第一篇：數(shù)字電子技術課程設計報告

數(shù)字電子技術課程設計報告 題 目: 數(shù)字鐘的設計與制作

學 年 學 期:

專 業(yè) 班 級: 學 號:

姓 名:

指導教師及職稱: 時 間: 地點： 設計目的

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.了解面包板結構及其接線方法.了解數(shù)字鐘的組成及工作原理.熟悉數(shù)字鐘的設計與制作.設計要求 1.設計指標

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行單獨校時,使其校正到標準時間;計時過程具有報時功能,當時間到達整點前5秒進行蜂鳴報時;為了保證計時的穩(wěn)定及準確須由晶體振蕩器提供表針時間基準信號.2.設計要求

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

數(shù)字鐘實際上是一個對標準頻率(1HZ)進行計數(shù)的計數(shù)電路.由于計數(shù)的起始時間不可能與標準時間(如北京時間)一致,故需要在電路上加一個校時電路,同時標準的1HZ時間信號必須做到準確穩(wěn)定.通常使用石英晶體振蕩器電路構成數(shù)字鐘.圖 3-1所示為數(shù)字鐘的一般構成框圖.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)定準確的32768Hz的方波信號,可保證數(shù)字鐘的走時準確及穩(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進制計數(shù)器,而根據(jù)設計要求,時個位和時十位計數(shù)器為12進制計數(shù)器.⑷譯碼驅動電路

譯碼驅動電路將計數(shù)器輸出的8421BCD碼轉換為數(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

晶體振蕩器是構成數(shù)字式時鐘的核心,它保證了時鐘的走時準確及穩(wěn)定.圖3-2所示電路通過CMOS非門構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與晶體構成一個諧振型網(wǎng)絡,完成對振蕩頻率的控制功能,同時提供了一個180度相移,從而和非門構成一個正反饋網(wǎng)絡,實現(xiàn)了振蕩器的功能.由于晶體具有較高的頻率穩(wěn)定性及準確性,從而保證了輸出頻率的穩(wěn)定和準確.晶體XTAL的頻率選為32768HZ.該元件專為數(shù)字鐘電路而設計,其頻率較低,有利于減少分頻器級數(shù).從有關手冊中,可查得C1,C2均為30pF.當要求頻率準確度和穩(wěn)定度更高時,還可接入校正電容并采取溫度補償措施.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)器相當于15極2進制計數(shù)器.常用的2進制計數(shù)器有74HC393等.本實驗中采用CD4060來構成分頻電路.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進制計數(shù)器,可以將32768HZ的信號分頻為2HZ,其內部框圖如圖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進制計數(shù)器,其輸出也為8421BCD碼.一般采用10進制計數(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)內部邏輯框圖

秒個位計數(shù)單元為10進制計數(shù)器,無需進制轉換,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進制計數(shù)器,需要進制轉換.將10進制計數(shù)器轉換為6進制計數(shù)器的電路連接方法如圖3-5所示,其中Q2可作為向上的進位信號與分個位的計數(shù)單元的CPA相連.圖3-5 10進制——6進制計數(shù)器轉換電路

分個位和分十位計數(shù)單元電路結構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作為向上的進位信號應與分十位計數(shù)單元的CPA相連,分十位計數(shù)單元的Q2作為向上的進位信號應與時個位計數(shù)單元的CPA相連.時個位計數(shù)單元電路結構仍與秒或個位計數(shù)單元相同,但是要求,整個時計數(shù)單元應為12進制計數(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行12進制轉換.利用1片74HC390實現(xiàn)12進制計數(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進制計數(shù)單元,正好可作為分頻器2HZ輸出信號轉化為1HZ信號之用.圖3-6 12進制計數(shù)器電路 4)譯碼驅動及顯示單元

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

當重新接通電源或走時出現(xiàn)誤差時都需要對時間進行校正.通常,校正時間的方法是:首先截斷正常的計數(shù)通路,然后再進行人工出觸發(fā)計數(shù)或將頻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,再轉入正常計時狀態(tài)即可.根據(jù)要求,數(shù)字鐘應具有分校正和時校正功能,因此,應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

