第一篇：數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計報告(數(shù)字鐘)

目錄

一． 設(shè)計目的???????????????

二． 實現(xiàn)功能???????????????

三． 制作過程???????????????

四． 原理框圖???????????????

4.1 數(shù)字鐘構(gòu)成???????????????

34.2設(shè)計脈沖源???????????????

44.3 設(shè)計整形電路??????????????

4.4 設(shè)計分頻器???????????????

4.5 實際計數(shù)器???????????????

64.6 譯碼/驅(qū)動器電路的設(shè)計??????????? 7

4.7 校時電路???????????????? 8

4.8 整點報時電路??????????????

4.9 繪制總體電路圖?????????????

五． 具體實現(xiàn)???????????????

5.1電路的選擇???????????????

5.2集成電路的基本功能???????????? 10

5.3 電路原理????????????????

六． 感想與收獲??????????????? 12 七． 附

錄 ??????????????? 數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計報告

一、設(shè)計目的

數(shù)字鐘是一種用數(shù)字電路技術(shù)實現(xiàn)時、分、秒計時的裝置，與機(jī)械式時鐘相比具有更高的準(zhǔn)確性和直觀性，且無機(jī)械裝置，具有更更長的使用壽命，因此得到了廣泛的使用。

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序電路。

鐘表的數(shù)字化給人們生產(chǎn)生活帶來了極大的方便，而且大大地擴(kuò)展了鐘表原先的報時功能。諸如定時自動報警、按時自動打鈴、時間程序自動控制、定時廣播、定時啟閉電路、定時開關(guān)烘箱、通斷動力設(shè)備，甚至各種定時電氣的自動啟用等，所有這些，都是以鐘表數(shù)字化為基礎(chǔ)的。因此，研究數(shù)字鐘及擴(kuò)大其應(yīng)用，有著非?，F(xiàn)實的意義。

石英數(shù)字鐘，具有電路簡潔，代表性好，實用性強(qiáng)等優(yōu)點，在數(shù)字鐘的制作中，我們采用了傳統(tǒng)的PCMS大規(guī)模集成電路為核心，配上LED發(fā)光顯示屏，用石英晶體做穩(wěn)頻元件，準(zhǔn)確又方便。

二、實現(xiàn)功能

① 時間以12小時為一個周期； ② 顯示時、分、秒；

③ 具有校時功能，可以分別對時及分進(jìn)行單獨(dú)校時，使其校正到標(biāo)準(zhǔn)時間； ④ 計時過程具有報時功能，當(dāng)時間到達(dá)整點前10秒進(jìn)行蜂鳴報時； ⑤ 為了保證計時的穩(wěn)定及準(zhǔn)確須由晶體振蕩器提供表針時間基準(zhǔn)信號。

三、制作過程

1.確立電子數(shù)字計時器的制作思路

要想構(gòu)成數(shù)字鐘，首先應(yīng)有一個能自動產(chǎn)生穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)時間脈沖信號的信號源。還需要有一個使高頻脈沖信號變成適合于計時的低頻脈沖信號的分頻器電路，即頻率為1HZ的“秒脈沖”信號。經(jīng)過分頻器輸出的秒脈沖信號到計數(shù)器 中進(jìn)行計數(shù)。由于計時的規(guī)律是：60秒=1分，60分=1小時，24小時=1天，這就需要分別設(shè)計60進(jìn)制，24進(jìn)制，（或12進(jìn)制的計時器，并發(fā)出驅(qū)動AM；PM的標(biāo)志信號）。各計數(shù)器輸出的信號經(jīng)譯碼器/驅(qū)動器送到數(shù)字顯示器對應(yīng)的筆劃段，使得 “時”、“分”、“秒”得以數(shù)字顯示。

任何數(shù)字計時器都有誤，因此應(yīng)考慮校準(zhǔn)時間電路，校時電路一般采用自動快調(diào)和手動調(diào)整，“自動快調(diào)”是利用分頻器輸出的不同頻率脈沖使得顯示時間自動迅速的得到調(diào)整?！笆謩诱{(diào)整” 是利用手動的節(jié)拍調(diào)整顯示時間。

2.查閱資料繪出各部分的電路圖(詳見原理框圖)

數(shù)字計時器的設(shè)計方法：（1）設(shè)計脈沖源（2）設(shè)計整形電路（3）設(shè)計分頻器（4）設(shè)計計數(shù)器（5）譯碼器/驅(qū)動器（6）設(shè)計校時電路

3.按所設(shè)計的電路去選擇、測試好元器件、并裝配成為產(chǎn)品

4.準(zhǔn)備設(shè)計論文答辯

四、原理框圖

1．?dāng)?shù)字鐘的構(gòu)成

數(shù)字鐘實際上是一個對標(biāo)準(zhǔn)頻率（1HZ）進(jìn)行計數(shù)的計數(shù)電路。由于計數(shù)的起始時間不可能與標(biāo)準(zhǔn)時間（如北京時間）一致，故需要在電路上加一個校時電路，同時標(biāo)準(zhǔn)的1HZ時間信號必須做到準(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。

數(shù)字鐘組成框圖

2．設(shè)計脈沖源

自激式振蕩電路有：自激多諧振蕩器，激間歇振蕩器這次我們選擇晶體振蕩器原因如下: 由于通常要求數(shù)字鐘的脈沖源的頻率要十分穩(wěn)定、準(zhǔn)確度高，因此要采用石英晶體振蕩器，其他的多諧振蕩器難以滿足要求。石英晶體不但頻率特性穩(wěn)定，而且品質(zhì)因數(shù)很高，有極好的選頻特性。晶體振蕩器電路給數(shù)字鐘提供一個頻率穩(wěn)定準(zhǔn)確的32768Ｈz的方波信號，可保證數(shù)字鐘的走時準(zhǔn)確及穩(wěn)定。石英晶體振蕩器的頻率取決于石英晶體的固有頻率，與外電路的電阻電容的參數(shù)無關(guān)一般情況下，晶振頻率越高，準(zhǔn)確度越高，但所用的分頻級數(shù)越多，耗電量就越大，成本就越高，在選擇晶體時應(yīng)綜合考慮。

一般輸出為方波的數(shù)字式晶體振蕩器電路通常有兩類，一類是用ＴＴＬ門電路構(gòu)成；另一類是通過ＣＭＯＳ非門構(gòu)成的電路，本次設(shè)計采用了后一種。如圖（b）所示，由ＣＭＯＳ非門Ｕ１與晶體、電容和電阻構(gòu)成晶體振蕩器電路，Ｕ２實現(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為非門提供偏置，使電路工作于放大區(qū)域，即非門的功能近似于一個高增益的反相放大器。電容Ｃ１、Ｃ２與晶體構(gòu)成一個諧振型網(wǎng)絡(luò)，完成對振蕩頻率的控制功能，同時提供了一個１８０度相移，從而和非門構(gòu)成一個正反饋網(wǎng)絡(luò)，實現(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。

（a）CMOS 晶體振蕩器（仿真電路）

3．設(shè)計整形電路

由于晶體振蕩器輸出的脈沖是正弦波或是不規(guī)則的矩形波，因此必須經(jīng)整形電路整形。我們已學(xué)過的脈沖整形電路有以下幾種：削波器、門電路、單穩(wěn)態(tài)電路、雙穩(wěn)態(tài)電路、施密特觸發(fā)器等。通過查閱資料主要使用施密特觸發(fā)器：

門電路組成的整形電路

4.設(shè)計分頻器

分頻器 —— 能將高頻脈沖變換為低頻脈沖，它可由觸發(fā)器以及計數(shù)器來完 成。由于一個觸發(fā)器就是一個二分頻器，N個觸發(fā)器就是 2N個分頻器。如果用計數(shù)器作分頻器，就要按進(jìn)制數(shù)進(jìn)行分頻。例如十進(jìn)制計數(shù)器就是十分頻器，M進(jìn)制計數(shù)器就為M分頻器。若我們從市場上購買到石英晶體振蕩器其頻率為32768HZ，要想用該振蕩器得到一個頻率為1HZ的秒脈沖信號，就需要用分頻器進(jìn)行分頻，分頻器的個數(shù)為2N =32768HZ，N =15 即有15個分頻器。這樣就將一個頻率為23768HZ的振蕩信號降低為1HZ的計時信號，這樣就滿足了計時規(guī)律的需求：60秒=1分鐘，60分=1小時，24小時=1天。

5．設(shè)計計數(shù)器

計數(shù)器的設(shè)計，以觸發(fā)器為單元電路，根據(jù)進(jìn)制按有權(quán)碼或無權(quán)碼來編碼，采用有條件反饋原理來構(gòu)成。當(dāng) “小時” 的十位為2；個位為3時，只要個位數(shù)

“分”

有進(jìn)位時，就應(yīng)使十位的“小時 ”的位數(shù)歸零，因此24小時進(jìn)制計數(shù)器要采用有條件反饋的設(shè)計。（12進(jìn)制計數(shù)器也同理）；但應(yīng)在歸零的同時發(fā)出驅(qū)動AM（上午）、PM（下午）標(biāo)志的信號。

按規(guī)律,一般設(shè)計計數(shù)器的方法

秒部分：個位選用模10計數(shù)器；十位選用模6計數(shù)器 分部分：個位選用模10計數(shù)器；十位選用模6計數(shù)器 小時部分：模12計數(shù)器；或模24計數(shù)器 6.譯碼/驅(qū)動器電路的設(shè)計

在數(shù)字系統(tǒng)中常常需要將測量或處理的結(jié)果直接顯示成十進(jìn)制數(shù)字。為此，首先將以BCD碼表示的結(jié)果送到譯碼器電路進(jìn)行譯碼，用它的輸出去驅(qū)動顯示器件，由于顯示器件的工作方式不同，對譯碼器的要求也就不同，譯碼器的電路也不同。數(shù)字顯示的器件的種類：熒光管、輝光管、發(fā)光二極管、液晶顯示屏等.譯碼器電路：此次我們選擇的是LED共陽極發(fā)光二極管顯示器 顯示電路如下： 原理圖

7．校時電路

校時電路是計時器中不可少的一部分因為當(dāng)即時間與計時器時間不一致時，就需要校時電路予以校正。校時電路有兩種方案：第一、校時用的脈沖可選用頻率較高的不等的幾種脈沖，從計數(shù)器的總輸入端（秒計數(shù)器的第一級輸入端）送入。

