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文檔簡介
1、<p><b> XXX大學</b></p><p><b> 數(shù)字鐘課程設計</b></p><p> 專 業(yè) 計算機科學與技術 </p><p> 班 級 非 師 范 類 </p><p> 姓 名
2、 * * * </p><p> 學 號 *********** </p><p> 指導教師 *** </p><p> 設計時間 2009年12月23日 </p><p><b> 目 錄</b><
3、/p><p> 目錄………………………………………………………………………….……….1</p><p> 1、設計目的………………………………………………………………….……...2</p><p> 2、設計方案………………………………………………………………….……...2</p><p> 3、設計原理及其框圖…………………………
4、…………………………………....2</p><p> 3.1數(shù)字鐘的構成…………………………………………………..……….….……2</p><p> 3.2數(shù)字鐘的工作原理……………………………………………………..…...……4</p><p> 3.3時間計數(shù)單元………………………………………………………………....…5</p><
5、;p> 3.4譯碼驅(qū)動及顯示單元………………………………………………………….….6</p><p> 3.5校時電源電路…………………………………………………………..………..6</p><p> 3.6整點報時電路…………………………………………………………………….7</p><p> 4、元器件………………………………………………………………
6、…………….7</p><p> 4.1實驗中所需的器材………………………………………………………………..7</p><p> 4.2芯片內(nèi)部結(jié)構圖及引腳圖…………………………………………………...…....8</p><p> 4.3面包板內(nèi)部結(jié)構圖………………………………………………………………10</p><p> 5、功能
7、塊電路圖…………………………………………………………………...10</p><p> 6、總結(jié)……………………………………………………………………………...18</p><p> 7、參考文獻………………………………………………………………………...19</p><p><b> 一、設計目的</b></p><
8、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。此次設計與制作數(shù)字電子鐘的目的是讓學生在了解數(shù)字鐘的原理的前提下,運用剛剛學過的數(shù)電知識設計并制作數(shù)字鐘,而且通過數(shù)字鐘的制作進一步了解各種在制作中用到的中小規(guī)模集成電路的作用及其使用方法。由于數(shù)字電子鐘包括組合邏輯電路和時序電路,通過它可以進一步學習與掌握各種組合邏輯電路與時序電路的原理與使用方法,從而實現(xiàn)理論與實踐相結(jié)合。 總的來說,此次課
9、程設計,有助于學生對電子線路知識的整合和電子線路設計能力的訓練,并為后繼課程的學習和畢業(yè)設計打下一定的基礎。</p><p><b> 二、設計方案</b></p><p> 1.設計指標時間以24小時為一個周期;顯示時、分、秒;有校時功能,可以分別對時及分進行單獨校時,使其校正到標準時間;計時過程具有報時功能,當時間到達整點前5秒進行蜂鳴報時;為了
10、保證計時的穩(wěn)定及準確須由晶體振蕩器提供表針時間基準信號。2.設計要求畫出電路原理圖(或仿真電路圖);元器件及參數(shù)選擇;電路仿真與調(diào)試;3.編寫設計報告寫出設計與制作的全過程,附上有關資料和圖紙,有心得體會。 </p><p> 三、設計原理及其框圖</p><p> 1.數(shù)字鐘的構成數(shù)字鐘是一個將“
