第一篇：數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告(數(shù)字鐘)

目錄

一． 設(shè)計(jì)目的???????????????

二． 實(shí)現(xiàn)功能???????????????

三． 制作過程???????????????

四． 原理框圖???????????????

4.1 數(shù)字鐘構(gòu)成???????????????

34.2設(shè)計(jì)脈沖源???????????????

44.3 設(shè)計(jì)整形電路??????????????

4.4 設(shè)計(jì)分頻器???????????????

4.5 實(shí)際計(jì)數(shù)器???????????????

64.6 譯碼/驅(qū)動(dòng)器電路的設(shè)計(jì)??????????? 7

4.7 校時(shí)電路???????????????? 8

4.8 整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路??????????????

4.9 繪制總體電路圖?????????????

五． 具體實(shí)現(xiàn)???????????????

5.1電路的選擇???????????????

5.2集成電路的基本功能???????????? 10

5.3 電路原理????????????????

六． 感想與收獲??????????????? 12 七． 附

錄 ??????????????? 數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告

一、設(shè)計(jì)目的

數(shù)字鐘是一種用數(shù)字電路技術(shù)實(shí)現(xiàn)時(shí)、分、秒計(jì)時(shí)的裝置，與機(jī)械式時(shí)鐘相比具有更高的準(zhǔn)確性和直觀性，且無機(jī)械裝置，具有更更長(zhǎng)的使用壽命，因此得到了廣泛的使用。

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(shí)序電路。

鐘表的數(shù)字化給人們生產(chǎn)生活帶來了極大的方便，而且大大地?cái)U(kuò)展了鐘表原先的報(bào)時(shí)功能。諸如定時(shí)自動(dòng)報(bào)警、按時(shí)自動(dòng)打鈴、時(shí)間程序自動(dòng)控制、定時(shí)廣播、定時(shí)啟閉電路、定時(shí)開關(guān)烘箱、通斷動(dòng)力設(shè)備，甚至各種定時(shí)電氣的自動(dòng)啟用等，所有這些，都是以鐘表數(shù)字化為基礎(chǔ)的。因此，研究數(shù)字鐘及擴(kuò)大其應(yīng)用，有著非常現(xiàn)實(shí)的意義。

石英數(shù)字鐘，具有電路簡(jiǎn)潔，代表性好，實(shí)用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在數(shù)字鐘的制作中，我們采用了傳統(tǒng)的PCMS大規(guī)模集成電路為核心，配上LED發(fā)光顯示屏，用石英晶體做穩(wěn)頻元件，準(zhǔn)確又方便。

二、實(shí)現(xiàn)功能

① 時(shí)間以12小時(shí)為一個(gè)周期； ② 顯示時(shí)、分、秒；

③ 具有校時(shí)功能，可以分別對(duì)時(shí)及分進(jìn)行單獨(dú)校時(shí)，使其校正到標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間； ④ 計(jì)時(shí)過程具有報(bào)時(shí)功能，當(dāng)時(shí)間到達(dá)整點(diǎn)前10秒進(jìn)行蜂鳴報(bào)時(shí)； ⑤ 為了保證計(jì)時(shí)的穩(wěn)定及準(zhǔn)確須由晶體振蕩器提供表針時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)。

三、制作過程

1.確立電子數(shù)字計(jì)時(shí)器的制作思路

要想構(gòu)成數(shù)字鐘，首先應(yīng)有一個(gè)能自動(dòng)產(chǎn)生穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間脈沖信號(hào)的信號(hào)源。還需要有一個(gè)使高頻脈沖信號(hào)變成適合于計(jì)時(shí)的低頻脈沖信號(hào)的分頻器電路，即頻率為1HZ的“秒脈沖”信號(hào)。經(jīng)過分頻器輸出的秒脈沖信號(hào)到計(jì)數(shù)器 中進(jìn)行計(jì)數(shù)。由于計(jì)時(shí)的規(guī)律是：60秒=1分，60分=1小時(shí)，24小時(shí)=1天，這就需要分別設(shè)計(jì)60進(jìn)制，24進(jìn)制，（或12進(jìn)制的計(jì)時(shí)器，并發(fā)出驅(qū)動(dòng)AM；PM的標(biāo)志信號(hào)）。各計(jì)數(shù)器輸出的信號(hào)經(jīng)譯碼器/驅(qū)動(dòng)器送到數(shù)字顯示器對(duì)應(yīng)的筆劃段，使得 “時(shí)”、“分”、“秒”得以數(shù)字顯示。

任何數(shù)字計(jì)時(shí)器都有誤，因此應(yīng)考慮校準(zhǔn)時(shí)間電路，校時(shí)電路一般采用自動(dòng)快調(diào)和手動(dòng)調(diào)整，“自動(dòng)快調(diào)”是利用分頻器輸出的不同頻率脈沖使得顯示時(shí)間自動(dòng)迅速的得到調(diào)整。“手動(dòng)調(diào)整” 是利用手動(dòng)的節(jié)拍調(diào)整顯示時(shí)間。

2.查閱資料繪出各部分的電路圖(詳見原理框圖)

數(shù)字計(jì)時(shí)器的設(shè)計(jì)方法：（1）設(shè)計(jì)脈沖源（2）設(shè)計(jì)整形電路（3）設(shè)計(jì)分頻器（4）設(shè)計(jì)計(jì)數(shù)器（5）譯碼器/驅(qū)動(dòng)器（6）設(shè)計(jì)校時(shí)電路

3.按所設(shè)計(jì)的電路去選擇、測(cè)試好元器件、并裝配成為產(chǎn)品

4.準(zhǔn)備設(shè)計(jì)論文答辯

四、原理框圖

1．?dāng)?shù)字鐘的構(gòu)成

數(shù)字鐘實(shí)際上是一個(gè)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)頻率（1HZ）進(jìn)行計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)電路。由于計(jì)數(shù)的起始時(shí)間不可能與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間（如北京時(shí)間）一致，故需要在電路上加一個(gè)校時(shí)電路，同時(shí)標(biāo)準(zhǔn)的1HZ時(shí)間信號(hào)必須做到準(zhǔn)確穩(wěn)定。通常使用石英晶體振蕩器電路構(gòu)成數(shù)字鐘。

數(shù)字鐘組成框圖

2．設(shè)計(jì)脈沖源

自激式振蕩電路有：自激多諧振蕩器，激間歇振蕩器這次我們選擇晶體振蕩器原因如下: 由于通常要求數(shù)字鐘的脈沖源的頻率要十分穩(wěn)定、準(zhǔn)確度高，因此要采用石英晶體振蕩器，其他的多諧振蕩器難以滿足要求。石英晶體不但頻率特性穩(wěn)定，而且品質(zhì)因數(shù)很高，有極好的選頻特性。晶體振蕩器電路給數(shù)字鐘提供一個(gè)頻率穩(wěn)定準(zhǔn)確的32768Ｈz的方波信號(hào)，可保證數(shù)字鐘的走時(shí)準(zhǔn)確及穩(wěn)定。石英晶體振蕩器的頻率取決于石英晶體的固有頻率，與外電路的電阻電容的參數(shù)無關(guān)一般情況下，晶振頻率越高，準(zhǔn)確度越高，但所用的分頻級(jí)數(shù)越多，耗電量就越大，成本就越高，在選擇晶體時(shí)應(yīng)綜合考慮。

一般輸出為方波的數(shù)字式晶體振蕩器電路通常有兩類，一類是用ＴＴＬ門電路構(gòu)成；另一類是通過ＣＭＯＳ非門構(gòu)成的電路，本次設(shè)計(jì)采用了后一種。如圖（b）所示，由ＣＭＯＳ非門Ｕ１與晶體、電容和電阻構(gòu)成晶體振蕩器電路，Ｕ２實(shí)現(xiàn)整形功能，將振蕩器輸出的近似于正弦波的波形轉(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(gè)高增益的反相放大器。電容Ｃ１、Ｃ２與晶體構(gòu)成一個(gè)諧振型網(wǎng)絡(luò)，完成對(duì)振蕩頻率的控制功能，同時(shí)提供了一個(gè)１８０度相移，從而和非門構(gòu)成一個(gè)正反饋網(wǎng)絡(luò)，實(shí)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(zhǔn)確性，從而保證了輸出頻率的穩(wěn)定和準(zhǔn)確。

（a）CMOS 晶體振蕩器（仿真電路）

3．設(shè)計(jì)整形電路

由于晶體振蕩器輸出的脈沖是正弦波或是不規(guī)則的矩形波，因此必須經(jīng)整形電路整形。我們已學(xué)過的脈沖整形電路有以下幾種：削波器、門電路、單穩(wěn)態(tài)電路、雙穩(wěn)態(tài)電路、施密特觸發(fā)器等。通過查閱資料主要使用施密特觸發(fā)器：

門電路組成的整形電路

4.設(shè)計(jì)分頻器

分頻器 —— 能將高頻脈沖變換為低頻脈沖，它可由觸發(fā)器以及計(jì)數(shù)器來完 成。由于一個(gè)觸發(fā)器就是一個(gè)二分頻器，N個(gè)觸發(fā)器就是 2N個(gè)分頻器。如果用計(jì)數(shù)器作分頻器，就要按進(jìn)制數(shù)進(jìn)行分頻。例如十進(jìn)制計(jì)數(shù)器就是十分頻器，M進(jìn)制計(jì)數(shù)器就為M分頻器。若我們從市場(chǎng)上購買到石英晶體振蕩器其頻率為32768HZ，要想用該振蕩器得到一個(gè)頻率為1HZ的秒脈沖信號(hào)，就需要用分頻器進(jìn)行分頻，分頻器的個(gè)數(shù)為2N =32768HZ，N =15 即有15個(gè)分頻器。這樣就將一個(gè)頻率為23768HZ的振蕩信號(hào)降低為1HZ的計(jì)時(shí)信號(hào)，這樣就滿足了計(jì)時(shí)規(guī)律的需求：60秒=1分鐘，60分=1小時(shí)，24小時(shí)=1天。

5．設(shè)計(jì)計(jì)數(shù)器

計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)，以觸發(fā)器為單元電路，根據(jù)進(jìn)制按有權(quán)碼或無權(quán)碼來編碼，采用有條件反饋原理來構(gòu)成。當(dāng) “小時(shí)” 的十位為2；個(gè)位為3時(shí)，只要個(gè)位數(shù)

“分”

有進(jìn)位時(shí)，就應(yīng)使十位的“小時(shí) ”的位數(shù)歸零，因此24小時(shí)進(jìn)制計(jì)數(shù)器要采用有條件反饋的設(shè)計(jì)。（12進(jìn)制計(jì)數(shù)器也同理）；但應(yīng)在歸零的同時(shí)發(fā)出驅(qū)動(dòng)AM（上午）、PM（下午）標(biāo)志的信號(hào)。

按規(guī)律,一般設(shè)計(jì)計(jì)數(shù)器的方法

秒部分：個(gè)位選用模10計(jì)數(shù)器；十位選用模6計(jì)數(shù)器 分部分：個(gè)位選用模10計(jì)數(shù)器；十位選用模6計(jì)數(shù)器 小時(shí)部分：模12計(jì)數(shù)器；或模24計(jì)數(shù)器 6.譯碼/驅(qū)動(dòng)器電路的設(shè)計(jì)

在數(shù)字系統(tǒng)中常常需要將測(cè)量或處理的結(jié)果直接顯示成十進(jìn)制數(shù)字。為此，首先將以BCD碼表示的結(jié)果送到譯碼器電路進(jìn)行譯碼，用它的輸出去驅(qū)動(dòng)顯示器件，由于顯示器件的工作方式不同，對(duì)譯碼器的要求也就不同，譯碼器的電路也不同。數(shù)字顯示的器件的種類：熒光管、輝光管、發(fā)光二極管、液晶顯示屏等.譯碼器電路：此次我們選擇的是LED共陽極發(fā)光二極管顯示器 顯示電路如下： 原理圖