第二、校時用的脈沖，分別將秒脈沖送到“計小時”的計數(shù)器的輸入端，“計分”的計數(shù)器輸入端，但校時、校分時，應(yīng)將原計數(shù)回路關(guān)閉或斷開。校秒時可采用關(guān)閉或斷開秒計數(shù)器的脈沖信號輸入端使其停止計時 8．整點報時電路

電路應(yīng)在整點前10秒鐘內(nèi)開始整點報時，即當(dāng)時間在59分50秒到59分59秒期間時，報時電路報時控制信號。

當(dāng)時間在59分50秒到59分59秒期間時，分十位、分個位和秒十位均保持不變，分別為5、9和5，因此可將分計數(shù)器十位的QＣ和QＡ、個位的QＤ和QＡ及秒計數(shù)器十位的QＣ和QＡ相與，從而產(chǎn)生報時控制信號。

實現(xiàn)方式：

說明：當(dāng)時間在59分50秒到59分59秒期間時 分十位、分個 位和秒十位均保持不變，分別為5，9和5；因此，可以將分計數(shù)器十位的Qc和QA，個位的QD和QA及秒計數(shù)器十位的QC和QA相與，從而產(chǎn)生報時控制信號。IO1分計數(shù)器十位的Qc和QAIO2U1VCC15VVCC2345VIO3分計數(shù)器個位的QD和QAX18IO456114V_0.5WIO512秒計數(shù)器十位的QC和QA74HC30DIO6數(shù)字鐘設(shè)計－整點報時電路部分 9.繪制總體電路圖

五：具體實現(xiàn)

1、電路的選擇：

我們采用了傳統(tǒng)的PCMS大規(guī)模集成電路為核心，配上LED發(fā)光顯示屏，用石英晶體作為穩(wěn)頻元件，準(zhǔn)確又方便。

數(shù)字鐘專用集成塊如下：

a.譯碼/驅(qū)動電路：LM8361，M8560，LM8569，TMS3450NL，MM5457，MM5462集成電路，因為它在所有型號中靜態(tài)功耗最低。其管腳圖見圖（12）

b.分頻器:我們采用了CD4060。

c.反相器: 我們選用了CD4069（內(nèi)含有六個反相器）。

2、集成電路的基本功能

（1）CD4060：它是一個十四級二分頻器，它所產(chǎn)生的信號頻率為30720HZ，經(jīng)九級兩二分頻后，得到一個60HZ的脈沖信號，見圖。

（2）CD4069反相器: F1—F6六個反相器，通過外接電路去控制各電路的工作狀態(tài)，管腳見圖：

（3）MM5462: 它是集譯碼/驅(qū)動電路為一體，它是60HZ時基24小時專用集成電路。1-4，6-12，22十三個端子是顯示筆劃輸出的，1腳是四個筆劃，其余每腳輸出二個筆劃，16腳為正電源，5腳為負(fù)電源，20腳睡眠輸出是直流信號，由17腳動和關(guān)閉，由13腳調(diào)整至需要值，最大值59分鐘倒計時。17腳是內(nèi)部振蕩器RC輸入端，該振蕩信號一是作為外部時基的備用，二是13鬧輸出的信號源。在我們選用的這套套件沒有用20腳的睡眠功能。19腳為時基信號輸入腳。14、15、18腳是操作控制端，若接高低電平各有不同的功能。值得注意的是所有的輸出端均為低電平有效。

、3、電路原理：（見圖原理方框圖）

CD4060 CD4069 變壓器將交流220V電壓，變?yōu)殡p7.5V交流低電壓，經(jīng)全波整流后路經(jīng)D

411 供顯示屏驅(qū)動電路，而另一路經(jīng)濾波后供主電路。由于時鐘需要脈沖源，我們選用了JT，R1，C3和CD4060內(nèi)部的兩個反相器組成的晶體振蕩器，目的是為了提脈沖源的穩(wěn)定度，而脈沖源產(chǎn)生的波形不是規(guī)則的矩形波，因此，需經(jīng)整形器整形后，送到下一級，由于脈沖信號源的頻率較高，經(jīng)CD4060九級分頻及計數(shù)后變換低頻脈沖信號。由13腳得到60HZ的脈沖信號一路送入MM5461的19腳，另一路去控制由F4，Q2，Q3組成的顯示屏驅(qū)動電路。由于F4的倒相作用，使Q2，Q3和時基信號交替導(dǎo)通，形成間歇點亮顯示屏，使它工作在正常狀態(tài)。

當(dāng)60HZ的信號從MM5461的19腳進(jìn)入后，由控制電路各部分電路的正常工作經(jīng)譯碼與驅(qū)動電路去控制顯示屏各個應(yīng)亮的端。

F1，F(xiàn)2，F(xiàn)3，R2，R8，C5，K1組成了一個“電子自鎖式開關(guān)”，每控一次K1，F(xiàn)2的輸出狀態(tài)會改變，一路去控制MM5461的18腳，另一路去驅(qū)動顯示屏右下點的發(fā)光二極管以指示該功能的工作狀態(tài)?！傲痢北硎尽棒[鐘時間已設(shè)置”，“滅”表示“鬧設(shè)置取消”。

R7，Q1，F(xiàn)MQ組成鬧輸出放大電路，控制信號由MM5461的13腳輸出。當(dāng)響鬧時，按下K5可使鬧暫停并延時九分鐘再鬧，還可多次使用報時延時，響鬧總時長59分鐘。

由于MM5461無秒信號輸出，故用F5，F(xiàn)6，R3，R4，C4組成秒信號發(fā)生器，經(jīng)Q4去驅(qū)動顯示屏中間的“冒號”閃動。電路中各開關(guān)的功能：

K1：鬧鐘時間的設(shè)置開關(guān)。K1+K5快調(diào)鬧時間的設(shè)置。K1+K4慢調(diào)鬧時間的設(shè)置

K2：時間的設(shè)置開關(guān)。K2+K5 快調(diào)時間的設(shè)置

K2+K4慢調(diào)時間的設(shè)置。K3：鬧鐘時間顯示開關(guān)。單擊K3可顯示事先所設(shè)置的報時的時間 K4：慢調(diào)時間開關(guān)

K5：快調(diào)時間開關(guān)/暫停/顯示

電路中，R10（1K）的作用，是防止開關(guān)操作工作時，正負(fù)電源短路。R13，R27，R9為限流電阻，它們決定顯示亮度。

六：感想與收獲

這次的比賽是我們?nèi)齻€人一起參加的，在比賽前的一段時間里，我們?nèi)齻€人的收獲很大，具體有三點：（1）有利于我們學(xué)習(xí)能力的提高。這里所說的學(xué)習(xí)能力包括獲取資料的能力、理解前人思路的能力、系統(tǒng)設(shè)計能力、動手能力、分析排除故障能力、表達(dá)能力等很多方面，而這段時間的經(jīng)歷，我們提高都很大。

（2）有利于我們團(tuán)隊精神的培養(yǎng)。在課堂之外實際的工作中，我們?nèi)艘话愣家献鞴餐瓿赡骋豁椖?，這就非常需要團(tuán)隊精神，而這一點在課堂常規(guī)教學(xué)中得到的鍛煉是很有限的。三個人必須互相信任、互相配合、分工合作，在順境時小組成員要相互提醒保持冷靜，逆境時要相互鼓勵共度難關(guān)，出現(xiàn)問題時不能相互埋，這些與課堂教學(xué)強(qiáng)調(diào)獨(dú)立性是有明顯區(qū)別的。

（3）有利于我們各種能力的鍛煉。第一、不夠細(xì)心比如由于粗心大意焊錯了線，第二，是在學(xué)習(xí)態(tài)度上，這次培訓(xùn)是對我的學(xué)習(xí)態(tài)度的一次檢驗。我第一次體會到要作一名電子設(shè)計師，要求具備的首要素質(zhì)是嚴(yán)謹(jǐn)。我們這次制作所遇到的多半問題多數(shù)都是由于我們不夠嚴(yán)謹(jǐn)。第三，在做人上，我認(rèn)識到，無論做什么事情，只要你足夠堅強(qiáng)，有足夠的毅力與決心，有足夠的挑戰(zhàn)困難的勇氣，就沒有什么辦不到的。

電設(shè)賽場風(fēng)云涌，各路英豪皆爭雄。今朝罷去懷壯志，來屆電賽再顯鋒！七：附錄 電路原理總圖：

附錄

二、LED顯示屏電路原理圖

第二篇：數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計報告(數(shù)字鐘的設(shè)計)

數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計報告

一、設(shè)計目的

數(shù)字鐘是一種用數(shù)字電路技術(shù)實現(xiàn)時、分、秒計時的裝置，與機(jī)械式時鐘相比具有更高的準(zhǔn)確性和直觀性，且無機(jī)械裝置，具有更更長的使用壽命，因此得到了廣泛的使用。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序電路。

因此，我們此次設(shè)計與制做數(shù)字鐘就是為了了解數(shù)字鐘的原理，從而學(xué)會制作數(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用方法.且由于數(shù)字鐘包括組合邏輯電路和時敘電路.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序電路的原理與使用方法.二、設(shè)計要求

（1）設(shè)計指標(biāo)

① 時間以12小時為一個周期； ② 顯示時、分、秒；

③ 具有校時功能，可以分別對時及分進(jìn)行單獨(dú)校時，使其校正到標(biāo)準(zhǔn)時間； ④ 計時過程具有報時功能，當(dāng)時間到達(dá)整點前10秒進(jìn)行蜂鳴報時； ⑤ 為了保證計時的穩(wěn)定及準(zhǔn)確須由晶體振蕩器提供表針時間基準(zhǔn)信號。（2）設(shè)計要求

① 畫出電路原理圖（或仿真電路圖）； ② 元器件及參數(shù)選擇； ③ 電路仿真與調(diào)試；

④ PCB文件生成與打印輸出。

（3）制作要求

自行裝配和調(diào)試，并能發(fā)現(xiàn)問題和解決問題。

（4）編寫設(shè)計報告

寫出設(shè)計與制作的全過程，附上有關(guān)資料和圖紙，有心得體會。

三、原理框圖

1．?dāng)?shù)字鐘的構(gòu)成

數(shù)字鐘實際上是一個對標(biāo)準(zhǔn)頻率（1HZ）進(jìn)行計數(shù)的計數(shù)電路。由于計數(shù)的起始時間不可能與標(biāo)準(zhǔn)時間（如北京時間）一致，故需要在電路上加一個校時電路，同時標(biāo)準(zhǔn)的1HZ時間信號必須做到準(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。

