數(shù)電課程設(shè)計(jì)

1、數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)題目一、數(shù)字電子鐘1設(shè)計(jì)目的（ 1）培養(yǎng)數(shù)字電路的設(shè)計(jì)能力。（ 2）掌握數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)、組裝和調(diào)試方法。2設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求（ 1）設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字電子鐘電路。要求：按24 小時(shí)制直接顯示“時(shí)”、“分”、“秒”。當(dāng)電路發(fā)生走時(shí)誤差時(shí)具有校時(shí)功能。具有整點(diǎn)報(bào)時(shí)功能，報(bào)時(shí)音響為4低 1高，即在59 分 51 秒、 53秒、55 秒、57 秒輸出信號(hào)，在 59 分 59 秒時(shí)輸出1000 Hz 信號(hào)，音響持續(xù)時(shí)間為1 秒，最后一響結(jié)束時(shí)刻正好為整點(diǎn)。500Hz（ 2）用中小規(guī)模集成電路組成電子鐘，并在實(shí)驗(yàn)儀上進(jìn)行組裝、調(diào)試。（ 3）畫(huà)出各單元電路圖、整機(jī)邏輯框圖和邏輯電路圖，寫(xiě)出設(shè)計(jì)、

2、實(shí)驗(yàn)總結(jié)報(bào)告。（ 4）選作部分：鬧鐘系統(tǒng)。日歷系統(tǒng)。3數(shù)字電子鐘基本原理及設(shè)計(jì)方法數(shù)字電子鐘的邏輯框圖如圖14-1-1 所示。它由振蕩器、分頻器、計(jì)數(shù)器、譯碼器、顯示器、校時(shí)電路和整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路組成。振蕩器產(chǎn)生的脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)分頻器作為秒脈沖，秒脈沖送入計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)結(jié)果通過(guò)“時(shí)”、“分”、“秒”譯碼器顯示時(shí)間。有的數(shù)字電子鐘還加有定時(shí)響鈴、日歷顯示等其它功能，需增加相應(yīng)的輔助電路。時(shí)顯示器分顯示器秒顯示器時(shí)譯碼器分譯碼器秒譯碼器整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路時(shí)計(jì)數(shù)器分計(jì)數(shù)器秒計(jì)數(shù)器校時(shí)電路分頻器振蕩器圖 14-1-1數(shù)字電子鐘的基本邏輯框圖（ 1）振蕩分頻電路振蕩器是數(shù)字電子鐘內(nèi)部用來(lái)產(chǎn)生時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)“秒”信號(hào)的電

3、路。構(gòu)成振蕩器的電路很多，圖14-1-2（ a）是 RC 環(huán)形多諧振蕩器，其振蕩周期T 2.2RC。作為時(shí)鐘，最主要的是走時(shí)準(zhǔn)確，這就要求振蕩器的頻率穩(wěn)定。要得到頻率穩(wěn)定的信號(hào)，需要采用石英晶體振蕩器。石英晶體振蕩器電路如圖14-1-2 （ b）所示，這種電路的振蕩頻率只取決于石英晶體本身的固有頻率。RR1C2R2111C1uO&&uOC（ a）（b）圖 14-1-2振蕩器（ a） RC環(huán)形多諧振蕩器（b）石英晶體多諧振蕩器由于石英晶體振蕩器產(chǎn)生的頻率很高，要得到秒信號(hào)，需采用分頻電路。例如，振蕩器輸出4MHz 信號(hào)，先經(jīng)過(guò)4 分頻變成1 MHz ，再經(jīng)過(guò)6 次 10 分頻計(jì)數(shù)