7．校時(shí)電路

校時(shí)電路是計(jì)時(shí)器中不可少的一部分因?yàn)楫?dāng)即時(shí)間與計(jì)時(shí)器時(shí)間不一致時(shí)，就需要校時(shí)電路予以校正。校時(shí)電路有兩種方案：第一、校時(shí)用的脈沖可選用頻率較高的不等的幾種脈沖，從計(jì)數(shù)器的總輸入端（秒計(jì)數(shù)器的第一級(jí)輸入端）送入。

第二、校時(shí)用的脈沖，分別將秒脈沖送到“計(jì)小時(shí)”的計(jì)數(shù)器的輸入端，“計(jì)分”的計(jì)數(shù)器輸入端，但校時(shí)、校分時(shí)，應(yīng)將原計(jì)數(shù)回路關(guān)閉或斷開。校秒時(shí)可采用關(guān)閉或斷開秒計(jì)數(shù)器的脈沖信號(hào)輸入端使其停止計(jì)時(shí) 8．整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路

電路應(yīng)在整點(diǎn)前10秒鐘內(nèi)開始整點(diǎn)報(bào)時(shí)，即當(dāng)時(shí)間在59分50秒到59分59秒期間時(shí)，報(bào)時(shí)電路報(bào)時(shí)控制信號(hào)。

當(dāng)時(shí)間在59分50秒到59分59秒期間時(shí)，分十位、分個(gè)位和秒十位均保持不變，分別為5、9和5，因此可將分計(jì)數(shù)器十位的QＣ和QＡ、個(gè)位的QＤ和QＡ及秒計(jì)數(shù)器十位的QＣ和QＡ相與，從而產(chǎn)生報(bào)時(shí)控制信號(hào)。

實(shí)現(xiàn)方式：

說明：當(dāng)時(shí)間在59分50秒到59分59秒期間時(shí) 分十位、分個(gè) 位和秒十位均保持不變，分別為5，9和5；因此，可以將分計(jì)數(shù)器十位的Qc和QA，個(gè)位的QD和QA及秒計(jì)數(shù)器十位的QC和QA相與，從而產(chǎn)生報(bào)時(shí)控制信號(hào)。IO1分計(jì)數(shù)器十位的Qc和QAIO2U1VCC15VVCC2345VIO3分計(jì)數(shù)器個(gè)位的QD和QAX18IO456114V_0.5WIO512秒計(jì)數(shù)器十位的QC和QA74HC30DIO6數(shù)字鐘設(shè)計(jì)－整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路部分 9.繪制總體電路圖

五：具體實(shí)現(xiàn)

1、電路的選擇：

我們采用了傳統(tǒng)的PCMS大規(guī)模集成電路為核心，配上LED發(fā)光顯示屏，用石英晶體作為穩(wěn)頻元件，準(zhǔn)確又方便。

數(shù)字鐘專用集成塊如下：

a.譯碼/驅(qū)動(dòng)電路：LM8361，M8560，LM8569，TMS3450NL，MM5457，MM5462集成電路，因?yàn)樗谒行吞?hào)中靜態(tài)功耗最低。其管腳圖見圖（12）

b.分頻器:我們采用了CD4060。

c.反相器: 我們選用了CD4069（內(nèi)含有六個(gè)反相器）。

2、集成電路的基本功能

（1）CD4060：它是一個(gè)十四級(jí)二分頻器，它所產(chǎn)生的信號(hào)頻率為30720HZ，經(jīng)九級(jí)兩二分頻后，得到一個(gè)60HZ的脈沖信號(hào)，見圖。

（2）CD4069反相器: F1—F6六個(gè)反相器，通過外接電路去控制各電路的工作狀態(tài)，管腳見圖：

（3）MM5462: 它是集譯碼/驅(qū)動(dòng)電路為一體，它是60HZ時(shí)基24小時(shí)專用集成電路。1-4，6-12，22十三個(gè)端子是顯示筆劃輸出的，1腳是四個(gè)筆劃，其余每腳輸出二個(gè)筆劃，16腳為正電源，5腳為負(fù)電源，20腳睡眠輸出是直流信號(hào)，由17腳動(dòng)和關(guān)閉，由13腳調(diào)整至需要值，最大值59分鐘倒計(jì)時(shí)。17腳是內(nèi)部振蕩器RC輸入端，該振蕩信號(hào)一是作為外部時(shí)基的備用，二是13鬧輸出的信號(hào)源。在我們選用的這套套件沒有用20腳的睡眠功能。19腳為時(shí)基信號(hào)輸入腳。14、15、18腳是操作控制端，若接高低電平各有不同的功能。值得注意的是所有的輸出端均為低電平有效。

、3、電路原理：（見圖原理方框圖）

CD4060 CD4069 變壓器將交流220V電壓，變?yōu)殡p7.5V交流低電壓，經(jīng)全波整流后路經(jīng)D

411 供顯示屏驅(qū)動(dòng)電路，而另一路經(jīng)濾波后供主電路。由于時(shí)鐘需要脈沖源，我們選用了JT，R1，C3和CD4060內(nèi)部的兩個(gè)反相器組成的晶體振蕩器，目的是為了提脈沖源的穩(wěn)定度，而脈沖源產(chǎn)生的波形不是規(guī)則的矩形波，因此，需經(jīng)整形器整形后，送到下一級(jí)，由于脈沖信號(hào)源的頻率較高，經(jīng)CD4060九級(jí)分頻及計(jì)數(shù)后變換低頻脈沖信號(hào)。由13腳得到60HZ的脈沖信號(hào)一路送入MM5461的19腳，另一路去控制由F4，Q2，Q3組成的顯示屏驅(qū)動(dòng)電路。由于F4的倒相作用，使Q2，Q3和時(shí)基信號(hào)交替導(dǎo)通，形成間歇點(diǎn)亮顯示屏，使它工作在正常狀態(tài)。

當(dāng)60HZ的信號(hào)從MM5461的19腳進(jìn)入后，由控制電路各部分電路的正常工作經(jīng)譯碼與驅(qū)動(dòng)電路去控制顯示屏各個(gè)應(yīng)亮的端。

F1，F(xiàn)2，F(xiàn)3，R2，R8，C5，K1組成了一個(gè)“電子自鎖式開關(guān)”，每控一次K1，F(xiàn)2的輸出狀態(tài)會(huì)改變，一路去控制MM5461的18腳，另一路去驅(qū)動(dòng)顯示屏右下點(diǎn)的發(fā)光二極管以指示該功能的工作狀態(tài)。“亮”表示“鬧鐘時(shí)間已設(shè)置”，“滅”表示“鬧設(shè)置取消”。

R7，Q1，F(xiàn)MQ組成鬧輸出放大電路，控制信號(hào)由MM5461的13腳輸出。當(dāng)響鬧時(shí)，按下K5可使鬧暫停并延時(shí)九分鐘再鬧，還可多次使用報(bào)時(shí)延時(shí)，響鬧總時(shí)長(zhǎng)59分鐘。

由于MM5461無秒信號(hào)輸出，故用F5，F(xiàn)6，R3，R4，C4組成秒信號(hào)發(fā)生器，經(jīng)Q4去驅(qū)動(dòng)顯示屏中間的“冒號(hào)”閃動(dòng)。電路中各開關(guān)的功能：

K1：鬧鐘時(shí)間的設(shè)置開關(guān)。K1+K5快調(diào)鬧時(shí)間的設(shè)置。K1+K4慢調(diào)鬧時(shí)間的設(shè)置

K2：時(shí)間的設(shè)置開關(guān)。K2+K5 快調(diào)時(shí)間的設(shè)置

K2+K4慢調(diào)時(shí)間的設(shè)置。K3：鬧鐘時(shí)間顯示開關(guān)。單擊K3可顯示事先所設(shè)置的報(bào)時(shí)的時(shí)間 K4：慢調(diào)時(shí)間開關(guān)

K5：快調(diào)時(shí)間開關(guān)/暫停/顯示

電路中，R10（1K）的作用，是防止開關(guān)操作工作時(shí)，正負(fù)電源短路。R13，R27，R9為限流電阻，它們決定顯示亮度。

六：感想與收獲

這次的比賽是我們?nèi)齻€(gè)人一起參加的，在比賽前的一段時(shí)間里，我們?nèi)齻€(gè)人的收獲很大，具體有三點(diǎn)：（1）有利于我們學(xué)習(xí)能力的提高。這里所說的學(xué)習(xí)能力包括獲取資料的能力、理解前人思路的能力、系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力、動(dòng)手能力、分析排除故障能力、表達(dá)能力等很多方面，而這段時(shí)間的經(jīng)歷，我們提高都很大。

（2）有利于我們團(tuán)隊(duì)精神的培養(yǎng)。在課堂之外實(shí)際的工作中，我們?nèi)艘话愣家献鞴餐瓿赡骋豁?xiàng)目，這就非常需要團(tuán)隊(duì)精神，而這一點(diǎn)在課堂常規(guī)教學(xué)中得到的鍛煉是很有限的。三個(gè)人必須互相信任、互相配合、分工合作，在順境時(shí)小組成員要相互提醒保持冷靜，逆境時(shí)要相互鼓勵(lì)共度難關(guān)，出現(xiàn)問題時(shí)不能相互埋，這些與課堂教學(xué)強(qiáng)調(diào)獨(dú)立性是有明顯區(qū)別的。

（3）有利于我們各種能力的鍛煉。第一、不夠細(xì)心比如由于粗心大意焊錯(cuò)了線，第二，是在學(xué)習(xí)態(tài)度上，這次培訓(xùn)是對(duì)我的學(xué)習(xí)態(tài)度的一次檢驗(yàn)。我第一次體會(huì)到要作一名電子設(shè)計(jì)師，要求具備的首要素質(zhì)是嚴(yán)謹(jǐn)。我們這次制作所遇到的多半問題多數(shù)都是由于我們不夠嚴(yán)謹(jǐn)。第三，在做人上，我認(rèn)識(shí)到，無論做什么事情，只要你足夠堅(jiān)強(qiáng)，有足夠的毅力與決心，有足夠的挑戰(zhàn)困難的勇氣，就沒有什么辦不到的。

電設(shè)賽場(chǎng)風(fēng)云涌，各路英豪皆爭(zhēng)雄。今朝罷去懷壯志，來屆電賽再顯鋒！七：附錄 電路原理總圖：

附錄

二、LED顯示屏電路原理圖

第二篇：數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告(數(shù)字鐘的設(shè)計(jì))

數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告

一、設(shè)計(jì)目的

數(shù)字鐘是一種用數(shù)字電路技術(shù)實(shí)現(xiàn)時(shí)、分、秒計(jì)時(shí)的裝置，與機(jī)械式時(shí)鐘相比具有更高的準(zhǔn)確性和直觀性，且無機(jī)械裝置，具有更更長(zhǎng)的使用壽命，因此得到了廣泛的使用。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(shí)序電路。

因此，我們此次設(shè)計(jì)與制做數(shù)字鐘就是為了了解數(shù)字鐘的原理，從而學(xué)會(huì)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(shí)敘電路.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(shí)序電路的原理與使用方法.二、設(shè)計(jì)要求

（1）設(shè)計(jì)指標(biāo)

① 時(shí)間以12小時(shí)為一個(gè)周期； ② 顯示時(shí)、分、秒；

③ 具有校時(shí)功能，可以分別對(duì)時(shí)及分進(jìn)行單獨(dú)校時(shí)，使其校正到標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間； ④ 計(jì)時(shí)過程具有報(bào)時(shí)功能，當(dāng)時(shí)間到達(dá)整點(diǎn)前10秒進(jìn)行蜂鳴報(bào)時(shí)； ⑤ 為了保證計(jì)時(shí)的穩(wěn)定及準(zhǔn)確須由晶體振蕩器提供表針時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)。（2）設(shè)計(jì)要求

