1、數(shù)字電子鐘課程設計 數(shù)字電子技術 課程設計設計題目 數(shù)字電子鐘設計 學 班 級 姓 名 學 號 2 指導老師 成 績 2014 年 7 月 2 日目錄1 引言. 32 設計任務要求. 33 總體設計方案 33.1 數(shù)字鐘的設計原理 44 振蕩器電路設計 4 4.1 555計時器 5 4.2 1KHZ振蕩器.5 5 分頻器電路 65.1 異步計數(shù)器構(gòu)成十分頻 65.2 用Multisim12軟件仿真分頻電路 75.3 1HZ頻率信號產(chǎn)生電路圖.86 計數(shù)器. 86.1 用74LS90構(gòu)成六十進制. 96.2 二十四進制. 106.3 秒分時計數(shù)器電路圖.117 調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題及解決方法 1

2、18 心得體會 12 9 參考文獻 . 1310附錄. 14(一) 整機邏輯電路圖 15(二) 部分芯片功能參數(shù)表 16數(shù)字電子鐘設計 1 引言數(shù)字時鐘已成為人們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚谋匦杵罚瑥V泛于個人家庭以及辦公室等公共場所，給人們的生活、學習、工作、娛樂帶來了極大的方便。由于數(shù)字集成電路技術的發(fā)展采用了先進的三石英技術，使數(shù)字時鐘具有走時準確、性能穩(wěn)定、攜帶方便等優(yōu)點，它還用于計時、自動報時及自動控制等各個領域。數(shù)字電子時鐘是采用數(shù)字電路實現(xiàn)對時、分、秒數(shù)字顯示的計時裝置。數(shù)字鐘的精度、穩(wěn)定性遠遠超過老師機械鐘。與機械時鐘相比具有更高的準確性和直觀性。最后設計數(shù)字電子時鐘有利于我們理論聯(lián)系實

3、際，增強我們的綜合分析和設計能力。2 設計任務與要求用中小、規(guī)模集成電路設計一臺能顯示時分秒的數(shù)字電子鐘，基本要求如下:（1）數(shù)字鐘功能：數(shù)字鐘的時間為24小時一個周期；數(shù)字鐘須顯示時、分、秒； (2)用muitisim12軟件仿真，驗證設計方案及可行性。(3)搭建硬件電路，實現(xiàn)數(shù)字鐘計時系統(tǒng)。3 總體設計方案用9片74LS90、3片74LS00、一片集成電路555計時器實現(xiàn)數(shù)字電子鐘的設計。首先用2片74LS90實現(xiàn)秒的設計，它為六十進制 , 即顯示 0059 秒，它的個位為十進制，十位為六進制。分的設計同秒一樣。小時的設計為二十四進制計數(shù)器 ,顯示為 0023, 個位仍為十進制，但當十進位

4、計到 2,而個位計到4時清零，就為二十四進制了，也同樣通過級聯(lián)實現(xiàn)分向時的進位。同時用3片74LS90構(gòu)成分頻器。3、1 數(shù)字鐘的設計原理 數(shù)字電子鐘由振蕩器、分頻器 計數(shù)器、譯碼顯示、校正電路組成。其中振蕩器和分頻器組成標準秒信號發(fā)生器，由不同進制的計數(shù)器、譯碼器和顯示器組成計時系統(tǒng)。秒信號送入計數(shù)器進行計數(shù)，把累加的結(jié)果以“時”、“分”、“秒”的數(shù)字顯示出來。“時”顯示由24進制計數(shù)器、譯碼器、顯示器構(gòu)成，“分”、“秒”顯示分別由60進制計數(shù)器、譯碼器、顯示器構(gòu)成。譯碼顯示電路將“時、分、秒”計數(shù)器的輸出狀態(tài)經(jīng)顯示譯碼器譯碼，通過顯示器顯示出來。校時電路是來對“時、分、秒”顯示數(shù)字進行校對

5、調(diào)整。4 振蕩器電路設計 振蕩器是數(shù)字鐘的核心。振蕩器的穩(wěn)度及頻率的精確度決定了數(shù)字時鐘的準確程度，通常選用石英晶體構(gòu)成振蕩器電路。一般來說，振蕩器的頻率越高，計時精度越高。如果精度要求不高則也可以采用由邏輯門與R、C組成的時鐘振蕩器或由集成電路定時器555與R、C組成的多諧振蕩器。4、1 555計時器圖4.1 555計時器管腳圖555的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可等效成23個晶體三極管.17個電阻.兩個二極管.組成了比較器.RS觸發(fā)器.等多組單元電路.特別是由三只精度較高5k電阻構(gòu)成了一個電阻分壓器.為上.下比較器提供基準電壓.所以稱之為555.圖4.1為555引腳圖：1為地端 GND 2為觸發(fā)輸入端 3為端