4、器，便可得到1Hz 的方波信號(hào)作為秒脈沖。（ 2）計(jì)數(shù)器把秒脈沖信號(hào)送入秒計(jì)數(shù)器個(gè)位的CP 輸入端，經(jīng)過(guò)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)?！懊搿薄ⅰ胺帧庇?jì)數(shù)器為60 進(jìn)制，“時(shí)”計(jì)數(shù)器為 24 進(jìn)制。24 進(jìn)制計(jì)數(shù)器如圖14-1-3所示。當(dāng)“時(shí)”個(gè)位計(jì)數(shù)器輸入端CP 來(lái)到第10 個(gè)觸發(fā)脈沖時(shí)，該計(jì)數(shù)器歸零，進(jìn)位端 QD5向“時(shí)”十位計(jì)數(shù)器輸出進(jìn)位信號(hào)。當(dāng)?shù)?4 個(gè)“時(shí)”脈沖（來(lái)自“分”計(jì)數(shù)器輸出的進(jìn)位信號(hào)）到來(lái)時(shí)，十位計(jì)數(shù)器的狀態(tài)為0010，個(gè)位計(jì)數(shù)器的狀態(tài)位0100，此時(shí)“時(shí)”十位計(jì)數(shù)器的 QB6 和“時(shí)”個(gè)位計(jì)數(shù)器的QC5 輸出為1。兩者

5、相與后送到兩計(jì)數(shù)器的清零端R0A 和 R0B，通過(guò) 74LS90 內(nèi)部的 R0A 和 R0B 與非后清零，完成24 進(jìn)制計(jì)數(shù)。同理可構(gòu)成60 進(jìn)制計(jì)數(shù)器。QA5 QB5 QC5 QD5QA6 QB6 QC6 QD61&CP174LS90( 個(gè)位 )CP174LS90( 十位 )CPSSR R0BCP0S9A S9B R0A R0B來(lái)自分計(jì)數(shù)器 CP09A9B0A的進(jìn)位信號(hào)圖 14-1-3 24進(jìn)制計(jì)數(shù)器（ 3）譯碼顯示電路譯碼驅(qū)動(dòng)器采用8421 BCD 碼七段譯碼驅(qū)動(dòng)器74LS48 ，顯示器采用共陰極數(shù)七段數(shù)碼顯示器，有關(guān) 74LS48 和七段顯示器的使用方法前面已經(jīng)作了介紹，這里不再

6、贅述。（ 4）校時(shí)電路當(dāng)數(shù)字電子鐘出現(xiàn)走時(shí)誤差時(shí)，需要對(duì)時(shí)間進(jìn)行校準(zhǔn)。實(shí)現(xiàn)校時(shí)電路的方法很多，如圖14-1-4 所示電路即可作為時(shí)計(jì)數(shù)器或分計(jì)數(shù)器的校時(shí)電路。1 Hz 信號(hào)&&A VCCKRQ&BRQ至分計(jì)數(shù)器的 CP端&&來(lái)自秒計(jì)數(shù)器的進(jìn)位信號(hào)圖 14-1-4校時(shí)電路現(xiàn)設(shè)用該電路作為分計(jì)數(shù)器的校時(shí)電路，圖中采用RS 觸發(fā)器作為無(wú)抖動(dòng)開(kāi)關(guān)。通過(guò)開(kāi)關(guān)K 的接入位置，可以選擇是將“ 1 Hz 信號(hào)”還是將“來(lái)自秒計(jì)數(shù)器的進(jìn)位信號(hào)”送至分計(jì)數(shù)器的CP 端。當(dāng)開(kāi)關(guān) K 置于 B 端時(shí)， RS 觸發(fā)器的輸出 Q 1、 Q0 ，“來(lái)自秒計(jì)數(shù)器的進(jìn)位信號(hào)”被送至分計(jì)數(shù)

7、器的 CP 端，分計(jì)數(shù)器正常工作；需要校正分計(jì)數(shù)器時(shí)，將開(kāi)關(guān)K 置于 A 端，這時(shí) RS觸發(fā)器的輸出Q 0 、 Q 1，“ 1 Hz 信號(hào)”被送至分計(jì)數(shù)器的CP 端，分計(jì)數(shù)器在“ 1Hz 信號(hào)”的作用下快速計(jì)數(shù)，直至正確的時(shí)間，再將開(kāi)關(guān)K 置于 B 端，達(dá)到了校準(zhǔn)時(shí)間的目的。（ 5）整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)題目電路的設(shè)計(jì)要求在差 10 s 為整點(diǎn)時(shí)開(kāi)始每隔 1 s 鳴叫一次，每次持續(xù)時(shí)間為1 s，共鳴叫5 次，前4 次為低音 500 Hz，最后一次為高音 1 kHz。因?yàn)榉钟?jì)數(shù)器和秒計(jì)數(shù)器從59分 51 秒計(jì)數(shù)到59分59秒的過(guò)程中，只有秒個(gè)位計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，分十位、分個(gè)位、秒十位計(jì)數(shù)器的

