【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 .....................146 參考文獻(xiàn) .............................................................15 1 設(shè)計(jì)目的 在學(xué)完了《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》課程的基本理論，基本知識(shí)后，能夠綜合運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)、拓寬知識(shí)面，系統(tǒng)地進(jìn)行電子電路的工程實(shí)踐訓(xùn)練，鍛煉動(dòng)手能力，培養(yǎng)工程師的基本技能，提高分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。 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(kāi)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(duì)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； ，當(dāng)時(shí)間到達(dá)整點(diǎn)前 10 秒開(kāi)始，蜂鳴器 1 秒響 1 秒停地響 5次。 ，須由晶體振蕩器提供時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)。 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(huà)出電路原理圖。 3 數(shù)字電子鐘的組成和工作原理 3． 1 數(shù)字鐘的構(gòu)成 數(shù)字鐘一般由振蕩器、分頻器、計(jì)數(shù)器、譯碼器、顯示器、校時(shí)電路、報(bào)時(shí)電路等部分組成，這些都是數(shù)字電路中應(yīng)用最廣的基本電 路。 3． 2原理分析 數(shù)字鐘實(shí)際上是一個(gè)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)頻率（ 1Hz）進(jìn)行計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)電路。振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)經(jīng)過(guò)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(lái)。秒計(jì)數(shù)器電路計(jì)滿(mǎn) 60 后觸發(fā)分計(jì)數(shù)器電路，分計(jì)數(shù)器電路計(jì)滿(mǎn) 60 后觸發(fā)時(shí)計(jì)數(shù)器電路，當(dāng)計(jì)滿(mǎn) 24 小時(shí)后又開(kāi)始下一輪的循環(huán)計(jì)數(shù)。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(duì)分和時(shí)進(jìn)行校時(shí)。另外，計(jì)時(shí)過(guò)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(kāi)始，蜂鳴器 1 秒響 1秒停地響 5次。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。 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。 D D2是反相器， D1用于振蕩， D2用于緩沖整形。 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)。 C1 是頻率 微調(diào)電容，改變 C1 可對(duì)振蕩器頻率作微量調(diào)整， C1 一般取 5~35pF。 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(duì)振蕩器頻率的控制，并提供必要的 1800相移，最后輸出 fs=32768Hz。 圖 4 石英晶體振蕩電路 2．多級(jí)分頻電路 將 32768Hz 脈沖信號(hào)輸入到 CD4060（內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 4－ 4）組成的脈沖振蕩的 14 位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，所以從最后一級(jí) Q14 輸出的脈沖信號(hào)頻率為： 32768/214=32768/16384=2Hz 如圖 6。再經(jīng)過(guò)二次分頻，得到 1Hz的標(biāo) 準(zhǔn)信號(hào)脈沖，即秒脈沖如圖 7。 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?！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)器應(yīng)為二十四進(jìn)制。采用10 進(jìn)制計(jì)數(shù)器 74LS162 來(lái)實(shí)現(xiàn)時(shí)間計(jì)數(shù)單元的計(jì)數(shù)功能，其為雙2510 異步計(jì)數(shù)器，并且每一計(jì)數(shù)器均有異步清零端（高電平有效）。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。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。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。將１０進(jìn)制計(jì)數(shù)器轉(zhuǎn)換為６（ 0110）進(jìn)制計(jì)數(shù)器，當(dāng)十位計(jì)數(shù)器計(jì)到 QDQCQBQA 為 0110時(shí)，同時(shí)對(duì)秒的個(gè)位和十位進(jìn)行清 0，另外 QC 可作為向上的進(jìn)位信號(hào)與分個(gè)位的計(jì)數(shù)單元的ＣＰ A 相連。其具體連接圖如圖 9ＣＰ A 相連，其具體連接圖如圖 9。 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。 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。 其則譯碼電路就應(yīng)選接與它配套的共陰極七段數(shù)碼驅(qū)動(dòng)器。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。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)。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(duì)應(yīng)的 字型。其具體電路圖如圖 13。 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(kāi)始，蜂鳴器 1 秒響 1 秒停地響 5 次。即當(dāng)時(shí)間達(dá)到 xx 時(shí) 59 分 50 秒時(shí)蜂鳴器開(kāi)始響第一次，并持續(xù)一秒鐘，然后停鳴一秒，這樣響五次。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(guò)程中輸出在 0 和 1 之間轉(zhuǎn)。所以可以利用與非門(mén)的相與功能，把分十位的 QC、QA,分個(gè)位的 QD、 QA，秒十位的 QC、 QA 和秒個(gè)位的 QA 相“與非”作為控制信號(hào)控制與非門(mén)的開(kāi)斷，從而 控制蜂鳴器的響和停。如圖 14。 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)。校對(duì)時(shí)間總是在標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間到來(lái)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(kāi)始計(jì)數(shù)。