6、輸出 4為復位端 5為控制電壓 6為門限(閾值)輸入 7為放電端 8電源電壓Vcc4、2 1KHZ振蕩器振蕩器由555定時器組成。圖42 中是由555 定時器構(gòu)成的1KHZ的自激振蕩器其原理是0.7(2R3+R2+R1)C1=1ms f=1/t=1KHZ 圖4-2 輸出為1KHZ555振蕩器 5 分頻器電路分頻器的功能主要有兩個：一是產(chǎn)生標準脈沖信號；二是提供功能拓展電路所需要的信號。 5、1 異步計數(shù)器74LS90構(gòu)成十分頻器 圖5-1 74LS90管腳圖 圖5-2 十進制計數(shù)器74LS90內(nèi)部是有兩部分電路組成的。一部分是由時鐘CP1與一位觸發(fā)器Q0組成的二進制計數(shù)器，可記一位二進制數(shù)；另

7、外一部分是由時鐘CP0與三個觸發(fā)器Q1Q2Q3組成的五進制異步計數(shù)器，可記五個數(shù)000100。如果把Q0和CPB連接起來,CPB從Q0取信號，外部時鐘信號接到CP0上，那么由時鐘CP0和Q0、Q1、Q2、Q3組成十進制計數(shù)器 ，如圖5-2所示。如圖5-1所示，R0(1)和R0(2)是異步清零端，兩個同時為高電平有效；R9(1)和R9(2)是置九端，兩個同時為高電平時，Q3Q2Q1Q0=1001；正常計數(shù)時，必須保證R0(1)和R0(2)中至少有一個接低電平，R9(1)和R9(2) 中至少有一個接低電平。74LS90功能如下表所示。R0(1) R0(2) R9(1) R9(2)Q3（D） Q2（

8、C） Q1（B） Q0(A)1 1 0 ×1 1 × 00 0 0 00 0 0 00 × 1 1× 0 1 11 0 0 11 0 0 10 × × 00 × 0 ×× 0 × 0× 0 0 ×計數(shù)圖5-3 74LS90功能表5、2 用Multisim12軟件仿真分頻電路圖5-4 用74LS90構(gòu)成的分頻器 選中3片中規(guī)模集成電路計數(shù)器74LS90可以完成上述功能，如圖5-4所示，因每片為1/10分頻，三片級聯(lián)則可以將1KHZ的輸入信號頻率轉(zhuǎn)化為輸出為1HZ的輸出信號，第一

9、片的QA輸出端為500HZ，第一片的QD端輸出為100HZ,第二片的QD端輸出為10HZ，第三片的QD端輸出為1HZ。5、3 1HZ頻率信號產(chǎn)生電路圖6 計數(shù)器計數(shù)器是一種累計時鐘脈沖數(shù)的邏輯部件。計數(shù)器不僅用于時鐘脈沖計數(shù)，還用于定時、分頻、產(chǎn)生節(jié)拍脈沖以及數(shù)字運算等。計數(shù)器是應用最廣泛的邏輯部件之一。按觸發(fā)方式，把計數(shù)器分成同步計數(shù)器和異步計數(shù)器兩種。對于同步計數(shù)器，輸入時鐘脈沖時觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)是同時進行的，而異步計數(shù)器中的觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)則不是同時。秒、分、時分別為 60 、 60 和 24進制計數(shù)器。秒、分均為六十進制 , 即顯示 0059 秒，它們的個位為十進制，十位為六進制。時為二十四進

10、制計數(shù)器 ,顯示為 0023, 個位仍為十進制，但當十進位計到 2,而個位計到4時清零，就為二十四進制了。這種計數(shù)器的設計可采用異步反饋置零法， 先按二進制計數(shù)級聯(lián)起來構(gòu)成計數(shù)器，當計數(shù)狀態(tài)達到所需的模值后，經(jīng)門電路譯碼、反饋，產(chǎn)生“復位”脈沖將計數(shù)器清零，然后重新開始進行下一循環(huán)。 6、1 用74LS90構(gòu)成六十進制計數(shù)器（1）個位向十位的進位實現(xiàn)。自動用兩片74LS90異步計數(shù)器接成一個異步的60進制計數(shù)器。所謂異步60進制計數(shù)器，即兩片74LS90的時鐘不一致。個位時鐘為1HZ的方波，十位計數(shù)器的時鐘信號需要從個位計數(shù)器來提供。1進位信號的要求是在十個個位秒脈沖中只產(chǎn)生一個下降沿，且與第

11、十秒的下降沿對齊。只能從各位計數(shù)器的輸出端來提供，不可能從其輸入端來找。而計數(shù)器的輸出端只有QA、QB、QC、QD四個信號，要么是其中一個，要么是它們之間的邏輯運算結(jié)果。個位與十位之間的進位信號是把個位的QD(11端)連接到十位的INA(14端)上。（2）六十進制“秒”計數(shù)器電路與“分”計數(shù)器電路都是60進制，它由一級10進制計數(shù)器和一級6進制計數(shù)器連接構(gòu)成，如圖6-1所示，采用兩片中規(guī)模集成電路74LS90串接起來構(gòu)成“秒”、“分”計數(shù)器。圖6-1 用74LS90構(gòu)成六十進制計數(shù)器 U1是10進制計數(shù)器，QD1作為10進制的進位信號，74LS90計數(shù)器是10進制異步計數(shù)器，用反饋歸零方法實現(xiàn)

