數(shù)字電子鐘設(shè)計(jì)報(bào)告1

1、數(shù)字電子鐘設(shè)計(jì)報(bào)告畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告系 別：應(yīng)用電子技術(shù)專業(yè)班級(jí)：應(yīng)用電子技術(shù)1547班學(xué)生姓名：至逋指導(dǎo)教師：王昆畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)間：2015年03月15日2015年05月15日畢業(yè)設(shè)計(jì)地點(diǎn)：中興通訊股份有限公司目錄1 .課程設(shè)計(jì)目的32 .課程設(shè)計(jì)題目描述和要求33 .課程設(shè)計(jì)報(bào)告內(nèi)容 33.1 實(shí)驗(yàn)名稱 33.2 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?33.3 實(shí)驗(yàn)器材及主要器件33.4 數(shù)字電子鐘基本原理43.5 數(shù)字電子鐘單元電路設(shè)計(jì)、參數(shù)計(jì)算和器件選擇 43.6 數(shù)字電子鐘電路圖 123.7 數(shù)字電子鐘的組裝與調(diào)試 134總結(jié)13參考文獻(xiàn)1531 .課程設(shè)計(jì)目的(1)掌握組合邏輯電路、時(shí)序邏輯電路及數(shù)字邏輯電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)、

2、安裝、測(cè)試 方法；(2)進(jìn)一步鞏固所學(xué)的理論知識(shí)，提高運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析和解決實(shí)際問題的能 力；(3)提高電路布局、布線及檢查和排除故障的能力；(4)培養(yǎng)書寫綜合實(shí)驗(yàn)報(bào)告的能力。2 .課程設(shè)計(jì)題目描述和要求(1)設(shè)計(jì)一個(gè)有“時(shí)”、“分”、“秒”(12小時(shí)59分59秒)顯示，且有校時(shí)功 能的電子鐘；(2)用中小規(guī)模集成電路組成電子鐘，并在實(shí)驗(yàn)箱上進(jìn)行組裝、調(diào)試；(3)畫出框圖和邏輯電路圖，寫出設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)總結(jié)報(bào)告；(4)整點(diǎn)報(bào)時(shí)：在59分51秒、53秒、55秒、57秒輸出500Hz音頻信號(hào)，在 59分59秒時(shí)輸出1000Hz信號(hào)，音頻持續(xù)1s,且前四聲低，最后一聲高，在1000Hz 熒屏結(jié)束時(shí)刻為整

3、點(diǎn)。(5)鬧鐘系統(tǒng)：在7點(diǎn)59分00秒鬧鐘模塊輸出高電平，音頻持續(xù)1分鐘。3 .課程設(shè)計(jì)報(bào)告內(nèi)容3.1 實(shí)驗(yàn)名稱數(shù)字電子鐘3.2 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)掌握數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)、組裝與調(diào)試方法;(2)熟悉集成電路的使用方法。3.3 實(shí)驗(yàn)器材及主要器件（5） 74LS04 （3 片）（6） 74LS74 （1 片） 74LS2O（2 片）（8） 74LS92 （2 片）（9） 555集成芯片(1片)(10)共陰七段顯示器(6片)(11)電阻、電容(若干)(11)導(dǎo)線(若干)（1） 4511 （ 6 片）（2） 74LS90 （5 片）（3） 74LS191 （1 片）（4） 74LS00 （5 片）數(shù)字電子

