【正文】 .........................................101 數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 一、設(shè)計(jì)目的 （ 1）掌握多功能數(shù)字鐘的工作原理。校對時(shí)間總是在標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間到來之前進(jìn)行，分四個(gè)步驟：首先把小時(shí)計(jì)數(shù)器置到所需的數(shù)字；然后再將分計(jì)數(shù)器置到所需數(shù)字；在此同時(shí)或之后，將秒計(jì)數(shù)器在零時(shí)停計(jì)數(shù)，處于等待啟動(dòng)；當(dāng)選定的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)刻到達(dá)的瞬間，按起動(dòng)按鈕，電路則從所預(yù)置時(shí)間開始計(jì)數(shù)。在 59 分 50 秒到 59 分 59 秒之間，只有秒的個(gè)位計(jì)數(shù)，分的十位 QDQCQBQA輸出 0101,個(gè)位 QDQCQBQA輸出 1001，秒的十位 QDQCQBQA輸出 0101均不變，而秒的個(gè)位 QA 計(jì)數(shù)過程中輸出在 0 和 1 之間轉(zhuǎn)。根據(jù) A、 B、 C、 D 所得的計(jì)數(shù)信號(hào)，數(shù)碼管顯示的相對應(yīng)的 字型。 圖 10 二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器 4． 3 譯碼顯示電路 譯碼顯示電路是將計(jì)數(shù)器輸出的 8421BCD 碼譯成數(shù)碼管顯示所需要的高低電平，我們采用陰極七段數(shù)碼管，引腳如圖 11。秒十位計(jì)數(shù)單元為６進(jìn)制計(jì)數(shù)器，需要進(jìn)制轉(zhuǎn)換。“秒”和“分”計(jì)數(shù)器應(yīng)為六十進(jìn)制，而“時(shí)”計(jì)數(shù)器應(yīng)為二十四進(jìn)制。 C2 是溫度特性校正用的電容，一般取 20~405pF，電容 C C2 與晶體共同構(gòu)成Ⅱ型網(wǎng)絡(luò)，完成對振蕩器頻率的控制，并提供必要的 1800相移，最后輸出 fs=32768Hz。 4． 1 秒信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì) 晶體振蕩分頻電路石英晶體振蕩電路 1．采用頻率 fs＝ 32768Hz 的石英晶體。秒計(jì)數(shù)器電路計(jì)滿 60 后觸發(fā)分計(jì)數(shù)器電路，分 計(jì)數(shù)器電路計(jì)滿 60 后觸發(fā)時(shí)計(jì)數(shù)器電路，當(dāng)計(jì)滿 24 小時(shí)后又開始下一輪的循環(huán)計(jì)數(shù)。 設(shè)計(jì)要求 根據(jù)選定方案確定實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求的基本電路和擴(kuò)展電路，畫出電路原理圖。 為了使數(shù)字鐘使用方便，在設(shè)計(jì)上使用了一個(gè)變壓器和一個(gè)整流橋來實(shí)現(xiàn)數(shù)字鐘電能的輸入，使得可以方便地直接插入 220V 的交流電就可以正常地使用了。 譯碼顯示：將“時(shí)”“分”“秒”顯示出來。一般由振蕩器、分頻器、計(jì)數(shù)器、譯碼器、數(shù)碼顯示器等幾部分組成?！?3】閻石主編 .數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) .高等教育出版社 .。我覺得這次設(shè)計(jì)是很有重要意義的，它鍛煉了同學(xué)們對待問題時(shí)的態(tài)度和處理事情的能力，了解了各個(gè)芯片能夠完成什么樣的功能，使用芯片時(shí)應(yīng)該注意那些要 點(diǎn)，同一個(gè)電路可以用那些芯片實(shí)現(xiàn)，各個(gè)芯片實(shí)現(xiàn)同一個(gè)功能的區(qū)別。 仿真時(shí)用的脈沖是用的軟件里的時(shí)鐘脈沖，沒有使用 555 定時(shí)器，可能會(huì)造成一定的誤差。且能夠正常仿真。計(jì)時(shí)電路的 1Hz 方波也可由 555 定時(shí)器產(chǎn)生，但由于標(biāo)準(zhǔn)電阻和電容值的選擇會(huì)帶來一些積累誤差，也可選用其他更精確的振蕩電路來實(shí)現(xiàn)。 上下兩路報(bào)時(shí)鎖存信號(hào)分別與 1kHz和 500Hz的音頻信號(hào)（ 20Hz~30kHz）相與或來驅(qū)動(dòng)數(shù)字喇叭，實(shí)現(xiàn)整點(diǎn)報(bào)時(shí)功能。現(xiàn)在來分析一下 50~59秒之間秒個(gè)位的狀態(tài)。 四川工業(yè)科技學(xué)院數(shù)字電路課程設(shè)計(jì) 圖 36 其中，計(jì)到 59 分的信號(hào)已有，如圖 36 中所示。