8、狀態(tài)不變，分別為QD4QC4QB4QA4 0101， QD3QC3QB3QA3 1001， QD2QC2QB2QA2 0101，所以 QC4QA4QD3QA3 QC2 QA2 1 不變。設(shè) Y1 QC4QA4QD3QA3 QC2QA2，又因?yàn)樵?51、 53、55、 57 秒時(shí) QA1 1， QD1 0，輸出 500Hz 信號(hào) f2； 59 秒時(shí) QA1 1， QD1 1，輸出 1kHz 信號(hào) f1，由此可寫(xiě)出整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路的邏輯表達(dá)式為：Y2Y1QA 1QD1f1Y1QA 1QD1f 2用與非門(mén)實(shí)現(xiàn)，則整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路如圖14-1-5 所示。圖中音響電路采用射極輸出器，推動(dòng)8 的喇叭。三極管基極串

9、接1 k 限流電阻，是為了防止電流過(guò)大損壞喇叭，在集電極也串接51 限流電阻。三極管選用高頻小功率管即可。4組裝和調(diào)試要點(diǎn)在實(shí)驗(yàn)箱上組裝電子鐘，組裝時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按圖連接引腳，注意走線整齊，布局合理，器件的懸空端、清 0 端、置 1 端要正確處理。調(diào)試步驟和方法如下：（ 1）用數(shù)字頻率計(jì)測(cè)量晶體振蕩器輸出頻率，用示波器觀察波形。晶體振蕩器輸出頻率應(yīng)為4MHz ，同時(shí)波形為矩形波。（ 2）將頻率為 4 MHz 的信號(hào)送入分頻器各輸入端，并用示波器檢查各級(jí)分頻器的輸出頻率是否符合設(shè)計(jì)要求。（ 3）將 1 s 信號(hào)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。若不正常，則可依次檢查顯示器

10、、譯碼驅(qū)動(dòng)器、計(jì)數(shù)器及計(jì)數(shù)器的反饋歸零電路。（ 4）觀察校時(shí)電路的功能是否滿足校時(shí)要求。（ 5）將時(shí)間調(diào)整到 59 分 50 秒，觀察報(bào)時(shí)電路能否準(zhǔn)確報(bào)時(shí)。（ 6）整機(jī)聯(lián)調(diào)，使數(shù)字電子鐘正常工作。Y1Y2V CC11&511kT&&&&QC418QA4QA1QD3QC2QD1QA3QA2f 1(1kHz)f 2(500Hz)圖 14-1-5整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路5供參考選擇的元器件（ 1）集成電路： 74LS90 12 片， 74LS48 6 片， 74LS00 6 片， 74LS20 2 片。（ 2）電阻： 1 k 3 個(gè)， 10 k 4 個(gè)， 51 1 個(gè)。（

11、 3）電容： 0.01 F 2 個(gè)。（ 4）三極管： 3DG12 1 個(gè)。（ 5）其它：共陰極顯示器 6 個(gè)， 4 MHz 石英晶振 1 片， 8 揚(yáng)聲器 1 個(gè)。二、 交通信號(hào)燈1設(shè)計(jì)目的（ 1）培養(yǎng)數(shù)字電路的設(shè)計(jì)能力。（ 2）掌握交通信號(hào)燈控制電路的設(shè)計(jì)、組裝和調(diào)試方法。2設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求（ 1）設(shè)計(jì)一個(gè)交通信號(hào)燈控制電路。要求：主干道和支干道交替放行，主干道每次放行30 s，支干道每次放行20 s。每次綠燈變紅燈時(shí)，黃燈先亮5 s 鐘，此時(shí)原紅燈不變。用十進(jìn)制數(shù)字顯示放行及等待時(shí)間。（ 2）用中、小規(guī)模集成電路組成交通信號(hào)燈電路，并在實(shí)驗(yàn)儀上進(jìn)行組裝、調(diào)試。（ 3）畫(huà)出各單元電路圖、整機(jī)邏

