數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計--數(shù)字鐘設(shè)計報告

1、<p>　　數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計報告</p><p>　　課程名稱： 數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計 </p><p>　　學(xué) 院： 電氣與電子信息工程學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級： 信 科 101 </p><p>　　學(xué)生姓名： </p&g

2、t;<p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　完成時間： </p><p>　　報告成績： </p><p><b>　　數(shù)字鐘設(shè)計報告</b></p><p><

3、b>　　一、設(shè)計要求</b></p><p><b>　?。?）設(shè)計指標(biāo)</b></p><p>　?、贂r間以12小時為一個周期；</p><p><b>　　②顯示時、分、秒；</b></p><p>　?、劬哂行r功能，可以分別對時及分進(jìn)行單獨(dú)校時，使其校正到標(biāo)準(zhǔn)時間；<

4、/p><p>　?、苡嫊r過程具有報時功能，當(dāng)時間到達(dá)整點(diǎn)前10秒進(jìn)行蜂鳴報時；</p><p>　?、轂榱吮ＷC計時的穩(wěn)定及準(zhǔn)備由晶體振蕩器提供表針時間基準(zhǔn)信號。</p><p><b>　?。?）設(shè)計要求</b></p><p>　　①畫出電路原理圖（或仿真電路圖）；</p><p>　　②元器件及參

5、數(shù)選擇；</p><p><b>　?、垭娐贩抡媾c調(diào)試；</b></p><p>　　④PCB文件生成與打印輸出。</p><p><b>　　（3）制作要求</b></p><p>　　自行裝配和調(diào)試，并能發(fā)現(xiàn)問題和解決問題。</p><p><b>　　（4）編

6、寫設(shè)計報告</b></p><p>　　寫出設(shè)計與制作的全過程，附上有關(guān)資料和圖紙，有心得體會。</p><p><b>　　二、設(shè)計目的</b></p><p>　　數(shù)字鐘是一種用數(shù)字電路技術(shù)實(shí)現(xiàn)時、分、秒計時的裝置，與機(jī)械式時鐘相比具有更高的準(zhǔn)確性和直觀性，且無機(jī)械裝置，具有更長的使用壽命，因此得到了廣泛的使用。</p&g

7、t;<p>　　數(shù)字鐘從原理上講是一種典型的數(shù)字電路，其中包括了組合邏輯電路和時序電路。</p><p>　　因此，我們此次設(shè)計與制作數(shù)字鐘就是為了了解數(shù)字鐘的原理，從而學(xué)會制作數(shù)字鐘，而且通過數(shù)字鐘的制作進(jìn)一步的了解各種在制作中用到的中小規(guī)模集成電路的作用及實(shí)用方法，且由于數(shù)字鐘包括組合邏輯電路和時序電路。通過它可以進(jìn)一步學(xué)習(xí)與掌握各種組合邏輯電路與時序電路的原理與使用方法。</p>

8、<p><b>　　三、設(shè)計的具體實(shí)現(xiàn)</b></p><p><b>　　1、系統(tǒng)概述</b></p><p>　　數(shù)字鐘一般由六個部分組成，其中振蕩器和分頻器組成標(biāo)準(zhǔn)的秒信號發(fā)生器，由不同進(jìn)制的計數(shù)器、譯碼器和顯示器組成計時系統(tǒng)。</p><p>　　數(shù)字鐘電路主體組成框圖：</p><

9、p><b>　　圖1</b></p><p>　　該數(shù)字鐘的工作原理：振蕩器產(chǎn)生的穩(wěn)定的高頻脈沖信號，作為數(shù)字鐘的時間基準(zhǔn)，再經(jīng)過分頻器輸出標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖。秒脈沖器計滿60秒后向分計數(shù)器進(jìn)位，分計數(shù)器計滿60后向小時計數(shù)器進(jìn)位，小時計數(shù)器按照12小時規(guī)律計數(shù)，計到12點(diǎn)時復(fù)位為零點(diǎn)。計數(shù)器的輸出經(jīng)過譯碼器送到顯示器。計時出現(xiàn)誤差可以用校時電路進(jìn)行校時，校分，校秒。</p>&