① 畫出電路原理圖（或仿真電路圖）； ② 元器件及參數(shù)選擇； ③ 電路仿真與調(diào)試；

④ PCB文件生成與打印輸出。

（3）制作要求

自行裝配和調(diào)試，并能發(fā)現(xiàn)問題和解決問題。

（4）編寫設(shè)計(jì)報(bào)告

寫出設(shè)計(jì)與制作的全過程，附上有關(guān)資料和圖紙，有心得體會(huì)。

三、原理框圖

1．?dāng)?shù)字鐘的構(gòu)成

數(shù)字鐘實(shí)際上是一個(gè)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)頻率（1HZ）進(jìn)行計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)電路。由于計(jì)數(shù)的起始時(shí)間不可能與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間（如北京時(shí)間）一致，故需要在電路上加一個(gè)校時(shí)電路，同時(shí)標(biāo)準(zhǔn)的1HZ時(shí)間信號(hào)必須做到準(zhǔn)確穩(wěn)定。通常使用石英晶體振蕩器電路構(gòu)成數(shù)字鐘。

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（a）數(shù)字鐘組成框圖

2．晶體振蕩器電路

晶體振蕩器電路給數(shù)字鐘提供一個(gè)頻率穩(wěn)定準(zhǔn)確的32768Ｈz的方波信號(hào)，可保證數(shù)字鐘的走時(shí)準(zhǔn)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。一般輸出為方波的數(shù)字式晶體振蕩器電路通常有兩類，一類是用ＴＴＬ門電路構(gòu)成；另一類是通過ＣＭＯＳ非門構(gòu)成的電路，本次設(shè)計(jì)采用了后一種。如圖（b）所示，由ＣＭＯＳ非門Ｕ１與晶體、電容和電阻構(gòu)成晶體振蕩器電路，Ｕ２實(shí)現(xiàn)整形功能，將振蕩器輸出的近似于正弦波的波形轉(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(gè)高增益的反相放大器。電容Ｃ１、Ｃ２與晶體構(gòu)成一個(gè)諧振型網(wǎng)絡(luò)，完成對(duì)振蕩頻率的控制功能，同時(shí)提供了一個(gè)１８０度相移，從而和非門構(gòu)成一個(gè)正反饋網(wǎng)絡(luò)，實(shí)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(zhǔn)確性，從而保證了輸出頻率的穩(wěn)定和準(zhǔn)確。

（b）CMOS 晶體振蕩器（仿真電路）

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3．時(shí)間記數(shù)電路

一般采用10進(jìn)制計(jì)數(shù)器如74HC290、74HC390等來實(shí)現(xiàn)時(shí)間計(jì)數(shù)單元的計(jì)數(shù)功能。本次設(shè)計(jì)中選擇74HC390。由其內(nèi)部邏輯框圖可知，其為雙2-5-10異步計(jì)數(shù)器，并每一計(jì)數(shù)器均有一個(gè)異步清零端（高電平有效）。

秒個(gè)位計(jì)數(shù)單元為１０進(jìn)制計(jì)數(shù)器，無需進(jìn)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(hào)相連，Ｑ３可作為向上的進(jìn)位信號(hào)與十位計(jì)數(shù)單元的ＣＰＡ相連。

秒十位計(jì)數(shù)單元為６進(jìn)制計(jì)數(shù)器，需要進(jìn)制轉(zhuǎn)換。將１０進(jìn)制計(jì)數(shù)器轉(zhuǎn)換為６進(jìn)制計(jì)數(shù)器的電路連接方法如圖 ２.４所示，其中Ｑ２可作為向上的進(jìn)位信號(hào)與分個(gè)位的計(jì)數(shù)單元的ＣＰＡ相連。

十進(jìn)制-六進(jìn)制轉(zhuǎn)換電路

分個(gè)位和分十位計(jì)數(shù)單元電路結(jié)構(gòu)分別與秒個(gè)位和秒十位計(jì)數(shù)單元完全相同，只不過分個(gè)位計(jì)數(shù)單元的Ｑ３作為向上的進(jìn)位信號(hào)應(yīng)與分十位計(jì)數(shù)單元的ＣＰＡ相連，分十位計(jì)數(shù)單元的Ｑ２作為向上的進(jìn)位信號(hào)應(yīng)與時(shí)個(gè)位計(jì)數(shù)單元的ＣＰＡ相連。

時(shí)個(gè)位計(jì)數(shù)單元電路結(jié)構(gòu)仍與秒或個(gè)位計(jì)數(shù)單元相同，但是要求，整個(gè)時(shí)計(jì)數(shù)單元應(yīng)為１２進(jìn)制計(jì)數(shù)器，不是１０的整數(shù)倍，因此需將個(gè)位和十位計(jì)數(shù)單元合并為一個(gè)整體才能進(jìn)行１２進(jìn)制轉(zhuǎn)換。利用１片７４ＨＣ３９０實(shí)現(xiàn)１２進(jìn)制計(jì)數(shù)功能的電路如圖（d）所示。

（d）十二進(jìn)制電路

另外，圖（d）所示電路中，尚余－２進(jìn)制計(jì)數(shù)單元，正好可作為分頻器２ＨZ輸出信號(hào)轉(zhuǎn)化為１ＨZ信號(hào)之用。

4．譯碼驅(qū)動(dòng)及顯示單元電路

選擇ＣＤ４５１１作為顯示譯碼電路；選擇ＬＥＤ數(shù)碼管作為顯示單元電路。由CD4511把輸進(jìn)來的二進(jìn)制信號(hào)翻譯成十進(jìn)制數(shù)字，再由數(shù)碼管顯示出來。這里的LED數(shù)碼管是采用共陰的方法連接的。

計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)了對(duì)時(shí)間的累計(jì)并以8421BCD碼的形式輸送到CD4511芯片，再由451

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芯片把BCD碼轉(zhuǎn)變?yōu)槭M(jìn)制數(shù)碼送到數(shù)碼管中顯示出來。

5．校時(shí)電路

數(shù)字鐘應(yīng)具有分校正和時(shí)校正功能，因此，應(yīng)截?cái)喾謧€(gè)位和時(shí)個(gè)位的直接計(jì)數(shù)通路，并采用正常計(jì)時(shí)信號(hào)與校正信號(hào)可以隨時(shí)切換的電路接入其中。即為用COMS與或非門實(shí)現(xiàn)的時(shí)或分校時(shí)電路，In1端與低位的進(jìn)位信號(hào)相連；In2端與校正信號(hào)相連，校正信號(hào)可直接取自分頻器產(chǎn)生的1HZ或2HZ（不可太高或太低）信號(hào)；輸出端則與分或時(shí)個(gè)位計(jì)時(shí)輸入端相連。當(dāng)開關(guān)打向下時(shí)，因?yàn)樾Ｕ盘?hào)和0相與的輸出為0，而開關(guān)的另一端接高電平，正常輸入信號(hào)可以順利通過與或門，故校時(shí)電路處于正常計(jì)時(shí)狀態(tài)；當(dāng)開關(guān)打向上時(shí)，情況正好與上述相反，這時(shí)校時(shí)電路處于校時(shí)狀態(tài)。

實(shí)際使用時(shí)，因?yàn)殡娐烽_關(guān)存在抖動(dòng)問題，所以一般會(huì)接一個(gè)RS觸發(fā)器構(gòu)成開關(guān)消抖動(dòng)電路，所以整個(gè)較時(shí)電路就如圖（f）。

（f）帶有消抖電路的校正電路

6．整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路

電路應(yīng)在整點(diǎn)前10秒鐘內(nèi)開始整點(diǎn)報(bào)時(shí)，即當(dāng)時(shí)間在59分50秒到59分59秒期間時(shí)，報(bào)時(shí)電路報(bào)時(shí)控制信號(hào)。

當(dāng)時(shí)間在59分50秒到59分59秒期間時(shí)，分十位、分個(gè)位和秒十位均保持不變，分別為5、9和5，因此可將分計(jì)數(shù)器十位的QＣ和QＡ、個(gè)位的QＤ和QＡ及秒計(jì)數(shù)器十位的QＣ和QＡ相與，從而產(chǎn)生報(bào)時(shí)控制信號(hào)。

報(bào)時(shí)電路可選74HC30來構(gòu)成。74HC30為8輸入與非門。

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說明：當(dāng)時(shí)間在59分50秒到59分59秒期間時(shí) 分十位、分個(gè) 位和秒十位均保持不變，分別為5，9和5；因此，可以將分計(jì)數(shù)器十位的Qc和QA，個(gè)位的QD和QA及秒計(jì)數(shù)器十位的QC和QA相與，從而產(chǎn)生報(bào)時(shí)控制信號(hào)。IO1分計(jì)數(shù)器十位的Qc和QAIO2U11VCCIO35VVCCX182345V分計(jì)數(shù)器個(gè)位的QD和QAIO456114V_0.5WIO512秒計(jì)數(shù)器十位的QC和QAIO674HC30D數(shù)字鐘設(shè)計(jì)－整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路部分

四、元器件

1．四連面包板1塊（編號(hào)A45）

2．鑷子1把 3．剪刀1把

4．共陰八段數(shù)碼管6個(gè) 5．網(wǎng)絡(luò)線2米/人 6．CD4511集成塊6塊 7．CD4060集成塊1塊 8．74HC390集成塊3塊 9．74HC51集成塊1塊 10．74HC00集成塊4塊 11．74HC30集成塊1塊 12．10MΩ電阻5個(gè) 13．500Ω電阻14個(gè) 14．30p電容2個(gè)

15．32.768k時(shí)鐘晶體1個(gè) 16．蜂鳴器10個(gè)（每班）1）芯片連接圖

1)74HC00D

2)CD4511

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3)74HC390D

4)74HC51D

2．面包板的介紹

面包板一塊總共由五部分組成，一豎四橫，面包板本身就是一種免焊電板。面包板的樣式是：

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面包板的注意事項(xiàng)：

1． 面包板旁一般附有香蕉插座，用來輸入電壓、信號(hào)及接地。2． 上圖中連著的黑線表示插孔是相通的。

3． 拉線時(shí)，盡量將線緊貼面包板，把線成直角，避免交叉，也不要跨越元件。4． 面包板使用久后，有時(shí)插孔間連接銅線會(huì)發(fā)生脫落現(xiàn)象，此時(shí)要將此排插孔做記號(hào)。并不再使用。

五、各功能塊電路圖

數(shù)字鐘從原理上講是一種典型的數(shù)字電路，可以由許多中小規(guī)模集成電路組成，所以可以分成許多獨(dú)立的電路。

（一）六進(jìn)制電路

由74HC390、7400、數(shù)碼管與4511組成，電路如圖一。

U1A3123U2A12Com74HC00D74HC00DU5SEVEN_SEG_COM_KABCDEFGU3AV1 32Hz 5V141INA1INB21CLR31QA1QB1QC1QD5677126U413DADBDCDD5OAOBOCODOE1211109151474HC390D43~ELOF~BIOG~LTVCC5V4511BD將十進(jìn)制計(jì)數(shù)器轉(zhuǎn)換為六進(jìn)制的連接方法

（二）十進(jìn)制電路

由74HC390、7400、數(shù)碼管與4511組成，電路如圖二。

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U4A3126U4B4574HC00D74HC00DComU3SEVEN_SEG_COM_KU1AV1 60Hz 5V141INA1INB21CLR31QA1QB1QC1QD5677126U213DADBDCDD5OAOBOCODOE12111091514ABCDEFGVCC5V74HC390D43~ELOF~BIOG~LT4511BD十進(jìn)制接法測(cè)試仿真電路

