數(shù)電模電數(shù)字時鐘設(shè)計

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1、歡迎下載 揚州大學(xué)能源與動力工程學(xué)院 本科生課程設(shè)計 題 目： _ 數(shù)字時鐘設(shè)計 _ 課 程： _ 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) _ 專 業(yè)： _ 電氣工程及其自動化 班 級： _ 電氣 88888888 班 _ 學(xué) 號： _ 111712345111712345 _ 姓 名： _ 提莫隊長 _ 指導(dǎo)教師： _ 年*蔣* _ 完成日期： 2013 2013 年 6 6 月 1414 日 _ 歡迎下載 第一部分：任務(wù)書 第二部分：課程設(shè)計報告 第三部分：設(shè)計圖紙歡迎下載 第一部分 任 務(wù) 書 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計任務(wù)書 一、 課程設(shè)計的目的 本課程是在學(xué)完數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) 、數(shù)字電子技術(shù)實驗之后，集中一

2、周時間，進(jìn) 行的復(fù)雜程度較高、 綜合性較強的設(shè)計課題的實踐環(huán)節(jié)， 通過該教學(xué)環(huán)節(jié)，要求達(dá)到以下目 的： 1使學(xué)生進(jìn)一步掌握數(shù)字電子技術(shù)的理論知識，培養(yǎng)學(xué)生工程設(shè)計能力和綜合分析問 題、解決問題的能力； 2使學(xué)生基本掌常用電子電路的一般設(shè)計方法，提高電子電路的設(shè)計和實驗?zāi)芰Γ?3熟悉并學(xué)會選用電子元器件，為以后從事生產(chǎn)和科研工作打下一定的基礎(chǔ)。 二、 課程設(shè)計的要求 1. 設(shè)計時要綜合考慮實用、經(jīng)濟(jì)并滿足性能指標(biāo)要求； 2. 必須獨立完成設(shè)計課題； 3. 合理選用元器件； 4. 按時完成設(shè)計任務(wù)并提交設(shè)計報告。 三、 課程設(shè)計進(jìn)度安排 歡迎下載 1、 方案設(shè)計；（半天） 根據(jù)設(shè)計任務(wù)書給定的技術(shù)

3、指導(dǎo)和條件， 進(jìn)行調(diào)查研究、查閱參考文獻(xiàn)，進(jìn)行反復(fù)比較 和可行性論證，確定出方案電路，畫出主要單元電路，數(shù)據(jù)通道，輸入、輸出及重要控制信 號概貌的框圖。 2、 電路設(shè)計：（一天） 根據(jù)方案設(shè)計框圖，并畫出詳細(xì)的邏輯圖 3、 裝配圖設(shè)計：（半天） 根據(jù)給定的元器件，結(jié)合邏輯圖，設(shè)計出電路制作的具體裝配圖 （即繪出組件數(shù)量，管 腳號以及器件布置的實際位置 ）。同時配以必要的文字說明。 4、 電路制作：（兩天） 對選定的設(shè)計，按裝配圖進(jìn)行裝配，調(diào)試實驗。 5、 總結(jié)鑒定：（一天） 考核樣機(jī)是否全面達(dá)到現(xiàn)定的技術(shù)指標(biāo)，能否長期可靠地工作，并寫出設(shè)計總結(jié)報。 四、 設(shè)計題目及內(nèi)容 1、 題目：數(shù)字時鐘電

4、路 2、 內(nèi)容： （1） 具有“時” “分”的數(shù)字顯示時鐘； （2） “秒”不作數(shù)字顯示，只使“時”和“分”之間“： ”間隔閃亮； （3） 具有校分和校時功能； （4） 具有整點報時功能（59分50秒開始間歇報時）。 五、 設(shè)計要求 1、 用中小型規(guī)模集成電路設(shè)計出所要求的電路； 2、 在實驗箱上安裝、調(diào)試出所設(shè)計的電路； 3、 部分課題要求用可編程邏輯器件（ FPGA/CPLD設(shè)計實現(xiàn)； 4、 在EDA編程實驗系統(tǒng)上完成硬件系統(tǒng)的功能仿真； 5、 寫出設(shè)計、調(diào)試、總結(jié)報告。 六、器件與器材 1、元器件 LED共陰數(shù)碼管 BS207 4片 BCD七段譯碼器十 74LS48 4片 十進(jìn)制計數(shù)器