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（a）數(shù)字鐘組成框圖

2．晶體振蕩器電路

晶體振蕩器電路給數(shù)字鐘提供一個頻率穩(wěn)定準(zhǔn)確的32768Ｈz的方波信號，可保證數(shù)字鐘的走時準(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。一般輸出為方波的數(shù)字式晶體振蕩器電路通常有兩類，一類是用ＴＴＬ門電路構(gòu)成；另一類是通過ＣＭＯＳ非門構(gòu)成的電路，本次設(shè)計采用了后一種。如圖（b）所示，由ＣＭＯＳ非門Ｕ１與晶體、電容和電阻構(gòu)成晶體振蕩器電路，Ｕ２實現(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為非門提供偏置，使電路工作于放大區(qū)域，即非門的功能近似于一個高增益的反相放大器。電容Ｃ１、Ｃ２與晶體構(gòu)成一個諧振型網(wǎng)絡(luò)，完成對振蕩頻率的控制功能，同時提供了一個１８０度相移，從而和非門構(gòu)成一個正反饋網(wǎng)絡(luò)，實現(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。

（b）CMOS 晶體振蕩器（仿真電路）

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3．時間記數(shù)電路

一般采用10進(jìn)制計數(shù)器如74HC290、74HC390等來實現(xiàn)時間計數(shù)單元的計數(shù)功能。本次設(shè)計中選擇74HC390。由其內(nèi)部邏輯框圖可知，其為雙2-5-10異步計數(shù)器，并每一計數(shù)器均有一個異步清零端（高電平有效）。

秒個位計數(shù)單元為１０進(jìn)制計數(shù)器，無需進(jìn)制轉(zhuǎn)換，只需將ＱＡ與ＣＰＢ（下降沿有效）相連即可。ＣＰＡ（下降沒效）與１ＨZ秒輸入信號相連，Ｑ３可作為向上的進(jìn)位信號與十位計數(shù)單元的ＣＰＡ相連。

秒十位計數(shù)單元為６進(jìn)制計數(shù)器，需要進(jìn)制轉(zhuǎn)換。將１０進(jìn)制計數(shù)器轉(zhuǎn)換為６進(jìn)制計數(shù)器的電路連接方法如圖 ２.４所示，其中Ｑ２可作為向上的進(jìn)位信號與分個位的計數(shù)單元的ＣＰＡ相連。

十進(jìn)制-六進(jìn)制轉(zhuǎn)換電路

分個位和分十位計數(shù)單元電路結(jié)構(gòu)分別與秒個位和秒十位計數(shù)單元完全相同，只不過分個位計數(shù)單元的Ｑ３作為向上的進(jìn)位信號應(yīng)與分十位計數(shù)單元的ＣＰＡ相連，分十位計數(shù)單元的Ｑ２作為向上的進(jìn)位信號應(yīng)與時個位計數(shù)單元的ＣＰＡ相連。

時個位計數(shù)單元電路結(jié)構(gòu)仍與秒或個位計數(shù)單元相同，但是要求，整個時計數(shù)單元應(yīng)為１２進(jìn)制計數(shù)器，不是１０的整數(shù)倍，因此需將個位和十位計數(shù)單元合并為一個整體才能進(jìn)行１２進(jìn)制轉(zhuǎn)換。利用１片７４ＨＣ３９０實現(xiàn)１２進(jìn)制計數(shù)功能的電路如圖（d）所示。

（d）十二進(jìn)制電路

另外，圖（d）所示電路中，尚余－２進(jìn)制計數(shù)單元，正好可作為分頻器２ＨZ輸出信號轉(zhuǎn)化為１ＨZ信號之用。

4．譯碼驅(qū)動及顯示單元電路

選擇ＣＤ４５１１作為顯示譯碼電路；選擇ＬＥＤ數(shù)碼管作為顯示單元電路。由CD4511把輸進(jìn)來的二進(jìn)制信號翻譯成十進(jìn)制數(shù)字，再由數(shù)碼管顯示出來。這里的LED數(shù)碼管是采用共陰的方法連接的。

計數(shù)器實現(xiàn)了對時間的累計并以8421BCD碼的形式輸送到CD4511芯片，再由451

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芯片把BCD碼轉(zhuǎn)變?yōu)槭M(jìn)制數(shù)碼送到數(shù)碼管中顯示出來。

5．校時電路

數(shù)字鐘應(yīng)具有分校正和時校正功能，因此，應(yīng)截斷分個位和時個位的直接計數(shù)通路，并采用正常計時信號與校正信號可以隨時切換的電路接入其中。即為用COMS與或非門實現(xiàn)的時或分校時電路，In1端與低位的進(jìn)位信號相連；In2端與校正信號相連，校正信號可直接取自分頻器產(chǎn)生的1HZ或2HZ（不可太高或太低）信號；輸出端則與分或時個位計時輸入端相連。當(dāng)開關(guān)打向下時，因為校正信號和0相與的輸出為0，而開關(guān)的另一端接高電平，正常輸入信號可以順利通過與或門，故校時電路處于正常計時狀態(tài)；當(dāng)開關(guān)打向上時，情況正好與上述相反，這時校時電路處于校時狀態(tài)。

實際使用時，因為電路開關(guān)存在抖動問題，所以一般會接一個RS觸發(fā)器構(gòu)成開關(guān)消抖動電路，所以整個較時電路就如圖（f）。

（f）帶有消抖電路的校正電路

6．整點報時電路

電路應(yīng)在整點前10秒鐘內(nèi)開始整點報時，即當(dāng)時間在59分50秒到59分59秒期間時，報時電路報時控制信號。

當(dāng)時間在59分50秒到59分59秒期間時，分十位、分個位和秒十位均保持不變，分別為5、9和5，因此可將分計數(shù)器十位的QＣ和QＡ、個位的QＤ和QＡ及秒計數(shù)器十位的QＣ和QＡ相與，從而產(chǎn)生報時控制信號。

報時電路可選74HC30來構(gòu)成。74HC30為8輸入與非門。

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說明：當(dāng)時間在59分50秒到59分59秒期間時 分十位、分個 位和秒十位均保持不變，分別為5，9和5；因此，可以將分計數(shù)器十位的Qc和QA，個位的QD和QA及秒計數(shù)器十位的QC和QA相與，從而產(chǎn)生報時控制信號。IO1分計數(shù)器十位的Qc和QAIO2U11VCCIO35VVCCX182345V分計數(shù)器個位的QD和QAIO456114V_0.5WIO512秒計數(shù)器十位的QC和QAIO674HC30D數(shù)字鐘設(shè)計－整點報時電路部分

四、元器件

1．四連面包板1塊（編號A45）

2．鑷子1把 3．剪刀1把

4．共陰八段數(shù)碼管6個 5．網(wǎng)絡(luò)線2米/人 6．CD4511集成塊6塊 7．CD4060集成塊1塊 8．74HC390集成塊3塊 9．74HC51集成塊1塊 10．74HC00集成塊4塊 11．74HC30集成塊1塊 12．10MΩ電阻5個 13．500Ω電阻14個 14．30p電容2個

15．32.768k時鐘晶體1個 16．蜂鳴器10個（每班）1）芯片連接圖

1)74HC00D

2)CD4511

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3)74HC390D

4)74HC51D

2．面包板的介紹

面包板一塊總共由五部分組成，一豎四橫，面包板本身就是一種免焊電板。面包板的樣式是：

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面包板的注意事項：

1． 面包板旁一般附有香蕉插座，用來輸入電壓、信號及接地。2． 上圖中連著的黑線表示插孔是相通的。

3． 拉線時，盡量將線緊貼面包板，把線成直角，避免交叉，也不要跨越元件。4． 面包板使用久后，有時插孔間連接銅線會發(fā)生脫落現(xiàn)象，此時要將此排插孔做記號。并不再使用。

五、各功能塊電路圖

數(shù)字鐘從原理上講是一種典型的數(shù)字電路，可以由許多中小規(guī)模集成電路組成，所以可以分成許多獨(dú)立的電路。

（一）六進(jìn)制電路

由74HC390、7400、數(shù)碼管與4511組成，電路如圖一。

U1A3123U2A12Com74HC00D74HC00DU5SEVEN_SEG_COM_KABCDEFGU3AV1 32Hz 5V141INA1INB21CLR31QA1QB1QC1QD5677126U413DADBDCDD5OAOBOCODOE1211109151474HC390D43~ELOF~BIOG~LTVCC5V4511BD將十進(jìn)制計數(shù)器轉(zhuǎn)換為六進(jìn)制的連接方法

（二）十進(jìn)制電路

由74HC390、7400、數(shù)碼管與4511組成，電路如圖二。

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U4A3126U4B4574HC00D74HC00DComU3SEVEN_SEG_COM_KU1AV1 60Hz 5V141INA1INB21CLR31QA1QB1QC1QD5677126U213DADBDCDD5OAOBOCODOE12111091514ABCDEFGVCC5V74HC390D43~ELOF~BIOG~LT4511BD十進(jìn)制接法測試仿真電路

（三）六十進(jìn)制電路

由兩個數(shù)碼管、兩4511、一個74HC390與一個7400芯片組成，電路如圖三。

（四）雙六十進(jìn)制電路

由2個六十進(jìn)制連接而成，把分個位的輸入信號與秒十位的Qc相連，使其產(chǎn)生進(jìn)位，電路圖如圖四。

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ComComSEVEN_SEG_COM_KU1B6453U1A12U4SEVEN_SEG_COM_KU7U11BABCDEFG64513DADBDCDD5OAOBOCODOE~ELOF~BI~LTOG1211109151421CLR141INA1INB3U10A12ABCDEFG74HC00D74HC00DU3B15122INA2INB142CLR132QA2QB2QC2QD11109U2712674HC00D74HC00DU8A31QA1QB1QC1QD5677126U913DADBDCDD5OAOBOCODOE12111091514VCC5V74HC390D43U1C891011U1D12134511BD74HC390DComVCCU643~ELOF~BI~LTOG5VSEVEN_SEG_COM_K74HC00D74HC00DABCDEFG84511BDComU15C91011U16DSEVEN_SEG_COM_K1213U14U3A131INA1INB21CLR1QA1QB1QC1QD5677126U513DADBDCDD5OAOBOCODOE1211109151474HC00D74HC00DU12B15122INA2INB142CLR132QA2QB2QC2QD111097126U13DADBDCDD5OAOBOCODOEABCDEFG***14V1 100kHz 5V474HC390D43~ELOF~BI~LTOGVCC74HC390D5V43~ELOF~BI~LTOG4511BD4511BD

