數(shù)字電子鐘設(shè)計報告1

1、數(shù)字電子鐘設(shè)計報告畢業(yè)設(shè)計報告系 別：應(yīng)用電子技術(shù)專業(yè)班級：應(yīng)用電子技術(shù)1547班學(xué)生姓名：至逋指導(dǎo)教師：王昆畢業(yè)設(shè)計時間：2015年03月15日2015年05月15日畢業(yè)設(shè)計地點(diǎn)：中興通訊股份有限公司目錄1 .課程設(shè)計目的32 .課程設(shè)計題目描述和要求33 .課程設(shè)計報告內(nèi)容 33.1 實(shí)驗(yàn)名稱 33.2 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?33.3 實(shí)驗(yàn)器材及主要器件33.4 數(shù)字電子鐘基本原理43.5 數(shù)字電子鐘單元電路設(shè)計、參數(shù)計算和器件選擇 43.6 數(shù)字電子鐘電路圖 123.7 數(shù)字電子鐘的組裝與調(diào)試 134總結(jié)13參考文獻(xiàn)1531 .課程設(shè)計目的(1)掌握組合邏輯電路、時序邏輯電路及數(shù)字邏輯電路系統(tǒng)設(shè)計、

2、安裝、測試 方法；(2)進(jìn)一步鞏固所學(xué)的理論知識，提高運(yùn)用所學(xué)知識分析和解決實(shí)際問題的能 力；(3)提高電路布局、布線及檢查和排除故障的能力；(4)培養(yǎng)書寫綜合實(shí)驗(yàn)報告的能力。2 .課程設(shè)計題目描述和要求(1)設(shè)計一個有“時”、“分”、“秒”(12小時59分59秒)顯示，且有校時功 能的電子鐘；(2)用中小規(guī)模集成電路組成電子鐘，并在實(shí)驗(yàn)箱上進(jìn)行組裝、調(diào)試；(3)畫出框圖和邏輯電路圖，寫出設(shè)計、實(shí)驗(yàn)總結(jié)報告；(4)整點(diǎn)報時：在59分51秒、53秒、55秒、57秒輸出500Hz音頻信號，在 59分59秒時輸出1000Hz信號，音頻持續(xù)1s,且前四聲低，最后一聲高，在1000Hz 熒屏結(jié)束時刻為整

3、點(diǎn)。(5)鬧鐘系統(tǒng)：在7點(diǎn)59分00秒鬧鐘模塊輸出高電平，音頻持續(xù)1分鐘。3 .課程設(shè)計報告內(nèi)容3.1 實(shí)驗(yàn)名稱數(shù)字電子鐘3.2 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)掌握數(shù)字電子鐘的設(shè)計、組裝與調(diào)試方法;(2)熟悉集成電路的使用方法。3.3 實(shí)驗(yàn)器材及主要器件（5） 74LS04 （3 片）（6） 74LS74 （1 片） 74LS2O（2 片）（8） 74LS92 （2 片）（9） 555集成芯片(1片)(10)共陰七段顯示器(6片)(11)電阻、電容(若干)(11)導(dǎo)線(若干)（1） 4511 （ 6 片）（2） 74LS90 （5 片）（3） 74LS191 （1 片）（4） 74LS00 （5 片）數(shù)字電子

4、鐘設(shè)計報告3.4 數(shù)字電子鐘基本原理數(shù)字電子鐘的邏輯框圖如圖3-4所示。它由555集成芯片構(gòu)成的振蕩電路、分頻 器、計數(shù)器、顯示器和校時電路組成。555集成芯片構(gòu)成的振蕩電路產(chǎn)生的信號經(jīng)過 分頻器作為秒脈沖，秒脈沖送入計數(shù)器，計數(shù)結(jié)果通過“時”、“分”、“秒”譯碼器顯 示時間。£m動部分 計繳部分 . I 卜 IT Lip IT 1I LB II I I" Jt tlIf' - ，校河電路篁點(diǎn)報時電路計分頻:器晶體振篇器圖3-43.5數(shù)字電子鐘單元電路設(shè)計、參數(shù)計算和器件選擇1 .振蕩器晶體振蕩器的作用是產(chǎn)生時間標(biāo)準(zhǔn)信號。數(shù)字鐘的精度，主要取決與信號的頻 率及其穩(wěn)定