選擇較分時(shí)，撥 動(dòng)一次開關(guān)，分自動(dòng)加一；選擇校時(shí)時(shí)，撥動(dòng)一次開關(guān)，小時(shí)自動(dòng)加一。 圖 35 是一個(gè)鏈接好的簡單的沒有校時(shí)和報(bào)時(shí)的數(shù)字時(shí)鐘電路。如個(gè)位的 Q2 接到兩個(gè) 74LS90 的 R0(1)清零端，十位的 Q1 接到兩個(gè) 74LS90的 R0(2)清零端。使用 74LS20 四入與非門串反相器構(gòu)成與門，如圖 33 所示。 計(jì)秒電路的仿真圖如圖 32 所示，計(jì)分電路和計(jì)秒電路是完全一致的，只是周期為 1S的時(shí)鐘信號(hào)改成了周期為 60 秒即 1分鐘的時(shí)鐘信號(hào)。用異步清零法，當(dāng) 6出現(xiàn)的瞬間，即 Q3Q2Q1Q0=0110 時(shí)，同時(shí)給 R0(1)和 R0(2)高電平，使這個(gè)狀態(tài)變成 0000，由于 6 出現(xiàn)時(shí)間很短，被 0 取代。 圖 31 由于 74LS90 是在時(shí)鐘的下降沿到來時(shí)計(jì)數(shù)，所以 Q3 正好符合要求，在 10 秒之內(nèi)只給出一個(gè)下降沿，且與第 19 秒的下降沿對齊。 進(jìn)位信號(hào)的要求是在十個(gè)秒脈沖中只產(chǎn)生一個(gè)下降沿，且與第十秒的下降沿對齊。 、計(jì)分電路 個(gè)位向十位的進(jìn)位實(shí)現(xiàn)。 注：課設(shè)中使用的是共陽極數(shù)碼管。實(shí) 驗(yàn)中使用的 LED顯示器為共陰極接法。因此是一個(gè)非常好的芯片！但是由于目前從節(jié)約成本的角度考慮，此類芯片已較少用，大部份情況下都是用動(dòng)態(tài)掃描數(shù)碼管的形式來實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管顯示。譯碼器輸出與輸入代碼有唯一的對應(yīng)關(guān)系。 表 的引腳圖如圖 23表示。 圖 2174LS90 內(nèi)部是由兩部分電路組成的。 整點(diǎn)報(bào)時(shí)。具有時(shí)間顯示、走時(shí)準(zhǔn)確、顯示直觀、精度、穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，電路裝置十分小巧 ,安裝使用也方便而受廣大消費(fèi)的喜 愛。 廣泛用于個(gè)人家庭以及車站、碼頭、劇場、辦公室等公共場所，給人們的生活、學(xué)習(xí)、工作、娛樂帶來極大的方便。通過譯碼電路將秒脈沖產(chǎn)生的信號(hào)在報(bào)警電路上實(shí)現(xiàn)整點(diǎn)報(bào)時(shí)功能 等，構(gòu)成擴(kuò)展電路?！皶r(shí)計(jì)數(shù)器”采用 24 進(jìn)制計(jì)時(shí)器，可實(shí)現(xiàn)對一天 24 小時(shí)的累計(jì)。干電路系統(tǒng)由秒信號(hào)發(fā)生器、“時(shí)、分、秒”計(jì)數(shù)器、顯示器、整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路組成。 三、要求： （ 1）設(shè)畫出總體設(shè)計(jì)框圖，以說明數(shù)字鐘由哪些相對獨(dú)立的 功能模塊組成，標(biāo)出各個(gè)模塊之間互相聯(lián)系。 本次數(shù)字鐘電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)還做到理論聯(lián)系實(shí)際，剛剛學(xué)過了數(shù)電這門課程，還沒完全弄懂某些門電路的原理和用途，而此次課程設(shè)計(jì)恰恰提供了一個(gè)好機(jī)會(huì)，讓我們從實(shí)踐中加深了對所學(xué)知識(shí)的理解。 圖 14 整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路 4． 5 校時(shí)電路的設(shè)計(jì) 時(shí)鐘出現(xiàn)誤差時(shí)，需校準(zhǔn)。即當(dāng)時(shí)間達(dá)到 xx 時(shí) 59 分 50 秒時(shí)蜂鳴器開始響第一次，并持續(xù)一秒鐘，然后停鳴一秒，這樣響五次。譯碼器 A、B、 C、 D 與十進(jìn)制計(jì)數(shù)器的四個(gè)輸出端相連接， a、 b、 c、 d、 e、 f、 g即為驅(qū)動(dòng)七段數(shù)碼 顯示器的信號(hào)。 7 圖 9 六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器 4． 2． 2 二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器 同樣可以選用兩塊 74LS162采用異步清零的方法完成 24進(jìn)制計(jì)數(shù)如圖10。以“秒”計(jì)數(shù)為例：計(jì)秒時(shí)，將秒個(gè)位計(jì)數(shù)單元的 QA 與ＣＰ（下降沿有效）相連，將74LS162 連接成 10 進(jìn)制計(jì)數(shù)器， BＣＰ A（下降沿有效）與１Ｈ Z 秒輸入信號(hào)相連， QD 可作為向上的進(jìn)位信號(hào)與十位計(jì)數(shù)單元的ＣＰ A相連。 