11、 時”,“分”,“秒”顯示于人的視覺器官的計時裝置。它的計時周期為24小時,顯示滿刻度為23時59分59秒,另外應有校時功能和一些顯示星期、報時、停電查看時間等附加功能。因此,一個基本的數(shù)字鐘電路主要由譯碼顯示器、“時”,“分”,“秒”,“星期”計數(shù)器、校時電路、報時電路和振蕩器組成。數(shù)字鐘實際上是一個對標準頻率(1HZ)進行計數(shù)的計數(shù)電路。由于計數(shù)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1
12、HZ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(shù)字鐘。</p><p> 圖3-1所示為數(shù)字鐘的一般構成框圖</p><p> ?、啪w振蕩器電路 晶體振蕩器電路給數(shù)字鐘提供一個頻率穩(wěn)定準確的32768Hz的方波信號,可保證數(shù)字鐘的走時準確及穩(wěn)定。不管是指針式的電子鐘還是數(shù)字顯示的電子鐘都使用了晶體振蕩器電路。</p><p><b>
13、; ?、品诸l器電路</b></p><p> 分頻器電路將32768Hz的高頻方波信號經(jīng)32768()次分頻后得到1Hz的方波信號供秒計數(shù)器進行計數(shù)。分頻器實際上也就是計數(shù)器。</p><p> ?、菚r間計數(shù)器電路 時間計數(shù)電路由秒個位和秒十位計數(shù)器、分個位和分十位計數(shù)器及時個位和時十位計數(shù)器電路構成,其中秒個位和秒十位計數(shù)器、分個位和分十位計數(shù)器為60進制計數(shù)器,而根
14、據(jù)設計要求,時個位和時十位計數(shù)器為12進制計數(shù)器。</p><p> ?、茸g碼驅(qū)動電路 譯碼驅(qū)動電路將計數(shù)器輸出的8421BCD碼轉(zhuǎn)換為數(shù)碼管需要的邏輯狀態(tài),并且為保證數(shù)碼管正常工作提供足夠的工作電流。</p><p><b> ?、蓴?shù)碼管 </b></p><p> 數(shù)碼管通常有發(fā)光二極管(LED)數(shù)碼管和液晶(LCD)數(shù)碼管,本
15、設計提供的為LED數(shù)碼管。</p><p><b> 數(shù)字鐘的工作原理</b></p><p> ?。保┚w振蕩器電路晶體振蕩器是構成數(shù)字式時鐘的核心,它保證了時鐘的走時準確及穩(wěn)定。圖3-2所示電路通過CMOS非門構成的輸出為方波的數(shù)字式晶體振蕩電路,這個電路中,CMOS非門U1與晶體、電容和電阻構成晶體振蕩器電路,U2實現(xiàn)整形功能,將振蕩器輸出的近似于正
16、弦波的波形轉(zhuǎn)換為較理想的方波。輸出反饋電 阻R1為非門提供偏置,使電路工作于放大區(qū)域,即非門的功能近似于一個高增益的反相放大器。電容C1、C2與晶體構成一個諧振型網(wǎng)絡,完成對振蕩頻率的控制功能,同時提供了一個180度相移,從而和非門構成一個正反饋網(wǎng)絡,實現(xiàn)了振蕩器的功能。由于晶體具有較高的頻率穩(wěn)定性及準確性,從而保證了輸出頻率的穩(wěn)定和準確。</p><p> 晶體XTAL的頻率選為32768HZ。該元件專為數(shù)
17、字鐘電路而設計,其頻率較低,有利于減少分頻器級數(shù)。</p><p> 從有關手冊中,可查得C1、C2均為30pF。當要求頻率準確度和穩(wěn)定度更高時,還可接入校正電容并采取溫度補償措施。</p><p> 由于CMOS電路的輸入阻抗極高,因此反饋電阻R1可選為10MΩ。較高的反饋電阻有利于提高振蕩頻率的穩(wěn)定性,非門電路可選74HC00。</p><p> 圖
18、3-2 COMS晶體振蕩器2)分頻器電路通常,數(shù)字鐘的晶體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行分頻。通常實現(xiàn)分頻器的電路是計數(shù)器電路,一般采用多級2進制計數(shù)器來實現(xiàn)。例如,將32768Hz的振蕩信號分頻為1HZ的分頻倍數(shù)為32768(215),即實現(xiàn)該分頻功能的計數(shù)器相當于15極2進制計數(shù)器。常用的2進制計數(shù)器有74HC393等。本實驗中采用CD4060來構成分頻電路。CD4060在