5、74LS160 12片 四2輸入與非門 74LS00 3片 雙4輸入與非門 74LS20 1片 六反相器 74LS04 1片 雙上升沿D觸發(fā)器 74LS74 1片 石英晶體 4MHz 1個 發(fā)光二極管 2只 開關(guān) K1、K2 2只 電阻 1千歐 5只 歡迎下載 電容 0. 01微法 1只 電容 10皮法 1只 2、工具 導(dǎo)線、鑷子、剪刀、打火機(jī)等。 七、 使用儀器設(shè)備 1. YDNDI型數(shù)字電子綜合設(shè)計實驗系統(tǒng)； 2. 裝有Multisim 軟件的PC; 3. 面包板等。 八、 參考文獻(xiàn) 1、 “數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)”教材； 2、 有關(guān)“電子技術(shù)課程設(shè)計指導(dǎo)書”； 3、 “集成電路特性應(yīng)用手冊”；

6、 4、 EDA技術(shù)使用教程； 5、 其他。 九、 設(shè)計總結(jié)報告主要內(nèi)容 1、 任務(wù)及要求； 2、 方案特點； 3、 各組成部分及工作原理（應(yīng)結(jié)合框圖寫）； 4、 單元電路設(shè)計與調(diào)試； 5、 總邏輯圖； 6、 總裝配圖； 7、 實驗仿真結(jié)果； 8、 實驗結(jié)果分析（畫出必要的波形，進(jìn)行測量精度和誤差分析 ）； 9、 調(diào)試中出現(xiàn)問題的解決； 10、 改進(jìn)意見及收獲體會等。 第二部分 課 程 設(shè) 歡迎下載 計 報 告歡迎下載 1設(shè)計任務(wù)及要求 .8 2系統(tǒng)總體設(shè)計方案 .9 2.1總體設(shè)計方案 .9 2.2方案特點 .9 3控制電路設(shè)計 . 10 3.1控制電路工作原理 . 10 3.2參數(shù)計算 .

7、10 3.3器件選型 . 10 4振蕩電路設(shè)計 . 11 4.1振蕩電路工作原理 . 11 4.2參數(shù)計算 . 11 4.3器件選型 . 11 5計數(shù)電路設(shè)計 . 12 5.1計數(shù)電路工作原理 . 12 5.2參數(shù)計算 . 13 5.3器件選型 . 13 6譯碼顯示電路設(shè)計 . 14 6.1譯碼顯示電路工作原理 . 14 6.2參數(shù)計算 . 14 6.3器件選型 . 14 7系統(tǒng)總體電路設(shè)計 . 15 7.1系統(tǒng)總體電路 . 15 7.2電路說明 . 15 8電路調(diào)試 . 16 8.1振蕩電路調(diào)試及實驗結(jié)果分析 . 16 8.2計數(shù)電路調(diào)試及實驗結(jié)果分析 . 16 8.3譯碼顯示電路調(diào)試及實驗

8、結(jié)果分析 . 16 8.4控制電路調(diào)試及實驗結(jié)果分析 . 16 8.5系統(tǒng)聯(lián)調(diào)及實驗結(jié)果分析 . 16 9改進(jìn)意見及收獲體會 . 18 10器件明細(xì)清單 . 18 歡迎下載 參考文獻(xiàn) . 19 1 設(shè)計任務(wù)及要求 設(shè)計一個數(shù)字時鐘電路，要求具有以下功能： 1、 具有“時” “分”的數(shù)字顯示時鐘； 2、 “秒”不作數(shù)字顯示，只使“時”和“分”之間“： ”間隔閃亮; 3、 具有校分和校時功能； 4、 具有整點報時功能（59分50秒開始間歇報時）。歡迎下載 2 系統(tǒng)總體設(shè)計方案 2.1總體設(shè)計方案 數(shù)字鐘是一個T=1s的計時儀器。它由石英晶體振蕩器、分頻器、記數(shù)器、譯碼器、顯 示器和校時電路組成。石