圖 5CD4060內(nèi)部結(jié)構(gòu) 圖 6 脈沖分頻電路 圖 7 秒信號(hào)原理圖 圖 8 晶體振蕩及分頻電路 4． 2 時(shí)間計(jì)數(shù)電路的設(shè)計(jì) 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“秒”個(gè)位、十位、“分”個(gè)位、十位以及“時(shí)”個(gè)位、十位的計(jì)時(shí)輸出信號(hào)，然后送至譯碼顯示電路，以便實(shí)現(xiàn)用數(shù)字顯示時(shí)、分、秒的要求。 C1 是頻率微調(diào)電容，改變 C1 可對振蕩器頻率作微量調(diào)整， C1 一般取 5~35pF。3． 3 數(shù)字點(diǎn)鐘的基本邏輯功能框圖 圖 1 數(shù)字鐘的基本邏輯框圖 4 數(shù)字鐘的電路設(shè)計(jì) 下面將介紹設(shè)計(jì)電路具體方案：其中包括電源電路的設(shè)計(jì)、秒信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)、時(shí)間計(jì)數(shù)電路的設(shè)計(jì)、譯碼驅(qū)動(dòng)顯示電路的設(shè)計(jì)、正點(diǎn)報(bào)時(shí)電路的設(shè)計(jì)、校時(shí)電路的設(shè)計(jì)幾個(gè)部分。振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)經(jīng)過分頻器形成秒脈沖信號(hào)，秒脈沖信號(hào) 輸入計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，并把累計(jì)結(jié)果以“時(shí)”、“分”、“秒”的數(shù)字顯示出來。 ，須由晶體振蕩器提供時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)。另外，計(jì)時(shí)過程要具有報(bào)時(shí)功能，當(dāng)時(shí)間到達(dá)整點(diǎn)前 10 秒開始，蜂鳴器 1 秒響 1 秒停地響 5 次。 計(jì)數(shù)器：有了“秒”信號(hào)，則可以根據(jù) 60 秒為 1 分， 24 小時(shí)為 1 天的進(jìn)制，分別設(shè)定“時(shí)”、“分”、“秒”的計(jì)數(shù)器，分別為 60 進(jìn)制， 60進(jìn)制 ,24 進(jìn)制計(jì)數(shù)器，并輸出一分，一小時(shí)，一天的進(jìn)位信號(hào)。秒計(jì)數(shù)器電路計(jì)滿 60 后觸發(fā)分計(jì)數(shù)器電路，分計(jì)數(shù)器電路計(jì)滿 60 后觸發(fā)時(shí)計(jì)數(shù)器電路，當(dāng)計(jì)滿 24 小時(shí)后又開始下一輪的循環(huán)計(jì)數(shù)。振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)經(jīng)過分頻器形成秒脈沖信號(hào)，秒脈沖信號(hào)輸入計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，并把累計(jì)結(jié)果以“時(shí)”、“分”、“秒”的數(shù)字顯示出來。 分頻器：因?yàn)檎袷幤鳟a(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)頻率很高，要是要得到“秒”信號(hào)，需一定級數(shù)的分頻器進(jìn)行分頻。 由于計(jì)數(shù)的起始時(shí)間不可能與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間（如北京時(shí)間）一致，故需要在電路上加一個(gè)校時(shí)電路可以對分和時(shí)進(jìn)行校時(shí)。 2 設(shè)計(jì)任務(wù) 設(shè)計(jì)指標(biāo) 1．時(shí)間計(jì)數(shù)電路采用 24 進(jìn)制，從 00 開始到 23 后再回到 00； 2 位數(shù)碼管顯示時(shí)、分、秒； 、校分功能，可以分別對時(shí)及分進(jìn)行單獨(dú)校時(shí)，使其校正到標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間； 報(bào)時(shí)功能，當(dāng)時(shí)間到達(dá)整點(diǎn)前 10 秒開始，蜂鳴器 1 秒響 1 秒停地響 5次。 3． 2原理分析 數(shù)字鐘實(shí)際上是一個(gè)對標(biāo)準(zhǔn)頻率（ 1Hz）進(jìn)行計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)電路。另外，計(jì)時(shí)過程要具有報(bào)時(shí)功能，當(dāng)時(shí)間到達(dá)整點(diǎn)前 10 秒開始，蜂鳴器 1 秒響 1秒停地響 5次。 