4、鐘設(shè)計(jì)報(bào)告3.4 數(shù)字電子鐘基本原理數(shù)字電子鐘的邏輯框圖如圖3-4所示。它由555集成芯片構(gòu)成的振蕩電路、分頻 器、計(jì)數(shù)器、顯示器和校時(shí)電路組成。555集成芯片構(gòu)成的振蕩電路產(chǎn)生的信號(hào)經(jīng)過 分頻器作為秒脈沖，秒脈沖送入計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)結(jié)果通過“時(shí)”、“分”、“秒”譯碼器顯 示時(shí)間。£m動(dòng)部分 計(jì)繳部分 . I 卜 IT Lip IT 1I LB II I I" Jt tlIf' - ，校河電路篁點(diǎn)報(bào)時(shí)電路計(jì)分頻:器晶體振篇器圖3-43.5數(shù)字電子鐘單元電路設(shè)計(jì)、參數(shù)計(jì)算和器件選擇1 .振蕩器晶體振蕩器的作用是產(chǎn)生時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。數(shù)字鐘的精度，主要取決與信號(hào)的頻 率及其穩(wěn)定

5、度。因此，一般采用石英晶體振蕩器經(jīng)過分頻得到這一信號(hào)。一般來(lái)說,振蕩器的頻率越高，計(jì)時(shí)精度越高，但耗電量將增大。如果精度要求不高也可以采用 由集成電路定時(shí)器555與RC組成的多諧振蕩器。如圖3-4-1所示。設(shè)振蕩頻率f=1KHz, RP為可調(diào)電阻，微調(diào)RP可以調(diào)出1KHz輸出。172 .分頻器因?yàn)檎袷幤鳟a(chǎn)生的頻率很高，為了得到1Hz秒脈沖，則需要對(duì)振蕩器的輸出信號(hào) 進(jìn)行分頻。本實(shí)驗(yàn)由集成電路定時(shí)器555與RC組成的多諧振蕩器，產(chǎn)生1KHz的脈沖 信號(hào)。故用3片中規(guī)模集成電路計(jì)數(shù)器74LS90,將74LS90接成10進(jìn)制計(jì)數(shù)器，這 樣每過一級(jí)，頻率會(huì)變?yōu)樵瓉?lái)的1/10,經(jīng)過3次分頻，得到1Hz的

6、秒脈沖信號(hào)。如 圖3-4-2所示。3 .計(jì)數(shù)器秒脈沖信號(hào)經(jīng)過6級(jí)計(jì)數(shù)器，分別得到“秒”個(gè)位、十位、“分”個(gè)位、十位以 及“時(shí)”個(gè)位、十位的計(jì)時(shí)?！懊搿?“分”計(jì)數(shù)器為六十進(jìn)制，小時(shí)為十二進(jìn)制。(1)六十進(jìn)制計(jì)數(shù)由分頻器來(lái)的秒脈沖信號(hào)，首先送到“秒”計(jì)數(shù)器進(jìn)行累加計(jì)數(shù)，秒計(jì)數(shù)器應(yīng)完 成一分鐘之內(nèi)秒數(shù)目的累加，并達(dá)到60秒時(shí)產(chǎn)生一個(gè)進(jìn)位信號(hào)，所以，選用一片74LS90和一片74LS92組成六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，采用反饋歸零的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)六十進(jìn)制計(jì) 數(shù)。其中，“秒”十位是六進(jìn)制，“秒”個(gè)位是十進(jìn)制。如圖3-4-3-1所示。14511 (1) j A工 A i A.Qi Qj Qi Qb74LS92(t)6

7、2 1774LS90(4)(2)十二四進(jìn)制計(jì)數(shù)“12翻1”小時(shí)計(jì)數(shù)器是按照“ 01 0203 111201 02”規(guī)律計(jì)數(shù)的，這與日常生活中的計(jì)時(shí)規(guī)律相同。在此實(shí)驗(yàn)中，小時(shí) 的個(gè)位計(jì)數(shù)器由4位二進(jìn)制同步可逆計(jì)數(shù)器74LS191構(gòu)成，十位計(jì)數(shù)器由D觸發(fā)器 74LS74構(gòu)成，將它們級(jí)連組成“ 12翻1”小時(shí)計(jì)數(shù)器。計(jì)數(shù)器的狀態(tài)要發(fā)生兩次跳躍：一是計(jì)數(shù)器計(jì)到9,即個(gè)位計(jì)數(shù)器的狀態(tài)為Q03Q02Q01Q00=1001ft下一脈沖作用下計(jì)數(shù)器進(jìn)入暫態(tài) 1010,利用暫態(tài)的兩個(gè)1即 Q03Q0攸個(gè)位異步置0,同時(shí)向十位計(jì)數(shù)器進(jìn)位使 Q10=1;二是計(jì)數(shù)器計(jì)到12后， 在第13個(gè)脈沖作用下個(gè)位計(jì)數(shù)器的狀態(tài)應(yīng)