19、數(shù)字集成電路中可實現(xiàn)的分頻次數(shù)最高,而且CD4060還包含振蕩電路所需的非門,使用更為方便。CD4060計數(shù)為14級2進制計數(shù)器,可以將32768HZ的信號分頻為2HZ,其內(nèi)部框圖如圖3-3所示,從圖中可以看出,CD4060的時鐘輸入端兩個串接的非門,因此可以直接實現(xiàn)振蕩和分頻的功能。圖3-3 CD4046內(nèi)部框圖3)時間計數(shù)單元</p><p> 時間計數(shù)單元有時計數(shù)、分計數(shù)和秒計數(shù)等幾個部
20、分。時計數(shù)單元一般為12進制計數(shù)器計數(shù)器,其輸出為兩位8421BCD碼形式;分計數(shù)和秒計數(shù)單元為60進制計數(shù)器,其輸出也為8421BCD碼。一般采用10進制計數(shù)器74HC390來實現(xiàn)時間計數(shù)單元的計數(shù)功能。為減少器件使用數(shù)量,可選74HC390,其內(nèi)部邏輯框圖如圖?。?3所示。該器件為雙2—5-10異步計數(shù)器,并且每一計數(shù)器均提供一個異步清零端(高電平有效)。圖3-4 74HC390(1/2)內(nèi)部邏輯框圖秒個位計數(shù)單元為1
21、0進制計數(shù)器,無需進制轉(zhuǎn)換,只需將QA與CPB(下降沿有效)相連即可。CPA(下降沒效)與1HZ秒輸入信號相連,Q3可作為向上的進位信號與十位計數(shù)單元的CPA相連。秒十位計數(shù)單元為6進制計數(shù)器,需要進制轉(zhuǎn)換。將10進制計數(shù)器轉(zhuǎn)換為6進制計數(shù)器的電路連接方法如圖3-5所示,其中Q2可作為向上的進位信號與分個位的計數(shù)單元的CPA相連。圖3-5 10進制——6進制計數(shù)器轉(zhuǎn)換電路分個位和分十位計數(shù)單元電路結(jié)構分別與秒個位和秒十位計數(shù)單
22、元完全相同,只不過分個位計數(shù)單元的Q3作為向上的進位信號應與分十位計數(shù)單元的</p><p> 4)譯碼驅(qū)動及顯示單元計數(shù)器實現(xiàn)了對時間的累計以8421BCD碼形式輸出,選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,選用CD4511作為顯示譯碼電路,選用LED數(shù)碼管作為顯示單元電路。5)校時電源電路當重新接通電源或走時出現(xiàn)誤差時都需要對時間進行校正。通常,校正時間
23、的方法是:首先截斷正常的計數(shù)通路,然后再進行人工出觸發(fā)計數(shù)或?qū)㈩l率較高的方波信號加到需要校正的計數(shù)單元的輸入端,校正好后,再轉(zhuǎn)入正常計時狀態(tài)即可。根據(jù)要求,數(shù)字鐘應具有分校正和時校正功能,因此,應截斷分個位和時個位的直接計數(shù)通路,并采用正常計時信號與校正信號可以隨時切換的電路接入其中。圖3-7所示即為帶有基本RS觸發(fā)器的校時電路。</p><p> 圖3-7 帶有消抖動電路的校正電路6)整點報時電路
24、一般時鐘都應具備整點報時電路功能,即在時間出現(xiàn)整點前數(shù)秒內(nèi),數(shù)字鐘會自動報時,以示提醒。其作用方式是發(fā)出連續(xù)的或有節(jié)奏的音頻聲波,較復雜的也可以是實時語音提示。根據(jù)要求,電路應在整點前10秒鐘內(nèi)開始整點報時,即當時間在59分50秒到59分59秒期間時,報時電路報時控制信號。報時電路選74HC30,選蜂鳴器為電聲器件。</p><p> 元器件1.實驗中所需的器材,5V電源,面包板1塊,示波器,萬
25、用表,鑷子1把,剪刀1把,共陰八段數(shù)碼管6個,CD4511集成塊6塊,CD4060集成塊1塊,74HC390集成塊3塊,74HC51集成塊1塊,74HC00集成塊5塊,74HC30集成塊1塊,10MΩ電阻5個,500Ω電阻14個,30p電容2個, 32.768k時鐘晶體1個,蜂鳴器。</p><p> 2.芯片內(nèi)部結(jié)構圖及引腳圖</p><p> 圖4-1 7400 四2輸入與非