一般時鐘都應具備整點報時電路功能,即在時間出現(xiàn)整點前數(shù)秒內,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,較復雜的也可以是實時語音提示.根據(jù)要求,電路應在整點前10秒鐘內開始整點報時,即當時間在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.芯片內部結構圖及引腳圖

圖4-1 7400 四2輸入與非門 圖4-2 CD4511BCD七段譯碼/驅動器 圖4-3 CD4060BD 圖4-4 74HC390D 圖4-5 74HC51D 圖4-6 74HC30 3.面包板內部結構圖

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 74390六進制計數(shù)器 利用一個六進制電路和一個十進制連接成一個六十進制電路,電路可從0—59顯示,見附圖5-4.圖5-4 六十進制電路

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

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

利用兩個六十進制和一個十二進制連接成一個時,分,秒都會進位的電路總圖,見附圖5-9.圖5-9 時,分,秒的進位連接圖 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

設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部垂直接觸所至.在檢測CD4511驅動電路的過程中發(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,分和秒之間無進位,電路在時,分,秒進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位端,發(fā)現(xiàn)是由于秒到分的進位未拔掉所至.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.設計體會

在此次的數(shù)字鐘設計過程中,更進一步地熟悉了芯片的結構及掌握了各芯片的工作原理和其具體的使用方法.在連接六進制,十進制,六十進制的進位及十二進制的接法中,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確地找出錯誤所在并及時糾正了.在設計電路中,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.對該設計的建議

此次的數(shù)字鐘設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,通過這次的設計實驗更進一步地增強了實驗的動手能力.

第二篇：數(shù)字電子技術課程設計（模版）

數(shù)字電子技術課程設計

一、設計題目

1、多功能數(shù)字鐘的設計

設計要求：設計一個多功能數(shù)字鐘，要求能準確計時，并以數(shù)字形式顯示時、分、秒的時間，能校正時間。

2、數(shù)字頻率計的設計

設計要求：設計一個數(shù)字頻率計，要求可以測量方波、正弦波、三角波的頻率，并以四位十進制數(shù)字表示。

3、多路數(shù)字式競賽搶答器的設計

設計要求：設計一個可供六組參賽的數(shù)字式競賽搶答器，每組設計一個搶答按鈕，要求具有第一搶答信號的鑒別和鎖存功能，具有計分及計時功能，設置犯規(guī)報警。

4、病房呼叫系統(tǒng)

設計要求：用1~5個開關模擬5個病房的呼叫輸入信號，1號優(yōu)先級最高；1~5優(yōu)先級依次降低； 用一個數(shù)碼管顯示呼叫信號的號碼；沒信號呼叫時顯示0；有多個信號呼叫時，顯示優(yōu)先級最高的呼叫號（其它呼叫號用指示燈顯示）；凡有呼叫發(fā)出的呼叫聲；對低優(yōu)先級的呼叫進行存儲，處理完高優(yōu)先級的呼叫，再進行低優(yōu)先級呼叫的處理。

5、籃球24S倒計時

設計要求：具有顯示24S計時功能；設置外部操作開關，控制計時器的直接清零、啟動和暫停連續(xù)功能計時器為24S遞減計時器，其計時時間間隔為1S，計時器減計時到零時，發(fā)出報警信號。

6、16路數(shù)顯報警器

設計要求：設計16路數(shù)顯報警器，16路中某一路斷開時（可用高低電平表示斷開和接通），用十進制數(shù)顯示該路編號，并發(fā)出聲音信號；報警時間持續(xù)10秒鐘；當多路報警時，要有優(yōu)先級，并將低優(yōu)先級的報警存儲，處理完高優(yōu)先級報警后，再處理之。