8、為Q03Q02Q01Q00=0001十位計(jì)數(shù)器的Q10=Q第二次跳躍的十位清0和個(gè)位置1信號(hào)可由暫態(tài)為1的輸出端Q1Q Q01, Q00 來(lái)產(chǎn)生。4 .譯碼器譯碼電路的功能是將“秒”、“分”、“時(shí)”計(jì)數(shù)器的輸出代碼進(jìn)行翻譯，變 成相應(yīng)的數(shù)字。計(jì)數(shù)器采用的碼制不同，譯碼電路也不同。4511譯碼器是將鎖存、譯碼、驅(qū)動(dòng)功能集于一身的七段譯碼驅(qū)動(dòng)器。譯碼器將BCM轉(zhuǎn)換成7段碼，再經(jīng)過 電流反相器，驅(qū)動(dòng)共陰極LED®碼管。5 .顯示器顯示器是將數(shù)字電子鐘的計(jì)時(shí)狀態(tài)直觀清晰的反映出來(lái)，被人們的視覺器官所接受的元件。本系統(tǒng)用七段發(fā)光二極管來(lái)顯示譯碼器輸出的數(shù)字，在譯碼顯示電路輸出信號(hào)的驅(qū)動(dòng)下，顯示

9、出清晰、直觀的數(shù)字符號(hào)。要注意的是顯示器有兩種：共陽(yáng)極顯 示器或共陰極顯示器。4511譯碼器對(duì)應(yīng)的顯示器是共陰極顯示器。6 .校時(shí)電路實(shí)際的數(shù)字電子鐘由于秒信號(hào)的精確性和穩(wěn)定性不可能做到絕對(duì)準(zhǔn)確無(wú)誤，加上電路中的其它原因，數(shù)字電子鐘總會(huì)產(chǎn)生走勢(shì)誤差的現(xiàn)象， 此時(shí)就需要校正時(shí)間。校 時(shí)電路實(shí)現(xiàn)對(duì)“時(shí)” “分”“秒”的校準(zhǔn)。在電路中設(shè)有正常計(jì)時(shí)和校對(duì)位置。本實(shí)驗(yàn) 實(shí)現(xiàn)“時(shí)”“分”的校對(duì)。對(duì)校時(shí)的要求是，在小時(shí)校正時(shí)不影響分和秒的正常計(jì)數(shù)； 在分校正時(shí)不影響秒和小時(shí)的正常計(jì)數(shù)。 需要注意的時(shí)，校時(shí)電路是由與非門構(gòu)成的 組合邏輯電路，開關(guān)S1或S2為“0”或“1”時(shí)，可能會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)，為防止這一情況 的

10、發(fā)生我們接入一個(gè)由RS觸發(fā)器組成的防抖動(dòng)電路來(lái)控制。圖3-5-6-1校時(shí)開關(guān)的功能表S1S2功能11計(jì)數(shù)01校分10校時(shí)至?xí)r個(gè)位計(jì)敷器至分個(gè)位計(jì)數(shù)圖3-5-6-2校時(shí)電路7 .整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路的功能是要求每當(dāng)數(shù)字鐘計(jì)時(shí)到整點(diǎn)（或快到整點(diǎn)）時(shí)發(fā)出音響， 通常按照四聲低音一聲高音的順序發(fā)出間斷聲響，以最后一聲高音結(jié)束的時(shí)刻為整點(diǎn)時(shí)亥黑 設(shè)四聲低音（約750Hz）分別發(fā)生在59分51秒、53秒、55秒、57秒，最后 一聲高音（約1KHz發(fā)生在59秒，它們的持續(xù)時(shí)間為1s。由此可見，報(bào)時(shí)時(shí)分和秒 個(gè)位計(jì)數(shù)器的狀態(tài)是不變的為 59分，秒十位計(jì)數(shù)器的狀態(tài)為：（QdQcQbQads2=0101 亦不