5、度。因此，一般采用石英晶體振蕩器經(jīng)過分頻得到這一信號。一般來說,振蕩器的頻率越高，計時精度越高，但耗電量將增大。如果精度要求不高也可以采用 由集成電路定時器555與RC組成的多諧振蕩器。如圖3-4-1所示。設(shè)振蕩頻率f=1KHz, RP為可調(diào)電阻，微調(diào)RP可以調(diào)出1KHz輸出。172 .分頻器因?yàn)檎袷幤鳟a(chǎn)生的頻率很高，為了得到1Hz秒脈沖，則需要對振蕩器的輸出信號 進(jìn)行分頻。本實(shí)驗(yàn)由集成電路定時器555與RC組成的多諧振蕩器，產(chǎn)生1KHz的脈沖 信號。故用3片中規(guī)模集成電路計數(shù)器74LS90,將74LS90接成10進(jìn)制計數(shù)器，這 樣每過一級，頻率會變?yōu)樵瓉淼?/10,經(jīng)過3次分頻，得到1Hz的

6、秒脈沖信號。如 圖3-4-2所示。3 .計數(shù)器秒脈沖信號經(jīng)過6級計數(shù)器，分別得到“秒”個位、十位、“分”個位、十位以 及“時”個位、十位的計時?！懊搿?“分”計數(shù)器為六十進(jìn)制，小時為十二進(jìn)制。(1)六十進(jìn)制計數(shù)由分頻器來的秒脈沖信號，首先送到“秒”計數(shù)器進(jìn)行累加計數(shù)，秒計數(shù)器應(yīng)完 成一分鐘之內(nèi)秒數(shù)目的累加，并達(dá)到60秒時產(chǎn)生一個進(jìn)位信號，所以，選用一片74LS90和一片74LS92組成六十進(jìn)制計數(shù)器，采用反饋歸零的方法來實(shí)現(xiàn)六十進(jìn)制計 數(shù)。其中，“秒”十位是六進(jìn)制，“秒”個位是十進(jìn)制。如圖3-4-3-1所示。14511 (1) j A工 A i A.Qi Qj Qi Qb74LS92(t)6

7、2 1774LS90(4)(2)十二四進(jìn)制計數(shù)“12翻1”小時計數(shù)器是按照“ 01 0203 111201 02”規(guī)律計數(shù)的，這與日常生活中的計時規(guī)律相同。在此實(shí)驗(yàn)中，小時 的個位計數(shù)器由4位二進(jìn)制同步可逆計數(shù)器74LS191構(gòu)成，十位計數(shù)器由D觸發(fā)器 74LS74構(gòu)成，將它們級連組成“ 12翻1”小時計數(shù)器。計數(shù)器的狀態(tài)要發(fā)生兩次跳躍：一是計數(shù)器計到9,即個位計數(shù)器的狀態(tài)為Q03Q02Q01Q00=1001ft下一脈沖作用下計數(shù)器進(jìn)入暫態(tài) 1010,利用暫態(tài)的兩個1即 Q03Q0攸個位異步置0,同時向十位計數(shù)器進(jìn)位使 Q10=1;二是計數(shù)器計到12后， 在第13個脈沖作用下個位計數(shù)器的狀態(tài)應(yīng)

8、為Q03Q02Q01Q00=0001十位計數(shù)器的Q10=Q第二次跳躍的十位清0和個位置1信號可由暫態(tài)為1的輸出端Q1Q Q01, Q00 來產(chǎn)生。4 .譯碼器譯碼電路的功能是將“秒”、“分”、“時”計數(shù)器的輸出代碼進(jìn)行翻譯，變 成相應(yīng)的數(shù)字。計數(shù)器采用的碼制不同，譯碼電路也不同。4511譯碼器是將鎖存、譯碼、驅(qū)動功能集于一身的七段譯碼驅(qū)動器。譯碼器將BCM轉(zhuǎn)換成7段碼，再經(jīng)過 電流反相器，驅(qū)動共陰極LED®碼管。5 .顯示器顯示器是將數(shù)字電子鐘的計時狀態(tài)直觀清晰的反映出來，被人們的視覺器官所接受的元件。本系統(tǒng)用七段發(fā)光二極管來顯示譯碼器輸出的數(shù)字，在譯碼顯示電路輸出信號的驅(qū)動下，顯示