10、lt;p><b>　　單元電路設(shè)計</b></p><p>　?。?）、秒信號電路 </p><p>　　秒信號電路是數(shù)字鐘的核心部分，它的精度和穩(wěn)定度決定于數(shù)字鐘的質(zhì)量。用于時鐘和儀器儀表中作時基的秒脈沖，要求頻率穩(wěn)定度高，一般采用將高頻率的振蕩器經(jīng)過分頻得到秒脈沖信號。振蕩頻率越高，秒脈沖精度越高，而需要分頻電路的級數(shù)就越多。由觸發(fā)器的分頻作用可知，一級

11、觸發(fā)器能實(shí)現(xiàn)二分頻。為了使振蕩頻率穩(wěn)定，通常用晶體振蕩器發(fā)出的脈沖經(jīng)過整形、分頻獲得秒信號。</p><p>　　時基電路常使用通用集成電路，利用集成電路的多級分頻作用對振蕩信號頻率進(jìn)行分頻，獲得秒脈沖，本次選用，為分頻電路，再經(jīng)一次分頻即得的標(biāo)準(zhǔn)秒信號。秒信號電路如圖2所示。 </p><p><b>　　圖2</b></p><p>&l

12、t;b>　　注：</b></p><p><b>　　簡介</b></p><p>　　引腳功能如圖3所示。它的內(nèi)部由一組14級二進(jìn)制串行計數(shù)/分頻和振蕩電路組成。14級二進(jìn)制分頻器可以實(shí)現(xiàn)16384（）分頻從第4級開始至第14級，除11級無輸出外，各級輸出對應(yīng)～。內(nèi)部的震蕩電路通過外接RC元件可組成RC振蕩器，或用石英晶體構(gòu)成石英晶體振蕩器，振蕩器

13、最高工作頻率電路通過外接RC元件可組成RC震蕩電路，或用石英晶體構(gòu)成石英晶體振蕩器，振蕩器最高工作頻率可達(dá)690kHz以上。當(dāng)作時鐘長生秒脈沖時，外接32.768kHz的石英晶體，以及適當(dāng)?shù)碾娮韬碗娙?，可產(chǎn)生32.768kHz的方波信號。將32.768kHz進(jìn)行分頻，從不同的Q端可得到不同的分頻信號輸出，從端輸出信號為2048Hz，從端輸出信號為2Hz。再對2Hz的信號進(jìn)行而分頻，就得到所需要的秒脈沖信號。</p><

14、;p><b>　　圖3</b></p><p><b>　　石英晶體</b></p><p>　　石英晶體是一種具有壓電效應(yīng)的晶體材料制成的電子元件。在石英晶體兩極加上交變電場，晶片會產(chǎn)生機(jī)械形變；若在晶片上加機(jī)械壓力，則會在晶片的相應(yīng)方向上長生一定的電場。這種效應(yīng)成為壓電效應(yīng)。在一般情況下，晶片的機(jī)械振動的振幅和交變電場的振幅都很小，只有

15、當(dāng)外加交變電場的頻率為某一特定頻率時，其振幅比在其他頻率下的振幅大得多，這種效應(yīng)稱壓電諧振。這與LC回路的諧振十分相似，所以，石英晶體又稱石英諧振器。</p><p>　　石英晶體的諧振頻率由生產(chǎn)中晶體的切割方向和幾何尺寸決定。石英晶體產(chǎn)品的諧振頻率是固定的，用型號表示出振蕩頻率，對于體積較大的石英晶體振蕩器，常將諧振頻率標(biāo)在石英晶體的外封裝上。</p><p>　?。?）、時、分、秒計數(shù)

16、器 </p><p>　　秒信號經(jīng)秒計數(shù)器、分計數(shù)器、時計數(shù)器之后，分別得到“秒”個位、十位、“分”個位、十位以及“時”個位、十位的計時輸出信號，然后送至譯碼器顯示電路，以便實(shí)現(xiàn)用數(shù)字顯示時、分、秒的要求?！懊搿焙汀胺帧庇嫈?shù)器應(yīng)為六十進(jìn)制，而“時”計數(shù)器應(yīng)為十二進(jìn)制。要求實(shí)現(xiàn)這一要求，可選用的中規(guī)模集成計數(shù)器較多，本次選擇使用。</p><p><b>　　注：原理介紹<