（三）六十進(jìn)制電路

由兩個(gè)數(shù)碼管、兩4511、一個(gè)74HC390與一個(gè)7400芯片組成，電路如圖三。

（四）雙六十進(jìn)制電路

由2個(gè)六十進(jìn)制連接而成，把分個(gè)位的輸入信號(hào)與秒十位的Qc相連，使其產(chǎn)生進(jìn)位，電路圖如圖四。

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ComComSEVEN_SEG_COM_KU1B6453U1A12U4SEVEN_SEG_COM_KU7U11BABCDEFG64513DADBDCDD5OAOBOCODOE~ELOF~BI~LTOG1211109151421CLR141INA1INB3U10A12ABCDEFG74HC00D74HC00DU3B15122INA2INB142CLR132QA2QB2QC2QD11109U2712674HC00D74HC00DU8A31QA1QB1QC1QD5677126U913DADBDCDD5OAOBOCODOE12111091514VCC5V74HC390D43U1C891011U1D12134511BD74HC390DComVCCU643~ELOF~BI~LTOG5VSEVEN_SEG_COM_K74HC00D74HC00DABCDEFG84511BDComU15C91011U16DSEVEN_SEG_COM_K1213U14U3A131INA1INB21CLR1QA1QB1QC1QD5677126U513DADBDCDD5OAOBOCODOE1211109151474HC00D74HC00DU12B15122INA2INB142CLR132QA2QB2QC2QD111097126U13DADBDCDD5OAOBOCODOEABCDEFG***14V1 100kHz 5V474HC390D43~ELOF~BI~LTOGVCC74HC390D5V43~ELOF~BI~LTOG4511BD4511BD

（五）時(shí)間計(jì)數(shù)電路

由1個(gè)十二進(jìn)制電路、2個(gè)六十進(jìn)制電路組成，因上面已有一個(gè)雙六十電路，只要把它與十二進(jìn)制電路相連即可，詳細(xì)電路見圖五。

ComComComComComComU1SEVEN_SEG_COM_KU2SEVEN_SEG_COM_KU4SEVEN_SEG_COM_KU3SEVEN_SEG_COM_KU5SEVEN_SEG_COM_KU6SEVEN_SEG_COM_KABCDEFGABCDEFGABCDEFGVCCVCCABCDEFGABCDEFGABCDEFG5V***45VVCCVCC***49***45V***3121110***01514145V9VCCOG995V99OAOBODOAOBODOAOBODOEOEOCOCOCOFOFOEOGOAOBODOAOBODOAOBODOEOEOCOCOCOFOFOEOGOG~LT~LT~EL~EL~BI~BI~ELDADCDDDADCDDDADC~LT~LT~LTDBDB~EL~EL~EL~BI~BIDADCDDDADCDDDADCDBDB3DBDD~BI5V73DBDD4511BD54511BD******12643U23CU25A74HC00D***8U21A74HC00D13111038U20C74HC00D3U19A74HC00D131110974HC00D9356356772QB1QD2QD2QD1QB1QC2QB2QC2QB2QC1QB1QA2QA2QA1QA1QC1QD2QA2QC2QD61QB2INA1CLR2CLR2CLR1INA1INB2INA2INB2INA2INB1INA1INA1INB74HC00D161CLR74HC390D6151INB74HC00D111CLRU26B74HC390D74HC390N1174HC390N74HC390DU20B1574HC00D1262INB74HC00D74HC00D***242V1 1000Hz 5V時(shí)，分，秒計(jì)時(shí)電路圖

（六）校正電路

由74CH51D、74HC00D與電阻組成，校正電路有分校正和時(shí)校正兩部分，電路如圖六。

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142CLRU13AU16B1QA1QC1QDU24DU22BU14AU17BU20DU15AU18B74HC390N43~BI~LT4511BDOGU7U8OFU10VCC4511BDOGU9U114511BDOFU124511BD1010921921254***254

IO1VCC正常輸入信號(hào)5V校正信號(hào)R1IO2U2C9108小時(shí)校正電路J110Mohm74HC00D注意：分校時(shí)時(shí)，不會(huì)進(jìn)位到小時(shí)。U11111213910U2DKey = A12R210MohmIO313U2A8123時(shí)計(jì)數(shù)器IO574HC00D1123674HC00D正常輸入信號(hào)校正信號(hào)R3U3A10Mohm12U2B456分計(jì)數(shù)器IO6IO44574HC00D74HC51D3J274HC00DKey = B分鐘校正電路分校正時(shí)鎖定小時(shí)信號(hào)輸入R410MohmU3B456圖中采用基本RS觸發(fā)器構(gòu)成開關(guān)消抖動(dòng)電路，其中與非門選用74HC00；對(duì)J1和J2，因?yàn)樾Ｕ盘?hào)與0相與為0，而開關(guān)的另一端接高電平，正常輸入信號(hào)可以順利通過與或門，故校時(shí)電路處于正常計(jì)時(shí)狀態(tài)，當(dāng)開關(guān)打向上時(shí)，情況正好與上述相反，這時(shí)電路處于校時(shí)狀態(tài)。74HC00D數(shù)字鐘設(shè)計(jì)－校時(shí)電路部分

（七）晶體振蕩電路

由晶體與2個(gè)30pF電容、1個(gè)4060、一個(gè)10兆的電阻組成，芯片3腳輸出2Hz的方波信號(hào)，電路如圖七。

（八）整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路

由74HC30D和蜂鳴器組成，當(dāng)時(shí)間在59:50到59:59時(shí)，蜂鳴報(bào)時(shí)，電路如圖八。

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說明：當(dāng)時(shí)間在59分50秒到59分59秒期間時(shí) 分十位、分個(gè) 位和秒十位均保持不變，分別為5，9和5；因此，可以將分計(jì)數(shù)器十位的Qc和QA，個(gè)位的QD和QA及秒計(jì)數(shù)器十位的QC和QA相與，從而產(chǎn)生報(bào)時(shí)控制信號(hào)。IO1分計(jì)數(shù)器十位的Qc和QAIO2U11VCCIO35VVCCX182345V分計(jì)數(shù)器個(gè)位的QD和QAIO456114V_0.5WIO512秒計(jì)數(shù)器十位的QC和QAIO674HC30D數(shù)字鐘設(shè)計(jì)－整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路部分

六、總接線元件布局簡(jiǎn)圖

整個(gè)數(shù)字鐘由時(shí)間計(jì)數(shù)電路、晶體振蕩電路、校正電路、整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路組成。

其中以校正電路代替時(shí)間計(jì)數(shù)電路中的時(shí)、分、秒之間的進(jìn)位，當(dāng)校時(shí)電路處于正常輸入信號(hào)時(shí)，時(shí)間計(jì)數(shù)電路正常計(jì)時(shí)，但當(dāng)分校正時(shí)，其不會(huì)產(chǎn)生向時(shí)進(jìn)位，而分與時(shí)的校位是分開的，而校正電路也是一個(gè)獨(dú)立的電路。

電路的信號(hào)輸入由晶振電路產(chǎn)生，并輸入各電路。簡(jiǎn)圖如圖九。

七、芯片連接總圖

因仿真與實(shí)際元件上的差異，所以在原有的簡(jiǎn)圖的基礎(chǔ)上，又按實(shí)際布局畫了這張按實(shí)際芯片布局的接線圖，如圖十。

八、總結(jié)

1． 實(shí)驗(yàn)過程中遇到的問題及解決方法

① 面包板測(cè)試

測(cè)試面包板各觸點(diǎn)是否接通。

② 七段顯示器與七段譯碼器的測(cè)量

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把顯示器與CD4511相連，第一次接時(shí)，數(shù)碼管完全沒有顯示數(shù)字，檢查后發(fā)現(xiàn)是數(shù)碼管未接地而造成的，接地后發(fā)現(xiàn)還是無法正確顯示數(shù)字，用萬用表檢測(cè)后，發(fā)現(xiàn)是因芯片引腳有些接觸不良而造成的，所以確認(rèn)芯片是否接觸良好是非常重要的一件事。

③ 時(shí)間計(jì)數(shù)電路的連接與測(cè)試

六進(jìn)制、十進(jìn)制都沒有什么大的問題，只是芯片引腳的老問題，只要重新插過芯片就可以解決了。但在六十進(jìn)制時(shí)，按圖接線后發(fā)現(xiàn)，顯示器上的數(shù)字總是100進(jìn)制的，而不是六十進(jìn)制，檢測(cè)后發(fā)現(xiàn)無論是線路的連通還是芯片的接觸都沒有問題。最后，在重對(duì)連線時(shí)發(fā)現(xiàn)是線路接錯(cuò)引腳造成的，改過之后，顯示就正常了。

④ 校正電路

因上面程因引腳接錯(cuò)而造成錯(cuò)誤，所以校正電路是完全按照仿真圖所連的，在測(cè)試時(shí)，開始進(jìn)行時(shí)校時(shí)時(shí)，沒有出現(xiàn)問題，但當(dāng)進(jìn)行到分校時(shí)時(shí)，發(fā)現(xiàn)計(jì)數(shù)電路的秒電路開始亂跳出錯(cuò)。因此，電路一定是有地方出錯(cuò)了，在反復(fù)對(duì)照后，發(fā)現(xiàn)是因?yàn)樵诮尤胄Ｕ娐窌r(shí)忘了把秒十位和分個(gè)位之間的連線拿掉而造成的，因此，在接線時(shí)一定要注意把不要的多余的線拿掉。

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第三篇：數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告

數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 題 目: 數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)與制作

學(xué) 年 學(xué) 期:

專 業(yè) 班 級(jí): 學(xué) 號(hào):

姓 名:

指導(dǎo)教師及職稱: 時(shí) 間: 地點(diǎn)： 設(shè)計(jì)目的

熟悉集成電路的引腳安排.掌握各芯片的邏輯功能及使用方法.了解面包板結(jié)構(gòu)及其接線方法.了解數(shù)字鐘的組成及工作原理.熟悉數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)與制作.設(shè)計(jì)要求 1.設(shè)計(jì)指標(biāo)

時(shí)間以24小時(shí)為一個(gè)周期;顯示時(shí),分,秒;有校時(shí)功能,可以分別對(duì)時(shí)及分進(jìn)行單獨(dú)校時(shí),使其校正到標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間;計(jì)時(shí)過程具有報(bào)時(shí)功能,當(dāng)時(shí)間到達(dá)整點(diǎn)前5秒進(jìn)行蜂鳴報(bào)時(shí);為了保證計(jì)時(shí)的穩(wěn)定及準(zhǔn)確須由晶體振蕩器提供表針時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào).2.設(shè)計(jì)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;PCB文件生成與打印輸出.3.制作要求 自行裝配和調(diào)試,并能發(fā)現(xiàn)問題和解決問題.4.編寫設(shè)計(jì)報(bào)告 寫出設(shè)計(jì)與制作的全過程,附上有關(guān)資料和圖紙,有心得體會(huì).設(shè)計(jì)原理及其框圖 1.數(shù)字鐘的構(gòu)成

數(shù)字鐘實(shí)際上是一個(gè)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)頻率(1HZ)進(jìn)行計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)電路.由于計(jì)數(shù)的起始時(shí)間不可能與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間(如北京時(shí)間)一致,故需要在電路上加一個(gè)校時(shí)電路,同時(shí)標(biāo)準(zhǔn)的1HZ時(shí)間信號(hào)必須做到準(zhǔn)確穩(wěn)定.通常使用石英晶體振蕩器電路構(gòu)成數(shù)字鐘.圖 3-1所示為數(shù)字鐘的一般構(gòu)成框圖.圖3-1 數(shù)字鐘的組成框圖 ⑴晶體振蕩器電路

晶體振蕩器電路給數(shù)字鐘提供一個(gè)頻率穩(wěn)定準(zhǔn)確的32768Hz的方波信號(hào),可保證數(shù)字鐘的走時(shí)準(zhǔn)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.⑵分頻器電路 分頻器電路將32768Hz的高頻方波信號(hào)經(jīng)32768()次分頻后得到1Hz的方波信號(hào)供秒計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù).分頻器實(shí)際上也就是計(jì)數(shù)器.⑶時(shí)間計(jì)數(shù)器電路