（五）時間計數(shù)電路

由1個十二進(jìn)制電路、2個六十進(jìn)制電路組成，因上面已有一個雙六十電路，只要把它與十二進(jìn)制電路相連即可，詳細(xì)電路見圖五。

ComComComComComComU1SEVEN_SEG_COM_KU2SEVEN_SEG_COM_KU4SEVEN_SEG_COM_KU3SEVEN_SEG_COM_KU5SEVEN_SEG_COM_KU6SEVEN_SEG_COM_KABCDEFGABCDEFGABCDEFGVCCVCCABCDEFGABCDEFGABCDEFG5V***45VVCCVCC***49***45V***3121110***01514145V9VCCOG995V99OAOBODOAOBODOAOBODOEOEOCOCOCOFOFOEOGOAOBODOAOBODOAOBODOEOEOCOCOCOFOFOEOGOG~LT~LT~EL~EL~BI~BI~ELDADCDDDADCDDDADC~LT~LT~LTDBDB~EL~EL~EL~BI~BIDADCDDDADCDDDADCDBDB3DBDD~BI5V73DBDD4511BD54511BD******12643U23CU25A74HC00D***8U21A74HC00D13111038U20C74HC00D3U19A74HC00D131110974HC00D9356356772QB1QD2QD2QD1QB1QC2QB2QC2QB2QC1QB1QA2QA2QA1QA1QC1QD2QA2QC2QD61QB2INA1CLR2CLR2CLR1INA1INB2INA2INB2INA2INB1INA1INA1INB74HC00D161CLR74HC390D6151INB74HC00D111CLRU26B74HC390D74HC390N1174HC390N74HC390DU20B1574HC00D1262INB74HC00D74HC00D***242V1 1000Hz 5V時，分，秒計時電路圖

（六）校正電路

由74CH51D、74HC00D與電阻組成，校正電路有分校正和時校正兩部分，電路如圖六。

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142CLRU13AU16B1QA1QC1QDU24DU22BU14AU17BU20DU15AU18B74HC390N43~BI~LT4511BDOGU7U8OFU10VCC4511BDOGU9U114511BDOFU124511BD1010921921254***254

IO1VCC正常輸入信號5V校正信號R1IO2U2C9108小時校正電路J110Mohm74HC00D注意：分校時時，不會進(jìn)位到小時。U11111213910U2DKey = A12R210MohmIO313U2A8123時計數(shù)器IO574HC00D1123674HC00D正常輸入信號校正信號R3U3A10Mohm12U2B456分計數(shù)器IO6IO44574HC00D74HC51D3J274HC00DKey = B分鐘校正電路分校正時鎖定小時信號輸入R410MohmU3B456圖中采用基本RS觸發(fā)器構(gòu)成開關(guān)消抖動電路，其中與非門選用74HC00；對J1和J2，因為校正信號與0相與為0，而開關(guān)的另一端接高電平，正常輸入信號可以順利通過與或門，故校時電路處于正常計時狀態(tài)，當(dāng)開關(guān)打向上時，情況正好與上述相反，這時電路處于校時狀態(tài)。74HC00D數(shù)字鐘設(shè)計－校時電路部分

（七）晶體振蕩電路

由晶體與2個30pF電容、1個4060、一個10兆的電阻組成，芯片3腳輸出2Hz的方波信號，電路如圖七。

（八）整點報時電路

由74HC30D和蜂鳴器組成，當(dāng)時間在59:50到59:59時，蜂鳴報時，電路如圖八。

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說明：當(dāng)時間在59分50秒到59分59秒期間時 分十位、分個 位和秒十位均保持不變，分別為5，9和5；因此，可以將分計數(shù)器十位的Qc和QA，個位的QD和QA及秒計數(shù)器十位的QC和QA相與，從而產(chǎn)生報時控制信號。IO1分計數(shù)器十位的Qc和QAIO2U11VCCIO35VVCCX182345V分計數(shù)器個位的QD和QAIO456114V_0.5WIO512秒計數(shù)器十位的QC和QAIO674HC30D數(shù)字鐘設(shè)計－整點報時電路部分

六、總接線元件布局簡圖

整個數(shù)字鐘由時間計數(shù)電路、晶體振蕩電路、校正電路、整點報時電路組成。

其中以校正電路代替時間計數(shù)電路中的時、分、秒之間的進(jìn)位，當(dāng)校時電路處于正常輸入信號時，時間計數(shù)電路正常計時，但當(dāng)分校正時，其不會產(chǎn)生向時進(jìn)位，而分與時的校位是分開的，而校正電路也是一個獨(dú)立的電路。

電路的信號輸入由晶振電路產(chǎn)生，并輸入各電路。簡圖如圖九。

七、芯片連接總圖

因仿真與實際元件上的差異，所以在原有的簡圖的基礎(chǔ)上，又按實際布局畫了這張按實際芯片布局的接線圖，如圖十。

八、總結(jié)

1． 實驗過程中遇到的問題及解決方法

① 面包板測試

測試面包板各觸點是否接通。

② 七段顯示器與七段譯碼器的測量

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把顯示器與CD4511相連，第一次接時，數(shù)碼管完全沒有顯示數(shù)字，檢查后發(fā)現(xiàn)是數(shù)碼管未接地而造成的，接地后發(fā)現(xiàn)還是無法正確顯示數(shù)字，用萬用表檢測后，發(fā)現(xiàn)是因芯片引腳有些接觸不良而造成的，所以確認(rèn)芯片是否接觸良好是非常重要的一件事。

③ 時間計數(shù)電路的連接與測試

六進(jìn)制、十進(jìn)制都沒有什么大的問題，只是芯片引腳的老問題，只要重新插過芯片就可以解決了。但在六十進(jìn)制時，按圖接線后發(fā)現(xiàn)，顯示器上的數(shù)字總是100進(jìn)制的，而不是六十進(jìn)制，檢測后發(fā)現(xiàn)無論是線路的連通還是芯片的接觸都沒有問題。最后，在重對連線時發(fā)現(xiàn)是線路接錯引腳造成的，改過之后，顯示就正常了。

④ 校正電路

因上面程因引腳接錯而造成錯誤，所以校正電路是完全按照仿真圖所連的，在測試時，開始進(jìn)行時校時時，沒有出現(xiàn)問題，但當(dāng)進(jìn)行到分校時時，發(fā)現(xiàn)計數(shù)電路的秒電路開始亂跳出錯。因此，電路一定是有地方出錯了，在反復(fù)對照后，發(fā)現(xiàn)是因為在接入校正電路時忘了把秒十位和分個位之間的連線拿掉而造成的，因此，在接線時一定要注意把不要的多余的線拿掉。

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第三篇：數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計報告

數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計報告 題 目: 數(shù)字鐘的設(shè)計與制作

學(xué) 年 學(xué) 期:

專 業(yè) 班 級: 學(xué) 號:

姓 名:

指導(dǎo)教師及職稱: 時 間: 地點： 設(shè)計目的

熟悉集成電路的引腳安排.掌握各芯片的邏輯功能及使用方法.了解面包板結(jié)構(gòu)及其接線方法.了解數(shù)字鐘的組成及工作原理.熟悉數(shù)字鐘的設(shè)計與制作.設(shè)計要求 1.設(shè)計指標(biāo)

時間以24小時為一個周期;顯示時,分,秒;有校時功能,可以分別對時及分進(jìn)行單獨(dú)校時,使其校正到標(biāo)準(zhǔn)時間;計時過程具有報時功能,當(dāng)時間到達(dá)整點前5秒進(jìn)行蜂鳴報時;為了保證計時的穩(wěn)定及準(zhǔn)確須由晶體振蕩器提供表針時間基準(zhǔn)信號.2.設(shè)計要求

畫出電路原理圖(或仿真電路圖);元器件及參數(shù)選擇;電路仿真與調(diào)試;PCB文件生成與打印輸出.3.制作要求 自行裝配和調(diào)試,并能發(fā)現(xiàn)問題和解決問題.4.編寫設(shè)計報告 寫出設(shè)計與制作的全過程,附上有關(guān)資料和圖紙,有心得體會.設(shè)計原理及其框圖 1.數(shù)字鐘的構(gòu)成

數(shù)字鐘實際上是一個對標(biāo)準(zhǔn)頻率(1HZ)進(jìn)行計數(shù)的計數(shù)電路.由于計數(shù)的起始時間不可能與標(biāo)準(zhǔn)時間(如北京時間)一致,故需要在電路上加一個校時電路,同時標(biāo)準(zhǔn)的1HZ時間信號必須做到準(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.圖 3-1所示為數(shù)字鐘的一般構(gòu)成框圖.圖3-1 數(shù)字鐘的組成框圖 ⑴晶體振蕩器電路

晶體振蕩器電路給數(shù)字鐘提供一個頻率穩(wěn)定準(zhǔn)確的32768Hz的方波信號,可保證數(shù)字鐘的走時準(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.⑵分頻器電路 分頻器電路將32768Hz的高頻方波信號經(jīng)32768()次分頻后得到1Hz的方波信號供秒計數(shù)器進(jìn)行計數(shù).分頻器實際上也就是計數(shù)器.⑶時間計數(shù)器電路

時間計數(shù)電路由秒個位和秒十位計數(shù)器,分個位和分十位計數(shù)器及時個位和時十位計數(shù)器電路構(gòu)成,其中秒個位和秒十位計數(shù)器,分個位和分十位計數(shù)器為60進(jìn)制計數(shù)器,而根據(jù)設(shè)計要求,時個位和時十位計數(shù)器為12進(jìn)制計數(shù)器.⑷譯碼驅(qū)動電路

譯碼驅(qū)動電路將計數(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.⑸數(shù)碼管

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)計提供的為LED數(shù)碼管.2.數(shù)字鐘的工作原理 1)晶體振蕩器電路

