數電課程設計---數字鐘設計

1、<p>　　數電課程設計---數字鐘設計</p><p>　　[摘要]數字鐘原理是由晶體管振蕩器電路產生多諧震蕩，經過分頻器分頻后輸出穩(wěn)定的秒脈沖，作為時間基準。秒計數器滿60向分計數器進位，分計數器滿60向小時計數器進位，小時計數器以24為一個周期，并實現了小時高位具有零熄滅的功能。計數器的輸出經譯碼器送到顯示器，可在相應位置正確顯示時、分、秒。計時出現誤差或者調整時間時可以用校時電路進行時、分的調整

2、，并實現整點報時功能。數字鐘是采用數字電路實現時、分、秒數字顯示的計時裝置。由于數字集成電路的發(fā)展和石英晶體振蕩器的使用，使得數字鐘的精度、穩(wěn)定性遠遠超過了機械鐘表</p><p>　　[關鍵詞]數字時鐘、分頻器、譯碼器、校時電路、整點報時</p><p><b>　　一.設計目的</b></p><p>　　掌握數字鐘的設計原理</p&

3、gt;<p>　　熟悉集成電路的引腳安排，及掌握各芯片的邏輯功能及使用方法。</p><p>　　了解數字鐘的組成及工作原理。</p><p>　　掌握組合邏輯電路、時序邏輯電路及數字邏輯電路系統(tǒng)的設計、安裝、測試方法。</p><p>　　進一步鞏固所學的理論知識，提高運用所學知識分析和解決實際問題的能力。</p><p>　

4、　提高電路布局﹑布線及檢查和排除故障的能力。</p><p>　　二．設計要求1.基本要求如下：</p><p>　　時鐘顯示功能，能夠十進制顯示“時”、“分”、“秒”。</p><p>　　小時高位具有零熄滅功能。</p><p><b>　　具有整點報時功能。</b></p><p>　　具

5、有快速校準時間的功能。</p><p><b>　　2. 提高要求</b></p><p><b>　　校時時相應位閃爍。</b></p><p>　　能夠設置多個起鬧點。</p><p><b>　　3.設計指標</b></p><p>　　畫出電路原

6、理圖(或仿真電路圖); </p><p>　　元器件及參數選擇; </p><p><b>　　電路仿真與調試; </b></p><p>　　PCB文件生成與打印輸出. </p><p>　　4.制作要求 自行裝配和調試,并能發(fā)現問題和解決問題.</p><p>　　計時準確度，每天計時誤差不超

7、過1s。</p><p>　　實現24小時計時功能。</p><p>　　蜂鳴器在59分50秒開始報時，并持續(xù)響10秒</p><p>　　快速校準時間的功能。</p><p><b>　　三．設計原理</b></p><p><b>　　總體框圖設計</b></p&

8、gt;<p><b>　　1.總體原理說明</b></p><p>　　數字鐘實際上是一個對標準頻率(1HZ)進行計數的計數電路.由于計數的起始時間不可能與標準時間(如北京時間)一致,故需要在電路上加一個校時電路,同時標準的1HZ時間信號必須做到準確穩(wěn)定.通常使用石英晶體振蕩器電路構成數字鐘.上圖所示為數字鐘的一般構成框圖. </p><p>　　數字電

9、子鐘的邏輯框圖如圖所示。它由頻率為32.768khz的晶體振蕩器構成的振蕩電路、分頻器、計數器、顯示器和校時電路組成。晶體振蕩器構成的振蕩電路產生的信號經過分頻器作為秒脈沖，秒脈沖送入計數器，計數結果通過“時”、“分”、“秒”譯碼器顯示時間。</p><p>　　2.各個部分電路原理</p><p>　?、啪w振蕩器電路　　</p><p>　　晶體振蕩器電路給數字

10、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。不管是指針式的電子鐘還是數字顯示的電子鐘都使用了晶體振蕩器電路。</p><p><b>　?、品诸l器電路</b></p><p>　　分頻器電路將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>

11、<p>　　⑶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12進制計數器。</p><p><b>　?、茸g碼驅動電路　　</b></p><p>　

12、　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)，并且為保證數碼管正常工作提供足夠的工作電流。</p><p><b>　?、蓴荡a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，本設計提供的為LED數碼管。</p><p><b>　　四．功能模塊設計</b

13、></p><p><b>　　1.校時模塊</b></p><p><b>　　方案一：</b></p><p>　　采用開關實現校時功能。</p><p>　　如上圖所示，通過開關的閉、合產生的高低電平，給計數器一個上升沿，調整時間的顯示，實現校時的功能。</p><p

14、><b>　　方案二：</b></p><p>　　下一級的進位信號不直接加到上一級的脈沖輸入端，而是通過一個三態(tài)門來控制其是否接入到上一級的脈沖輸入端。校時信號也是通過一個三態(tài)門然后再接到計數器的脈沖輸入端。然后通過譯碼器構成的數據選擇器選擇對哪一個進行校時。這樣可以避免將兩線直接接到計數器脈沖輸入端對下一級的產生強行置數的現象。</p><p><b&

15、gt;　　方案論證</b></p><p>　　方案一結構簡單，節(jié)約成本。但是只能從低位向高位逐步調整，以避免低位調整對高位的影響，靈活性差。方案二結構復雜，成本高。但是可以方便地對任意位校準時間，靈活性高。</p><p>　　考慮到實際生活中，時鐘一旦調整之后就很少會再次調整，為了降低成本，降低電路復雜度，采用方案一。</p><p><b&g