時(shí)間計(jì)數(shù)電路由秒個(gè)位和秒十位計(jì)數(shù)器,分個(gè)位和分十位計(jì)數(shù)器及時(shí)個(gè)位和時(shí)十位計(jì)數(shù)器電路構(gòu)成,其中秒個(gè)位和秒十位計(jì)數(shù)器,分個(gè)位和分十位計(jì)數(shù)器為60進(jìn)制計(jì)數(shù)器,而根據(jù)設(shè)計(jì)要求,時(shí)個(gè)位和時(shí)十位計(jì)數(shù)器為12進(jìn)制計(jì)數(shù)器.⑷譯碼驅(qū)動(dòng)電路

譯碼驅(qū)動(dòng)電路將計(jì)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.⑸數(shù)碼管

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,本設(shè)計(jì)提供的為L(zhǎng)ED數(shù)碼管.2.數(shù)字鐘的工作原理 1)晶體振蕩器電路

晶體振蕩器是構(gòu)成數(shù)字式時(shí)鐘的核心,它保證了時(shí)鐘的走時(shí)準(zhǔn)確及穩(wěn)定.圖3-2所示電路通過CMOS非門構(gòu)成的輸出為方波的數(shù)字式晶體振蕩電路,這個(gè)電路中,CMOS非門U1與晶體,電容和電阻構(gòu)成晶體振蕩器電路,U2實(shí)現(xiàn)整形功能,將振蕩器輸出的近似于正弦波的波形轉(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(gè)高增益的反相放大器.電容C1,C2與晶體構(gòu)成一個(gè)諧振型網(wǎng)絡(luò),完成對(duì)振蕩頻率的控制功能,同時(shí)提供了一個(gè)180度相移,從而和非門構(gòu)成一個(gè)正反饋網(wǎng)絡(luò),實(shí)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(zhǔn)確性,從而保證了輸出頻率的穩(wěn)定和準(zhǔn)確.晶體XTAL的頻率選為32768HZ.該元件專為數(shù)字鐘電路而設(shè)計(jì),其頻率較低,有利于減少分頻器級(jí)數(shù).從有關(guān)手冊(cè)中,可查得C1,C2均為30pF.當(dāng)要求頻率準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度更高時(shí),還可接入校正電容并采取溫度補(bǔ)償措施.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.圖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(hào)輸入,需要對(duì)振蕩器的輸出信號(hào)進(jìn)行分頻.通常實(shí)現(xiàn)分頻器的電路是計(jì)數(shù)器電路,一般采用多級(jí)2進(jìn)制計(jì)數(shù)器來實(shí)現(xiàn).例如,將32768Hz的振蕩信號(hào)分頻為1HZ的分頻倍數(shù)為32768(215),即實(shí)現(xiàn)該分頻功能的計(jì)數(shù)器相當(dāng)于15極2進(jìn)制計(jì)數(shù)器.常用的2進(jìn)制計(jì)數(shù)器有74HC393等.本實(shí)驗(yàn)中采用CD4060來構(gòu)成分頻電路.CD4060在數(shù)字集成電路中可實(shí)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(jì)數(shù)為14級(jí)2進(jìn)制計(jì)數(shù)器,可以將32768HZ的信號(hào)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(shí)鐘輸入端兩個(gè)串接的非門,因此可以直接實(shí)現(xiàn)振蕩和分頻的功能.圖3-3 CD4046內(nèi)部框圖 3)時(shí)間計(jì)數(shù)單元

時(shí)間計(jì)數(shù)單元有時(shí)計(jì)數(shù),分計(jì)數(shù)和秒計(jì)數(shù)等幾個(gè)部分.時(shí)計(jì)數(shù)單元一般為12進(jìn)制計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器,其輸出為兩位8421BCD碼形式;分計(jì)數(shù)和秒計(jì)數(shù)單元為60進(jìn)制計(jì)數(shù)器,其輸出也為8421BCD碼.一般采用10進(jìn)制計(jì)數(shù)器74HC390來實(shí)現(xiàn)時(shí)間計(jì)數(shù)單元的計(jì)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 2.3所示.該器件為雙2—5-10異步計(jì)數(shù)器,并且每一計(jì)數(shù)器均提供一個(gè)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(gè)位計(jì)數(shù)單元為10進(jìn)制計(jì)數(shù)器,無需進(jìn)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(hào)相連,Q3可作為向上的進(jìn)位信號(hào)與十位計(jì)數(shù)單元的CPA相連.秒十位計(jì)數(shù)單元為6進(jìn)制計(jì)數(shù)器,需要進(jìn)制轉(zhuǎn)換.將10進(jìn)制計(jì)數(shù)器轉(zhuǎn)換為6進(jìn)制計(jì)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(jìn)位信號(hào)與分個(gè)位的計(jì)數(shù)單元的CPA相連.圖3-5 10進(jìn)制——6進(jìn)制計(jì)數(shù)器轉(zhuǎn)換電路

分個(gè)位和分十位計(jì)數(shù)單元電路結(jié)構(gòu)分別與秒個(gè)位和秒十位計(jì)數(shù)單元完全相同,只不過分個(gè)位計(jì)數(shù)單元的Q3作為向上的進(jìn)位信號(hào)應(yīng)與分十位計(jì)數(shù)單元的CPA相連,分十位計(jì)數(shù)單元的Q2作為向上的進(jìn)位信號(hào)應(yīng)與時(shí)個(gè)位計(jì)數(shù)單元的CPA相連.時(shí)個(gè)位計(jì)數(shù)單元電路結(jié)構(gòu)仍與秒或個(gè)位計(jì)數(shù)單元相同,但是要求,整個(gè)時(shí)計(jì)數(shù)單元應(yīng)為12進(jìn)制計(jì)數(shù)器,不是10的整數(shù)倍,因此需將個(gè)位和十位計(jì)數(shù)單元合并為一個(gè)整體才能進(jìn)行12進(jìn)制轉(zhuǎn)換.利用1片74HC390實(shí)現(xiàn)12進(jìn)制計(jì)數(shù)功能的電路如圖3-6所示.另外,圖3-6所示電路中,尚余-2進(jìn)制計(jì)數(shù)單元,正好可作為分頻器2HZ輸出信號(hào)轉(zhuǎn)化為1HZ信號(hào)之用.圖3-6 12進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路 4)譯碼驅(qū)動(dòng)及顯示單元

計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)了對(duì)時(shí)間的累計(jì)以8421BCD碼形式輸出,選用顯示譯碼電路將計(jì)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(shí)電源電路

當(dāng)重新接通電源或走時(shí)出現(xiàn)誤差時(shí)都需要對(duì)時(shí)間進(jìn)行校正.通常,校正時(shí)間的方法是:首先截?cái)嗾５挠?jì)數(shù)通路,然后再進(jìn)行人工出觸發(fā)計(jì)數(shù)或?qū)㈩l率較高的方波信號(hào)加到需要校正的計(jì)數(shù)單元的輸入端,校正好后,再轉(zhuǎn)入正常計(jì)時(shí)狀態(tài)即可.根據(jù)要求,數(shù)字鐘應(yīng)具有分校正和時(shí)校正功能,因此,應(yīng)截?cái)喾謧€(gè)位和時(shí)個(gè)位的直接計(jì)數(shù)通路,并采用正常計(jì)時(shí)信號(hào)與校正信號(hào)可以隨時(shí)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(shí)電路, 圖3-7 帶有消抖動(dòng)電路的校正電路 6)整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路

一般時(shí)鐘都應(yīng)具備整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路功能,即在時(shí)間出現(xiàn)整點(diǎn)前數(shù)秒內(nèi),數(shù)字鐘會(huì)自動(dòng)報(bào)時(shí),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(fù)雜的也可以是實(shí)時(shí)語音提示.根據(jù)要求,電路應(yīng)在整點(diǎn)前10秒鐘內(nèi)開始整點(diǎn)報(bào)時(shí),即當(dāng)時(shí)間在59分50秒到59分59秒期間時(shí),報(bào)時(shí)電路報(bào)時(shí)控制信號(hào).報(bào)時(shí)電路選74HC30,選蜂鳴器為電聲器件.元器件

1.實(shí)驗(yàn)中所需的器材 5V電源.面包板1塊.示波器.萬用表.鑷子1把.剪刀1把.網(wǎng)絡(luò)線2米/人.共陰八段數(shù)碼管6個(gè).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(gè).500Ω電阻14個(gè).30p電容2個(gè).32.768k時(shí)鐘晶體1個(gè).蜂鳴器.2.芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖及引腳圖

圖4-1 7400 四2輸入與非門 圖4-2 CD4511BCD七段譯碼/驅(qū)動(dòng)器 圖4-3 CD4060BD 圖4-4 74HC390D 圖4-5 74HC51D 圖4-6 74HC30 3.面包板內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

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,FGHIJ相通,E和F之間不相通.個(gè)功能塊電路圖

一個(gè)CD4511和一個(gè)LED數(shù)碼管連接成一個(gè)CD4511驅(qū)動(dòng)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(dòng)電路

利用一個(gè)LED數(shù)碼管,一塊CD4511,一塊74HC390,一塊74HC00連接成一個(gè)十進(jìn)制計(jì)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(jìn)制計(jì)數(shù)器

利用一個(gè)LED數(shù)碼管,一塊CD4511,一塊74HC390,一塊74HC00和一個(gè)晶振連接成一個(gè)六進(jìn)制計(jì)數(shù)器,數(shù)碼管從0—6顯示,見附圖5-3.圖5-3 74390六進(jìn)制計(jì)數(shù)器 利用一個(gè)六進(jìn)制電路和一個(gè)十進(jìn)制連接成一個(gè)六十進(jìn)制電路,電路可從0—59顯示,見附圖5-4.圖5-4 六十進(jìn)制電路

利用兩個(gè)六十進(jìn)制的電路合成一個(gè)雙六十進(jìn)制電路,兩個(gè)六十進(jìn)制之間有進(jìn)位,見附圖5-5.圖5-5 雙六十進(jìn)制電路

利用CD4060,電阻及晶振連接成一個(gè)分頻——晶振電路,見附圖5-6.圖5-6 分頻—晶振電路

利用74HC51D和74HC00及電阻連接成一個(gè)校時(shí)電路,見附圖5-7.圖5-7 校時(shí)電路

利用74HC30和蜂鳴器連接成整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路.見附圖5-8.圖5-8 整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路

利用兩個(gè)六十進(jìn)制和一個(gè)十二進(jìn)制連接成一個(gè)時(shí),分,秒都會(huì)進(jìn)位的電路總圖,見附圖5-9.圖5-9 時(shí),分,秒的進(jìn)位連接圖 總接線元件布局簡(jiǎn)圖,見附圖6-1 芯片連接圖見附圖7-1 八,總結(jié)

