shí)計(jì)數(shù)器在每次計(jì)到整點(diǎn)時(shí)，需要報(bào)時(shí)，這可采用譯碼電路來(lái)解決，即當(dāng)分為59時(shí)，且秒計(jì)數(shù)到50時(shí)，輸出一高電平，經(jīng)過(guò)與非門(mén)電路控制來(lái)自分和秒的信號(hào)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(bào)時(shí)模塊</b></p><p><b>　　5.校時(shí)電路</b></p><p>

29、;　　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)。校時(shí)開(kāi)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)脈沖由連續(xù)脈沖輸入。校時(shí)電路如圖六所示。由與非門(mén)和二個(gè)開(kāi)關(guān)組成，實(shí)現(xiàn)對(duì)“時(shí)”、“分”的校準(zhǔn)。當(dāng)校時(shí)開(kāi)關(guān)J4，J2扳到高電平端時(shí)開(kāi)啟與門(mén)，秒脈沖能順利的和來(lái)自分的進(jìn)位脈沖一起實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)的校正。同理，秒脈沖和秒進(jìn)位對(duì)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(jì)</p><p>　　本次設(shè)計(jì)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(shí)器組成一個(gè)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(gè)計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘輸入端。</p><p>　　2.數(shù)字鐘的分、秒計(jì)數(shù)部分均為六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器（顯示00～59），采用兩片74LS160來(lái)實(shí)現(xiàn)。時(shí)為24進(jìn)

31、制，同樣采用兩片74160實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　3.數(shù)字鐘的校正部分主要是通過(guò)開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)的。</p><p>　　4.當(dāng)計(jì)數(shù)器在每次計(jì)到整點(diǎn)時(shí)，需要提前十秒報(bào)時(shí)。電路圖如下</p><p><b>　　五．收獲體會(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

32、理和其具體的使用方法。也鍛煉了自己獨(dú)立思考問(wèn)題的能力和通過(guò)查看相關(guān)資料來(lái)解決問(wèn)題的習(xí)慣。雖然這只是一次簡(jiǎn)單的課程設(shè)計(jì)，但通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)我們了解了課程設(shè)計(jì)的一般步驟，和設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問(wèn)題。希望下次課程設(shè)計(jì)的時(shí)候老師能多加指導(dǎo)，這樣能減少時(shí)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(gè)</p><p>　　555 1塊 1K電阻 2個(gè)</p><p>　　1微法電容1個(gè) 30微法可調(diào)電容1個(gè)</p><p><b>　　電源若干</b></p><p><b>　　七．參