7、六十進制計數(shù)器。

設計要求：能實現(xiàn)六十進制計數(shù)，采用數(shù)碼顯示數(shù)字，有暫停功能，方波產(chǎn)生電路可不必設計。

8、電子門鈴

設計要求：設計一個電子門鈴，響聲為“嘀嘀”聲，或者叮咚聲等；響聲持續(xù)20S9、故障指示電路

設計要求：

1、一臺設備出故障，黃燈亮；兩臺設備出故障，紅燈亮；三臺設備出故障，黃燈和紅燈都亮。

2、設備工作或故障可用開關來模擬

二、課程設計說明書與圖紙要求

課程設計說明書包括內容：

1．設計任務及主要技術指標和要求；

2．選定方案的論證及整體電路的工作原理；

3．單元電路的設計計算，元器件選擇，電路圖；

4． 按國家有關標準畫出整體電路圖，列出元件、器件明細表；

5．對設計成果作出評價，說明本設計特點和存在的問題，提出改進意見，心得體會。

第三篇：數(shù)字電子技術課程設計報告(數(shù)字鐘)

目錄

一． 設計目的???????????????

二． 實現(xiàn)功能???????????????

三． 制作過程???????????????

四． 原理框圖???????????????

4.1 數(shù)字鐘構成???????????????

34.2設計脈沖源???????????????

44.3 設計整形電路??????????????

4.4 設計分頻器???????????????

4.5 實際計數(shù)器???????????????

64.6 譯碼/驅動器電路的設計??????????? 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)字電子技術課程設計報告

一、設計目的

數(shù)字鐘是一種用數(shù)字電路技術實現(xiàn)時、分、秒計時的裝置，與機械式時鐘相比具有更高的準確性和直觀性，且無機械裝置，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、定時開關烘箱、通斷動力設備，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)字化為基礎的。因此，研究數(shù)字鐘及擴大其應用，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行單獨校時，使其校正到標準時間； ④ 計時過程具有報時功能，當時間到達整點前10秒進行蜂鳴報時； ⑤ 為了保證計時的穩(wěn)定及準確須由晶體振蕩器提供表針時間基準信號。

三、制作過程

1.確立電子數(shù)字計時器的制作思路

要想構成數(shù)字鐘，首先應有一個能自動產(chǎn)生穩(wěn)定的標準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，這就需要分別設計60進制，24進制，（或12進制的計時器，并發(fā)出驅動AM；PM的標志信號）。各計數(shù)器輸出的信號經(jīng)譯碼器/驅動器送到數(shù)字顯示器對應的筆劃段，使得 “時”、“分”、“秒”得以數(shù)字顯示。

任何數(shù)字計時器都有誤，因此應考慮校準時間電路，校時電路一般采用自動快調和手動調整，“自動快調”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整。“手動調整” 是利用手動的節(jié)拍調整顯示時間。

2.查閱資料繪出各部分的電路圖(詳見原理框圖)

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

3.按所設計的電路去選擇、測試好元器件、并裝配成為產(chǎn)品

4.準備設計論文答辯

四、原理框圖

1．數(shù)字鐘的構成

數(shù)字鐘實際上是一個對標準頻率（1HZ）進行計數(shù)的計數(shù)電路。由于計數(shù)的起始時間不可能與標準時間（如北京時間）一致，故需要在電路上加一個校時電路，同時標準的1HZ時間信號必須做到準確穩(wěn)定。通常使用石英晶體振蕩器電路構成數(shù)字鐘。

數(shù)字鐘組成框圖

2．設計脈沖源

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)定準確的32768Ｈz的方波信號，可保證數(shù)字鐘的走時準確及穩(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)無關一般情況下，晶振頻率越高，準確度越高，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門電路構成；另一類是通過ＣＭＯＳ非門構成的電路，本次設計采用了后一種。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與晶體構成一個諧振型網(wǎng)絡，完成對振蕩頻率的控制功能，同時提供了一個１８０度相移，從而和非門構成一個正反饋網(wǎng)絡，實現(xiàn)了振蕩器的功能。由于晶體具有較高的頻率穩(wěn)定性及準確性，從而保證了輸出頻率的穩(wěn)定和準確。

（a）CMOS 晶體振蕩器（仿真電路）

3．設計整形電路

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，就要按進制數(shù)進行分頻。例如十進制計數(shù)器就是十分頻器，M進制計數(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．設計計數(shù)器

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

“分”