晶體振蕩器是構(gòu)成數(shù)字式時鐘的核心,它保證了時鐘的走時準(zhǔn)確及穩(wěn)定.圖3-2所示電路通過CMOS非門構(gòu)成的輸出為方波的數(shù)字式晶體振蕩電路,這個電路中,CMOS非門U1與晶體,電容和電阻構(gòu)成晶體振蕩器電路,U2實現(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為非門提供偏置,使電路工作于放大區(qū)域,即非門的功能近似于一個高增益的反相放大器.電容C1,C2與晶體構(gòu)成一個諧振型網(wǎng)絡(luò),完成對振蕩頻率的控制功能,同時提供了一個180度相移,從而和非門構(gòu)成一個正反饋網(wǎng)絡(luò),實現(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.晶體XTAL的頻率選為32768HZ.該元件專為數(shù)字鐘電路而設(shè)計,其頻率較低,有利于減少分頻器級數(shù).從有關(guān)手冊中,可查得C1,C2均為30pF.當(dāng)要求頻率準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度更高時,還可接入校正電容并采取溫度補(bǔ)償措施.由于CMOS電路的輸入阻抗極高,因此反饋電阻R1可選為10MΩ.較高的反饋電阻有利于提高振蕩頻率的穩(wěn)定性.非門電路可選74HC00.圖3-2 COMS晶體振蕩器 2)分頻器電路

通常,數(shù)字鐘的晶體振蕩器輸出頻率較高,為了得到1Hz的秒信號輸入,需要對振蕩器的輸出信號進(jìn)行分頻.通常實現(xiàn)分頻器的電路是計數(shù)器電路,一般采用多級2進(jìn)制計數(shù)器來實現(xiàn).例如,將32768Hz的振蕩信號分頻為1HZ的分頻倍數(shù)為32768(215),即實現(xiàn)該分頻功能的計數(shù)器相當(dāng)于15極2進(jìn)制計數(shù)器.常用的2進(jìn)制計數(shù)器有74HC393等.本實驗中采用CD4060來構(gòu)成分頻電路.CD4060在數(shù)字集成電路中可實現(xiàn)的分頻次數(shù)最高,而且CD4060還包含振蕩電路所需的非門,使用更為方便.CD4060計數(shù)為14級2進(jìn)制計數(shù)器,可以將32768HZ的信號分頻為2HZ,其內(nèi)部框圖如圖3-3所示,從圖中可以看出,CD4060的時鐘輸入端兩個串接的非門,因此可以直接實現(xiàn)振蕩和分頻的功能.圖3-3 CD4046內(nèi)部框圖 3)時間計數(shù)單元

時間計數(shù)單元有時計數(shù),分計數(shù)和秒計數(shù)等幾個部分.時計數(shù)單元一般為12進(jìn)制計數(shù)器計數(shù)器,其輸出為兩位8421BCD碼形式;分計數(shù)和秒計數(shù)單元為60進(jìn)制計數(shù)器,其輸出也為8421BCD碼.一般采用10進(jìn)制計數(shù)器74HC390來實現(xiàn)時間計數(shù)單元的計數(shù)功能.為減少器件使用數(shù)量,可選74HC390,其內(nèi)部邏輯框圖如圖 2.3所示.該器件為雙2—5-10異步計數(shù)器,并且每一計數(shù)器均提供一個異步清零端(高電平有效).圖3-4 74HC390(1/2)內(nèi)部邏輯框圖

秒個位計數(shù)單元為10進(jìn)制計數(shù)器,無需進(jìn)制轉(zhuǎn)換,只需將QA與CPB(下降沿有效)相連即可.CPA(下降沒效)與1HZ秒輸入信號相連,Q3可作為向上的進(jìn)位信號與十位計數(shù)單元的CPA相連.秒十位計數(shù)單元為6進(jìn)制計數(shù)器,需要進(jìn)制轉(zhuǎn)換.將10進(jìn)制計數(shù)器轉(zhuǎn)換為6進(jìn)制計數(shù)器的電路連接方法如圖3-5所示,其中Q2可作為向上的進(jìn)位信號與分個位的計數(shù)單元的CPA相連.圖3-5 10進(jìn)制——6進(jìn)制計數(shù)器轉(zhuǎn)換電路

分個位和分十位計數(shù)單元電路結(jié)構(gòu)分別與秒個位和秒十位計數(shù)單元完全相同,只不過分個位計數(shù)單元的Q3作為向上的進(jìn)位信號應(yīng)與分十位計數(shù)單元的CPA相連,分十位計數(shù)單元的Q2作為向上的進(jìn)位信號應(yīng)與時個位計數(shù)單元的CPA相連.時個位計數(shù)單元電路結(jié)構(gòu)仍與秒或個位計數(shù)單元相同,但是要求,整個時計數(shù)單元應(yīng)為12進(jìn)制計數(shù)器,不是10的整數(shù)倍,因此需將個位和十位計數(shù)單元合并為一個整體才能進(jìn)行12進(jìn)制轉(zhuǎn)換.利用1片74HC390實現(xiàn)12進(jìn)制計數(shù)功能的電路如圖3-6所示.另外,圖3-6所示電路中,尚余-2進(jìn)制計數(shù)單元,正好可作為分頻器2HZ輸出信號轉(zhuǎn)化為1HZ信號之用.圖3-6 12進(jìn)制計數(shù)器電路 4)譯碼驅(qū)動及顯示單元

計數(shù)器實現(xiàn)了對時間的累計以8421BCD碼形式輸出,選用顯示譯碼電路將計數(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.5)校時電源電路

當(dāng)重新接通電源或走時出現(xiàn)誤差時都需要對時間進(jìn)行校正.通常,校正時間的方法是:首先截斷正常的計數(shù)通路,然后再進(jìn)行人工出觸發(fā)計數(shù)或?qū)㈩l率較高的方波信號加到需要校正的計數(shù)單元的輸入端,校正好后,再轉(zhuǎn)入正常計時狀態(tài)即可.根據(jù)要求,數(shù)字鐘應(yīng)具有分校正和時校正功能,因此,應(yīng)截斷分個位和時個位的直接計數(shù)通路,并采用正常計時信號與校正信號可以隨時切換的電路接入其中.圖3-7所示即為帶有基本RS觸發(fā)器的校時電路, 圖3-7 帶有消抖動電路的校正電路 6)整點報時電路

一般時鐘都應(yīng)具備整點報時電路功能,即在時間出現(xiàn)整點前數(shù)秒內(nèi),數(shù)字鐘會自動報時,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)雜的也可以是實時語音提示.根據(jù)要求,電路應(yīng)在整點前10秒鐘內(nèi)開始整點報時,即當(dāng)時間在59分50秒到59分59秒期間時,報時電路報時控制信號.報時電路選74HC30,選蜂鳴器為電聲器件.元器件

1.實驗中所需的器材 5V電源.面包板1塊.示波器.萬用表.鑷子1把.剪刀1把.網(wǎng)絡(luò)線2米/人.共陰八段數(shù)碼管6個.CD4511集成塊6塊.CD4060集成塊1塊.74HC390集成塊3塊.74HC51集成塊1塊.74HC00集成塊5塊.74HC30集成塊1塊.10MΩ電阻5個.500Ω電阻14個.30p電容2個.32.768k時鐘晶體1個.蜂鳴器.2.芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖及引腳圖

圖4-1 7400 四2輸入與非門 圖4-2 CD4511BCD七段譯碼/驅(qū)動器 圖4-3 CD4060BD 圖4-4 74HC390D 圖4-5 74HC51D 圖4-6 74HC30 3.面包板內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

面包板右邊一列上五組豎的相通,下五組豎的相通,面包板的左邊上下分四組,每組中X,Y列(0-15相通,16-40相通,41-55相通,ABCDE相通,FGHIJ相通,E和F之間不相通.個功能塊電路圖

一個CD4511和一個LED數(shù)碼管連接成一個CD4511驅(qū)動電路,數(shù)碼管可從0---9顯示,以次來檢查數(shù)碼管的好壞,見附圖5-1.圖5-1 4511驅(qū)動電路

利用一個LED數(shù)碼管,一塊CD4511,一塊74HC390,一塊74HC00連接成一個十進(jìn)制計數(shù)器,電路在晶振的作用下數(shù)碼管從0—9顯示,見附圖5-2.圖5-2 74390十進(jìn)制計數(shù)器

利用一個LED數(shù)碼管,一塊CD4511,一塊74HC390,一塊74HC00和一個晶振連接成一個六進(jìn)制計數(shù)器,數(shù)碼管從0—6顯示,見附圖5-3.圖5-3 74390六進(jìn)制計數(shù)器 利用一個六進(jìn)制電路和一個十進(jìn)制連接成一個六十進(jìn)制電路,電路可從0—59顯示,見附圖5-4.圖5-4 六十進(jìn)制電路

利用兩個六十進(jìn)制的電路合成一個雙六十進(jìn)制電路,兩個六十進(jìn)制之間有進(jìn)位,見附圖5-5.圖5-5 雙六十進(jìn)制電路

利用CD4060,電阻及晶振連接成一個分頻——晶振電路,見附圖5-6.圖5-6 分頻—晶振電路

利用74HC51D和74HC00及電阻連接成一個校時電路,見附圖5-7.圖5-7 校時電路

利用74HC30和蜂鳴器連接成整點報時電路.見附圖5-8.圖5-8 整點報時電路

利用兩個六十進(jìn)制和一個十二進(jìn)制連接成一個時,分,秒都會進(jìn)位的電路總圖,見附圖5-9.圖5-9 時,分,秒的進(jìn)位連接圖 總接線元件布局簡圖,見附圖6-1 芯片連接圖見附圖7-1 八,總結(jié)