9、英晶體振蕩器產(chǎn)生的信號經(jīng)過分頻器產(chǎn)生秒脈沖， 將秒脈沖送入計 數(shù)器計數(shù)，計數(shù)結(jié)果通過譯碼器進(jìn)行譯碼和輸出。 數(shù)字電子鐘的總體框圖如下圖所示： 2.2方案特點 經(jīng)我們小組的周密分析和深入探討，我們發(fā)現(xiàn)該電路主要實現(xiàn) 3個功能: 一、整點報時功能：由于器件緣故，有發(fā)光二極管代替蜂鳴器。 二、 12小時制計時功能：時、分由四個七段數(shù)碼管顯示，秒由小數(shù)點顯示。 三、 校時校分功能：通過兩個開關(guān)分別實現(xiàn)分顯示器 分譯碼器 分計數(shù)器 秒計數(shù)器 1 i 1 15 1校時電路 1 1振越器 H 分頻器1 歡迎下載 圖3.1.1校分、校時電路 以校時電路為例，其工作原理為： 通過單刀雙擲開關(guān) J1將校時脈沖作為

10、時鐘計數(shù)器的輸入信號，校時結(jié)束后撥動開關(guān)， 將來自低一位（分鐘計數(shù)器）的進(jìn)位信號作為輸入信號與時鐘計數(shù)器的輸入端相連， 使其正 常工作。 校時脈沖，可用由多級分頻器產(chǎn)生的秒脈沖，也可以用人工觸發(fā)計數(shù)器。 3.2參數(shù)計算 參數(shù)均為固定器件參數(shù)，對照資料裝配 3.3器件選型 兩塊單刀雙擲開關(guān)、4 片 74LS160N 4 振蕩電路設(shè)計 4.1振蕩電路工作原理 3.1控制電路工作原理 3 控制電路設(shè)計 數(shù)字在使用前需要先進(jìn)行校時、校分，然后才能讓其正常工作計時，如圖 我們小組設(shè)計的校分、校時電路的原理圖： 3.1.1分別是 ML 打COIL 歡迎下載 晶體振蕩器是構(gòu)成數(shù)字式時鐘的核心，它保證了時鐘的

11、走時準(zhǔn)確及穩(wěn)定。 石英晶體振蕩振蕩器的特點是振蕩頻率準(zhǔn)確、 電路結(jié)構(gòu)簡單、頻率易調(diào)整。它還具有壓 電效應(yīng)，在晶體某一方向加一電場，則在與此垂直的方向產(chǎn)生機(jī)械振蕩，有了機(jī)械振動，就 會在相應(yīng)的垂直面上產(chǎn)生電場， 從而使機(jī)械振動和電場互為因果， 這種循環(huán)過程一直持續(xù)到 晶體的機(jī)械強度限制時，才達(dá)到最后穩(wěn)定，這種壓電諧振的頻率即為晶體振蕩器的固有頻率。 如圖4.1.1，將晶體與對稱式諧振蕩器中的耦合電容串聯(lián)起來，就組成了所需要的石英 晶體多諧振蕩器。 圖 4.1.1 通常，石英晶體多諧振蕩器輸出頻率較高，為了得到 1Hz的秒信號輸入，需要對振蕩 器的輸出信號進(jìn)行分頻。振蕩器輸出 4MHz信號，先送到

