數(shù)字時鐘報告

1、廈門工學(xué)院 數(shù)字邏輯系統(tǒng)課程設(shè)計報告題 目： 數(shù)字時鐘設(shè)計 專業(yè)、班級： 13級通信3班 學(xué)生姓名： 董榮 學(xué) 號： 1302303009 指導(dǎo)教師： 劉玉玲 分 數(shù) : 2015年 月 日任 務(wù) 書設(shè)計題目數(shù)字時鐘設(shè)計 學(xué)生姓名董榮 1302303009所在院系電子信息工程系專業(yè)13通信3班 設(shè)計要求： 1、時鐘：24小時制； 2、能同時顯示時鐘、分鐘和秒鐘； 3、具備時、分、秒三級校時功能； 4、接入電源后，時鐘能自動運行顯示時間； 創(chuàng)新要求：1、能同時顯示星期幾 2、能整點報時 設(shè)計步驟： 1、理解數(shù)字時鐘的基本原理； 2、學(xué)習(xí)proteus 軟件的使用； 3、用proteus軟件仿真電

2、路圖； 4、電路圖仿真運行無誤后畫出pcb圖，買元件，印圖焊接電路板。課設(shè)進度安排：第11周 查閱資料，制定方案，系統(tǒng)框圖第12周 設(shè)計單元電路，利用proteus進行電路 仿真，驗證方案（明德221驗收）第13周 制作電路板第14周 驗收實物（明德221驗收）第15周 提交課設(shè)報告目錄一、基本要求·························

3、·····················1二、設(shè)計方案選取與論證···························

4、·········1 2.1原理框圖·······································

5、83;·····1 2.2設(shè)計思路···········································

6、··2三、電路設(shè)計與仿真·········································2 3.1所需芯片資料···

7、83;·····································3 3.2秒信號發(fā)生電路··········

8、83;·····························5 3.3時鐘顯示電路··················

9、3;·····················6 3.4校時電路···························&

10、#183;············7 3.5整點報時電路···································&#

11、183;····8 3.6總電路圖········································9 3.7 PCB圖··&

12、#183;·····································9 3.8 3D預(yù)覽··········

13、83;·····························10四、制作及調(diào)試過程··················

14、3;·····················11五、心得體會···························&#

15、183;············12一、基本要求1、時鐘：24小時制；2、能同時顯示時鐘、分鐘和秒鐘；3、具備時、分、秒三級校時功能；4、接入電源后，時鐘能自動運動顯示時間；5、能夠進行整點報時；二、設(shè)計方案選取與論證1、原理框圖數(shù)碼管顯示器數(shù)碼管顯示器數(shù)碼管顯示器數(shù)碼管顯示器數(shù)碼管顯示器數(shù)碼管顯示器BCD碼七段譯碼器轉(zhuǎn)換電路BCD碼七段譯碼器轉(zhuǎn)換電路BCD碼七段譯碼器轉(zhuǎn)換電路BCD碼七段譯碼器轉(zhuǎn)換電路BCD碼七段譯碼器轉(zhuǎn)換電路BCD碼七段譯碼器轉(zhuǎn)換電路二十四進制計數(shù)器二十四

16、進制計數(shù)器二十四進制計數(shù)器校時電路校時電路校時電路秒脈沖信號發(fā)生電路 整點報時電路2、設(shè)計思路時間顯示模塊電路：我用了CD4511一個用于驅(qū)動共陰極LED（數(shù)碼管）顯示器的BCD碼七段碼譯碼器以及十進制計數(shù)器74LS160來作為時間顯示模塊。但是74LS160只有一個CP脈沖輸入端，在進行校時時會出現(xiàn)高位校時干擾低位顯示的情況，在經(jīng)過一番考慮思索以后，我用了兩個二極管來解決這一情況。二極管具有單向?qū)щ娦?，在進行校時時產(chǎn)生的低電位不會再影響低位的CP脈沖輸入端，從而不會影響其時間顯示。整點報時模塊電路：在每小時的59分5059秒的時候，分位產(chǎn)生的信號的BCD碼是0101 1010，秒位

17、產(chǎn)生的BCD碼是0101,100X(X表示0或1)我們可以把這些產(chǎn)生高電平的位接在CD4068（CD4068是8輸入與/與非門）的6個輸入引腳上，再把X這一位也接在CD4068上從而產(chǎn)生一個頻率為2HZ的方波來驅(qū)動蜂鳴器使蜂鳴器發(fā)出“嘀、嘀、嘀”的響聲。以實現(xiàn)整點報時功能。秒信號發(fā)生器：555芯片可以接成多諧振蕩器，通過調(diào)節(jié)所使用的電阻和電容的值可以改變555芯片輸出方波的頻率，當調(diào)到合適的值時，可以使它恰好輸出頻率為1HZ的方波作為秒信號使用。考慮到開關(guān)抖動現(xiàn)象，校時模塊電路實驗實驗箱上的按鍵開關(guān)，每輸出一個脈沖信號可以改變分個位和十個位，同時考慮到干擾問題，進位接線和校時接線接在不同的時鐘