有進位時，就應使十位的“小時 ”的位數(shù)歸零，因此24小時進制計數(shù)器要采用有條件反饋的設計。（12進制計數(shù)器也同理）；但應在歸零的同時發(fā)出驅動AM（上午）、PM（下午）標志的信號。

按規(guī)律,一般設計計數(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/驅動器電路的設計

在數(shù)字系統(tǒng)中常常需要將測量或處理的結果直接顯示成十進制數(shù)字。為此，首先將以BCD碼表示的結果送到譯碼器電路進行譯碼，用它的輸出去驅動顯示器件，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，應將原計數(shù)回路關閉或斷開。校秒時可采用關閉或斷開秒計數(shù)器的脈沖信號輸入端使其停止計時 8．整點報時電路

電路應在整點前10秒鐘內開始整點報時，即當時間在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，準確又方便。

數(shù)字鐘專用集成塊如下：

a.譯碼/驅動電路：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腳為負電源，20腳睡眠輸出是直流信號，由17腳動和關閉，由13腳調整至需要值，最大值59分鐘倒計時。17腳是內部振蕩器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組成的顯示屏驅動電路。由于F4的倒相作用，使Q2，Q3和時基信號交替導通，形成間歇點亮顯示屏，使它工作在正常狀態(tài)。

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

F1，F(xiàn)2，F(xiàn)3，R2，R8，C5，K1組成了一個“電子自鎖式開關”，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[鐘時間已設置”，“滅”表示“鬧設置取消”。

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去驅動顯示屏中間的“冒號”閃動。電路中各開關的功能：

K1：鬧鐘時間的設置開關。K1+K5快調鬧時間的設置。K1+K4慢調鬧時間的設置

K2：時間的設置開關。K2+K5 快調時間的設置

K2+K4慢調時間的設置。K3：鬧鐘時間顯示開關。單擊K3可顯示事先所設置的報時的時間 K4：慢調時間開關

K5：快調時間開關/暫停/顯示

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

六：感想與收獲

這次的比賽是我們三個人一起參加的，在比賽前的一段時間里，我們三個人的收獲很大，具體有三點：（1）有利于我們學習能力的提高。這里所說的學習能力包括獲取資料的能力、理解前人思路的能力、系統(tǒng)設計能力、動手能力、分析排除故障能力、表達能力等很多方面，而這段時間的經(jīng)歷，我們提高都很大。

（2）有利于我們團隊精神的培養(yǎng)。在課堂之外實際的工作中，我們三人一般都要合作共同完成某一項目，這就非常需要團隊精神，而這一點在課堂常規(guī)教學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，出現(xiàn)問題時不能相互埋，這些與課堂教學強調獨立性是有明顯區(qū)別的。

（3）有利于我們各種能力的鍛煉。第一、不夠細心比如由于粗心大意焊錯了線，第二，是在學習態(tài)度上，這次培訓是對我的學習態(tài)度的一次檢驗。我第一次體會到要作一名電子設計師，要求具備的首要素質是嚴謹。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謹。第三，在做人上，我認識到，無論做什么事情，只要你足夠堅強，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。

電設賽場風云涌，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

第四篇：數(shù)字電子技術基礎課程設計

蘇州科技大學 電子與信息工程學院 數(shù)字電子技術基礎課程設計報告

電子1412

姓名：孫瑋

蘇州科技大學 電子與信息工程學院

數(shù)字電子技術基礎課程設計報告

專業(yè)班級：電子1412 學號：14200106214

姓名：孫瑋

指導教師：潘欣裕

2016年

07月

03日

蘇州科技大學 電子與信息工程學院 數(shù)字電子技術基礎課程設計報告

電子1412

姓名：孫瑋

一、基礎部分（共55分，利用下列芯片，構建出具有驗證其邏輯或時序功能的系統(tǒng)，實現(xiàn)仿真電路，并附詳細參數(shù)計算及說明）1.1、基于74138、74148編碼、解碼系統(tǒng)。（10分）