設(shè)計(jì)過程中遇到的問題及其解決方法.在檢測(cè)面包板狀況的過程中,出現(xiàn)本該相通的地方卻未通的狀況,后經(jīng)檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)是由于萬用表筆尖未與面包板內(nèi)部垂直接觸所至.在檢測(cè)CD4511驅(qū)動(dòng)電路的過程中發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管不能正常顯示的狀況,經(jīng)檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)主要是由于接觸不良的問題,其中包括線的接觸不良和芯片的接觸不良,在實(shí)驗(yàn)過程中,數(shù)碼管有幾段二極管時(shí)隱時(shí)現(xiàn),有時(shí)會(huì)消失.用5V電源對(duì)數(shù)碼管進(jìn)行檢測(cè),一端接地,另一端接觸每一段二極管,發(fā)現(xiàn)二極管能正常顯示的,再用萬用表歐姆檔檢測(cè)每一根線是否接觸良好,在檢測(cè)過程中發(fā)現(xiàn)有幾根線有時(shí)能接通,有時(shí)不能接通,把接觸不好的線重新接過后發(fā)現(xiàn)能正常顯示了.其次是由于芯片接觸不良的問題,用萬用表歐姆檔檢測(cè)有幾個(gè)引腳本該相通的地方卻未通,而檢測(cè)的導(dǎo)線狀況良好,其解決方法為把CD4511的芯片拔出,根據(jù)面包板孔的的狀況重新調(diào)整其引腳,使其正對(duì)于孔,再用力均勻地將芯片插入面包板中,此后發(fā)現(xiàn)能正常顯示,本次實(shí)驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn)一塊壞的LED數(shù)碼管和兩塊壞的CD4511,經(jīng)更換后均能正常顯示.在連接晶振的過程中,晶振無法起振.在排除線與芯片的接觸不良問題后重新對(duì)照電路圖,發(fā)現(xiàn)是由于12腳未接地所至.在連接六進(jìn)制的過程中,發(fā)現(xiàn)電路只能4,5的跳動(dòng),后經(jīng)發(fā)現(xiàn)是由于接到與非門的引腳接錯(cuò)一根所至,經(jīng)糾正后能正常顯示.在連接校正電路的過程中,出現(xiàn)時(shí)和分都能正常校正時(shí),但秒?yún)s受到影響,特別時(shí)一較分鐘的時(shí)候秒亂跳,而不校時(shí)的時(shí)候,秒從40跳到59,然后又跳回40,分和秒之間無進(jìn)位,電路在時(shí),分,秒進(jìn)位過程中能正常顯示,故可排除芯片和連線的接觸不良的問題.經(jīng)檢查,校正電路的連線沒有錯(cuò)誤,后用萬用表的直流電壓檔帶電檢測(cè)秒十位的QA,QB,QC和QD腳,發(fā)現(xiàn)QA腳時(shí)有電壓時(shí)而無電壓,再檢測(cè)秒到分和分到時(shí)的進(jìn)位端,發(fā)現(xiàn)是由于秒到分的進(jìn)位未拔掉所至.5 在制作報(bào)時(shí)電路的過程中,發(fā)現(xiàn)蜂鳴器在57分59秒的時(shí)候就開始報(bào)時(shí),后經(jīng)檢測(cè)電路發(fā)現(xiàn)是由于把74HC30芯片當(dāng)16引腳的芯片來接,以至接線都錯(cuò)位,重新接線后能正常報(bào)時(shí).連接分頻電路時(shí),把時(shí)個(gè)位的QD和時(shí)十位的1腳斷開,然后時(shí)十位的1腳接到晶振的3腳,時(shí)十位的3腳接到秒個(gè)位的1腳,所連接的電路圖無法正常工作,時(shí)十位從0-9的跳,時(shí)個(gè)位只能顯示一個(gè)0,在這個(gè)電路中3腳的分頻用到兩次,故無法正常顯示,因此要把12進(jìn)制接到74HC390的一個(gè)邏輯電路空出來用于分頻即可,因此把時(shí)十位的CD4511的12,6腳接地,7腳改為接74HC390的5腳,74HC390的3,4腳斷開,然后4腳接9腳即可,其中空出的74HC390的3腳就可用于2Hz的分頻,分頻后變?yōu)?Hz,整個(gè)電路也到此為正常的數(shù)字鐘計(jì)數(shù).2.設(shè)計(jì)體會(huì)

在此次的數(shù)字鐘設(shè)計(jì)過程中,更進(jìn)一步地熟悉了芯片的結(jié)構(gòu)及掌握了各芯片的工作原理和其具體的使用方法.在連接六進(jìn)制,十進(jìn)制,六十進(jìn)制的進(jìn)位及十二進(jìn)制的接法中,要求熟悉邏輯電路及其芯片各引腳的功能,那么在電路出錯(cuò)時(shí)便能準(zhǔn)確地找出錯(cuò)誤所在并及時(shí)糾正了.在設(shè)計(jì)電路中,往往是先仿真后連接實(shí)物圖,但有時(shí)候仿真和電路連接并不是完全一致的,例如仿真的連接示意圖中,往往沒有接高電平的16腳或14腳以及接低電平的7腳或8腳,因此在實(shí)際的電路連接中往往容易遺漏.又例如74HC390芯片,其本身就是一個(gè)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器,在仿真電路中必須連接反饋線才能正常顯示,而在實(shí)際電路中無需再連接,因此仿真圖和電路連接圖還是有一定區(qū)別的.在設(shè)計(jì)電路的連接圖中出錯(cuò)的主要原因都是接線和芯片的接觸不良以及接線的錯(cuò)誤所引起的.3.對(duì)該設(shè)計(jì)的建議

此次的數(shù)字鐘設(shè)計(jì)重在于仿真和接線,雖然能把電路圖接出來,并能正常顯示,但對(duì)于電路本身的原理并不是十分熟悉.總的來說,通過這次的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)更進(jìn)一步地增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)的動(dòng)手能力.

第四篇：數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)：數(shù)字鐘

目 錄

目錄………………………………………………………………………….……….1

1、設(shè)計(jì)目的………………………………………………………………….……...2

2、設(shè)計(jì)方案………………………………………………………………….……...2

3、設(shè)計(jì)原理及其框圖……………………………………………………………....2 3.1數(shù)字鐘的構(gòu)成…………………………………………………..……….….……2 3.2數(shù)字鐘的工作原理……………………………………………………..…...……4 3.3時(shí)間計(jì)數(shù)單元………………………………………………………………....…5 3.4譯碼驅(qū)動(dòng)及顯示單元………………………………………………………….….6 3.5校時(shí)電源電路…………………………………………………………..………..6 3.6整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路…………………………………………………………………….7

4、元器件…………………………………………………………………………….7 4.1實(shí)驗(yàn)中所需的器材………………………………………………………………..7 4.2芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖及引腳圖…………………………………………………...…....8 4.3面包板內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖………………………………………………………………10

5、功能塊電路圖…………………………………………………………………...10

6、總結(jié)……………………………………………………………………………...18

7、參考文獻(xiàn)………………………………………………………………………...19

一、設(shè)計(jì)目的

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(shí)序電路。此次設(shè)計(jì)與制作數(shù)字電子鐘的目的是讓學(xué)生在了解數(shù)字鐘的原理的前提下，運(yùn)用剛剛學(xué)過的數(shù)電知識(shí)設(shè)計(jì)并制作數(shù)字鐘，而且通過數(shù)字鐘的制作進(jìn)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(shí)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(shí)序電路的原理與使用方法，從而實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐相結(jié)合。

總的來說，此次課程設(shè)計(jì)，有助于學(xué)生對(duì)電子線路知識(shí)的整合和電子線路設(shè)計(jì)能力的訓(xùn)練，并為后繼課程的學(xué)習(xí)和畢業(yè)設(shè)計(jì)打下一定的基礎(chǔ)。

二、設(shè)計(jì)方案

1．設(shè)計(jì)指標(biāo)

時(shí)間以24小時(shí)為一個(gè)周期； 顯示時(shí)、分、秒；

有校時(shí)功能，可以分別對(duì)時(shí)及分進(jìn)行單獨(dú)校時(shí)，使其校正到標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間； 計(jì)時(shí)過程具有報(bào)時(shí)功能，當(dāng)時(shí)間到達(dá)整點(diǎn)前5秒進(jìn)行蜂鳴報(bào)時(shí)； 為了保證計(jì)時(shí)的穩(wěn)定及準(zhǔn)確須由晶體振蕩器提供表針時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)。2．設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)報(bào)告

寫出設(shè)計(jì)與制作的全過程，附上有關(guān)資料和圖紙，有心得體會(huì)。

三、設(shè)計(jì)原理及其框圖

1．?dāng)?shù)字鐘的構(gòu)成

數(shù)字鐘是一個(gè)將“ 時(shí)”，“分”，“秒”顯示于人的視覺器官的計(jì)時(shí)裝置。它的計(jì)時(shí)周期為24小時(shí)，顯示滿刻度為23時(shí)59分59秒，另外應(yīng)有校時(shí)功能和一些顯示星期、報(bào)時(shí)、停電查看時(shí)間等附加功能。因此，一個(gè)基本的數(shù)字鐘電路主要由譯碼顯示器、“時(shí)”，“分”，“秒”，“星期”計(jì)數(shù)器、校時(shí)電路、報(bào)時(shí)電路和振蕩器組成。數(shù)字鐘實(shí)際上是一個(gè)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)頻率（1HZ）進(jìn)行計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)電路。由于計(jì)數(shù)的起始時(shí)間不可能與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間（如北京時(shí)間）一致，故需要在電路上加一個(gè)校時(shí)電路，同時(shí)標(biāo)準(zhǔn)的1HZ時(shí)間信號(hào)必須做到準(zhǔn)確穩(wěn)定。通常使用石英晶體振蕩器電路構(gòu)成數(shù)字鐘。

圖3-1所示為數(shù)字鐘的一般構(gòu)成框圖

⑴晶體振蕩器電路

晶體振蕩器電路給數(shù)字鐘提供一個(gè)頻率穩(wěn)定準(zhǔn)確的32768Ｈz的方波信號(hào)，可保證數(shù)字鐘的走時(shí)準(zhǔn)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。

⑵分頻器電路

分頻器電路將32768Ｈz的高頻方波信號(hào)經(jīng)32768（數(shù)。分頻器實(shí)際上也就是計(jì)數(shù)器。

⑶時(shí)間計(jì)數(shù)器電路

時(shí)間計(jì)數(shù)電路由秒個(gè)位和秒十位計(jì)數(shù)器、分個(gè)位和分十位計(jì)數(shù)器及時(shí)個(gè)位和時(shí)十位計(jì)數(shù)器電路構(gòu)成，其中秒個(gè)位和秒十位計(jì)數(shù)器、分個(gè)位和分十位計(jì)數(shù)器為60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，而根據(jù)設(shè)計(jì)要求，時(shí)個(gè)位和時(shí)十位計(jì)數(shù)器為12進(jìn)制計(jì)數(shù)器。

⑷譯碼驅(qū)動(dòng)電路

譯碼驅(qū)動(dòng)電路將計(jì)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。

⑸數(shù)碼管

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，本設(shè)計(jì)提供的為L(zhǎng)ED數(shù)碼管。）次分頻后得到1Hz的方波信號(hào)供秒計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì) 2

2．?dāng)?shù)字鐘的工作原理

１）晶體振蕩器電路

晶體振蕩器是構(gòu)成數(shù)字式時(shí)鐘的核心，它保證了時(shí)鐘的走時(shí)準(zhǔn)確及穩(wěn)定。

圖3-2所示電路通過ＣＭＯＳ非門構(gòu)成的輸出為方波的數(shù)字式晶體振蕩電路，這個(gè)電路中，ＣＭＯＳ非門Ｕ１與晶體、電容和電阻構(gòu)成晶體振蕩器電路，Ｕ２實(shí)現(xiàn)整形功能，將振蕩器輸出的近似于正弦波的波形轉(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(gè)高增益的反相放大器。電容Ｃ１、Ｃ２與晶體構(gòu)成一個(gè)諧振型網(wǎng)絡(luò)，完成對(duì)振蕩頻率的控制功能，同時(shí)提供了一個(gè)１８０度相移，從而和非門構(gòu)成一個(gè)正反饋網(wǎng)絡(luò)，實(shí)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(zhǔn)確性，從而保證了輸出頻率的穩(wěn)定和準(zhǔn)確。

晶體XTAL的頻率選為32768HZ。該元件專為數(shù)字鐘電路而設(shè)計(jì)，其頻率較低，有利于減少分頻器級(jí)數(shù)。

從有關(guān)手冊(cè)中，可查得C1、C2均為30pF。當(dāng)要求頻率準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度更高時(shí)，還可接入校正電容并采取溫度補(bǔ)償措施。