9、出清晰、直觀的數(shù)字符號。要注意的是顯示器有兩種：共陽極顯 示器或共陰極顯示器。4511譯碼器對應(yīng)的顯示器是共陰極顯示器。6 .校時電路實(shí)際的數(shù)字電子鐘由于秒信號的精確性和穩(wěn)定性不可能做到絕對準(zhǔn)確無誤，加上電路中的其它原因，數(shù)字電子鐘總會產(chǎn)生走勢誤差的現(xiàn)象， 此時就需要校正時間。校 時電路實(shí)現(xiàn)對“時” “分”“秒”的校準(zhǔn)。在電路中設(shè)有正常計時和校對位置。本實(shí)驗(yàn) 實(shí)現(xiàn)“時”“分”的校對。對校時的要求是，在小時校正時不影響分和秒的正常計數(shù)； 在分校正時不影響秒和小時的正常計數(shù)。 需要注意的時，校時電路是由與非門構(gòu)成的 組合邏輯電路，開關(guān)S1或S2為“0”或“1”時，可能會產(chǎn)生抖動，為防止這一情況 的

10、發(fā)生我們接入一個由RS觸發(fā)器組成的防抖動電路來控制。圖3-5-6-1校時開關(guān)的功能表S1S2功能11計數(shù)01校分10校時至?xí)r個位計敷器至分個位計數(shù)圖3-5-6-2校時電路7 .整點(diǎn)報時電路整點(diǎn)報時電路的功能是要求每當(dāng)數(shù)字鐘計時到整點(diǎn)（或快到整點(diǎn)）時發(fā)出音響， 通常按照四聲低音一聲高音的順序發(fā)出間斷聲響，以最后一聲高音結(jié)束的時刻為整點(diǎn)時亥黑 設(shè)四聲低音（約750Hz）分別發(fā)生在59分51秒、53秒、55秒、57秒，最后 一聲高音（約1KHz發(fā)生在59秒，它們的持續(xù)時間為1s。由此可見，報時時分和秒 個位計數(shù)器的狀態(tài)是不變的為 59分，秒十位計數(shù)器的狀態(tài)為：（QdQcQbQads2=0101 亦不

11、變，只有秒個位計數(shù)器Qds1的狀態(tài)可用來控制1KHz和500Hz的音頻。表3-5-7-1 列出了秒計數(shù)器的狀態(tài)：秒個位計數(shù)器的時態(tài)CP（秒）Q3S1Q2S1Q1S1Q0S1功能500000510001鳴低音520010停530011鳴低音540000停550101鳴低音560110停570111鳴低音581000停591001鳴高音000000停表 3-5-7-1由表可得：當(dāng)q3S1= "0”時為750Hz輸入音響;當(dāng)Q3S1= "1”時1KHz輸入音響。由此可設(shè)計如下電路圖3-5-7-2 :分十位分個位QlQ,Q。一飛秒十位Lq秒個位Qft-1kHz 也秒個位Q T I

12、F電750Hz圖 3-5-7-2音響懸整點(diǎn)報時電路只有當(dāng)分十位的Q2M20M2=11，分個位的Q3MQ)MV1,秒十位的02s&S2=11,秒個位 的q)s1=i時音響電路才能工作8 .鬧鐘系統(tǒng)有時需要數(shù)字鐘在規(guī)定的時刻發(fā)出信號并驅(qū)動音響電路進(jìn)行 “鬧時”，這就要求時 間準(zhǔn)確，即信號的開始時刻與持續(xù)時間必須滿足規(guī)定的要求。如要求上午 7時59分 發(fā)出鬧時信號，持續(xù)時間為1分鐘。因?yàn)?時59分對應(yīng)數(shù)字鐘的時個位計數(shù)器的狀 態(tài)為(03。010)巾=0111,分十位計數(shù)器的狀態(tài)為(Q3C2Q1Q0)M2=0101,分個位計數(shù)器 的狀態(tài)為(Q3&Q1Q0)M1=1001。若將上述計數(shù)器

13、輸出為“ 1”的所有輸出端經(jīng)過與門電(Q3Q0)m1 M路去控制音響電路，可以使音響電路正好在7點(diǎn)59分響，持續(xù)1分鐘后(即8點(diǎn)時) 停響。所以鬧時控制信號Z的表達(dá)式為：Z (Q2QiQo)hi (Q2Qo)M2式中，M為上午的信號輸出，要求 M=1如果用與非門實(shí)現(xiàn)上式所表示的邏輯功能，則可以將 Z進(jìn)行布爾代數(shù)變換，即Z(Q2Q1Q0)h1 M(Q2Q0)M2 (Q3Q0)M1+5V74LS20 74LS03+ 5VRl3.3k1kHz22& I& i 1k50T 3DG13074LS001k3音響電路3.6數(shù)字電子鐘電路圖黏36 25iq收4511口 ( B A IQi Qi