26、門 圖4-2 CD4511BCD七段譯碼/驅(qū)動器 圖4-3 CD4060BD 圖4-4 74HC390D 圖4-5 74HC51D 圖4-6 74HC303.面包板內(nèi)部結(jié)構圖&
27、lt;/p><p> 面包板右邊一列上五組豎的相通,下五組豎的相通,面包板的左邊上下分四組,每組中X、Y列(0-15相通,16-40相通,41-55相通,ABCDE相通,F(xiàn)GHIJ相通,E和F之間不相通。五、功能塊電路圖1. 一個CD4511和一個LED數(shù)碼管連接成一個CD4511驅(qū)動電路,數(shù)碼管可從0---9顯示,以次來檢查數(shù)碼管的好壞,見附圖5-1。圖5-1 4511驅(qū)動電路</p>
28、<p> 2. 利用一個LED數(shù)碼管,一塊CD4511,一塊74HC390,一塊74HC00連接成一個十進制計數(shù)器,電路在晶振的作用下數(shù)碼管從0—9顯示,見附圖5-2。圖5-2 74390十進制計數(shù)器</p><p> 3. 利用一個LED數(shù)碼管,一塊CD4511,一塊74HC390,一塊74HC00和一個晶振連接成一個六進制計數(shù)器,數(shù)碼管從0—6顯示,見附圖5-3。圖5-3 74390
29、六進制計數(shù)器</p><p> 4. 利用一個六進制電路和一個十進制連接成一個六十進制電路,電路可從0—59顯示,見附圖5-4。圖5-4 六十進制電路</p><p> 5. 利用兩個六十進制的電路合成一個雙六十進制電路,兩個六十進制之間有進位,見附圖5-5。 圖5-5 雙六十進制電路6. 利用CD4060、電阻及晶振連接成一個分頻——晶振電路,見附圖5-6。 圖5-6
30、 分頻—晶振電路7. 利用74HC51D和74HC00及電阻連接成一個校時電路,見附圖5-7。圖5-7 校時電路</p><p> 8.利用74HC30和蜂鳴器連接成整點報時電路。見附圖5-8。圖5-8 整點報時電路</p><p> 9. 利用兩個六十進制和一個十二進制連接成一個時、分、秒都會進位的電路總圖,見附圖5-9。圖5-9</p><
31、;p><b> 六、總結(jié)</b></p><p> 我們學習了數(shù)字電子電路和模擬電子電路,對電子技術有了一些初步了解,但那都是一些理論的東西。通過這次數(shù)字電子鐘的課程設計,我們才把學到的東西與實踐相結(jié)合。從中對我們學的知識有了更進一步的理解。</p><p> 在此次的數(shù)字鐘設計過程中,更進一步地熟悉了芯片的結(jié)構及掌握了各芯片的工作原理和其具體的使用方法。
32、也鍛煉了自己獨立思考問題的能力和通過查看相關資料來解決問題的習慣。雖然這只是一次簡單的課程設計,但通過這次課程設計我們了解了課程設計的一般步驟,和設計中應注意的問題。設計本身并不是有很重要的意義,而是同學們對待問題時的態(tài)度和處理事情的能力。至于設計的成績無須看的太過于重要,而是設計的過程,設計的思想和設計電路中的每一個環(huán)節(jié),電路中各個部分的功能是如何實現(xiàn)的。各個芯片能夠完成什么樣的功能,使用芯片時應該注意那些要點。同一個電路可以用那些芯
33、片實現(xiàn),各個芯片實現(xiàn)同一個功能的區(qū)別。另外,我們設計要從市場需求出發(fā),既要有強大的功能,又要在價格方面比同等檔次的便宜。</p><p> 在這次設計過程中,我也對word、畫圖等軟件有了更進一步的了解,這使我在以后的工作中更加得心應手。</p><p><b> 七、參考文獻</b></p><p> 康華光.2000年. 電子技術基礎
34、 數(shù)字部分(第四版). 北京:高等教育出版社. 王慧玲.2003年. 電工電子實驗與實訓. 北京:機械工業(yè)出版社.吳建強.2004年. 電工學新技術實踐. 北京:機械工業(yè)出版社.付家才.2003年. 電工電子學習指導. 北京:化學工業(yè)出版社.王建華 吳道悌.2003年. 電工學實驗. 北京:高等教育出版社.鄧玉元 蔣卓勤. 2003年. Multisim 2001及其在電子設計中的應用. 西安: 西安電子科技大學出版社.<
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