17、/b></p><p>　　為中規(guī)模集成的4位同步二進(jìn)制計數(shù)器，除了具有二進(jìn)制加法技術(shù)功能外，還具有預(yù)置數(shù)、保持和異步置零等附加功能。LD`為預(yù)置數(shù)控制端，～為數(shù)據(jù)輸入端，C為進(jìn)位輸出端，`為異步置零（復(fù)位）端，EP和ET為工作狀態(tài)控制端。</p><p>　　圖4為的功能表，它給出了EP和ET為不同取值時電路的工作狀態(tài)。</p><p>　　當(dāng)=0時所有觸發(fā)

18、器將同時被置零，而且置零操作不受其他輸入端狀態(tài)的影響。</p><p>　　當(dāng)=1、=0時，電路工作在同步預(yù)置數(shù)狀態(tài)。這時門～的輸出始終是１，所以～輸入端J、K的狀態(tài)由～的狀態(tài)決定。例如，若=1,則=1、=0,CLK上升沿到達(dá)后被置１。</p><p>　　當(dāng)==1而EP=0、ET=1時，由于這時門～的輸出均為0，亦即～均處在J=K=0狀態(tài)，所以CLK信號到達(dá)時它們保持原來的狀態(tài)不變。同時

19、C的狀態(tài)也得到保持。如果ET=0，則EP無論為何狀態(tài)，計數(shù)器的狀態(tài)也將保持不變，但這時進(jìn)位輸出C等于0。</p><p>　　當(dāng)==EP=ET=1時，電路工作在計數(shù)狀態(tài)。從電路的0000狀態(tài)開始連續(xù)輸入16個計數(shù)脈沖時，電路將從1111狀態(tài)退回0000狀態(tài)，C端從高電平跳變至低電平?？梢岳肅端輸出的高電平或下降沿作為進(jìn)位輸出信號。</p><p><b>　　圖4</b&

20、gt;</p><p>　　1)、六十進(jìn)制計數(shù)器 </p><p>　　由兩塊中規(guī)模集成十進(jìn)制計數(shù)器，一塊組成十進(jìn)制，另一塊組成六進(jìn)制，組合起來就構(gòu)成六十進(jìn)制計數(shù)器，如圖所示:</p><p><b>　　圖5</b></p><p><b>　　、十二進(jìn)制計數(shù)器</b></p>&

21、lt;p>　　由兩塊中規(guī)模集成十進(jìn)制計數(shù)器構(gòu)成，當(dāng)高位出現(xiàn)狀態(tài)，地位出現(xiàn)為狀態(tài)，即得到第個來自“分”計數(shù)器的進(jìn)位信號時。產(chǎn)生反饋清零信號，如圖所示：</p><p><b>　　圖6</b></p><p><b>　　譯碼顯示電路</b></p><p>　　選用器件時應(yīng)注意譯碼器和顯示器件的相互配合。一是驅(qū)動功率

22、要足夠大，二是邏輯電平要匹配。例如，采用公陰型數(shù)碼管作為顯示器件時，則應(yīng)采用輸出為高電平的譯碼電路，且因數(shù)碼管工作電流較大，不能用普通譯碼器，應(yīng)采用功率門或者門。本次設(shè)計選擇使用顯示譯碼器為。</p><p>　　注：１）七段字符顯示器</p><p>　　如圖7是半導(dǎo)體數(shù)碼管的外形圖和等效電路。這種數(shù)碼管的每個線段都是一個發(fā)光二極管，因而也將它稱為LED數(shù)碼管或LED七段顯示器。<

23、/p><p>　　發(fā)光二極管使用的材料與普通的硅二極管不同，有磷砷化鎵、磷化鎵、砷化鎵等幾種，而且半導(dǎo)體中的雜質(zhì)濃度很高。當(dāng)外加正向電壓時，大量的電子和空穴在擴(kuò)散過程中復(fù)合，其中一部分電子從導(dǎo)帶躍遷到價帶，把多余的能量以光的形式釋放出來，便發(fā)出一定波長的可見光。</p><p>　　磷砷化鎵發(fā)光二極管發(fā)出光線的波長與磷和砷的比例有關(guān)，含磷的比例越大波長越短，同時發(fā)光效率也隨之降低。目前生產(chǎn)的磷