14、 Qi Qd 口，口74LS191LD 口4 川 / G 0 P14511D C I AQj Qi Qi Qa74LS9O0)E127id q汴電g嗎r5I4142里+5V&4分十位 選位膿沖出力時脈沖Qj Q; Qi Qo ?4LS92(t)Qj Qi Qi Qo 74LS 唧)杪十位 進(jìn)位冰沖4 Q, _ 741590(3)Qi Qi Qi Qu74LS90(4)i oka71kHz500HzQ. Q> 7心W0)4674LW)3.7數(shù)字電子鐘的組裝與調(diào)試由圖3-4所示的數(shù)字中系統(tǒng)組成框圖按照信號的流向分級安裝， 逐級級聯(lián)。嚴(yán)格 注意按圖連接引腳，注意走線整齊，布局合理，器件

15、的懸空端，泊 0端，置1端要正 確處理。插拔集成芯片時要用力均勻，避免芯片管腳在插拔的過程中變彎，折斷。調(diào)試過程：1.用示波器檢測多諧振蕩器輸出信號波形和頻率，輸出頻率應(yīng)為1Hz。2 .將1Hz信號送入分頻器，用示波器檢查各級分頻器的輸出是否符合要求。3 .將1Hz秒脈沖分別送入時分秒計數(shù)器，檢查各級計數(shù)器的工作情況。4 .觀察校時電路的功能是否滿足要求。5.當(dāng)分頻器和計數(shù)器調(diào)試正常后，觀察電子鐘是否準(zhǔn)確、正常地工作。4.總結(jié)通過這次對數(shù)字電子鐘的設(shè)計與制作， 讓我們了解了設(shè)計電路的程序，也讓我們 了解了關(guān)于數(shù)字電子鐘的原理與設(shè)計理念。我有如下感受：1 .更進(jìn)一步地熟悉了芯片的結(jié)構(gòu)及掌握了各芯

16、片的工作原理和其具體的使用方 法；2 .掌握了十進(jìn)制，十二進(jìn)制，二十四進(jìn)制計數(shù)器的設(shè)計方法 ；3 .掌握了數(shù)字電子鐘的設(shè)計思路和方法步驟，但是獨(dú)立分析設(shè)計的能力不強(qiáng)，這 次課程設(shè)計主要是在老師的指導(dǎo)合同組成員的努力下成功的，但是自己的分析和解決能力不強(qiáng)，以后還要繼續(xù)努力，加強(qiáng)訓(xùn)練；要設(shè)計一個電路首先要畫好電路圖， 才可以順利的連接。但是最后的成品卻并不 一定與想象的完全一樣，因?yàn)樵趯?shí)際接線中有著各種各樣的條件制約著， 所以要合理 布局，這樣連出來的電路才會比較美觀，通過這次學(xué)習(xí)讓我了解了只有自己動手才實(shí) 際操作會有深刻理解。在這次試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了一個問題，那就是電路的連接一定要細(xì)心， 耐心。這兩點(diǎn)是很重要的。在連接電路時一定要靜下心來仔細(xì)連，在調(diào)試過程中，任 何小問題都可能導(dǎo)致錯誤，所以我們必須一點(diǎn)一點(diǎn)細(xì)心檢查，這就需要我們有足夠的 耐心，生活中也是如此。通過這次課程設(shè)計，我的動手能力也得到了加強(qiáng)。自己覺得這次課程設(shè)計十分的有意義。我們在課堂上掌握的僅僅是專業(yè)基礎(chǔ)課的 理論面而只有通過類似的課程才能將理論與現(xiàn)實(shí)結(jié)合起來，加深我們對理論的而理解，而且能使我們更靈活的在實(shí)際中運(yùn)用它。這門課程為我們提供了良好的實(shí)踐平臺。 在做本次實(shí)驗(yàn)中，我查閱了很多書籍，也給了我很大收獲，發(fā)現(xiàn)在學(xué)習(xí)過程中帶著問 題去學(xué)習(xí)的效率很高