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。

圖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(hào)輸入，需要對(duì)振蕩器的輸出信號(hào)進(jìn)行分頻。

通常實(shí)現(xiàn)分頻器的電路是計(jì)數(shù)器電路，一般采用多級(jí)２進(jìn)制計(jì)數(shù)器來實(shí)現(xiàn)。例如，將３２７６８Ｈz的振蕩信號(hào)分頻為１ＨZ的分頻倍數(shù)為３２７６８（２１５），即實(shí)現(xiàn)該分頻功能的計(jì)數(shù)器相當(dāng)于１５極２進(jìn)制計(jì)數(shù)器。常用的２進(jìn)制計(jì)數(shù)器有７４ＨＣ３９３等。

本實(shí)驗(yàn)中采用CD4060來構(gòu)成分頻電路。CD4060在數(shù)字集成電路中可實(shí)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(jì)數(shù)為１４級(jí)２進(jìn)制計(jì)數(shù)器，可以將３２７６８ＨZ的信號(hào)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(shí)鐘輸入端兩個(gè)串接的非門，因此可以直接實(shí)現(xiàn)振蕩和分頻的功能。

圖3-3 CD4046內(nèi)部框圖

３）時(shí)間計(jì)數(shù)單元

時(shí)間計(jì)數(shù)單元有時(shí)計(jì)數(shù)、分計(jì)數(shù)和秒計(jì)數(shù)等幾個(gè)部分。

時(shí)計(jì)數(shù)單元一般為１２進(jìn)制計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器，其輸出為兩位８４２１ＢＣＤ碼形式；分計(jì)數(shù)和秒計(jì)數(shù)單元為６０進(jìn)制計(jì)數(shù)器，其輸出也為８４２１ＢＣＤ碼。

一般采用10進(jìn)制計(jì)數(shù)器74HC390來實(shí)現(xiàn)時(shí)間計(jì)數(shù)單元的計(jì)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 ２.３所示。該器件為雙２—５－１０異步計(jì)數(shù)器，并且每一計(jì)數(shù)器均提供一個(gè)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(gè)位計(jì)數(shù)單元為１０進(jìn)制計(jì)數(shù)器，無需進(jìn)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(hào)相連，Ｑ３可作為向上的進(jìn)位信號(hào)與十位計(jì)數(shù)單元的ＣＰＡ相連。秒十位計(jì)數(shù)單元為６進(jìn)制計(jì)數(shù)器，需要進(jìn)制轉(zhuǎn)換。將１０進(jìn)制計(jì)數(shù)器轉(zhuǎn)換為６進(jìn)制計(jì)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(jìn)位信號(hào)與分個(gè)位的計(jì)數(shù)單元的ＣＰＡ相連。

圖3-5 10進(jìn)制——6進(jìn)制計(jì)數(shù)器轉(zhuǎn)換電路

分個(gè)位和分十位計(jì)數(shù)單元電路結(jié)構(gòu)分別與秒個(gè)位和秒十位計(jì)數(shù)單元完全相同，只不過分個(gè)位計(jì)數(shù)單元的Ｑ３作為向上的進(jìn)位信號(hào)應(yīng)與分十位計(jì)數(shù)單元的ＣＰＡ相連，分十位計(jì)數(shù)單元的Ｑ２作為向上的進(jìn)位信號(hào)應(yīng)與時(shí)個(gè)位計(jì)數(shù)單元的ＣＰＡ相連。

時(shí)個(gè)位計(jì)數(shù)單元電路結(jié)構(gòu)仍與秒或個(gè)位計(jì)數(shù)單元相同，但是要求，整個(gè)時(shí)計(jì)數(shù)單元應(yīng)為１２進(jìn)制計(jì)數(shù)器，不是１０的整數(shù)倍，因此需將個(gè)位和十位計(jì)數(shù)單元合并為一個(gè)整體才能進(jìn)行１２進(jìn)制轉(zhuǎn)換。利用１片７４ＨＣ３９０實(shí)現(xiàn)１２進(jìn)制計(jì)數(shù)功能的電路如圖3-6所示。

另外，圖3-6所示電路中，尚余－２進(jìn)制計(jì)數(shù)單元，正好可作為分頻器２ＨZ輸出信號(hào)轉(zhuǎn)化為１ＨZ信號(hào)之用。

圖3-6 12進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路

4）譯碼驅(qū)動(dòng)及顯示單元

計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)了對(duì)時(shí)間的累計(jì)以8421BCD碼形式輸出，選用顯示譯碼電路將計(jì)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(shí)電源電路

當(dāng)重新接通電源或走時(shí)出現(xiàn)誤差時(shí)都需要對(duì)時(shí)間進(jìn)行校正。通常，校正時(shí)間的方法是：首先截?cái)嗾５挠?jì)數(shù)通路，然后再進(jìn)行人工出觸發(fā)計(jì)數(shù)或?qū)㈩l率較高的方波信號(hào)加到需要校正的計(jì)數(shù)單元的輸入端，校正好后，再轉(zhuǎn)入正常計(jì)時(shí)狀態(tài)即可。

根據(jù)要求，數(shù)字鐘應(yīng)具有分校正和時(shí)校正功能，因此，應(yīng)截?cái)喾謧€(gè)位和時(shí)個(gè)位的直接計(jì)數(shù)通路，并采用正常計(jì)時(shí)信號(hào)與校正信號(hào)可以隨時(shí)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(shí)電路。

圖3-7 帶有消抖動(dòng)電路的校正電路

6）整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路

一般時(shí)鐘都應(yīng)具備整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路功能，即在時(shí)間出現(xiàn)整點(diǎn)前數(shù)秒內(nèi)，數(shù)字鐘會(huì)自動(dòng)報(bào)時(shí)，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(fù)雜的也可以是實(shí)時(shí)語音提示。

根據(jù)要求，電路應(yīng)在整點(diǎn)前10秒鐘內(nèi)開始整點(diǎn)報(bào)時(shí)，即當(dāng)時(shí)間在59分50秒到59分59秒期間時(shí)，報(bào)時(shí)電路報(bào)時(shí)控制信號(hào)。報(bào)時(shí)電路選74HC30，選蜂鳴器為電聲器件。

四、元器件

1．實(shí)驗(yàn)中所需的器材，5V電源，面包板1塊，示波器，萬用表，鑷子1把，剪刀1把，共陰八段數(shù)碼管6個(gè)，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(gè)，500Ω電阻14個(gè)，30p電容2個(gè)，32.768k時(shí)鐘晶體1個(gè)，蜂鳴器。

2．芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖及引腳圖

圖4-1 7400 四2輸入與非門

圖4-2 CD4511BCD七段譯碼/驅(qū)動(dòng)器

圖4-3 CD4060BD

圖4-4 74HC390D

圖4-5 74HC51D

圖4-6 74HC30 3．面包板內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

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(gè)CD4511和一個(gè)LED數(shù)碼管連接成一個(gè)CD4511驅(qū)動(dòng)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(dòng)電路

2． 利用一個(gè)LED數(shù)碼管，一塊CD4511，一塊74HC390，一塊74HC00連接成一個(gè)十進(jìn)制計(jì)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(jìn)制計(jì)數(shù)器

3． 利用一個(gè)LED數(shù)碼管，一塊CD4511，一塊74HC390，一塊74HC00和一個(gè)晶振連接成一個(gè)六進(jìn)制計(jì)數(shù)器，數(shù)碼管從0—6顯示，見附圖5-3。

圖5-3 74390六進(jìn)制計(jì)數(shù)器

4． 利用一個(gè)六進(jìn)制電路和一個(gè)十進(jìn)制連接成一個(gè)六十進(jìn)制電路，電路可從0—59顯示，見附圖5-4。

圖5-4 六十進(jìn)制電路

5． 利用兩個(gè)六十進(jìn)制的電路合成一個(gè)雙六十進(jìn)制電路，兩個(gè)六十進(jìn)制之間有進(jìn)位，見附圖5-5。

圖5-5 雙六十進(jìn)制電路

6． 利用CD4060、電阻及晶振連接成一個(gè)分頻——晶振電路，見附圖5-6。

圖5-6 分頻—晶振電路

7． 利用74HC51D和74HC00及電阻連接成一個(gè)校時(shí)電路，見附圖5-7。

圖5-7 校時(shí)電路

8．利用74HC30和蜂鳴器連接成整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路。見附圖5-8。

圖5-8 整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路

9． 利用兩個(gè)六十進(jìn)制和一個(gè)十二進(jìn)制連接成一個(gè)時(shí)、分、秒都會(huì)進(jìn)位的電路總圖，見附圖5-9。

圖5-9

六、總結(jié)

我們學(xué)習(xí)了數(shù)字電子電路和模擬電子電路，對(duì)電子技術(shù)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(shè)計(jì)，我們才把學(xué)到的東西與實(shí)踐相結(jié)合。從中對(duì)我們學(xué)的知識(shí)有了更進(jìn)一步的理解。

在此次的數(shù)字鐘設(shè)計(jì)過程中，更進(jìn)一步地熟悉了芯片的結(jié)構(gòu)及掌握了各芯片的工作原理和其具體的使用方法。也鍛煉了自己獨(dú)立思考問題的能力和通過查看相關(guān)資料來解決問題的習(xí)慣。雖然這只是一次簡(jiǎn)單的課程設(shè)計(jì)，但通過這次課程設(shè)計(jì)我們了解了課程設(shè)計(jì)的一般步驟，和設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題。設(shè)計(jì)本身并不是有很重要的意義，而是同學(xué)們對(duì)待問題時(shí)的態(tài)度和處理事情的能力。至于設(shè)計(jì)的成績(jī)無須看的太過于重要，而是設(shè)計(jì)的過程，設(shè)計(jì)的思想和設(shè)計(jì)電路中的每一個(gè)環(huán)節(jié)，電路中各個(gè)部分的功能是如何實(shí)現(xiàn)的。各個(gè)芯片能夠完成什么樣的功能，使用芯片時(shí)應(yīng)該注意那些要點(diǎn)。同一個(gè)電路可以用那些芯片實(shí)現(xiàn)，各個(gè)芯片實(shí)現(xiàn)同一個(gè)功能的區(qū)別。另外，我們?cè)O(shè)計(jì)要從市場(chǎng)需求出發(fā)，既要有強(qiáng)大的功能，又要在價(jià)格方面比同等檔次的便宜。

在這次設(shè)計(jì)過程中，我也對(duì)word、畫圖等軟件有了更進(jìn)一步的了解，這使我在以后的工作中更加得心應(yīng)手。

七、參考文獻(xiàn)

康華光.2000年.電子技術(shù)基礎(chǔ) 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(shí)驗(yàn)與實(shí)訓(xùn).北京：機(jī)械工業(yè)出版社.吳建強(qiáng).2004年.電工學(xué)新技術(shù)實(shí)踐.北京：機(jī)械工業(yè)出版社.付家才.2003年.電工電子學(xué)習(xí)指導(dǎo).北京：化學(xué)工業(yè)出版社.王建華 吳道悌.2003年.電工學(xué)實(shí)驗(yàn).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(shè)計(jì)中的應(yīng)用.西安: 西安電子科技大學(xué)出版社.