24、砷化鎵發(fā)光二極管發(fā)出光線的波長在6500左右，呈橙紅色。</p><p>　　在等一些數(shù)碼管中還在右下角處增設(shè)了一個小數(shù)點(diǎn)，形成了所謂八段數(shù)碼管，如圖7a所示。此外，由圖7b的等效電路可見，的八段發(fā)光二極管的陰極是做在一起的，屬于共陰極類型。為了增加使用的靈活性，同一規(guī)格的數(shù)碼管一般都有共陰極和共陽極兩種類型可供選用。</p><p>　　半導(dǎo)體數(shù)碼管不僅具有工作電壓低、體積小、壽命長、可

25、靠性高等優(yōu)點(diǎn)，而且響應(yīng)時間短，亮度也比較高。它的缺點(diǎn)是工作電流比較大，每一段的工作電流在10mA左右。</p><p>　　另一種常用的七段字符顯示器是液晶顯示器。液晶也是一種既具有液體的流動性又具有光學(xué)特性的有機(jī)化物，它的透明度和呈現(xiàn)的顏色受外加電場的影響，利用這一特點(diǎn)便可做成字符顯示器。</p><p><b>　　（a）</b></p><p

26、><b>　　（b）</b></p><p>　　半導(dǎo)體數(shù)碼管BS201A</p><p>　?。╝）外形圖 （b）等效電路</p><p>　　2）BCD—七段顯示譯碼器</p><p>　　半導(dǎo)體數(shù)碼管和液晶顯示器都可以用TTL或CMOS集成電路直接驅(qū)動。為此，就需要使用顯示譯碼器將BCD代碼譯

27、成數(shù)碼管所需要的驅(qū)動信號，以便使數(shù)碼管用十進(jìn)制數(shù)字顯示出BCD代碼所表示的數(shù)值。</p><p>　　今以表示顯示譯碼器輸入的BCD代碼，以～表示輸出的7位二進(jìn)制代碼，并規(guī)定用1表示數(shù)碼管中線段的點(diǎn)亮狀態(tài)，用0表示線段的熄滅狀態(tài)。則根據(jù)顯示字形的要求便得到了真值表。表中除列出了BCD代碼的10個狀態(tài)與～狀態(tài)的對應(yīng)關(guān)系。</p><p><b>　　校時電路</b>&l

28、t;/p><p>　　在剛接通電源或者時鐘走時出現(xiàn)誤差時，則需要進(jìn)行時間的校準(zhǔn)。置開關(guān)在手動位置，分別對時、分、秒進(jìn)行單獨(dú)計數(shù)，計數(shù)脈沖由單次脈沖或連續(xù)脈沖輸入。</p><p>　　對校時電路的要求是，在進(jìn)行小時校正時不影響分和秒計數(shù)器的正常計數(shù)；同理，進(jìn)行分校正時不影響秒計數(shù)器的正常計數(shù)。校正時間的方式有“快校時”和“慢校時”兩種，其中“快校時”是通過校時開關(guān)的控制，使校時脈沖進(jìn)入校時電路

29、，則計數(shù)器對校時脈沖計數(shù)，當(dāng)計到需要校正的時間時，再使計數(shù)器轉(zhuǎn)入正常計數(shù)?！奥r”是用單脈沖發(fā)生器的輸出做校時脈沖，通過校時開關(guān)的控制，每觸發(fā)一次輸出一個單脈沖，則計數(shù)器加１，當(dāng)計到需要校正的時間時，再使計數(shù)器轉(zhuǎn)入正常計數(shù)。由此可見，兩種校時方式的電路應(yīng)基本相同，不同的是校時脈沖的產(chǎn)生與控制方式有所區(qū)別。</p><p><b>　　整點(diǎn)報時電路</b></p><p&