18、輸入端。三、電路設(shè)計與仿真1、所需芯片及其管腳圖和部分資料（1）555計時器（用于產(chǎn)生秒脈沖）它的各個引腳功能如下：  1腳：外接電源負端VSS或接地，一般情況下接地。  8腳：外接電源VCC，雙極型時基電路VCC的范圍是4.5  16V，CMOS型時基電路VCC的范圍為3  18V。一般用5V。3腳：輸出端Vo    2腳：低觸發(fā)端    6腳：TH高觸發(fā)端  4腳：是直接清零端。當此端接低電平，則時基電路不工作，

19、此時不論TR、TH處于何電平，時基電路輸出為“0”，該端不用時應(yīng)接高電平。  5腳：VC為控制電壓端。若此端外接電壓，則可改變內(nèi)部兩個比較器的基準電壓，當該端不用時，應(yīng)將該端串入一只0.01F電容接地，以防引入干擾。    7腳：放電端。該端與放電管集電極相連，用做定時器時電容的放電。（2）十進制計數(shù)器74LS16074LS160同步可預(yù)置四位二進計數(shù)器是由四個D 型觸發(fā)器和若干個門電路構(gòu)成，內(nèi)部有超前進位，具有計數(shù)、置數(shù)、禁止、直接（異步）清零等功能。對所有觸發(fā)器同時加上時鐘，使得當計數(shù)使能輸入和內(nèi)部門發(fā)出指令時輸出變化彼

20、此協(xié)調(diào)一致而實現(xiàn)同步工作。這種工作方式消除了非同步（脈沖時鐘）計數(shù)器中常有的輸出計數(shù)尖峰。緩沖時鐘輸入將在時鐘輸入上升沿觸發(fā)四個觸發(fā)器。這種計數(shù)器是可全編程的，即輸出可預(yù)置到任何電平。當預(yù)置是同步時，在置數(shù)輸入上將建立一低電平，禁止計數(shù)，并在下一個時鐘之后不管使能輸入是何電平，輸出都與建立數(shù)據(jù)一致。清除是異步的（直接清零），不管時鐘輸入、置數(shù)輸入、使能輸入為何電平，清除輸入端的低電平把所有四個觸發(fā)器的輸出直接置 為低電平。有了超前進位電路后， 無須另加門，即可級聯(lián)出n位同步應(yīng)用的計數(shù)器。它是借助于兩個計數(shù)使能輸入和一個動態(tài)進位輸出來實現(xiàn)的。兩個計數(shù)使能輸入（ENP 

21、;和ENT）計數(shù)時必須是高電平，且輸入ENT必須正反饋，以便使能動態(tài)進位輸出。因而被使能的動態(tài)進位輸出將產(chǎn)生一個高電平輸出脈沖，其寬度近似等于QA 輸出高電平。此高電平溢出進位脈沖可用來使能其后的各個串聯(lián)級。使能ENP 和ENT 輸入的跳變不受時鐘輸入的影響。電路有全獨立的時鐘電路。改變工作模式的控制輸入（使能ENP、ENT 或清零）縱使發(fā)生變化，直到時鐘發(fā)生為止，都沒有什么影響。計數(shù)器的功能（不管使能、不使能、置數(shù)或計數(shù)）完全由穩(wěn)態(tài)建立時間和保持時間所要求的條件來決定。（3）CD4511CD4511是一個用于驅(qū)動共陰極LED（數(shù)碼管）顯示器的 

22、;BCD 碼七段碼譯碼器，特點：具有BCD轉(zhuǎn)換、消隱和鎖存控制、七段譯碼及驅(qū)動功能的CMOS電路能提供較大的拉電流?？芍苯域?qū)動LED顯示器。CD4511是一片 CMOS BCD鎖存/7 段譯碼/驅(qū)動器，引腳排列如圖2所示。其中a b c d 為BCD碼輸入，a為最低位。LT為燈測試端，加高電平時，顯示器正常顯示，加低電平時，顯示器一直顯示數(shù)碼“8”，各筆段都被點亮，以檢查顯示器是否有故障。BI為消隱功能端，低電平時使所有筆段均消隱，正常顯示時， B1端應(yīng)加高電平。另外 CD4511有拒絕偽碼的特

