數電課程設計---數字鐘電路設計

1、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　一、設計目的2</b></p><p>　　二、設計要求和設計指標2</p><p>　?。?）基本功能2</p><p>　?。?）擴展功能2</p><p><b>　　三、

2、設計內容2</b></p><p>　　3.1數字鐘電路工作原理2</p><p><b>　　3.2總體設計3</b></p><p>　　3.2.1原理框圖：3</p><p>　　3.2.2主要儀器及元器件4</p><p>　　3.2.3系統(tǒng)模塊設計4</p

3、><p><b>　　3.3仿真結果8</b></p><p>　　3.3.1電路連接8</p><p>　　3.3.2仿真截圖9</p><p>　　四、本設計改進及建議10</p><p><b>　　五、總結10</b></p><p>

4、<b>　　六、參考文獻11</b></p><p><b>　　設計目的 </b></p><p>　　掌握多功能數字鐘的工作原理。</p><p>　　掌握基本邏輯門電路、譯碼器、數據分配器、數據選擇器、數值比較器、觸發(fā)器、計數器、鎖存器、555定時器等常用數字電路的綜合設計方法。</p><p&

5、gt;　　熟悉用Proteus軟件進行數字電路仿真設計的方法。</p><p>　　了解用Altium Designer軟件進行PCB設計的方法。</p><p>　　熟悉復雜數字電路的安裝、測試方法，提高實驗技能，增強工程實踐能力。</p><p><b>　　設計要求和設計指標</b></p><p><b&g

6、t;　　基本功能</b></p><p>　　具有“秒”“分”“時”計時和顯示功能。小時按24小時計時制計時。</p><p>　　校時功能，能夠對“分”和“時”進行調整。</p><p><b>　　擴展功能</b></p><p>　　具有整點報時功能，在59min51s后隔秒發(fā)出500Hz的低音報時信號

7、，在59min59s時發(fā)出1kHz的高音報時信號，聲響時間持續(xù)1s。</p><p>　　鬧鐘功能，鬧時信號持續(xù)1min。</p><p><b>　　設計內容</b></p><p>　　3.1數字鐘電路工作原理</p><p>　　電子數字鐘的，通過計時精度很高的石英晶振，采用相應進制的計數器，轉化為二進制數，經過譯

8、碼和顯示電路準確地將時間“時”“分”“秒”用數字的方式顯示出來。</p><p>　　1. 晶體振蕩器電路　　</p><p>　　晶體振蕩器電路給數字鐘提供一個頻率穩(wěn)定準確的32768Ｈz的方波信號，可保證數字鐘的走時準確及穩(wěn)定。</p><p><b>　　2.分頻器電路　　</b></p><p>　　分頻器電路

9、將32768Ｈz的高頻方波信號經32768（ ）次分頻后得到1Hz的方波信號供秒計數器進行計數。分頻器實際上也就是計數器。</p><p>　　3.時間計數器電路　　</p><p>　　時間計數電路由秒個位和秒十位計數器、分個位和分十位計數器及時個位和時十位計數器電路構成，其中秒個位和秒十位計數器、分個位和分十位計數器為60進制計數器，而根據設計要求，時個位和時十位計數器為24進制計數器

10、。</p><p>　　4. 譯碼驅動電路　　</p><p>　　譯碼驅動電路將計數器輸出的8421BCD碼轉換為數碼管需要的邏輯狀態(tài)，譯碼電路及驅動電路由74LS248電路完成。</p><p><b>　　5.數碼管　　</b></p><p>　　數碼管通常有發(fā)光二極管（LED）數碼管和液晶（LCD）數碼管，本設

11、計提供的為ＬＥＤ數碼管。</p><p><b>　　3.2總體設計</b></p><p>　　3.2.1原理框圖：如圖1</p><p>　　圖1：數字鐘設計原理</p><p>　　3.2.2主要儀器及元器件</p><p>　　用到的元件有：7SEG-BCD、74HC30、74LS08、7