30、gt;　　每到整點(diǎn)前的時準(zhǔn)備報時。當(dāng)分計數(shù)到時，將分觸發(fā)器置，而等秒計數(shù)到時，將秒觸發(fā)器置，然后“”和“”相“與”，結(jié)果再和秒信號相“與”去控制低音喇叭鳴叫，直至?xí)r產(chǎn)生一個復(fù)位信號使清零。停止低音鳴叫。同時的反相信號又和“”相“與”去控制高音喇嘛鳴叫。當(dāng)計數(shù)器從到時，鳴叫結(jié)束，完成整點(diǎn)報時，電路如圖所示：</p><p><b>　　圖8</b></p><p>　　

31、注：本次采用型雙D觸發(fā)器，是上升沿觸發(fā)的邊沿觸發(fā)器，引腳排列和功能表如圖：</p><p><b>　　a </b></p><p><b>　　b</b></p><p><b>　　圖9</b></p><p>　　3、電路的安裝與調(diào)試（略）</p>&

32、lt;p><b>　　四、心得體會及建議</b></p><p>　　通過這次課程設(shè)計使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實(shí)踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動手能力和獨(dú)立思考的能力。在設(shè)計的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，這畢竟第一次做的，難免會遇到過各種各樣的問題，同時在設(shè)計的過程中發(fā)現(xiàn)了自己

33、的不足之處，對以前所學(xué)過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。 我深得做課程設(shè)計同時也是對課本知識的鞏固和加強(qiáng)，由于課本上的知識太多，平時課間的學(xué)習(xí)并不能很好的理解和運(yùn)用各個元件的功能，而且考試內(nèi)容有限，所以在這次課程設(shè)計過程中，我們了解了很多元件的功能，并且對于其在電路中的使用有了更多的認(rèn)識。 平時看課本時，有時問題老是弄不懂，做完課程設(shè)計，那些問題就迎刃而解了。而且還可以記住很多東西。比如一些芯片的功能，平時看課本，這次看

34、了，下次就忘了，通過動手實(shí)踐讓我們對各個元件映象深刻。認(rèn)識來源于實(shí)踐，實(shí)踐是認(rèn)識的動力和最終目的，實(shí)踐是檢驗真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。所以這個期末測試之后的課程設(shè)計對我們的作用是非常大的。</p><p>　　此次課程設(shè)計，學(xué)到了很多課內(nèi)學(xué)不到的東西，比如獨(dú)立思考解決問題，出現(xiàn)差錯的隨機(jī)應(yīng)變，和與人合作共同提高，都受益非淺，今后的制作應(yīng)該更輕松，自己也都能扛的起并高質(zhì)量的完成項目。 這次數(shù)電課程設(shè)計,雖然短暫但是讓

35、我得到多方面的提高：我了解到設(shè)計實(shí)驗是開端，連接是關(guān)鍵，測試是必須，既鞏固了課堂上的理論知識，又掌握了常用的集成電路的芯片的使用。在此基礎(chǔ)上學(xué)習(xí)了數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計的基本思想和方法，學(xué)會了科學(xué)的分析實(shí)際問題，通過查資料，分析資料及請教老師和同學(xué)多種途徑，獨(dú)立解決問題，同時，也培養(yǎng)了我嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度。</p><p><b>　　五、元器件明細(xì)表</b></p><p><

36、;b>　　電路器件清單：</b></p><p><b>　　六、參考文獻(xiàn)</b></p><p>　?、俑呓ㄐ隆⒗咨賱?電子技術(shù)實(shí)驗與實(shí)訓(xùn)?機(jī)械工業(yè)出版社?2006年8月（第076546號）</p><p>　?、陂愂?數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)?高等教育出版社?2006年5月（第043267號）</p><p&g

37、t;　?、蹖O麗霞 殷俠?實(shí)用電子電路設(shè)計與調(diào)試?中國電力出版社?2011年6月（第060070號） </p><p>　?、茳S科 艾瓊龍 李磊?數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計案例實(shí)踐?清華大學(xué)出版社?2010年1月（第197527號）</p><p>　?、葜煊澜?楊開明 唐林?電子技術(shù)實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)?清華大學(xué)出版社?2005年11月（第113105號）</p><p>　?、蘩盍徇h(yuǎn) 范