12、輯框圖和邏輯電路圖，寫(xiě)出設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)總結(jié)報(bào)告。（ 4）選作部分：采用倒計(jì)時(shí)的方式顯示放行及等待時(shí)間。3交通信號(hào)燈基本原理及設(shè)計(jì)方法十字路口的紅綠燈指揮著行人和各種車輛的安全通行。有一個(gè)主干道和一個(gè)支干道的十字路口如圖 14-2-1 所示。每邊都設(shè)置了紅、綠、黃色信號(hào)燈。紅燈亮表示禁止通行，綠燈亮表示可以通行，在綠燈變紅燈時(shí)先要求黃燈亮幾秒鐘，以便讓停車線以外的車輛停止運(yùn)行。因?yàn)橹鞲傻郎系能囕v多，所以主干道放行的時(shí)間要長(zhǎng)。要實(shí)現(xiàn)上述交通信號(hào)燈的自動(dòng)控制，則要求控制電路由時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器、計(jì)數(shù)器、主控制器、信號(hào)燈譯碼驅(qū)動(dòng)電路和數(shù)字顯示譯碼驅(qū)動(dòng)電路幾部分組成，整機(jī)電路的原理框圖如圖14-2-2 所示。顯

13、示器綠黃紅主干道主譯碼器信號(hào)燈信號(hào)燈干紅主控譯碼驅(qū)黃計(jì)數(shù)器制器道綠動(dòng)電路支干道支干道時(shí)鐘信號(hào)信號(hào)燈發(fā)生器圖 14-2-1十字路口圖圖 14-2-2交通信號(hào)燈控制電路框圖（ 1）主控制器十字路口車輛運(yùn)行情況只有4 種可能：設(shè)開(kāi)始時(shí)主干道通行，支干道不通行，這種情況下主綠燈和支紅燈亮，持續(xù)時(shí)間為30 s。 30 s 后，主干道停車，支干道仍不通行，這種情況下主黃燈和支紅燈亮，持續(xù)時(shí)間為5 s。 5 s 后，主干道不通行，支干道通行，這種情況下主紅燈和支綠燈亮，持續(xù)時(shí)間為20 s。 20 s 后，主干道仍不通行，支干道停車，這種情況下主紅燈和支黃燈亮，持續(xù)時(shí)間為 5 s。 5s后又回到第一種情況，如

14、此循環(huán)反復(fù)。因此，要求主控制器電路也有4 種狀態(tài)，設(shè)這4 種狀態(tài)依次為： S0、 S1、 S2、S3 。狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如圖 14-2-3 所示。數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)題目30 s 后X1 X0S0S1QD QC QB QA5 s 后5 s 后74LS90CP1S3S2R0A R0B S9A S9BCP0CP20 s 后圖14-2-3主控制器的狀態(tài)圖圖 14-2-4主控制器的邏輯圖設(shè) S0 00，S1 01， S2 10， S3 11。實(shí)現(xiàn)這4 個(gè)狀態(tài)的電路，可用兩個(gè)觸發(fā)器構(gòu)成，也可用一個(gè)二 -十進(jìn)制計(jì)數(shù)器或二進(jìn)制計(jì)數(shù)器構(gòu)成。如用二-十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS90 實(shí)現(xiàn)，采用反饋歸零法構(gòu)成4進(jìn)制計(jì)數(shù)器，即可

15、從輸出端QBQA得到所要求的4 個(gè)狀態(tài)。邏輯圖如圖14-2-4所示。為以后敘述方便，設(shè) X1 QB，X0 QA 。（ 2）計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器的作用有二：一是根據(jù)主干道和支干道車輛運(yùn)行時(shí)間以及黃燈切換時(shí)間的要求，進(jìn)行30s、 20 s、 5 s3 種方式的計(jì)數(shù)；二是向主控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)，主控制器根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)進(jìn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換。計(jì)數(shù)器除需要秒脈沖作時(shí)鐘信號(hào)外，還應(yīng)受主控制器的狀態(tài)控制。計(jì)數(shù)器的工作情況為：計(jì)數(shù)器在主控制器進(jìn)入狀態(tài)S0 時(shí)開(kāi)始30 s 計(jì)數(shù)； 30 s 后產(chǎn)生歸零脈沖，并向主控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)，使計(jì)數(shù)器歸零，主控制器進(jìn)入狀態(tài)S1，計(jì)數(shù)器開(kāi)始5 s計(jì)數(shù)； 5 s后又產(chǎn)生歸零脈沖，并向