12、4LS90、555、BUTTON、CAP、CELL、LED-RED、RES等。</p><p>　　3.2.3系統(tǒng)模塊設計</p><p>　?。?） 秒信號發(fā)生電路</p><p>　　根據計時的精度確定石英晶振的頻率，采用32768HZ的石英晶體振蕩器通過15次的分頻來獲得秒脈沖的信號，作為計時的基本單位。選CD4060作為秒脈沖發(fā)生電路的主要器件，它是14級的

13、二進制計數器/分頻器/振蕩器。如圖2，C1，C2，晶振，R4，CD4060等器件構成32768HZ振蕩器。3腳輸出14分頻信號，圖中的R4是反饋電阻，可使內部的非門電阻工作在線性放大區(qū)，C2是微調電容，可改變振蕩頻率，以保證精確度。從3腳輸出的為32768的第14級二分頻，即為2HZ，經74LS74（D觸發(fā)器）再作二分頻，從而得到秒脈沖（1HZ信號）為止。</p><p>　　（2） “時”“分”“秒”計數器電路

14、“秒”、“分”、“時”計數器電路采用雙BCD同步加法計數器CD4518，由圖2得到的秒脈沖送圖3a秒計數器，由此完成60秒計數功能。由74LS08的3腳輸出信號即為60秒的進位時脈沖。</p><p>　　圖中，QA1、QB1、QC1、QD1為秒個位上十進制顯示的二進制BCD碼，QA1、QB2、QC2、QD2為秒十位上6進制BCD碼，當十位要顯示十進制6時即0110，QB2、QC2位均為1，利用此條件，經74LS

15、08（四二輸入與門）內部與門輸出為1即高電平，給15腳，高電平使CD4518一組十位上的計數輸出全部為0并向前輸出一高電平，其他時候為低電平，此脈沖即為分脈沖的輸入信號。CD4518 15腳和2腳分別為清零端，當它為高電平時，QD～QA=0為低電平，執(zhí)行計數功能，其脈沖輸入有2個方式，從2腳10腳輸入時，為下降沿計數，此時9腳1腳接低電平才有效，否則不能計數，計數脈沖信號從9腳1腳輸入時，從脈沖的上升沿開始計數，此時，2腳10腳應高電平

16、才有效，否則不能計數。</p><p>　　分計數器與秒計數器完全相同。不同之處在于輸出的脈沖不同，前者是1HZ，這里是1/60 HZ。圖略。</p><p>　　時計數器為24進制計數，基本電路與分秒計數器相同。不同的是找出24進制的復位脈沖即顯示24時個位及十位共8個輸出端全部清零。十位為0010（顯示2）時，個位為0100（顯示4）時全部清零即00點。選十位的QB=1和個位的QC=1

17、，通過與門74LS08給CD4518的15腳與7腳為高電平，使輸出QA～QD全為0從而實現(xiàn)24進制，此進位</p><p>　　脈沖即為一天的計數脈沖，此設計中未使用。時計數器電路如圖4：</p><p>　　(3) 譯碼顯示電路設計</p><p>　　由計數器得到的4位二進制碼的必須通過譯碼后轉為人民習慣的數字顯示。如12：54：30的二進制碼為00010010

18、：01010100：00110000。譯碼之后再驅動7段數碼管顯示時、分、秒。譯碼電路及驅動電路由74LS248電路完成。</p><p><b>　　見圖5：</b></p><p>　　74LS248既作譯碼又是LED的驅動電路。13.12.11.10. 9. 15. 14 輸出分別推動數碼管的a. b .c d .e. f. g. 字段。74LS248的7 、1

19、、2、6 腳分別輸出4 位二進制BCD碼。根據計數器的輸出狀態(tài)由74LS248譯碼后再驅動LED直觀顯示出來。LED是共陰的。在LED 的第3或8腳串接一個電阻。可以改變LED 的亮度。</p><p>　　(4)校時電路的設計</p><p>　　當出現(xiàn)時間誤差時，可利用秒脈沖來進行校對，具體方法是通過校時開關將秒脈沖直接輸入到分計數器和時計數器。利用微動開關進行校對。如圖6所示：<