圖1

圖2 蘇州科技大學 電子與信息工程學院 數(shù)字電子技術基礎課程設計報告

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姓名：孫瑋

圖1為編碼器電路，圖2為解碼器電路。他們的邏輯轉換表如下所示。

圖3

圖4 74HC148在S=0電路正常的工作狀態(tài)下，允許I0~ I7當中同時有幾個輸入端為低電

’’平，即有編碼輸入信號。I7的優(yōu)先級最高，I0的優(yōu)先級最低。當有多個輸入時，編碼器只

’’’會對優(yōu)先級最高的進行編碼，優(yōu)先級較低的不會進行編碼。當出現(xiàn)Y2、Y1、Y0都為0時，’’’可以用Ys和Yex的不同狀態(tài)來區(qū)分。只有當S為0時。編碼器才會工作，不為0 時，編碼

’’器不工作，輸出均為1。有輸入時Ys為1，Yex為0，當使用兩片接成16-4編碼器時，第一’’片的Ys連到第二片的S。

’’ 74HC138只有當S1=1，且S2=S3=0時才會工作。數(shù)據(jù)由S1段輸入，由A2A1A0來確定輸出口，所以S1成為數(shù)據(jù)輸入端，A2A1A0為地址輸入端，以反碼輸出。

將73HC148的輸出作為74HC138的地址輸入可以實現(xiàn)完整的編碼解碼電路?！?/p>

’

’1.2、基于74161或74160的計數(shù)電路。（10分）蘇州科技大學 電子與信息工程學院 數(shù)字電子技術基礎課程設計報告

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姓名：孫瑋

圖5 圖5所示為基于74HC161的計數(shù)電路。該電路是由兩片74HC161級聯(lián)實現(xiàn)的256進制計數(shù)器。其輸入端邏輯電平如下圖所示。

圖6

’74HC161為十六進制計數(shù)器，其從0000到1111計數(shù)。RD為0時，74HC161不論其他引

’’腳的接法直接異步置零，當CLK為上升沿時，且RD為1，LD=0是芯片工作在預置數(shù)狀態(tài)，’’同步置數(shù)；CLK上升沿，RD=LD=1，芯片處于計數(shù)狀態(tài)，每來一次上升沿，芯片會有一次加一。圖中芯片處于計數(shù)狀態(tài)，~LOAD和~CLR接1，ENP與ENT接1，芯片開始正常計數(shù)。當數(shù)據(jù)加到1111時，在RCO處產(chǎn)生進位。此外，通過多個級聯(lián)可以實現(xiàn)多進制的計數(shù)器。

1.3、基于74151數(shù)據(jù)選擇器的功能電路。（10分）

圖7所示為基于74151數(shù)據(jù)選擇器的功能電路。圖8所示為74151數(shù)據(jù)選擇器的邏輯轉換表。74151是八選一的數(shù)據(jù)選擇器，使用ABC輸入地址代碼，可以選擇八個數(shù)據(jù)中的一個，并在Y輸出，~W輸出Y的取反值。例如如圖中所示，當輸入為D0=D1=D2=D4=D5=1，D3=D6=D7=0，A=0，B=C=1，數(shù)據(jù)選擇器選擇了D3，所以表現(xiàn)在二極管上是不導通。

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圖7

圖8 1.4、基于JK觸發(fā)器的時序電路。（10分）

圖9 圖9所示為由四個JK觸發(fā)器構成的十六進制計數(shù)電路。其輸出波形如下圖所示。

圖10 蘇州科技大學 電子與信息工程學院 數(shù)字電子技術基礎課程設計報告

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由圖可見，各觸發(fā)器驅動方程分別為T0=1 T1=Q0 T2=Q0Q1 T3=Q0Q1Q2。將上式代入T觸發(fā)器

*’*’’*’（由JK觸發(fā)器構成）的特性方程可得Q0=Q0Q1=Q0Q1+Q0Q1 Q2=Q0Q1Q2 *’’’Q3=Q0Q1Q2Q3+(Q0Q1Q2)Q3+(Q0Q1Q2)Q3。電路輸出方程為C= Q0Q1Q2Q3。其電路狀態(tài)轉換表如下圖所示。

圖11

1.5、555的信號產(chǎn)生電路、施密特觸發(fā)電路各一個。（15分）

圖12 如圖12所示為基于施密特觸發(fā)器的整波電路。它的功能是將正弦波轉化為方波信號。仿真的示波器截圖如下圖所示。蘇州科技大學 電子與信息工程學院 數(shù)字電子技術基礎課程設計報告