設(shè)計過程中遇到的問題及其解決方法.在檢測面包板狀況的過程中,出現(xiàn)本該相通的地方卻未通的狀況,后經(jīng)檢驗發(fā)現(xiàn)是由于萬用表筆尖未與面包板內(nèi)部垂直接觸所至.在檢測CD4511驅(qū)動電路的過程中發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管不能正常顯示的狀況,經(jīng)檢驗發(fā)現(xiàn)主要是由于接觸不良的問題,其中包括線的接觸不良和芯片的接觸不良,在實驗過程中,數(shù)碼管有幾段二極管時隱時現(xiàn),有時會消失.用5V電源對數(shù)碼管進(jìn)行檢測,一端接地,另一端接觸每一段二極管,發(fā)現(xiàn)二極管能正常顯示的,再用萬用表歐姆檔檢測每一根線是否接觸良好,在檢測過程中發(fā)現(xiàn)有幾根線有時能接通,有時不能接通,把接觸不好的線重新接過后發(fā)現(xiàn)能正常顯示了.其次是由于芯片接觸不良的問題,用萬用表歐姆檔檢測有幾個引腳本該相通的地方卻未通,而檢測的導(dǎo)線狀況良好,其解決方法為把CD4511的芯片拔出,根據(jù)面包板孔的的狀況重新調(diào)整其引腳,使其正對于孔,再用力均勻地將芯片插入面包板中,此后發(fā)現(xiàn)能正常顯示,本次實驗中還發(fā)現(xiàn)一塊壞的LED數(shù)碼管和兩塊壞的CD4511,經(jīng)更換后均能正常顯示.在連接晶振的過程中,晶振無法起振.在排除線與芯片的接觸不良問題后重新對照電路圖,發(fā)現(xiàn)是由于12腳未接地所至.在連接六進(jìn)制的過程中,發(fā)現(xiàn)電路只能4,5的跳動,后經(jīng)發(fā)現(xiàn)是由于接到與非門的引腳接錯一根所至,經(jīng)糾正后能正常顯示.在連接校正電路的過程中,出現(xiàn)時和分都能正常校正時,但秒?yún)s受到影響,特別時一較分鐘的時候秒亂跳,而不校時的時候,秒從40跳到59,然后又跳回40,分和秒之間無進(jìn)位,電路在時,分,秒進(jìn)位過程中能正常顯示,故可排除芯片和連線的接觸不良的問題.經(jīng)檢查,校正電路的連線沒有錯誤,后用萬用表的直流電壓檔帶電檢測秒十位的QA,QB,QC和QD腳,發(fā)現(xiàn)QA腳時有電壓時而無電壓,再檢測秒到分和分到時的進(jìn)位端,發(fā)現(xiàn)是由于秒到分的進(jìn)位未拔掉所至.5 在制作報時電路的過程中,發(fā)現(xiàn)蜂鳴器在57分59秒的時候就開始報時,后經(jīng)檢測電路發(fā)現(xiàn)是由于把74HC30芯片當(dāng)16引腳的芯片來接,以至接線都錯位,重新接線后能正常報時.連接分頻電路時,把時個位的QD和時十位的1腳斷開,然后時十位的1腳接到晶振的3腳,時十位的3腳接到秒個位的1腳,所連接的電路圖無法正常工作,時十位從0-9的跳,時個位只能顯示一個0,在這個電路中3腳的分頻用到兩次,故無法正常顯示,因此要把12進(jìn)制接到74HC390的一個邏輯電路空出來用于分頻即可,因此把時十位的CD4511的12,6腳接地,7腳改為接74HC390的5腳,74HC390的3,4腳斷開,然后4腳接9腳即可,其中空出的74HC390的3腳就可用于2Hz的分頻,分頻后變?yōu)?Hz,整個電路也到此為正常的數(shù)字鐘計數(shù).2.設(shè)計體會

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理和其具體的使用方法.在連接六進(jìn)制,十進(jìn)制,六十進(jìn)制的進(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,那么在電路出錯時便能準(zhǔn)確地找出錯誤所在并及時糾正了.在設(shè)計電路中,往往是先仿真后連接實物圖,但有時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,其本身就是一個十進(jìn)制計數(shù)器,在仿真電路中必須連接反饋線才能正常顯示,而在實際電路中無需再連接,因此仿真圖和電路連接圖還是有一定區(qū)別的.在設(shè)計電路的連接圖中出錯的主要原因都是接線和芯片的接觸不良以及接線的錯誤所引起的.3.對該設(shè)計的建議

此次的數(shù)字鐘設(shè)計重在于仿真和接線,雖然能把電路圖接出來,并能正常顯示,但對于電路本身的原理并不是十分熟悉.總的來說,通過這次的設(shè)計實驗更進(jìn)一步地增強(qiáng)了實驗的動手能力.

第四篇：數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計：數(shù)字鐘

目 錄

目錄………………………………………………………………………….……….1

1、設(shè)計目的………………………………………………………………….……...2

2、設(shè)計方案………………………………………………………………….……...2

3、設(shè)計原理及其框圖……………………………………………………………....2 3.1數(shù)字鐘的構(gòu)成…………………………………………………..……….….……2 3.2數(shù)字鐘的工作原理……………………………………………………..…...……4 3.3時間計數(shù)單元………………………………………………………………....…5 3.4譯碼驅(qū)動及顯示單元………………………………………………………….….6 3.5校時電源電路…………………………………………………………..………..6 3.6整點報時電路…………………………………………………………………….7

4、元器件…………………………………………………………………………….7 4.1實驗中所需的器材………………………………………………………………..7 4.2芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖及引腳圖…………………………………………………...…....8 4.3面包板內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖………………………………………………………………10

5、功能塊電路圖…………………………………………………………………...10

6、總結(jié)……………………………………………………………………………...18

7、參考文獻(xiàn)………………………………………………………………………...19

一、設(shè)計目的

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序電路。此次設(shè)計與制作數(shù)字電子鐘的目的是讓學(xué)生在了解數(shù)字鐘的原理的前提下，運(yùn)用剛剛學(xué)過的數(shù)電知識設(shè)計并制作數(shù)字鐘，而且通過數(shù)字鐘的制作進(jìn)一步了解各種在制作中用到的中小規(guī)模集成電路的作用及其使用方法。由于數(shù)字電子鐘包括組合邏輯電路和時序電路，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序電路的原理與使用方法，從而實現(xiàn)理論與實踐相結(jié)合。

總的來說，此次課程設(shè)計，有助于學(xué)生對電子線路知識的整合和電子線路設(shè)計能力的訓(xùn)練，并為后繼課程的學(xué)習(xí)和畢業(yè)設(shè)計打下一定的基礎(chǔ)。

二、設(shè)計方案

1．設(shè)計指標(biāo)

時間以24小時為一個周期； 顯示時、分、秒；

有校時功能，可以分別對時及分進(jìn)行單獨(dú)校時，使其校正到標(biāo)準(zhǔn)時間； 計時過程具有報時功能，當(dāng)時間到達(dá)整點前5秒進(jìn)行蜂鳴報時； 為了保證計時的穩(wěn)定及準(zhǔn)確須由晶體振蕩器提供表針時間基準(zhǔn)信號。2．設(shè)計要求

畫出電路原理圖（或仿真電路圖）； 元器件及參數(shù)選擇； 電路仿真與調(diào)試； 3．編寫設(shè)計報告

寫出設(shè)計與制作的全過程，附上有關(guān)資料和圖紙，有心得體會。

三、設(shè)計原理及其框圖

1．?dāng)?shù)字鐘的構(gòu)成

數(shù)字鐘是一個將“ 時”，“分”，“秒”顯示于人的視覺器官的計時裝置。它的計時周期為24小時，顯示滿刻度為23時59分59秒，另外應(yīng)有校時功能和一些顯示星期、報時、停電查看時間等附加功能。因此，一個基本的數(shù)字鐘電路主要由譯碼顯示器、“時”，“分”，“秒”，“星期”計數(shù)器、校時電路、報時電路和振蕩器組成。數(shù)字鐘實際上是一個對標(biāo)準(zhǔn)頻率（1HZ）進(jìn)行計數(shù)的計數(shù)電路。由于計數(shù)的起始時間不可能與標(biāo)準(zhǔn)時間（如北京時間）一致，故需要在電路上加一個校時電路，同時標(biāo)準(zhǔn)的1HZ時間信號必須做到準(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。

圖3-1所示為數(shù)字鐘的一般構(gòu)成框圖

⑴晶體振蕩器電路

晶體振蕩器電路給數(shù)字鐘提供一個頻率穩(wěn)定準(zhǔn)確的32768Ｈz的方波信號，可保證數(shù)字鐘的走時準(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。

⑵分頻器電路

分頻器電路將32768Ｈz的高頻方波信號經(jīng)32768（數(shù)。分頻器實際上也就是計數(shù)器。

⑶時間計數(shù)器電路

時間計數(shù)電路由秒個位和秒十位計數(shù)器、分個位和分十位計數(shù)器及時個位和時十位計數(shù)器電路構(gòu)成，其中秒個位和秒十位計數(shù)器、分個位和分十位計數(shù)器為60進(jìn)制計數(shù)器，而根據(jù)設(shè)計要求，時個位和時十位計數(shù)器為12進(jìn)制計數(shù)器。

⑷譯碼驅(qū)動電路

譯碼驅(qū)動電路將計數(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。

⑸數(shù)碼管

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)計提供的為LED數(shù)碼管。）次分頻后得到1Hz的方波信號供秒計數(shù)器進(jìn)行計 2

2．?dāng)?shù)字鐘的工作原理

１）晶體振蕩器電路

晶體振蕩器是構(gòu)成數(shù)字式時鐘的核心，它保證了時鐘的走時準(zhǔn)確及穩(wěn)定。

圖3-2所示電路通過ＣＭＯＳ非門構(gòu)成的輸出為方波的數(shù)字式晶體振蕩電路，這個電路中，ＣＭＯＳ非門Ｕ１與晶體、電容和電阻構(gòu)成晶體振蕩器電路，Ｕ２實現(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為非門提供偏置，使電路工作于放大區(qū)域，即非門的功能近似于一個高增益的反相放大器。電容Ｃ１、Ｃ２與晶體構(gòu)成一個諧振型網(wǎng)絡(luò)，完成對振蕩頻率的控制功能，同時提供了一個１８０度相移，從而和非門構(gòu)成一個正反饋網(wǎng)絡(luò)，實現(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。

晶體XTAL的頻率選為32768HZ。該元件專為數(shù)字鐘電路而設(shè)計，其頻率較低，有利于減少分頻器級數(shù)。

從有關(guān)手冊中，可查得C1、C2均為30pF。當(dāng)要求頻率準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度更高時，還可接入校正電容并采取溫度補(bǔ)償措施。

由于CMOS電路的輸入阻抗極高，因此反饋電阻R1可選為10MΩ。較高的反饋電阻有利于提高振蕩頻率的穩(wěn)定性，非門電路可選74HC00。

圖3-2 COMS晶體振蕩器

２）分頻器電路

通常，數(shù)字鐘的晶體振蕩器輸出頻率較高，為了得到１Ｈz的秒信號輸入，需要對振蕩器的輸出信號進(jìn)行分頻。

通常實現(xiàn)分頻器的電路是計數(shù)器電路，一般采用多級２進(jìn)制計數(shù)器來實現(xiàn)。例如，將３２７６８Ｈz的振蕩信號分頻為１ＨZ的分頻倍數(shù)為３２７６８（２１５），即實現(xiàn)該分頻功能的計數(shù)器相當(dāng)于１５極２進(jìn)制計數(shù)器。常用的２進(jìn)制計數(shù)器有７４ＨＣ３９３等。