20、;/p><p>　　校對工作過程，校對時，將開關撥到校對位置。此時秒計數器無脈沖輸入停止計數。接下微動開關S1時。脈沖輸入到74LS32的10腳。內部為二輸入或門電路。⑨腳輸入的是分脈沖，因秒計數器停止，分計數器也停止（不停也可以），分脈沖用秒脈沖替代。分計數器由1分計數脈沖變?yōu)?秒計數脈沖，加快了調整速度。同理，按下S2開關后，小時輸入脈沖就以1秒脈沖代替，快速改變小時的顯示，達到校時目的。當時間調到與標準時間相同

21、時將開關撥到正常位置，計時又開始。</p><p><b>　　3.3仿真結果</b></p><p>　　3.3.1電路連接如圖7所示</p><p><b>　　圖7 仿真電路</b></p><p><b>　　3.3.2仿真截圖</b></p><p

22、>　?。?）仿真后的截圖如下：</p><p><b>　　圖8 仿真后截圖</b></p><p>　　仿真后的波形圖如下：</p><p><b>　　圖9 仿真波形圖</b></p><p><b>　　本設計改進及建議</b></p><p&g

23、t;　　1.用示波器檢測集成電路多諧振蕩器的輸出信號波形和頻率，振蕩器輸出頻率應為32768HZ。</p><p>　　2.將頻率為32768Hz的信號送入分頻器，并用示波器檢查各級分頻器的輸出頻率是否符合設計要求。</p><p>　　3.將1秒信號分別送入“時”、“分”、“秒”計數器，用顯示器檢查計數器的工作情況，看計數器是否按設計的進制計數。</p><p>

24、　　4.觀察校時電路的功能是否滿足校時要求。</p><p>　　5.當分頻器和計數器正常工作后，將各級的電路相連，觀察數字鐘能否準確正常工作。</p><p><b>　　五、總結</b></p><p>　　在此次的數字鐘設計過程中,更進一步地熟悉了芯片的結構及掌握了各芯片的工作原理和其具體的使用方法.</p><p&g

25、t;　　在連接六進制,十進制,六十進制的進位及十二進制的接法中,要求熟悉邏輯電路及其芯片各引腳的功能,那么在電路出錯時便能準確地找出錯誤所在并及時糾正了. 在設計電路中,往往是先仿真后連接實物圖,但有時候仿真和電路連接并不是完全一致的。在設計電路的連接圖中出錯的主要原因都是接線和芯片的接觸不良以及接線的錯誤所引起的.接線的時候一定要細心,不要接錯</p><p>　　對自己的設計圖要仔細考慮，是否可行，尤

26、其是進位輸出，著重看看進位的CP脈沖是否正確。</p><p>　　在連接校正電路的過程中,出現(xiàn)時和分都能正常校正時,但秒卻受到影響,特別時一較分鐘的時候秒亂跳,而不校時的時候,秒從40跳到59,然后又跳回40,分和秒之間無進位,電路在時,分,秒進位過程中能正常顯示,故可排除芯片和連線的接觸不良的問題.經檢查,校正電路的連線沒有錯誤,后用萬用表的直流電壓檔帶電檢測秒十位的QA,QB,QC和QD腳,發(fā)現(xiàn)QA腳時有電

27、壓時而無電壓,再檢測秒到分和分到時的進位端,發(fā)現(xiàn)是由于秒到分的進位未拔掉所至.</p><p>　　在ＥＷＢ軟件中得到繪制出原理圖。每一部分電路完成后就對其進行功能檢測，以便及時發(fā)現(xiàn)問題進行改正。擴展電路是在主體電路的基礎上加上一部分功能實現(xiàn)電路，以實現(xiàn)定時、整點報時等功能。并附帶原理闡述。</p><p>　　通過這次課程設計學習，讓我對各種電路都有了大概的了解，也學會了常用繪圖軟件及仿

28、真軟件的應用。</p><p>　　所以說，坐而言不如立而行，對于這些電路還是應該自己動手實際操作才會有深刻理解，才會有收獲。</p><p><b>　　六、參考文獻</b></p><p>　?。?）數字電子技術課程設計指導書 2011年11月</p><p>　?。?）閻石.《數字電子技術基礎》.北京 清華大學出版