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圖13 如圖14所示為基于555定時器的多諧振蕩電路。其充電周期T1=Ln2*（R1+R2）C2，放電周期T2=Ln2*R1*C2，T=T1+T2。因此，圖中電路所產(chǎn)生信號頻率為f=1/T=476Hz。測量波形如下圖所示。

圖14 蘇州科技大學 電子與信息工程學院 數(shù)字電子技術基礎課程設計報告

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二、提高部分（40分）

2.1、制作一個時鐘電路，具有時、分、秒顯示、重置、預置等功能，要求寫出必要的設計過程，并畫出對應的邏輯圖，實現(xiàn)仿真。（15分）計數(shù)部分截圖如圖15所示；置數(shù)如圖16所示；復位如圖17所示。

1、秒鐘設計：

秒鐘是六十進制，用兩片74HC160實現(xiàn)，第一片作為秒，十進制，第二片作為十秒，設置成六進制，并將第一片的進位信號連接到第二片的ENT與ENP；秒位滿十進制進位溢出給十秒位計數(shù)信號，所以秒位計十次，十秒位計一次，從而實現(xiàn)六十進制。74HC160輸出端接數(shù)碼管讀出計數(shù)。

2、分鐘設計：

原理和秒鐘一樣，也是采用六十進制。

3、時鐘設計：

時鐘與之前兩個不一樣，設置為二十四進制，整體進行置數(shù)，當時鐘達到24時直接置零，從頭開始計數(shù)。

4、秒鐘與分鐘之間的連接：

當秒鐘計到59時，會對分鐘產(chǎn)生進位。所以用與門將秒位的二進制九和十秒位上的二進制五通過與門連接到分鐘的ENT/ENP使得分鐘正常計數(shù)開始，從而實現(xiàn)秒鐘計數(shù)六十次，分鐘計數(shù)一次。

5、分鐘與時鐘的連接：

原理與秒鐘和分鐘的連接類似，將秒鐘和分鐘上的二進制位的59通過一個與門連接到時鐘的ENP/ENT，使得時鐘得以正常計數(shù)，從而實現(xiàn)分鐘計數(shù)60，時鐘計數(shù)一次。

6、整體時鐘的置零：

將各個位的CLR位引出來和六進制的復位連線經(jīng)與門之后連接到單刀雙擲開關上，CLR是低電平有效，所以當單刀雙擲開關接地時，整個時鐘電路時置零。

7、整體時鐘電路置數(shù)：

將每一片的74HC160的輸入端連接到一個開關，通過控制開關的連接控制輸入1或者0。將所有芯片的Load端引至一個單刀雙擲開關，低電平有效，從而實現(xiàn)同時置數(shù)。

以上就是設計時鐘電路的簡要思路。

圖15 蘇州科技大學 電子與信息工程學院 數(shù)字電子技術基礎課程設計報告

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圖16

圖17

2.2、用兩片四位全加器74283和必要的邏輯門設計一個數(shù)制轉換電路，實現(xiàn)將輸入的兩位十進制數(shù)轉換成二進制數(shù)，十進制數(shù)的輸入采用8421BCD碼來表示，要求寫出必要的設計過程，并畫出對應的邏輯圖，實現(xiàn)仿真。（15分）

圖18 蘇州科技大學 電子與信息工程學院 數(shù)字電子技術基礎課程設計報告

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如圖18所示為仿真的截圖。其左端輸入BCD碼10001001，右端LED顯示的是01011001，均分別為十進制數(shù)89。設計思路：

假設有一個兩位十進制數(shù)X，其對應的八位BCD碼為ABCDEFGH，即ABCD*(10000)BCD +EFGH=(X)10。上式=ABCD*（1000）B+ABCD*（10）B+EFGH，所以二進制為ABCD000+ABCD0 +EFGH=ABCD000+ ABCD0+0EFG0+H。由上式可知，H可以直接輸出，其為二進制的最低位。然后我們可以用第一片74283將ABCD與0EFG求和，將得到的結果設為KLMN，進位為O。于是二進制數(shù)可以表示為KLMN0+ O00000+ABCD000+H。由此可見，M與N分別為二進制的倒數(shù)第三與第二位。而其前四位可由74283將ABCD與OKL相加得到，最終輸出七位二進制數(shù)。