本實驗中采用CD4060來構(gòu)成分頻電路。CD4060在數(shù)字集成電路中可實現(xiàn)的分頻次數(shù)最高，而且CD4060還包含振蕩電路所需的非門，使用更為方便。

ＣＤ４０６０計數(shù)為１４級２進(jìn)制計數(shù)器，可以將３２７６８ＨZ的信號分頻為２ＨZ，其內(nèi)部框圖如圖3-3所示，從圖中可以看出，ＣＤ４０６０的時鐘輸入端兩個串接的非門，因此可以直接實現(xiàn)振蕩和分頻的功能。

圖3-3 CD4046內(nèi)部框圖

３）時間計數(shù)單元

時間計數(shù)單元有時計數(shù)、分計數(shù)和秒計數(shù)等幾個部分。

時計數(shù)單元一般為１２進(jìn)制計數(shù)器計數(shù)器，其輸出為兩位８４２１ＢＣＤ碼形式；分計數(shù)和秒計數(shù)單元為６０進(jìn)制計數(shù)器，其輸出也為８４２１ＢＣＤ碼。

一般采用10進(jìn)制計數(shù)器74HC390來實現(xiàn)時間計數(shù)單元的計數(shù)功能。為減少器件使用數(shù)量，可選７４ＨＣ３９０，其內(nèi)部邏輯框圖如圖 ２.３所示。該器件為雙２—５－１０異步計數(shù)器，并且每一計數(shù)器均提供一個異步清零端（高電平有效）。

圖3-4 74HC390(1/2)內(nèi)部邏輯框圖

秒個位計數(shù)單元為１０進(jìn)制計數(shù)器，無需進(jìn)制轉(zhuǎn)換，只需將ＱＡ與ＣＰＢ（下降沿有效）相連即可。ＣＰＡ（下降沒效）與１ＨZ秒輸入信號相連，Ｑ３可作為向上的進(jìn)位信號與十位計數(shù)單元的ＣＰＡ相連。秒十位計數(shù)單元為６進(jìn)制計數(shù)器，需要進(jìn)制轉(zhuǎn)換。將１０進(jìn)制計數(shù)器轉(zhuǎn)換為６進(jìn)制計數(shù)器的電路連接方法如圖3-5所示，其中Ｑ２可作為向上的進(jìn)位信號與分個位的計數(shù)單元的ＣＰＡ相連。

圖3-5 10進(jìn)制——6進(jìn)制計數(shù)器轉(zhuǎn)換電路

分個位和分十位計數(shù)單元電路結(jié)構(gòu)分別與秒個位和秒十位計數(shù)單元完全相同，只不過分個位計數(shù)單元的Ｑ３作為向上的進(jìn)位信號應(yīng)與分十位計數(shù)單元的ＣＰＡ相連，分十位計數(shù)單元的Ｑ２作為向上的進(jìn)位信號應(yīng)與時個位計數(shù)單元的ＣＰＡ相連。

時個位計數(shù)單元電路結(jié)構(gòu)仍與秒或個位計數(shù)單元相同，但是要求，整個時計數(shù)單元應(yīng)為１２進(jìn)制計數(shù)器，不是１０的整數(shù)倍，因此需將個位和十位計數(shù)單元合并為一個整體才能進(jìn)行１２進(jìn)制轉(zhuǎn)換。利用１片７４ＨＣ３９０實現(xiàn)１２進(jìn)制計數(shù)功能的電路如圖3-6所示。

另外，圖3-6所示電路中，尚余－２進(jìn)制計數(shù)單元，正好可作為分頻器２ＨZ輸出信號轉(zhuǎn)化為１ＨZ信號之用。

圖3-6 12進(jìn)制計數(shù)器電路

4）譯碼驅(qū)動及顯示單元

計數(shù)器實現(xiàn)了對時間的累計以8421BCD碼形式輸出，選用顯示譯碼電路將計數(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。

5）校時電源電路

當(dāng)重新接通電源或走時出現(xiàn)誤差時都需要對時間進(jìn)行校正。通常，校正時間的方法是：首先截斷正常的計數(shù)通路，然后再進(jìn)行人工出觸發(fā)計數(shù)或?qū)㈩l率較高的方波信號加到需要校正的計數(shù)單元的輸入端，校正好后，再轉(zhuǎn)入正常計時狀態(tài)即可。

根據(jù)要求，數(shù)字鐘應(yīng)具有分校正和時校正功能，因此，應(yīng)截斷分個位和時個位的直接計數(shù)通路，并采用正常計時信號與校正信號可以隨時切換的電路接入其中。圖3-7所示即為帶有基本RS觸發(fā)器的校時電路。

圖3-7 帶有消抖動電路的校正電路

6）整點報時電路

一般時鐘都應(yīng)具備整點報時電路功能，即在時間出現(xiàn)整點前數(shù)秒內(nèi)，數(shù)字鐘會自動報時，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)雜的也可以是實時語音提示。

根據(jù)要求，電路應(yīng)在整點前10秒鐘內(nèi)開始整點報時，即當(dāng)時間在59分50秒到59分59秒期間時，報時電路報時控制信號。報時電路選74HC30，選蜂鳴器為電聲器件。

四、元器件

1．實驗中所需的器材，5V電源，面包板1塊，示波器，萬用表，鑷子1把，剪刀1把，共陰八段數(shù)碼管6個，CD4511集成塊6塊，CD4060集成塊1塊，74HC390集成塊3塊，74HC51集成塊1塊，74HC00集成塊5塊，74HC30集成塊1塊，10MΩ電阻5個，500Ω電阻14個，30p電容2個，32.768k時鐘晶體1個，蜂鳴器。

2．芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖及引腳圖

圖4-1 7400 四2輸入與非門

圖4-2 CD4511BCD七段譯碼/驅(qū)動器

圖4-3 CD4060BD

圖4-4 74HC390D

圖4-5 74HC51D

圖4-6 74HC30 3．面包板內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

面包板右邊一列上五組豎的相通，下五組豎的相通，面包板的左邊上下分四組，每組中X、Y列（0-15相通，16-40相通，41-55相通，ABCDE相通，F(xiàn)GHIJ相通，E和F之間不相通。

五、功能塊電路圖

1． 一個CD4511和一個LED數(shù)碼管連接成一個CD4511驅(qū)動電路，數(shù)碼管可從0---9顯示，以次來檢查數(shù)碼管的好壞，見附圖5-1。

圖5-1 4511驅(qū)動電路

2． 利用一個LED數(shù)碼管，一塊CD4511，一塊74HC390，一塊74HC00連接成一個十進(jìn)制計數(shù)器，電路在晶振的作用下數(shù)碼管從0—9顯示，見附圖5-2。

圖5-2 74390十進(jìn)制計數(shù)器

3． 利用一個LED數(shù)碼管，一塊CD4511，一塊74HC390，一塊74HC00和一個晶振連接成一個六進(jìn)制計數(shù)器，數(shù)碼管從0—6顯示，見附圖5-3。

圖5-3 74390六進(jìn)制計數(shù)器

4． 利用一個六進(jìn)制電路和一個十進(jìn)制連接成一個六十進(jìn)制電路，電路可從0—59顯示，見附圖5-4。

圖5-4 六十進(jìn)制電路

5． 利用兩個六十進(jìn)制的電路合成一個雙六十進(jìn)制電路，兩個六十進(jìn)制之間有進(jìn)位，見附圖5-5。

圖5-5 雙六十進(jìn)制電路

6． 利用CD4060、電阻及晶振連接成一個分頻——晶振電路，見附圖5-6。

圖5-6 分頻—晶振電路

7． 利用74HC51D和74HC00及電阻連接成一個校時電路，見附圖5-7。

圖5-7 校時電路

8．利用74HC30和蜂鳴器連接成整點報時電路。見附圖5-8。

圖5-8 整點報時電路

9． 利用兩個六十進(jìn)制和一個十二進(jìn)制連接成一個時、分、秒都會進(jìn)位的電路總圖，見附圖5-9。

圖5-9

六、總結(jié)

我們學(xué)習(xí)了數(shù)字電子電路和模擬電子電路，對電子技術(shù)有了一些初步了解，但那都是一些理論的東西。通過這次數(shù)字電子鐘的課程設(shè)計，我們才把學(xué)到的東西與實踐相結(jié)合。從中對我們學(xué)的知識有了更進(jìn)一步的理解。

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理和其具體的使用方法。也鍛煉了自己獨(dú)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。設(shè)計本身并不是有很重要的意義，而是同學(xué)們對待問題時的態(tài)度和處理事情的能力。至于設(shè)計的成績無須看的太過于重要，而是設(shè)計的過程，設(shè)計的思想和設(shè)計電路中的每一個環(huán)節(jié)，電路中各個部分的功能是如何實現(xiàn)的。各個芯片能夠完成什么樣的功能，使用芯片時應(yīng)該注意那些要點。同一個電路可以用那些芯片實現(xiàn)，各個芯片實現(xiàn)同一個功能的區(qū)別。另外，我們設(shè)計要從市場需求出發(fā)，既要有強(qiáng)大的功能，又要在價格方面比同等檔次的便宜。

在這次設(shè)計過程中，我也對word、畫圖等軟件有了更進(jìn)一步的了解，這使我在以后的工作中更加得心應(yīng)手。

七、參考文獻(xiàn)

康華光.2000年.電子技術(shù)基礎(chǔ) 數(shù)字部分（第四版）.北京：高等教育出版社.王慧玲.2003年.電工電子實驗與實訓(xùn).北京：機(jī)械工業(yè)出版社.吳建強(qiáng).2004年.電工學(xué)新技術(shù)實踐.北京：機(jī)械工業(yè)出版社.付家才.2003年.電工電子學(xué)習(xí)指導(dǎo).北京：化學(xué)工業(yè)出版社.王建華 吳道悌.2003年.電工學(xué)實驗.北京：高等教育出版社.鄧玉元 蔣卓勤.2003年.Multisim 2001及其在電子設(shè)計中的應(yīng)用.西安: 西安電子科技大學(xué)出版社.