11、變，只有秒個(gè)位計(jì)數(shù)器Qds1的狀態(tài)可用來(lái)控制1KHz和500Hz的音頻。表3-5-7-1 列出了秒計(jì)數(shù)器的狀態(tài)：秒個(gè)位計(jì)數(shù)器的時(shí)態(tài)CP（秒）Q3S1Q2S1Q1S1Q0S1功能500000510001鳴低音520010停530011鳴低音540000停550101鳴低音560110停570111鳴低音581000停591001鳴高音000000停表 3-5-7-1由表可得：當(dāng)q3S1= "0”時(shí)為750Hz輸入音響;當(dāng)Q3S1= "1”時(shí)1KHz輸入音響。由此可設(shè)計(jì)如下電路圖3-5-7-2 :分十位分個(gè)位QlQ,Q。一飛秒十位Lq秒個(gè)位Qft-1kHz 也秒個(gè)位Q T I

12、F電750Hz圖 3-5-7-2音響懸整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路只有當(dāng)分十位的Q2M20M2=11，分個(gè)位的Q3MQ)MV1,秒十位的02s&S2=11,秒個(gè)位 的q)s1=i時(shí)音響電路才能工作8 .鬧鐘系統(tǒng)有時(shí)需要數(shù)字鐘在規(guī)定的時(shí)刻發(fā)出信號(hào)并驅(qū)動(dòng)音響電路進(jìn)行 “鬧時(shí)”，這就要求時(shí) 間準(zhǔn)確，即信號(hào)的開始時(shí)刻與持續(xù)時(shí)間必須滿足規(guī)定的要求。如要求上午 7時(shí)59分 發(fā)出鬧時(shí)信號(hào)，持續(xù)時(shí)間為1分鐘。因?yàn)?時(shí)59分對(duì)應(yīng)數(shù)字鐘的時(shí)個(gè)位計(jì)數(shù)器的狀 態(tài)為(03。010)巾=0111,分十位計(jì)數(shù)器的狀態(tài)為(Q3C2Q1Q0)M2=0101,分個(gè)位計(jì)數(shù)器 的狀態(tài)為(Q3&Q1Q0)M1=1001。若將上述計(jì)數(shù)器

13、輸出為“ 1”的所有輸出端經(jīng)過與門電(Q3Q0)m1 M路去控制音響電路，可以使音響電路正好在7點(diǎn)59分響，持續(xù)1分鐘后(即8點(diǎn)時(shí)) 停響。所以鬧時(shí)控制信號(hào)Z的表達(dá)式為：Z (Q2QiQo)hi (Q2Qo)M2式中，M為上午的信號(hào)輸出，要求 M=1如果用與非門實(shí)現(xiàn)上式所表示的邏輯功能，則可以將 Z進(jìn)行布爾代數(shù)變換，即Z(Q2Q1Q0)h1 M(Q2Q0)M2 (Q3Q0)M1+5V74LS20 74LS03+ 5VRl3.3k1kHz22& I& i 1k50T 3DG13074LS001k3音響電路3.6數(shù)字電子鐘電路圖黏36 25iq收4511口 ( B A IQi Qi