2.3、自主設計一個具有特定功能，且包含4個以上不同類型芯片的系統(tǒng)，要求寫出必要的設計過程，并畫出對應的邏輯圖，實現(xiàn)仿真。（10分）

本部分我自主設計了一個四位二進制乘法器，其仿真截圖如下所示。圖中兩個輸入端分別輸入了1011與1101，其乘法運算結果為10001111，與仿真結果相符。

圖19 蘇州科技大學 電子與信息工程學院 數(shù)字電子技術基礎課程設計報告

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設計思路：

假設一個四位二進制數(shù)為ABCD，另外一個為EFGH，則其相乘的運算過程為：ABCD*EFGH=(A*E)(B*E)(C*E)(D*E)000+(A*F)(B*F)(C*F)(D*F)00+(A*G)(B*G)(C*G)(D*G)0+(A*H)(B*H)(C*H)(D*H)。因此我們可以將EFGH每一位提出來與ABCD每一位相乘，然后將其加起來求和。這里提出EFGH中每一位的過程可以通過移位寄存器實現(xiàn)。此外，因為74HC283只能實現(xiàn)4位二進制的全加過程，因此每次相加完都需要將和的最低位取出進行保存。此處保存使用移位寄存器（因為前面我們使用了移位寄存器，且其也移動四位，所以可以使用前面使用的移位寄存器來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的保存）。另外，因為74HC283不是時序邏輯電路，所以需要將它輸出的用于下一步求和的數(shù)據(jù)（此處的數(shù)據(jù)為求和結果的高三位與進位）存于寄存器中。等待下個上升沿到來后，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)?4HC283的B輸入口（B4輸入進位，B3~B1輸入前一次求和結果的高三位）。由此，經(jīng)過四個周期之后，乘法運算就全部計算完畢。但由于在運行完四個周期后還會繼續(xù)運行，導致數(shù)據(jù)無法保存，所以需要加一個計數(shù)器（這里采用74HC160）。當計數(shù)計到0100的時候，通過邏輯電路將時鐘信號與計數(shù)器停止。下次運行時只需摁下復位開關將寄存器與計數(shù)器復位即可進行下次運算。

第五篇：數(shù)字電子技術電路課程設計

數(shù)字電子技術電路課程設計

題 目：數(shù)字時鐘說明書

所在學院：信息工程學院

專 業(yè)：通信工程

班 級：

授課教師：

小組成員：

時 間：

16--1

2014-6-10

數(shù)字時鐘說明書

數(shù)字鐘是一種用數(shù)字電子技術實現(xiàn)時，分，秒計時的裝置，具有較高的準確性和直 觀性等各方面的優(yōu)勢，而得到廣泛的應用。此次設計數(shù)字電子鐘是為了了解數(shù)字鐘的原理，在設計數(shù)字電子鐘的過程中，用 數(shù)字電子技術的理論和制作實踐相結合，進一步加深數(shù)字電子技術課程知識的理解和應用，同時學會使用Multisim電子設計軟件。

一、設計目的

1.熟悉集成電路的引腳安排.2.掌握各芯片的邏輯功能及使用方法.3.了解面包板結構及其接線方法.4.了解數(shù)字鐘的組成及工作原理.5.熟悉數(shù)字鐘的設計與制作.二、設 計 要求

1.顯示時，分，秒，用24小時制 2.能夠進行校時，可以對數(shù)字鐘進行調時間 1.設計指標

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行單獨校時,使其校正到標準時間;為了保證計時的穩(wěn)定及準確須由晶體振蕩器提供表針時間基準信號.畫出電路原理圖(或仿真電路圖);判斷元器件及參數(shù)選擇;電路仿真與調試;PCB文件生成與打印輸出.3.制作要求 自行裝配和調試,并能發(fā)現(xiàn)問題和解決問題.4.編寫設計報告 寫出設計與制作的全過程,附上有關資料和圖紙,有心得體會.1.數(shù)字鐘的構成