12、10分頻計數(shù)器（74LS160），經(jīng)過 6次10分頻而獲得4Hz的脈沖信號，再通過2個D觸發(fā)器（74LS74）進(jìn)行4分頻變成1Hz。 如圖4.1.2即為對由石英晶體多諧振蕩器產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行分頻產(chǎn)生秒脈沖的電路原理 圖。 4.2參數(shù)計算 R仁R2=1KQ ; C1=0.01uF; C2=10pF; 4MHz 的石英晶振。 4.3器件選型 2個1KQ的電阻；1個0.01uF的電容；1個10pF的電容；1片74LS04 , 6片74LS160, 1 片 74LS74。歡迎下載 5 計數(shù)電路設(shè)計 5.1計數(shù)電路工作原理 秒脈沖信號經(jīng)過6級計數(shù)器，分別得到“秒”個位、“秒”十位、“分”個位、十位及“

13、時” 個位、十位的計時?！懊搿?、“分”計數(shù)為60進(jìn)制，小時為24進(jìn)制。 1 .計秒電路： 如圖5.1.1所示，首先將兩片 74LS160接成百進(jìn)制計數(shù)器。然后將電路的 59狀態(tài)譯碼 產(chǎn)生置數(shù)端為0的信號，同時加到兩片 74LS160上，在下個計數(shù)脈沖（第 60個輸入脈沖） 到達(dá)時，將0000同時置入兩片74LS160中，從而得到六十進(jìn)制計數(shù)器。進(jìn)位信號直接由與 非門的輸出端引出。 圖 5.1.1 2 .計分電路： 如圖5.1.2所示，首先將兩片74LS160接成百進(jìn)制計數(shù)器， 然后將電路的60狀態(tài)譯 碼產(chǎn)生置零信號加到 2片74LS160的“LOAD和“ CLR上，從而得到六十進(jìn)制計數(shù)器。 進(jìn)

14、位信號直接有與非門的輸出端引出。 HI0血小 3 3一 歡迎下載 圖 5.1.2 3.計時電路 如圖5.1.3所示，首先將兩片 74160連成一個一百進(jìn)制計數(shù)器。當(dāng)計數(shù)器從全 0狀態(tài)開 始計數(shù)，計入11個脈沖時，經(jīng)與非門譯碼產(chǎn)生低電平信號立刻將兩片 74160同時置零，于 是便得到了 12進(jìn)制計數(shù)器。 圖 5.1.3 5.2參數(shù)計算 參數(shù)均為固定器件參數(shù)，對照資料裝配 5.3器件選型 6 片 74LS160； 歡迎下載 2 片 74LS20。歡迎下載 6 譯碼顯示電路設(shè)計 6.1譯碼顯示電路工作原理 計數(shù)器實現(xiàn)了對時間的累計以 8421BCD碼形式輸出，為了將計數(shù)器輸出的 8421BCD 碼顯

15、示出來，需用顯示譯碼電路將計數(shù)器的輸出數(shù)碼轉(zhuǎn)換為數(shù)碼顯示器件所需要的輸出邏輯 和一定的電流，一般這種譯碼器通常稱為 7段譯碼顯示驅(qū)動器。74LS48譯碼器對應(yīng)的顯示 器是共陰（接地）顯示器。 如圖6.1.1所示即為譯碼顯示電路的電路原理圖。 6.2參數(shù)計算 高電壓取5V 6.3器件選型 4 片 74LS48, 4 片 BS207。VCC -ui 74LS48D 83888838388883 圖 6.1.1 歡迎下載 7.1系統(tǒng)總體電路 7.2電路說明 整個數(shù)字鐘由時間計數(shù)電路、晶體振蕩電路、校正電路組成。 以校正電路代替時間計數(shù)電路中的時、 分、秒之間的進(jìn)位，當(dāng)校時電路處于正常輸入信 號時，時

16、間計數(shù)電路正常計時，但當(dāng)分校正時，其不會產(chǎn)生向時進(jìn)位，而分與時的校位是分 開的，而校正電路也是一個獨立的電路。 由晶體振蕩電路和分頻電路產(chǎn)生 1Hz的秒脈沖，將 秒脈沖信號送人發(fā)光二極管和“秒”計數(shù)器電路。 7 系統(tǒng)總體電路設(shè)計 9 L * 1HI 歡迎下載 8 電路調(diào)試 8.1振蕩電路調(diào)試及實驗結(jié)果分析 要使電路具有整點報時功能，只需將“分”的到“ 59”時和“秒”到“ 50”時通過與非 門相連接，然后連接到發(fā)光 2級管就行了。 8.2計數(shù)電路調(diào)試及實驗結(jié)果分析 將秒脈沖分別作為分鐘/時鐘計數(shù)器的輸入信號，觀測數(shù)碼管的顯示。 在實物測試時發(fā)現(xiàn) 60進(jìn)制的分鐘計數(shù)器出現(xiàn)了顯示 60的狀態(tài)，檢查