Rf為反饋電阻（ 10~100MΩ），反饋電阻的作用是為 CMOS 反相器提供偏置，使其工作在放大狀態(tài)。再經(jīng)過二次分頻，得到 1Hz的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)脈沖，即秒脈沖如圖 7。4． 2． 1“分”、“秒”六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器 選用兩塊 74LS162 采用 異步清零的方法完成 60 進(jìn)制。其具體連接圖如圖 9ＣＰ A 相連，其具體連接圖如圖 9。譯碼顯示電路可采用 CD4511BC7段譯碼驅(qū)動(dòng)器，其芯片引腳如圖 12。 圖 11 陰極七段數(shù)碼管 圖 12 芯片 CD4511BC7段譯碼驅(qū)動(dòng)器引腳 圖 13 譯碼顯示電路 4． 4 正點(diǎn)報(bào)時(shí)電路的設(shè)計(jì) 要求當(dāng)時(shí)間到達(dá)整點(diǎn)前 10 秒開始，蜂鳴器 1 秒響 1 秒停地響 5 次。如圖 14。 圖 15 數(shù)字電子鐘的計(jì)數(shù)校正電路 5 設(shè)計(jì)心得 本 次實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)了我的團(tuán)隊(duì)合作精神，兩人分工明確，我們一起處理實(shí)驗(yàn)過程中遇到的難題，在每連接好一個(gè)模塊后，我們認(rèn)真地檢查電路，這樣大大減少了實(shí)驗(yàn)出錯(cuò)的機(jī)率，為最后成功完成實(shí)驗(yàn)節(jié)省了不少的時(shí)間。（ 3）熟悉各元件的作用以及注意事項(xiàng)。 指導(dǎo)教師：廖俊東學(xué)生：蔡志荷 電子信息工程學(xué)院 2021 年 1月 10 日 課程設(shè)計(jì)報(bào)告書評閱頁 課題 名稱：數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)班級： 15 級電子信息工程 4 班姓名：蔡志荷 2021 年 1月 10 日 指導(dǎo)教師評語： 考核成績：指導(dǎo)教師簽名： 20 年月 目錄 摘要 ..................................................................................................................................................1 第 1 章 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 與 要求 ...................................................................................................................2 設(shè) 計(jì) 指 標(biāo) 數(shù) 字 鐘 簡介 ..................................................................................................... 具 體 要求 ......................................................................................................................... 設(shè)計(jì)要求 .........................................................................................................................3 第 2 章 元 件 清 單 及 主 要 器 件 介紹 ...................................................................................................4 元件 清單 ......................................................................................................................... 主要器件介紹 .................................................................................................................4 計(jì)數(shù) ......................................................................................................................................................................................................................... 七段 數(shù) 碼 顯 示器 ............