16、t;　　2.計時模塊</b></p><p><b>　　時間計數單元</b></p><p>　　時間計數單元有時計數、分計數和秒計數等幾個部分。</p><p>　　時計數單元一般為１２進制計數器計數器，其輸出為兩位８４２１ＢＣＤ碼形式；分計數和秒計數單元為６０進制計數器，其輸出也為８４２１ＢＣＤ碼。</p>&l

17、t;p><b>　　1）分秒產生電路</b></p><p><b>　　圖</b></p><p>　　a. 上圖部分是秒個位的進位與清零電路。</p><p>　　b.分個位、分十位的進位與清零電路與秒個位、秒十位的電路原理類似。</p><p>　　3. LED數碼顯示器的結構<

18、/p><p>　　LED數碼顯示器是1種由LED發(fā)光二極管組合顯示字符的顯示器件。它使用了8個LED發(fā)光二極管，其中7個用于顯示字符，1個用于顯示小數點。LED數碼顯示器有兩種連接方法：</p><p>　　（1）共陽極接法。把發(fā)光二極管的陽極連在一起構成公共陽極，使用時公共陽極接+5V，每個發(fā)光二極管的陰極通過電阻與輸入端相連。當陰極端輸入低電平時，段發(fā)光二極管就導通點亮，而輸入高電平時則不

19、點亮。</p><p>　?。?）共陰極接法。把發(fā)光二極管的陰極連在一起構成公共陰極，使用時公共陰極接地。每個發(fā)光二極管的陽極通過電阻與輸入端相連。當陽極端輸入高電平時，段發(fā)光二極管就導通點亮，而輸入低電平時則不點亮。</p><p>　　4.時高位零熄滅功能實現</p><p>　　如下圖所示，當時十位輸出0（即0000）時，當時十位輸出大于0時，通過或門輸出高電

20、平，使其正常工作，從而實現時高位零熄滅功能。</p><p><b>　　5.報時模塊</b></p><p><b>　　譯碼顯示模塊</b></p><p>　　如下圖，將分頻器產生的輸出信號通過74LS48譯碼器，驅動共陰極數碼管，顯示數字。</p><p>　　圖3-13 譯碼器與數碼管&l

21、t;/p><p><b>　　第四部分</b></p><p><b>　　總結</b></p><p>　　開始時候我打算用555來產生時鐘信號，原因是方便且用的芯片較少，但后來拿到原件后換成晶振了。雖然有些麻煩，但還是在面包板上把振蕩電路搭出來了。在開始調試工程中也出現了一些問題，比如秒和分鐘的個位進位變成了逢8進1而不

22、是十進一，后來發(fā)現這個問題在EWB仿真過程中竟然就已存在了，而由于疏忽在仿真初期并沒有發(fā)現這一問題。而經過研究元件原理后，問題的原因在于90和160的時鐘信號一個是上升沿有效，而另一個是下降沿有效。最終的解決方案是把輸入的信號經過一個與非門再輸出，從而有效的將脈沖信號取反，從而解決問題。</p><p>　　通過這次課程設計，我經歷了一個實用的電路從設計，到EWB仿真，到選擇元件，安裝，調試等一系列過程。感覺自己

23、進步了不少，知道了很多書本上學不到的知識，比如說對于不知道的芯片，可以去網上下載它的datasheet，了解它的功能。</p><p>　　我覺得布線是我們這個作品的一個缺陷之一，由于之前發(fā)的導線用完了，而臨時借不到同樣的導線，我們就用了細導線，其缺陷是這種線軟不容易固定，也就導致了后來的排線有些混亂，有礙了美觀，但不影響電路正常工作。</p><p>　　另外仿真軟件的選擇也存在問題。開

24、始我是使用Multisim 11.0 進行仿真，但發(fā)現在74LS48與8端口數碼管連接時候，不管怎么設置數碼管就是不工作，但同樣的圖在EWB中卻可以正常使用。而EWB在我操作系統(tǒng)VISTA中存在兼容性問題，如打不開元件介紹、元件庫缺乏部分芯片資料等等，但這次卻只能使用EWB，也是無奈之舉。</p><p>　　對于對課程設計的建議，使用面包板進行電路設計有利也有弊，連接電路時候可能比焊接電路板方便一些，并且連錯的

25、電路修改起來也很方便，但實際生產中都是做電路板然后焊接的，面包板連接電路跟實際還是有點差距的。用面包板較焊接電路板來說節(jié)約了一些時間，但其實焊接板用途更廣，更方便，比如面包板在設計二維復雜電路時候會非常麻煩，很浪費空間，但焊接的電路板不存在這個問題，設計更為自由。我們經過了電工實習，對焊接電路也有了一定的心得，如果能再鍛煉一下效果會更好。</p><p>　　最后感謝老師的耐心指導，學長學姐的熱心幫助。</

26、p><p><b>　　元器件清單</b></p><p>　　74LS00集成塊2塊。</p><p>　　74LS30集成塊1塊。</p><p>　　74LS32集成塊1塊。</p><p>　　74LS48集成塊6塊。</p><p>　　74LS90集成塊2塊。<

27、;/p><p>　　74LS160集成塊4塊。</p><p>　　CD4060集成塊1塊。</p><p>　　74HC74 集成塊1塊。</p><p><b>　　22MΩ電阻5個。</b></p><p><b>　　22p電容2個。</b></p><

28、;p>　　32.768k時鐘晶體1個。</p><p>　　共陰八段數碼管6個。</p><p><b>　　蜂鳴器1個。</b></p><p><b>　　開關4個</b></p><p><b>　　面包板1塊。</b></p><p>&l

29、t;b>　　導線若干。</b></p><p><b>　　使用的儀器、工具</b></p><p><b>　　示波器。</b></p><p><b>　　萬用表。</b></p><p><b>　　5V電源。</b></p&