16、主控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)，使計(jì)數(shù)器歸零，主控制器進(jìn)入狀態(tài)S2，計(jì)數(shù)器開(kāi)始20 s 計(jì)數(shù)； 20 s 后也產(chǎn)生歸零脈沖，并向主控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)，使計(jì)數(shù)器歸零，主控制器進(jìn)入狀態(tài)S3，計(jì)數(shù)器又開(kāi)始5 s計(jì)數(shù)； 5 s 后同樣產(chǎn)生歸零脈沖，并向主控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)，使計(jì)數(shù)器歸零，主控制器回到狀態(tài) S0，開(kāi)始新一輪循環(huán)。根據(jù)以上分析，設(shè)30 s、 20 s、5 s 計(jì)數(shù)的歸零信號(hào)分別為A、 B、 C，則計(jì)數(shù)器的歸零信號(hào)L 為：LA B C其中：A S0QB 2QA 2X1X 0QB2QA 2B S2QB2 X1X 0QB2CS1QB 2QA 2S3QB2QA 2X1 X 0QC1QA1X1 X

17、0QC1QA1X0 QC1QA 1考慮到主控制器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換為下降沿觸發(fā)，將L 取反后送到主控制器的CP 端作為主控制器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)。計(jì)數(shù)器的邏輯圖如圖14-2-5 所示。X0X1 X0X1 X0QA1QB2QA2QC1&&QD QC QB QAQD QC QB QA&CP174LS9074LS90 CP1CPCPR0A R0B S9A S9BR0AR0B S9A S9BCP0&0歸零信號(hào) L1至主控制器的CP 端圖 14-2-5計(jì)數(shù)器（ 3）控制信號(hào)燈的譯碼電路主控制器的4 種狀態(tài)分別要控制主、支干道紅、黃、綠燈的亮與滅。設(shè)燈亮為1，燈滅為0，則控制信號(hào)燈的譯

18、碼電路的真值表如表14-2-1 所示。表 14-2-1控制信號(hào)燈的譯碼電路的真值表主控制器狀態(tài)主干道支干道X1X0紅燈R 黃燈Y綠燈 G紅燈 r黃燈 y綠燈 gS000001100S101010100S210100001S311100010由真值表可分別寫(xiě)出各個(gè)燈的邏輯表達(dá)式：RS2S3X1X0X1 X0X 1YS1X1X0GS0X1X0r S0S1X1X0X1X0X 1yS3X1X0gS2X1X0譯碼電路的邏輯圖如圖 14-2-6所示。RYGryg1111111&&1&&11X1X0圖 14-2-6控制信號(hào)燈的譯碼電路4組裝和調(diào)試要點(diǎn)在實(shí)驗(yàn)箱上按各單元電路分別搭接主控制器、計(jì)數(shù)器、信號(hào)燈譯碼器、數(shù)字顯示譯碼器和秒脈沖信號(hào)發(fā)生器。然后按照以下步驟進(jìn)行調(diào)試：（ 1）秒脈沖信號(hào)發(fā)生器的調(diào)試，可按照數(shù)字電子鐘的方法逐級(jí)調(diào)試振蕩電路和分頻電路，使輸出頻率符合設(shè)計(jì)要求。（ 2）將秒脈沖信號(hào)送入主控制器的CP端，觀察主控制器的狀態(tài)是否按照0001 10 11 00, 的規(guī)律變化。（ 3）將秒脈沖信號(hào)送入計(jì)數(shù)器的CP端，接入主控制器的狀態(tài)信號(hào)X1 、 X0，并把主控制器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換信