17、電路發(fā)現(xiàn)設(shè)計時出 現(xiàn)邏輯錯誤。不是將狀態(tài)59而是60時的輸出信號通過非門、 與非門產(chǎn)生低電平， 作為置數(shù) 信號讓電路清零改接后發(fā)現(xiàn)問題解決，電路正常工作。 8.3譯碼顯示電路調(diào)試及實驗結(jié)果分析 結(jié)合計數(shù)電路一起觀察檢測。 起初發(fā)現(xiàn)分鐘十位的顯示管的一個二極管始終不亮， 起初以為電路接線松動或開路， 檢 查一遍后發(fā)現(xiàn)問題依然存在。 后來隊員方國章提出來， 可能是數(shù)碼管的問題， 更換數(shù)碼管后 發(fā)現(xiàn)顯示正常。 8.4控制電路調(diào)試及實驗結(jié)果分析 撥動開關(guān)J2對分鐘進(jìn)行校時，校時結(jié)束后再次撥動 J2，之后撥動開關(guān)J3對時鐘進(jìn)行 校時，校時結(jié)束后同樣再次波動 J3。 8.5系統(tǒng)聯(lián)調(diào)及實驗結(jié)果分析 在實驗箱

18、上組裝電子鐘，注意器件管腳的連接一定要準(zhǔn)確， “懸空端”、“清零端”、“置 1端”要正確處理。當(dāng)所有器件調(diào)試正常以后，觀察電子鐘是否準(zhǔn)確正常工作。 主要故障現(xiàn)象分析和排除： （1） 數(shù)碼管能有顯示，但不正常： 計數(shù)不正常：則先檢查 74LS48和74LS160集成電路塊的16與8引腳間是否等于電 源電壓，（表筆要接到它們的引腳上，測量結(jié)果 5V，誤差W 0.1V ）否則應(yīng)查找原因。 錯筆劃，檢查數(shù)碼管的 a、b、c、d、e、f、g連接是否有錯。 缺筆劃，檢查數(shù)碼管的 a、b、c、d、e、f、g連接有沒有連通。數(shù)碼管是否完好。 （2） 數(shù)碼管表現(xiàn)“全滅”： 先把74LS160的MR置低電平，若能

19、正常顯示“ 0”，則按數(shù)碼管顯示“ 0”繼續(xù)調(diào)試 檢查74LS160和74LS48集成電路塊的16與8引腳之間是否等于電源電壓，（表筆接到 它們的引腳上，測量結(jié)果 +5V,誤差：土 0.1V） 數(shù)碼管公共陰極與電源地的回路是否開路或所接的電阻阻值過大。 數(shù)碼管是否良好？ 74LS48的A、B、C、D輸入端同時懸空。 （3） 輸入脈沖時，數(shù)碼管不是按“ 0 - 9 ”順序顯示： 先把74LS160的16腳（VCC）懸空，再把74LS160的QA、QB、QC、QD引腳分別置 低電平，數(shù)碼管應(yīng)分別顯示三個相應(yīng)的錯碼和“ 7”。（參考數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) 175頁）如 果某個引腳沒有反映的（不能顯示相應(yīng)錯