12、10進制計數(shù)，U2和與非門組成6進制計數(shù)器。74LS90是在CP信號的下降沿翻轉(zhuǎn)計數(shù)，QB2和QC2相與0110的下降沿，作為“分”（“時”）計數(shù)器的輸入信號，同時將此信號送入計數(shù)器U1和U2的清零端R01、R02，使計數(shù)器歸零。由此可見，U1、U2和U3A共同實現(xiàn)60進制計數(shù)。計分電路和計秒電路是完全一樣的，只是周期為1S的時鐘信號改成了周期為60S即一分的時鐘信號。6、2 二十四進制用兩片74LS90實現(xiàn)二十四進制計數(shù)器，首先把兩片74LS90都接成十進制，并且兩片之間連接成具有十的進位關系，即接成一百進制計數(shù)器，然后在記到24時，十位和個位同時清零，記到24時，十位的QB=1，個位的QC

13、=1，應分別把這兩個信號通過一個與非門連接到兩塊74LS90芯片的R0(1)和R0(2)清零端。 計時電路的個位時鐘信號來自秒、分電路產(chǎn)生59分59秒兩個信號相與的結(jié)果，如下圖6-2所示。 圖6-2 用74LS90構(gòu)成二十四進制計數(shù)器當“時針”個位U2計數(shù)輸入端INA來到第10個觸發(fā)信號時，U2計數(shù)器復零，進位端QD4向。U5 “時針”十位計數(shù)器輸出進位信號，當?shù)?4個“時針”脈沖到達時，U2計數(shù)器的狀態(tài)為“0100”，U1計數(shù)器的狀態(tài)為“0010”，此時“時針”個位計數(shù)器的QC4和“時針”十位計數(shù)器的QB5輸出為“1”。把它們分別送到U2和U1的清零端R0(1)和R0(2)，通過74LS90

14、內(nèi)部的R0(1)和R0(2)與非后清零，計數(shù)器復零，完成24進制計數(shù)。6、3 秒分時計數(shù)器電路圖7 調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題以及解決方法（1） 本次試驗一開始調(diào)試輸出1HZ輸出信號時，由于儀器的問題使1KHZ的輸入信號在經(jīng)過三級分頻器后不但得不到衰減為1HZ的輸出信號，反而增大了好幾倍，最后在老師和同學們的儀器努力下，最終認為頻率測試儀存在誤差，大家所連的電路并無錯誤。（2） 其次就是在計時電路部分，在連接完電路后分到時的電路無法進位，最后通過檢查各部分級聯(lián)是否正確，還有本級線路連接是否正確，檢查接線的好壞，最后發(fā)現(xiàn)時由于分到時的進位信號接錯才導致了時針無法正常顯示，然后重新開始測試，發(fā)現(xiàn)秒、分、

15、時各級可以正常進位。（3） 在保證了秒、分、時各級正確的進位后，我發(fā)現(xiàn)在“時針”顯示端無法正常置零，“時”位數(shù)字從“4063”，不是設計中要求的“023”，即“時”位電路無法正常置零，在請教了老師后并通過實驗發(fā)現(xiàn)是由于“時”真的個位輸出端QC4和“時針”十位計數(shù)器的QB5輸出為“1”時還要通過一與門相連后才能連到兩塊芯片的R01和R02端，否則會由于時延、競爭、冒險等因素造成其無法正常置零。8 心得體會作為我進入大學后的第一次課程設計，這次數(shù)字電子時鐘的設計不僅讓我在課堂上所學的知識得到鍛煉，同時也大大提高了我分析問題、解決問題的能力，從各方面讓自己的能力得到了充分的鍛煉。首先，此次的課程設計

16、總共有三個階段組成，第一次成功的通過自己對課本的理解學習，將所學的東西轉(zhuǎn)化成實實在在存在的實物，有種前所未有的感動與激動。同時，動手實踐的過程也使自己課堂上所學的知識有了更一步的理解，而且更一步地熟悉了芯片的結(jié)構(gòu)及掌握了各芯片的工作原理和其具體的使用方法。在實驗中遇到了很多問題，有時看著其他組的進程再看看自己組的進程，心里真的有些焦急。當別人都把信號接出來的時候，自己的燈卻保持不閃，心里非常焦急，最后接了四遍終于在檢查每一條先的時候發(fā)現(xiàn)是其中一條線出現(xiàn)了問題。這也說明任何發(fā)明都來不得半點馬虎，必須一步一個腳印。同時，同學之間的合作也至關重要，兩個人之間配合的默契，電路總是能很快就接好。這不僅僅是一次課程設計，同時也是一次考驗。一次對以往所學知識的考驗，一次對理論應用于實踐的考驗，一次同學間互幫互助的考驗。9 參考文獻：1康華光.電子技術基礎.數(shù)字部分（第五版） 北京:高等教育出版社，2006.12 謝自美.電子線路設計、實驗、測試.華中理工大學出版社,20003 4趙淑范 董鵬中 電子技術實驗與課程設計（第二版） 清華大學出版社，2010.25呂思忠 施其云 數(shù)字電路實驗與課程設計 哈爾濱工業(yè)大學出版社 2001.106 7 10 附