數(shù)字電子鐘的設(shè)計 數(shù)電數(shù)字電子鐘課程設(shè)計

數(shù)字電路課程設(shè)計報告課 程 名 稱 數(shù)字電路技術(shù)基礎(chǔ) 設(shè) 計 題 目 數(shù)字電子鐘的設(shè)計 所學(xué)專業(yè)名稱 電子信息工程 班 級 2008級電信（2）班 學(xué) 號 2008210139 學(xué) 生 姓 名 司浩 指 導(dǎo) 教 師 呂承啟 2010年 6 月 20 日數(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，與機械式時鐘相比具有更高的準(zhǔn)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。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) 時間以12小時為一個周期； 顯示時、分、秒； 具有校時功能，可以分別對時及分進(jìn)行單獨校時，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10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；（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。（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32768z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，一類是用門電路構(gòu)成；另一類是通過非門構(gòu)成的電路，本次設(shè)計采用了后一種。如圖（b）所示，由非門與晶體、電容和電阻構(gòu)成晶體振蕩器電路，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、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）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)單元為進(jìn)制計數(shù)器，無需進(jìn)制轉(zhuǎn)換，只需將與（下降沿有效）相連即可。（下降沒效）與Z秒輸入信號相連，可作為向上的進(jìn)位信號與十位計數(shù)單元的相連。秒十位計數(shù)單元為進(jìn)制計數(shù)器，需要進(jìn)制轉(zhuǎn)換。將進(jìn)制計數(shù)器轉(zhuǎn)換為進(jìn)制計數(shù)器的電路連接方法如圖.所示，其中可作為向上的進(jìn)位信號與分個位的計數(shù)單元的相連。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)單元的作為向上的進(jìn)位信號應(yīng)與分十位計數(shù)單元的相連，分十位計數(shù)單元的作為向上的進(jìn)位信號應(yīng)與時個位計數(shù)單元的相連。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)為進(jìn)制計數(shù)器，不是的整數(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)行進(jìn)制轉(zhuǎn)換。利用片實現(xiàn)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，尚余進(jìn)制計數(shù)單元，正好可作為分頻器Z輸出信號轉(zhuǎn)化為Z信號之用。4譯碼驅(qū)動及顯示單元電路選擇作為顯示譯碼電路；選擇數(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4511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Q和Q 、個位的Q和Q及秒計數(shù)器十位的Q和Q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。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6CD4511集成塊6塊7CD4060集成塊1塊874HC390集成塊3塊974HC51集成塊1塊1074HC00集成塊4塊1174HC30集成塊1塊1210M電阻5個13500電阻14個1430p電容2個1532.768k時鐘晶體1個16蜂鳴器10個（每班）1） 芯片連接圖1)74HC00D 2)CD4511 3)74HC390D 4)74HC51D2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：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。（二） 十進(jìn)制電路由74HC390、7400、數(shù)碼管與4511組成，電路如圖二。（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。（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。（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。（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。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2 設(shè)計體會3 對設(shè)計的建議11第 頁