23、點，當輸入數(shù)據(jù)越過十進制數(shù)9(1001)時，顯示字形也自行消隱。LE是鎖存控制端，高電平時鎖存，低電平時傳輸數(shù)據(jù)。ag是 7 段輸出，可驅(qū)動共陰LED數(shù)碼管。另外，CD4511顯示數(shù)“6”時，a段消隱；顯示數(shù)“9”時，d段消隱，所以顯示6、9這兩個數(shù)時，字形不太美觀 圖3是 CD4511和CD4518配合而成一位計數(shù)顯示電路，若要多位計數(shù)，只需將計數(shù)器級聯(lián)，每級輸出接一只CD4511和LED數(shù)碼管即可。所謂共陰LED數(shù)碼管是指7段LED的陰極是連在一起的，在應(yīng)用中應(yīng)接地。限流電阻要根據(jù)電源電壓來選取，電源電壓5V時可使用300的限流電阻。2、秒信號發(fā)生電

24、路電路圖如下：在這個電路中，使用555接成多諧振蕩器其震蕩頻率可以用以下公式計算： T=（R1+RV1上+2R2+2RV1下）*C1*In2 當我們?nèi)1=R2=40K，RV1=5K，C1=10u時通過調(diào)整RV1可以使 （R1+RV1上+2R2+2RV1下）=144K時恰可使T=1s從而得到秒信號。秒信號由引腳3引出做為電路的計時信號。3、顯示電路電路圖如下上圖為電子時鐘的時位和分位。整個電子表的的核心芯片是74LS160，它是一個10進制加法計數(shù)器，因此只需要6個芯片，進行級聯(lián)即可實現(xiàn)兩個六十進制和一個二十四進制計數(shù)器，再加上一些合適的邏輯門，實現(xiàn)置零和進位。&

25、#160;  上圖是秒顯示電路設(shè)計圖，右邊為秒個位，左邊為秒十位在這個電路中主要是應(yīng)用了74LS160的CP端。在右邊的74LS160的CP輸入端也就是引腳2加入秒信號就可以實現(xiàn)秒的累加，從而得到秒的個位。在秒的個位計數(shù)到“9”的時候在RCO端也就是右邊74LS160的引腳15會產(chǎn)生一個高電平，在這里我們用這個高電平做為秒的十位的進位信號。但是由于這個高電平是在秒的個位到“9”的時候就產(chǎn)生上跳變，而74LS160也是在CP脈沖的上跳變到達時才會有效，故如果直接把它與左邊芯片的CP相接的話會使左邊這個芯片在09,19,29,39,49,59,時就進位，不滿足電子表的逢10進位

26、的要求。因此這個地方需要做一個特殊的處理。就是在左邊芯片的CP脈沖與右邊的RCO之間接一個反相器。在計時到“24”時時位產(chǎn)生的BCD碼為0010 0100 我用了產(chǎn)生“1”的這兩根信號線經(jīng)過一個與非門來使時位的高位和低位清零，從而產(chǎn)生24進制計數(shù)器。自此，一個二十四進制計數(shù)器，兩個六十進制計數(shù)器就做好了。4、校時電路電路圖如下圖中是調(diào)秒位與分位的按鍵模塊。當校時時，把右邊的開關(guān)SW1打開，調(diào)秒位的時候，按下右邊的按鍵，秒位的進位CP脈沖就會由高電位變?yōu)榈碗娢?，當松開按鍵時，就會有一個上跳變使計數(shù)器加一，從而達到調(diào)時的目的。但是這種方法只適合調(diào)秒位的時間，對于分位還有時位，就

27、不適用了。對于時位和分位來說，位的進位信號與秒位的清零信號是同一個信號，如不在這之間加一個二極管，分或者時調(diào)時信號會使秒位的十位清零，影響秒位的時間。當加一個如圖所示的二極管時，由于二極管的單向?qū)щ娦?，使得秒位清零信號的高電平不會受到調(diào)時分或時位時產(chǎn)生的低電平的影響。從而解決了調(diào)時高位時會影響低位時間的問題。5、報時電路電路圖如下 報時電路模塊中的報時信號輸出電路如上圖所示，用的芯片是CD4068，CD4068是一個8輸入與/與非門，與非門的引腳分別接CD4518芯片的對應(yīng)的輸出引腳，使其在59分51秒開始輸出報時信號，根據(jù)要求將報時信號設(shè)計為第51、53、55、57、59秒時輸出報

28、時信號，在這些時間時產(chǎn)生的BCD碼為： 0101 1001 0101 XXXX （X表示為0或1）  將4068的引腳2,3,4,5,9,10分別接在產(chǎn)生“1”的這些位上，將秒位個位的最低位接在引腳11上，引腳12接在高電平上。這樣之后在51、53、55、57、59秒時在引腳4上就會產(chǎn)生一個高電平，蜂鳴器在有高電平來臨時就會發(fā)出“嘟嘟嘟”的聲音。6、總電路圖7、PCB圖8、3D預(yù)覽 四、制作及調(diào)試過程跳線多條接錯使得電路板正負極相通導(dǎo)致數(shù)碼管無法顯示，74ls01芯片方向焊錯，以及線路焊的雜亂不穩(wěn)，導(dǎo)致接觸不良。心得體會 忙忙碌碌的度過前段時間