由此可知，校時(shí)電路應(yīng)具有預(yù)置小時(shí)，預(yù)置分、等待啟動(dòng)、計(jì)時(shí)四個(gè)階段，因此，我們?cè)O(shè)計(jì)的校時(shí)電路，方便、可靠地實(shí)現(xiàn)這四個(gè)階段所要求的功能。 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(guò)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。 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(guò)了數(shù)電這門(mén)課程，還沒(méi)完全弄懂某些門(mén)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(duì)所學(xué)知識(shí)的理解。 6 參考文獻(xiàn) ：冶金工業(yè)出版社， 技大學(xué)電子技術(shù)課程組編康光華主編電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分（第五版）北京 ：高等教育出版社， .數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) .武漢：華中理工大學(xué)出版社， .電子技術(shù)及其應(yīng)用基礎(chǔ)（數(shù)字部分） .北京：高等教育出版社， 中心電子學(xué)組編，鄭家龍、王小海、章安元主編 .集成電子技術(shù)基礎(chǔ)教程 .北京：高等教育出版社， 2021 第三篇：數(shù)電課程設(shè)計(jì)數(shù)字鐘電路設(shè)計(jì) 數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 目錄 一 、 設(shè) 計(jì) 目的 ........................................................................................2 二 、 設(shè) 計(jì) 要 求 和 設(shè) 計(jì) 指標(biāo) ....................................................................2 （ 1 ）基本功能 ..................................................................................2 （ 2 ）擴(kuò)展功能 ..................................................................................2 三 、 設(shè) 計(jì) 內(nèi)容 ........................................................................................ 數(shù) 字 鐘 電 路 工 作 原理 ................................................................... 總 體 設(shè)計(jì) ....................................................................................... 原 理 框圖： ......................................................................... 主 要 儀 器 及 元 器件 ............................................................. 系 統(tǒng) 模 塊 設(shè)計(jì) ..................................................................... 仿 真 結(jié)果 ....................................................................................... 電 路 連接 ............................................................................. 仿真截圖 .............................................................................8 四 、 本 設(shè) 計(jì) 改 進(jìn) 及 建議 ........................................................................9 五 、 總結(jié) ....................................................................................................9 六 、 參 考 文獻(xiàn) ..........................................................................................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。 （ 2）掌握基本邏輯門(mén)電路、譯碼器、數(shù)據(jù)分配器、數(shù)據(jù)選擇器、數(shù)值比較器、觸發(fā)器、計(jì)數(shù)器、鎖存器、 555 定時(shí)器等常用數(shù)字電路的綜合設(shè)計(jì)方法。（ 3） 熟悉用 Proteus軟件進(jìn)行數(shù)字電路仿真設(shè)計(jì)的方法。（ 4）了解用 AltiumDesigner 軟件進(jìn)行 PCB設(shè)計(jì)的方法。 （ 5）熟悉復(fù)雜數(shù)字電路的安裝、測(cè)試方法，提高實(shí)驗(yàn)技能，增強(qiáng)工程實(shí)踐能力。 二、設(shè)計(jì)要求和設(shè)計(jì)指標(biāo) （ 1）基本功能 具有“秒”“分”“時(shí)”計(jì)時(shí)和顯示功能。小時(shí)按 24 小時(shí)計(jì)時(shí)制計(jì)時(shí)。校時(shí)功能，能夠?qū)Α胺帧焙汀皶r(shí)”進(jìn)行調(diào)整。（ 2）擴(kuò)展功能 具有整點(diǎn)報(bào)時(shí)功能，在 59min51s 后隔秒發(fā)出 500Hz 的低音報(bào)時(shí)信號(hào)，在 59min59s 時(shí)發(fā)出 1kHz 的高音報(bào)時(shí)信號(hào)，聲響時(shí)間持續(xù) 1s。鬧鐘功能，鬧時(shí)信號(hào)持 續(xù) 1min。 三、設(shè)計(jì)內(nèi)容 數(shù)字鐘電路工作原理 電子數(shù)字鐘的，通過(guò)計(jì)時(shí)精度很高的石英晶振，采用相應(yīng)進(jìn)制的計(jì)數(shù)器，轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制數(shù)，經(jīng)過(guò)譯碼和顯示電路準(zhǔn)確地將時(shí)間“時(shí)”“分”“秒”用數(shù)字的方式顯示出來(lái)。 晶體振蕩器電路給數(shù)字鐘提供一個(gè)頻率穩(wěn)定準(zhǔn)確的 32768Ｈ z 的方波信號(hào)，可保證數(shù) 數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 字鐘的走時(shí)準(zhǔn)確及穩(wěn)定。 分頻器電路將 32768Ｈ z 的高頻方波信號(hào)經(jīng) 32768（）次分頻后得到 1Hz的方波信號(hào)供秒計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)。分頻器實(shí)際上也就是計(jì)數(shù)器。 間計(jì)數(shù) 器電路 時(shí)間計(jì)數(shù)電路由秒個(gè)位和秒十位計(jì)數(shù)器、分個(gè)位和分十位計(jì)數(shù)器及時(shí)個(gè)位和時(shí)十位計(jì)數(shù)器電路構(gòu)成，其中秒個(gè)位和秒十位計(jì)數(shù)器