20、碼），則是該引腳與74LS48的相應(yīng)的引腳連接開路。 歡迎下載 （該故障比較普遍，應(yīng)該思考和理解這是根據(jù)什么道理） (4) 數(shù)碼管按“ 0 - 1 ”顯示： 把74LS160的清零端暫時接高電平 (完成后拆除)，如能正常按“ 0 - 9”順序顯示即可。 (5) 確認(rèn)外圍電路沒有問題后，還需考慮對應(yīng)的 74LS160、74LS48是否損壞，解決的 方法是：把懷疑損壞的集成電路與其它能正常工作的同型號集成電路調(diào)換， 作出判斷。然后 要求更換。歡迎下載 9 改進(jìn)意見及收獲體會 通過這一周的課程設(shè)計實習(xí)，我學(xué)到了許多在課堂上學(xué)不到的東西。 不僅對課本上所學(xué) 的理論知識有了更進(jìn)一層的了解， 并且增加了實

21、際動手操作能力。我感覺本次課程設(shè)計與以 往最大的不同之處就是學(xué)生思考和實踐的獨立性更強，老師只提供一些指導(dǎo)和建議。 這次課程設(shè)計最主要最復(fù)雜的工作就是連接電路， 電路中集成塊起到了非常大的作用 但是管腳的連接非常繁瑣，一不小心就會連錯。所以，這次實驗需要十分的小心和耐心。只 要有一根線接錯了，結(jié)果就出不來。連接電路時，我就發(fā)現(xiàn)電路不能正常工作，經(jīng)過多次的 排查，我才發(fā)現(xiàn)是少接了線。我想只要多檢查幾遍，應(yīng)該可以找出毛病。終于，在同學(xué)的幫 助下，以及自己的努力下成功的完成了。 雖然本次實驗困難重重，但最終我們還是完成了任務(wù)。相信在今后的課程設(shè)計中我們一 定能做的更好。 10 器件明細(xì)清單歡迎下載

22、1、元器件 LED共陰數(shù)碼管 BS207 4片 BCD七段譯碼器 74LS48 4片 十進(jìn)制計數(shù)器 74LS160 12片 四2輸入與非門 74LS00 3片 雙4輸入與非門 74LS20 1片 六反相器 74LS04 1片 雙上升沿D觸發(fā)器 74LS74 1片 石英晶體 4MHz 1個 發(fā)光二極管 2只 開關(guān) K1、K2 2只 電阻 1千歐 5只 電容 0. 01微法 1只 電容 10皮法 1只 2、工具 導(dǎo)線、鑷子、剪刀、打火機(jī)等。 歡迎下載 參考文獻(xiàn) 1閻石主編數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第四版） 北京：高教出版社,2000 歡迎下載 第三部分 設(shè) 計 圖 紙 圖紙目錄 歡迎下載 序號 圖紙名稱

23、圖幅 圖紙編號 備注 1 系統(tǒng)總體方框圖 A3 電01 2 系統(tǒng)總電路圖 A3 電02 3 系統(tǒng)總接線圖 A3 電03 附設(shè)計深度規(guī)定： 系統(tǒng)總體方框圖：標(biāo)注各單元模塊，圖中給出各單元模塊的正確連接、 標(biāo)出各信號的流 向。 系統(tǒng)總電路圖：標(biāo)明各器件的型號、標(biāo)注器件參數(shù)、標(biāo)注集成塊各引腳的邏輯符號 系統(tǒng)安裝接線圖：以集成塊為單位畫出各引腳之間的接線， 標(biāo)注各集成塊的型號、注明 引腳編號。 電01歡迎下載 1時顯示器 分顯示器1 1 1 時譯碼器 1 幷譯碼器1 1 f f 1 時計數(shù)器卜_ 分計數(shù)器1 P一1秒計數(shù)器 1 f | 1 - 1枝時電路1 t_ 1 ls - J 振蕩器 1 _ 分頻器 1歡迎下載 電02 4 u rj! FILI1MN ;fl= N J 11 4-41 i TlLlSi f &曾棄 LJM : 奪汁.* JUT TH MWH LH* 4 7W4M W1A zzCn 74L1H =L： HQ .S3 ur 1? T 1 UN VM. MX 7A4.I1 6/ vcc T4LMWH 韋書廠 $iei ； 4L!i ：=：h il.; fah 74LBI5?H 沖1 壬吐 =L ； vec c03