數(shù)字鐘實際上是一個對標準頻率(1HZ)進行計數(shù)的計數(shù)電路.由于計數(shù)的起始時間不可能與標準時間(如北京時間)一致,故需要在電路上加一個校時電路,同時標準的1HZ時間信號必須做到準確穩(wěn)定.通常使用石英晶體振蕩器電路構成數(shù)字鐘.圖 3-1所示為數(shù)字鐘的一般構成框圖.1.秒脈沖發(fā)生器 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)字鐘的質量，通常用晶體振蕩器發(fā)出的脈沖經(jīng)過整形、分頻獲得1Hz的秒脈沖。如晶振為32768 Hz，通過15次二分頻后可獲得1Hz的脈沖輸出.2.計數(shù)譯碼顯示

秒、分、時、日分別為60、60、24、7進制計數(shù)器、秒、分均為60進制，即顯示00～59，它們的個位為十進制，十位為六進制。時為二十四進制計數(shù)器，顯示為00～23，個位仍為十進制，而十位為三進制，但當十進位計到2，而個位計到4時清零，就為二十四進制了。

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)定準確的32768Hz的方波信號,可保證數(shù)字鐘的走時準確及穩(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進制計數(shù)器,而根據(jù)設計要求,時個位和時十位計數(shù)器為12進制計數(shù)器.⑷譯碼驅動電路

譯碼驅動電路將計數(shù)器輸出的8421BCD碼轉換為數(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

晶體振蕩器是構成數(shù)字式時鐘的核心,它保證了時鐘的走時準確及穩(wěn)定.晶體XTAL的頻率選為32768HZ.該元件專為數(shù)字鐘電路而設計,其頻率較低,有利于減少分頻器級數(shù).當要求頻率準確度和穩(wěn)定度更高時,還可接入校正電容并采取溫度補償措施.由于CMOS電路的輸入阻抗極高,因此反饋電阻R1可選為1.8KΩ.較高的反饋電阻有利于提高振蕩頻率的穩(wěn)定性.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)器相當于15極2進制計數(shù)器.常用的2進制計數(shù)器有74HC393等.3）6進制計數(shù)器轉換電路

分個位和分十位計數(shù)單元電路結構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作為向上的進位信號應與分十位計數(shù)單元的CPA相連,分十位計數(shù)單元的Q2作為向上的進位信號應與時個位計數(shù)單元的CPA相連.時個位計數(shù)單元電路結構仍與秒或個位計數(shù)單元相同,但是要求,整個時計數(shù)單元應為12進制計數(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行12進制轉換.利用1片74HC390實現(xiàn)12進制計數(shù)功能的電路如圖3-6所示.4)譯碼驅動及顯示單元

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

當重新接通電源或走時出現(xiàn)誤差時都需要對時間進行校正.通常,校正時間的方法是:首先截斷正常的計數(shù)通路,然后再進行人工出觸發(fā)計數(shù)或將頻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,再轉入正常計時狀態(tài)即可.根據(jù)要求,數(shù)字鐘應具有分校正和時校正功能,因此,應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, 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)絡線2米/人.共陰八段數(shù)碼管6個.HD74LS48P芯片6個.HD74LS90P芯片6個.HD74LS08P芯片2個.555芯片一個.1.8KΩ電阻一個.設計圖為：

面包板內部結構圖

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

設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部垂直接觸所至.在檢測CD4511驅動電路的過程中發(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,分和秒之間無進位,電路在時,分,秒進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位端,發(fā)現(xiàn)是由于秒到分的進位未拔掉所至.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.設計體會

在此次的數(shù)字鐘設計過程中,更進一步地熟悉了芯片的結構及掌握了各芯片的工作原理和其具體的使用方法.在連接六進制,十進制,六十進制的進位及十二進制的接法中,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確地找出錯誤所在并及時糾正了.在設計電路中,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.對該設計的建議

此次的數(shù)字鐘設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,通過這次的設計實驗更進一步地增強了實驗的動手能力.