第五篇：數(shù)字邏輯課程設(shè)計-數(shù)字鐘

安徽工業(yè)大學(xué)

《數(shù)字邏輯》課程報告

課程名稱：數(shù)字鐘

姓名: 專業(yè)班級: 指導(dǎo)教師:

2013/05/31

1.數(shù)字鐘的組成及基本原理

圖A 如圖A所示，數(shù)字鐘電路系統(tǒng)由主體電路和擴(kuò)展電路兩大部分組成。其中主體電路完成數(shù)字鐘的基本功能，即：能準(zhǔn)確計時，以數(shù)字形式顯示小時、分秒的時間；小時計時以“24進(jìn)1”，分和秒的計時以“60進(jìn)1”；具有校正時和分的功能。擴(kuò)展電路完成數(shù)字鐘的擴(kuò)展功能。

1.1系統(tǒng)的工作原理：

振蕩器產(chǎn)生穩(wěn)定的高頻脈沖信號，作為數(shù)字中的時間基準(zhǔn)，然后經(jīng)分頻器輸出標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖。秒計數(shù)器滿60后向分計數(shù)器進(jìn)位，分計數(shù)器滿60后向小時計數(shù)器進(jìn)位，小時計數(shù)器按照“24翻1”規(guī)律計數(shù)。計數(shù)器的輸出分別經(jīng)譯碼器送顯示器顯示，計時出現(xiàn)誤差時可以進(jìn)行校時、校分。各擴(kuò)展電路必須在主體電路正常運(yùn)行的情況下才能進(jìn)行功能擴(kuò)展。

2.各單元電路的基本原理

2.1振蕩器電路

振蕩器是數(shù)字鐘的核心。振蕩器的穩(wěn)定度及頻率的精確度決定了數(shù)字鐘的準(zhǔn)確程度。一般來說，振蕩器的頻率越高，計時精度越高，但耗電量增大且分頻級數(shù)多。一般有如下幾種方案構(gòu)成振蕩器電路：

方案1：如圖1-1所示為電子手表集成電路中的晶體振蕩器電路，常取晶振的頻

率為32768Hz，因其內(nèi)部有15級2分頻集成電路，所以輸出端正好可得

到1Hz的標(biāo)準(zhǔn)脈沖。該方案優(yōu)點是走時準(zhǔn)確及穩(wěn)定，集成度高，所需芯

片少。方案2：由集成電路定時器555與RC組成的多諧振器，電路圖如圖1-2。輸出頻

率為1000Hz。該方案的優(yōu)點是起振容易，振蕩周期調(diào)節(jié)范圍廣，缺點是

頻率穩(wěn)定性差，精度低，所以在本實驗中不宜使用。

方案3：由集成邏輯門與RC組成的對稱式多諧振蕩器，可以輸出頻率為1MHz的脈沖。該方案的優(yōu)點是精度高，集成簡單，所需元器件少。

由于此次設(shè)計所提供的芯片主要是74ls00且方案三精度較高，連線簡單所以選用方案三。

2-1

2-2 2.2分頻器電路

分頻器的功能主要有兩個：一是產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖信號，二是提供功能擴(kuò)展電路所需要的信號。選用中規(guī)模集成芯片74ls90可以完成上述功能，用6個級聯(lián)即可以得到1Hz的脈沖，該方案原理簡單，易于調(diào)試，且可以得到各種頻率的脈沖，適合功能的擴(kuò)展。因此此次設(shè)計選用該方案。

2.3計數(shù)器電路

分和秒都是模M=60的計數(shù)器，它們的個位都是十進(jìn)制計數(shù)器，而十位則是六進(jìn)制計數(shù)器。時計數(shù)器是一個“24翻1”的特殊進(jìn)制計數(shù)器，即當(dāng)數(shù)字鐘的計時器運(yùn)行到23時59分59秒時，秒的個位計數(shù)器再輸入一個秒脈沖時，數(shù)字鐘應(yīng)自動顯示為00時00分00秒，實現(xiàn)日常生活中習(xí)慣用的計時規(guī)律。修改由于都不多于十進(jìn)制，則可以用6個中規(guī)模集成電路計數(shù)器74ls90來實 現(xiàn)計數(shù)。該方案功能靈活，芯片統(tǒng)一便于調(diào)試與組裝。

2.4校時校分電路

當(dāng)數(shù)字鐘接通電源或者計時出現(xiàn)誤差時，均需要校正時間。對校時電路的要求是，在進(jìn)行小時校正時不影響分和秒的計時，同理，在進(jìn)行分校正時不影響時和秒的正常計數(shù)。其實現(xiàn)方法可以是將校時校分信號直接加到分、時計數(shù)器上，因此校時校分電路實際上是一個輸入信號的轉(zhuǎn)換開關(guān)。以下是幾種方案：

方案1：簡單的手動開關(guān)，如圖1-4-1所示，正常工作時，s指向A，校時時只

需使s指向B。這種電路簡單，但是開關(guān)的通斷產(chǎn)生隨機(jī)的機(jī)械抖動信

號，不易控制其穩(wěn)定性。

方案2：如圖1-4-2所示，用三個與非和一個可調(diào)電位實現(xiàn)信號的轉(zhuǎn)換，當(dāng)正常

工作時，電位器動滑頭指向B，這時CP=C0；當(dāng)需要校時，動滑頭指向A，此時CP等于秒脈沖，兩個電容可以濾去滑動中產(chǎn)生的干擾信號。

方案3：三個與非門和基本RS觸發(fā)器?；綬S觸發(fā)器可以完全消除開關(guān)的機(jī)械

抖動，是最佳的一種校時校分電路。

1-4-1

2-4-2

2.5擴(kuò)展電路

隨著技術(shù)的發(fā)展，這種具有基本功能的數(shù)字鐘并不能滿足人們的要求，所以通常要根據(jù)不同人的需要進(jìn)行功能的擴(kuò)展，下面按照人們常用到的數(shù)字鐘功能提供了幾種擴(kuò)展電路方案:

方案1：仿廣播電臺整點報時電路。要求是：每當(dāng)數(shù)字鐘計時到整點（或快到整

點時）發(fā)出音響，通常按照4低音1高音的順序發(fā)出間斷聲響，一最后

一聲高音結(jié)束的時刻為整點時刻。

方案2：定時控制電路。定時控制電路可以使數(shù)字鐘在規(guī)定的時刻發(fā)出信號，或

驅(qū)動音響電路進(jìn)行“鬧時”；或控制某裝置電源的接通或斷開實現(xiàn)定時控

制。具體電路圖見圖1-6-1 方案3：報整點時數(shù)電路。功能是：每當(dāng)數(shù)字鐘計時到整點時發(fā)出聲響，且?guī)c

響幾聲。實現(xiàn)這一功能的電路要經(jīng)過三個階段的工作：分進(jìn)位脈沖到來

時小時計數(shù)器加1；報時計數(shù)器應(yīng)記錄此時的小時數(shù)；報時計數(shù)器開始

做減法計數(shù)，每減一個脈沖，音頻電路鳴叫一聲，直到計數(shù)器的值為零。

具體電路如圖1-6-2。此方案較為復(fù)雜。

由于材料有限，本次設(shè)計選用接法較為簡單但功能實用的方案1

2-6-1 鬧時電路

2-6-2 報整點時數(shù)電路

3、具體電路及參數(shù)計算

3.1振蕩器

選用由集成邏輯門與RC組成的時鐘脈沖源振蕩器，可以輸出頻率為1MHz的脈沖。具體方案電路如下圖3-1

3-1 對稱式多諧振蕩器

3.2分頻器

本設(shè)計采用6片74ls90級聯(lián)成610分頻電路得到1Hz頻率脈沖，且可以得到用于擴(kuò)展電路所需要的各種頻率。具體接線圖如下圖2-2

3-2 分頻電路

3.3時分秒計數(shù)器

選用6片74ls90來實現(xiàn)計數(shù)功能，其中分個位、秒個位及時個位是十進(jìn)制，分十位和秒十位是六進(jìn)制，時十位只能顯示0、1、2三個數(shù)字。如圖2-3-1。分計時和秒計時中當(dāng)Q1、Q2全為1時，R01、R02均為高，計時器清零實現(xiàn)60進(jìn)制。如圖2-3-2，時計數(shù)中當(dāng)十位Q1和個位Q2均為1時，十位個位上R01、R02 全為高，計時器清零實現(xiàn)24進(jìn)制。

3-3-1 二十四進(jìn)制計數(shù)器

3-3-2 六十進(jìn)制計數(shù)器

3.4譯碼顯示電路

本設(shè)計使用BS201和CD4511配套使用實現(xiàn)譯碼顯示功能。下圖為一個一碼顯示的配套電路，本次設(shè)計中需使用6套來顯示我們所需要觀察到的數(shù)字。

譯碼顯示電路

3.5校時校分電路

本次設(shè)計采用方案3，用三個與非門和基本RS觸發(fā)器來實現(xiàn)校分/時功能。其中基本RS觸發(fā)器可以完全消除開關(guān)的機(jī)械抖動。具體電路如圖3-5

3-5 校時校分電路

3.6整點報時電路

仿電臺整點報時要求在快到整點時按4低音1高音的順序發(fā)出間斷聲響，一最后一聲高音結(jié)束的時刻為整點時刻。設(shè)4聲低音（采用50HZ分別發(fā)生在59分51秒、53秒、55秒、57秒、59秒，它們的持續(xù)時間為1S。由此可見，分十位和個位的計數(shù)器的狀態(tài)分別為秒十位計數(shù)器的狀態(tài)為ABCDM2QQQQ=0101,ABCDM1QQQQ=1001，秒十位計數(shù)器的狀態(tài)為ABCDS2 QQQQ=0101。秒個位計數(shù)器DS1Q的狀態(tài)可用來控制500HZ和50HZ 的音頻。表2-6-1列出了秒各位計數(shù)器的狀態(tài)，由表可得只有當(dāng)CM2AM2QQ=11，DM1AM1QQ=11,CS2AS2QQ=11及AS1Q=1時，音響電路才能工作。音響電路中采用射級輸出端，推動8歐德蜂鳴器，三極管基極串接1K歐限流電阻，是為了防止電流過大損壞蜂鳴器，三極管選用高頻功率管即可，本設(shè)計使用8085NPN型三極管，具有方向特性可以節(jié)約一個非門。整點報時的電路圖如圖3-6

3-6 整點報時電路