第五篇：數(shù)字邏輯課程設(shè)計(jì)-數(shù)字鐘

安徽工業(yè)大學(xué)

《數(shù)字邏輯》課程報(bào)告

課程名稱：數(shù)字鐘

姓名: 專業(yè)班級(jí): 指導(dǎo)教師:

2013/05/31

1.數(shù)字鐘的組成及基本原理

圖A 如圖A所示，數(shù)字鐘電路系統(tǒng)由主體電路和擴(kuò)展電路兩大部分組成。其中主體電路完成數(shù)字鐘的基本功能，即：能準(zhǔn)確計(jì)時(shí)，以數(shù)字形式顯示小時(shí)、分秒的時(shí)間；小時(shí)計(jì)時(shí)以“24進(jìn)1”，分和秒的計(jì)時(shí)以“60進(jìn)1”；具有校正時(shí)和分的功能。擴(kuò)展電路完成數(shù)字鐘的擴(kuò)展功能。

1.1系統(tǒng)的工作原理：

振蕩器產(chǎn)生穩(wěn)定的高頻脈沖信號(hào)，作為數(shù)字中的時(shí)間基準(zhǔn)，然后經(jīng)分頻器輸出標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖。秒計(jì)數(shù)器滿60后向分計(jì)數(shù)器進(jìn)位，分計(jì)數(shù)器滿60后向小時(shí)計(jì)數(shù)器進(jìn)位，小時(shí)計(jì)數(shù)器按照“24翻1”規(guī)律計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)器的輸出分別經(jīng)譯碼器送顯示器顯示，計(jì)時(shí)出現(xiàn)誤差時(shí)可以進(jìn)行校時(shí)、校分。各擴(kuò)展電路必須在主體電路正常運(yùn)行的情況下才能進(jìn)行功能擴(kuò)展。

2.各單元電路的基本原理

2.1振蕩器電路

振蕩器是數(shù)字鐘的核心。振蕩器的穩(wěn)定度及頻率的精確度決定了數(shù)字鐘的準(zhǔn)確程度。一般來說，振蕩器的頻率越高，計(jì)時(shí)精度越高，但耗電量增大且分頻級(jí)數(shù)多。一般有如下幾種方案構(gòu)成振蕩器電路：

方案1：如圖1-1所示為電子手表集成電路中的晶體振蕩器電路，常取晶振的頻

率為32768Hz，因其內(nèi)部有15級(jí)2分頻集成電路，所以輸出端正好可得

到1Hz的標(biāo)準(zhǔn)脈沖。該方案優(yōu)點(diǎn)是走時(shí)準(zhǔn)確及穩(wěn)定，集成度高，所需芯

片少。方案2：由集成電路定時(shí)器555與RC組成的多諧振器，電路圖如圖1-2。輸出頻

率為1000Hz。該方案的優(yōu)點(diǎn)是起振容易，振蕩周期調(diào)節(jié)范圍廣，缺點(diǎn)是

頻率穩(wěn)定性差，精度低，所以在本實(shí)驗(yàn)中不宜使用。

方案3：由集成邏輯門與RC組成的對(duì)稱式多諧振蕩器，可以輸出頻率為1MHz的脈沖。該方案的優(yōu)點(diǎn)是精度高，集成簡(jiǎn)單，所需元器件少。

由于此次設(shè)計(jì)所提供的芯片主要是74ls00且方案三精度較高，連線簡(jiǎn)單所以選用方案三。

2-1

2-2 2.2分頻器電路

分頻器的功能主要有兩個(gè)：一是產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖信號(hào)，二是提供功能擴(kuò)展電路所需要的信號(hào)。選用中規(guī)模集成芯片74ls90可以完成上述功能，用6個(gè)級(jí)聯(lián)即可以得到1Hz的脈沖，該方案原理簡(jiǎn)單，易于調(diào)試，且可以得到各種頻率的脈沖，適合功能的擴(kuò)展。因此此次設(shè)計(jì)選用該方案。

2.3計(jì)數(shù)器電路

分和秒都是模M=60的計(jì)數(shù)器，它們的個(gè)位都是十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，而十位則是六進(jìn)制計(jì)數(shù)器。時(shí)計(jì)數(shù)器是一個(gè)“24翻1”的特殊進(jìn)制計(jì)數(shù)器，即當(dāng)數(shù)字鐘的計(jì)時(shí)器運(yùn)行到23時(shí)59分59秒時(shí)，秒的個(gè)位計(jì)數(shù)器再輸入一個(gè)秒脈沖時(shí)，數(shù)字鐘應(yīng)自動(dòng)顯示為00時(shí)00分00秒，實(shí)現(xiàn)日常生活中習(xí)慣用的計(jì)時(shí)規(guī)律。修改由于都不多于十進(jìn)制，則可以用6個(gè)中規(guī)模集成電路計(jì)數(shù)器74ls90來實(shí) 現(xiàn)計(jì)數(shù)。該方案功能靈活，芯片統(tǒng)一便于調(diào)試與組裝。

2.4校時(shí)校分電路

當(dāng)數(shù)字鐘接通電源或者計(jì)時(shí)出現(xiàn)誤差時(shí)，均需要校正時(shí)間。對(duì)校時(shí)電路的要求是，在進(jìn)行小時(shí)校正時(shí)不影響分和秒的計(jì)時(shí)，同理，在進(jìn)行分校正時(shí)不影響時(shí)和秒的正常計(jì)數(shù)。其實(shí)現(xiàn)方法可以是將校時(shí)校分信號(hào)直接加到分、時(shí)計(jì)數(shù)器上，因此校時(shí)校分電路實(shí)際上是一個(gè)輸入信號(hào)的轉(zhuǎn)換開關(guān)。以下是幾種方案：

方案1：簡(jiǎn)單的手動(dòng)開關(guān)，如圖1-4-1所示，正常工作時(shí)，s指向A，校時(shí)時(shí)只

需使s指向B。這種電路簡(jiǎn)單，但是開關(guān)的通斷產(chǎn)生隨機(jī)的機(jī)械抖動(dòng)信

號(hào)，不易控制其穩(wěn)定性。

方案2：如圖1-4-2所示，用三個(gè)與非和一個(gè)可調(diào)電位實(shí)現(xiàn)信號(hào)的轉(zhuǎn)換，當(dāng)正常

工作時(shí)，電位器動(dòng)滑頭指向B，這時(shí)CP=C0；當(dāng)需要校時(shí)，動(dòng)滑頭指向A，此時(shí)CP等于秒脈沖，兩個(gè)電容可以濾去滑動(dòng)中產(chǎn)生的干擾信號(hào)。

方案3：三個(gè)與非門和基本RS觸發(fā)器。基本RS觸發(fā)器可以完全消除開關(guān)的機(jī)械

抖動(dòng)，是最佳的一種校時(shí)校分電路。

1-4-1

2-4-2

2.5擴(kuò)展電路

隨著技術(shù)的發(fā)展，這種具有基本功能的數(shù)字鐘并不能滿足人們的要求，所以通常要根據(jù)不同人的需要進(jìn)行功能的擴(kuò)展，下面按照人們常用到的數(shù)字鐘功能提供了幾種擴(kuò)展電路方案:

方案1：仿廣播電臺(tái)整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路。要求是：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4低音1高音的順序發(fā)出間斷聲響，一最后

一聲高音結(jié)束的時(shí)刻為整點(diǎn)時(shí)刻。

方案2：定時(shí)控制電路。定時(shí)控制電路可以使數(shù)字鐘在規(guī)定的時(shí)刻發(fā)出信號(hào)，或

驅(qū)動(dòng)音響電路進(jìn)行“鬧時(shí)”；或控制某裝置電源的接通或斷開實(shí)現(xiàn)定時(shí)控

制。具體電路圖見圖1-6-1 方案3：報(bào)整點(diǎn)時(shí)數(shù)電路。功能是：每當(dāng)數(shù)字鐘計(jì)時(shí)到整點(diǎn)時(shí)發(fā)出聲響，且?guī)c(diǎn)

響幾聲。實(shí)現(xiàn)這一功能的電路要經(jīng)過三個(gè)階段的工作：分進(jìn)位脈沖到來

時(shí)小時(shí)計(jì)數(shù)器加1；報(bào)時(shí)計(jì)數(shù)器應(yīng)記錄此時(shí)的小時(shí)數(shù)；報(bào)時(shí)計(jì)數(shù)器開始

做減法計(jì)數(shù)，每減一個(gè)脈沖，音頻電路鳴叫一聲，直到計(jì)數(shù)器的值為零。

具體電路如圖1-6-2。此方案較為復(fù)雜。

由于材料有限，本次設(shè)計(jì)選用接法較為簡(jiǎn)單但功能實(shí)用的方案1

2-6-1 鬧時(shí)電路

2-6-2 報(bào)整點(diǎn)時(shí)數(shù)電路

3、具體電路及參數(shù)計(jì)算

3.1振蕩器

選用由集成邏輯門與RC組成的時(shí)鐘脈沖源振蕩器，可以輸出頻率為1MHz的脈沖。具體方案電路如下圖3-1

3-1 對(duì)稱式多諧振蕩器

3.2分頻器

本設(shè)計(jì)采用6片74ls90級(jí)聯(lián)成610分頻電路得到1Hz頻率脈沖，且可以得到用于擴(kuò)展電路所需要的各種頻率。具體接線圖如下圖2-2

3-2 分頻電路

3.3時(shí)分秒計(jì)數(shù)器

選用6片74ls90來實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)功能，其中分個(gè)位、秒個(gè)位及時(shí)個(gè)位是十進(jìn)制，分十位和秒十位是六進(jìn)制，時(shí)十位只能顯示0、1、2三個(gè)數(shù)字。如圖2-3-1。分計(jì)時(shí)和秒計(jì)時(shí)中當(dāng)Q1、Q2全為1時(shí)，R01、R02均為高，計(jì)時(shí)器清零實(shí)現(xiàn)60進(jìn)制。如圖2-3-2，時(shí)計(jì)數(shù)中當(dāng)十位Q1和個(gè)位Q2均為1時(shí)，十位個(gè)位上R01、R02 全為高，計(jì)時(shí)器清零實(shí)現(xiàn)24進(jìn)制。

3-3-1 二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器

3-3-2 六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器

3.4譯碼顯示電路

本設(shè)計(jì)使用BS201和CD4511配套使用實(shí)現(xiàn)譯碼顯示功能。下圖為一個(gè)一碼顯示的配套電路，本次設(shè)計(jì)中需使用6套來顯示我們所需要觀察到的數(shù)字。

譯碼顯示電路

3.5校時(shí)校分電路

本次設(shè)計(jì)采用方案3，用三個(gè)與非門和基本RS觸發(fā)器來實(shí)現(xiàn)校分/時(shí)功能。其中基本RS觸發(fā)器可以完全消除開關(guān)的機(jī)械抖動(dòng)。具體電路如圖3-5

3-5 校時(shí)校分電路

3.6整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路

仿電臺(tái)整點(diǎn)報(bào)時(shí)要求在快到整點(diǎn)時(shí)按4低音1高音的順序發(fā)出間斷聲響，一最后一聲高音結(jié)束的時(shí)刻為整點(diǎn)時(shí)刻。設(shè)4聲低音（采用50HZ分別發(fā)生在59分51秒、53秒、55秒、57秒、59秒，它們的持續(xù)時(shí)間為1S。由此可見，分十位和個(gè)位的計(jì)數(shù)器的狀態(tài)分別為秒十位計(jì)數(shù)器的狀態(tài)為ABCDM2QQQQ=0101,ABCDM1QQQQ=1001，秒十位計(jì)數(shù)器的狀態(tài)為ABCDS2 QQQQ=0101。秒個(gè)位計(jì)數(shù)器DS1Q的狀態(tài)可用來控制500HZ和50HZ 的音頻。表2-6-1列出了秒各位計(jì)數(shù)器的狀態(tài)，由表可得只有當(dāng)CM2AM2QQ=11，DM1AM1QQ=11,CS2AS2QQ=11及AS1Q=1時(shí)，音響電路才能工作。音響電路中采用射級(jí)輸出端，推動(dòng)8歐德蜂鳴器，三極管基極串接1K歐限流電阻，是為了防止電流過大損壞蜂鳴器，三極管選用高頻功率管即可，本設(shè)計(jì)使用8085NPN型三極管，具有方向特性可以節(jié)約一個(gè)非門。整點(diǎn)報(bào)時(shí)的電路圖如圖3-6

3-6 整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路