14、 Qi Qd 口，口74LS191LD 口4 川 / G 0 P14511D C I AQj Qi Qi Qa74LS9O0)E127id q汴電g嗎r5I4142里+5V&4分十位 選位膿沖出力時(shí)脈沖Qj Q; Qi Qo ?4LS92(t)Qj Qi Qi Qo 74LS 唧)杪十位 進(jìn)位冰沖4 Q, _ 741590(3)Qi Qi Qi Qu74LS90(4)i oka71kHz500HzQ. Q> 7心W0)4674LW)3.7數(shù)字電子鐘的組裝與調(diào)試由圖3-4所示的數(shù)字中系統(tǒng)組成框圖按照信號(hào)的流向分級(jí)安裝， 逐級(jí)級(jí)聯(lián)。嚴(yán)格 注意按圖連接引腳，注意走線整齊，布局合理，器件

15、的懸空端，泊 0端，置1端要正 確處理。插拔集成芯片時(shí)要用力均勻，避免芯片管腳在插拔的過程中變彎，折斷。調(diào)試過程：1.用示波器檢測(cè)多諧振蕩器輸出信號(hào)波形和頻率，輸出頻率應(yīng)為1Hz。2 .將1Hz信號(hào)送入分頻器，用示波器檢查各級(jí)分頻器的輸出是否符合要求。3 .將1Hz秒脈沖分別送入時(shí)分秒計(jì)數(shù)器，檢查各級(jí)計(jì)數(shù)器的工作情況。4 .觀察校時(shí)電路的功能是否滿足要求。5.當(dāng)分頻器和計(jì)數(shù)器調(diào)試正常后，觀察電子鐘是否準(zhǔn)確、正常地工作。4.總結(jié)通過這次對(duì)數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)與制作， 讓我們了解了設(shè)計(jì)電路的程序，也讓我們 了解了關(guān)于數(shù)字電子鐘的原理與設(shè)計(jì)理念。我有如下感受：1 .更進(jìn)一步地熟悉了芯片的結(jié)構(gòu)及掌握了各芯

16、片的工作原理和其具體的使用方 法；2 .掌握了十進(jìn)制，十二進(jìn)制，二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)方法 ；3 .掌握了數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)思路和方法步驟，但是獨(dú)立分析設(shè)計(jì)的能力不強(qiáng)，這 次課程設(shè)計(jì)主要是在老師的指導(dǎo)合同組成員的努力下成功的，但是自己的分析和解決能力不強(qiáng)，以后還要繼續(xù)努力，加強(qiáng)訓(xùn)練；要設(shè)計(jì)一個(gè)電路首先要畫好電路圖， 才可以順利的連接。但是最后的成品卻并不 一定與想象的完全一樣，因?yàn)樵趯?shí)際接線中有著各種各樣的條件制約著， 所以要合理 布局，這樣連出來(lái)的電路才會(huì)比較美觀，通過這次學(xué)習(xí)讓我了解了只有自己動(dòng)手才實(shí) 際操作會(huì)有深刻理解。在這次試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了一個(gè)問題，那就是電路的連接一定要細(xì)心， 耐心。這兩點(diǎn)是很重要的。在連接電路時(shí)一定要靜下心來(lái)仔細(xì)連，在調(diào)試過程中，任 何小問題都可能導(dǎo)致錯(cuò)誤，所以我們必須一點(diǎn)一點(diǎn)細(xì)心檢查，這就需要我們有足夠的 耐心，生活中也是如此。通過這次課程設(shè)計(jì)，我的動(dòng)手能力也得到了加強(qiáng)。自己覺得這次課程設(shè)計(jì)十分的有意義。我們?cè)谡n堂上掌握的僅僅是專業(yè)基礎(chǔ)課的 理論面而只有通過類似的課程才能將理論與現(xiàn)實(shí)結(jié)合起來(lái)，加深我們對(duì)理論的而理解，而且能使我們更靈活的在實(shí)際中運(yùn)用它。這門課程為我們提供了良好的實(shí)踐平臺(tái)。 在做本次實(shí)驗(yàn)中，我查閱了很多書籍，也給了我很大收獲，發(fā)現(xiàn)在學(xué)習(xí)過程中帶著問 題去學(xué)習(xí)的效率很高