数字电子技术课程设计报告

1、数字电子技术课程设计报告一、设计目的数字钟是一种用数字电路技术实现时、 分、 秒计时的装置， 与机械式时钟相比具有更高的准确性和直观性，且无机械装置，具有更更长的使用寿命，因此得到了广泛的使用。数字钟从原理上讲是一种典型的数字电路，其中包括了组合逻辑电路和时序电路。因此，我们此次设计与制做数字钟就是为了了解数字钟的原理，从而学会制作数字钟而且通过数字钟的制作进一步的了解各种在制作中用到的中小规模集成电路的作用及实用方法.且由于数字钟包括组合逻辑电路和时叙电路.通过它可以进一步学习与掌握各种组合逻辑电路与时序电路的原理与使用方法.二、设计要求1）设计指标 时间以 12 小时为一个周期； 显示时、

2、分、秒； 具有校时功能，可以分别对时及分进行单独校时，使其校正到标准时间； 计时过程具有报时功能，当时间到达整点前10 秒进行蜂鸣报时； 为了保证计时的稳定及准确须由晶体振荡器提供表针时间基准信号。2）设计要求 画出电路原理图（或仿真电路图） ； 元器件及参数选择； 电路仿真与调试； PCB 文件生成与打印输出。 ）制作要求自行装配和调试，并能发现问题和解决问题。 ）编写设计报告写出设计与制作的全过程，附上有关资料和图纸，有心得体会。三、原理框图1 数字钟的构成数字钟实际上是一个对标准频率（ 1HZ ）进行计数的计数电路。由于计数的起始时间不可能与标准时间（如北京时间）一致，故需要在电路上加一

3、个校时电路，同时标准的1HZ 时间信号必须做到准确稳定。通常使用石英晶体振荡器电路构成数字钟。r译码驱动那眄驱©-I译码驱动 金许也业动nLI时十位 计数时个位小数分卜位分个位 口数7 I胡|忠分怙M 电 路秒个位 “数.32768Hz-2Hz晶体振荡 .3分独器!军阿摩I r电二蹄Ell4分版器L电 路1Hz(a)数字钟组成框图2 .晶体振荡器电路晶体振荡器电路给数字钟提供一个频率稳定准确的32768 H z的方波信号，可保证数字钟的走时准确及稳定。 不管是指针式的电子钟还是数字显示的电子钟都使用了晶体振荡 器电路。一般输出为方波的数字式晶体振荡器电路通常有两类，一类是用TTL门电

4、路构成；另一类是通过CM OS非门构成的电路，本次设计采用了后一种。如图(b)所示，由CMO S非门U 1与晶体、 电容和电阻构成晶体振荡器电路，U 2实现整形功能， 将振荡器输出的近似于正弦波的波形转换为较理想的方波。输出反馈电阻R1为非门提供偏置，使电路工作于放大区域，即非门的功能近似于一个高增益的反相放大器。电容C 1、C 2与晶体构成一个谐振型网络，完成对振荡频率的控制功能，同时提供了一个180度相移， 从而和非门构 成一个正反馈网络，实现了振荡器的功能。由于晶体具有较高的频率稳定性及准确性，从而保证了输出频率的稳定和准确。(b) CMOS晶体振荡器(仿真电路)Z秒输入信号相连，Q 3

5、可作为向上的进位信秒十位计数单元为6进制计数器,需要进制转换。将1 0进制计数器转换为6进3 .时间记数电路般采用10进制计数器如74HC290、74HC390等来实现时间计数单元的计数功能。本次设计中选择 74HC390。由其内部逻辑框图可知，其为双 2-5-10异步计数器，并每 一计数器均有一个异步清零端（高电平有效）c 秒个位计数单元为1 0进制计数器，无需进制转换，只需将Q a与CP B （下降 沿有效）相连即可。C P a （下降没效）与1 H 号与十位计数单元的CP A相连。制计数器的电路连接方法如图2.4所示，其中Q 2可作为向上的进位信号与分个位的计数单元的CP A相连。十进制

6、-六进制转换电路分个位和分十位计数单元电路结构分别与秒个位和秒十位计数单元完全相同，只不过分个位计数单元的Q 3作为向上的进位信号应与分十位计数单元的CP A相连，分十位计 数单元的Q 2作为向上的进位信号应与时个位计数单元的C P A相连。时个位计数单元电路结构仍与秒或个位计数单元相同，但是要求，整个时计数单元应为1 2进制计数器， 不是1 0的整数倍，因此需将个位和十位计数单元合并为一个整体 才能进行1 2进制转换。利用1片7 4 H C 3 9 0实现1 2进制计数功能的电路如图（d）所示。（d）十二进制电路另外，图（d）所示电路中，尚余一2进制计数单元，正好可作为分频器2 H输出信号转

7、化为1 Hz信号之用。4 .译码驱动及显示单元电路选择CD 4 5 1 1作为显示译码电路；选择LED数码管作为显示单元电路。由CD4511把输进来的二进制信号翻译成十进制数字，再由数码管显示出来。 这里的LED数码管是采用共阴的方法连接的。计数器实现了对时间的累计并以8421BCD码的形式输送到 CD4511芯片，再由4511 芯片把BCD码转变为十进制数码送到数码管中显示出来。5 .校时电路数字钟应具有分校正和时校正功能，因此，应截断分个位和时个位的直接计数通路，并采用正常计时信号与校正信号可以随时切换的电路接入其中。即为用COMS与或非门实现的时或分校时电路，In1端与低位的进位信号相连

8、；In2端与校正信号相连，校正信号可直接取自分频器产生的 1Hz或2Hz （不可太高或太低） 信号；输出端则与分或时个位计时输 入端相连。当开关打向下时，因为校正信号和0相与的输出为0,而开关的另一端接高电平， 正常输入信号可以顺利通过与或门，故校时电路处于正常计时状态；当开关打向上时，情况正好与上述相反，这时校时电路处于校时状态。实际使用时，因为电路开关存在抖动问题，所以一般会接一个RS触发器构成开关消抖动电路，所以整个较时电路就如图（f）。VDD（f）带有消抖电路的校正电路6 .整点报时电路电路应在整点前10秒钟内开始整点报时，即当时间在 59分50秒到59分59秒期 间时，报时电路报时控

9、制信号。当时间在59分50秒到59分59秒期间时，分十位、分个位和秒十位均保持不变， 分别为5、9和5,因此可将分计数器十位的Qc和Qa、个位的Qd和Qa及秒计数器十位的Qc和Qa相与，从而产生报时控制信号。报时电路可选 74HC30来构成。74HC30为8输入与非门。5V数字钟设计一整点报时电路部分四、元器件1. 四连面包板1块（编号A45）2. 镣子1把3. 剪刀1把4. 共阴八段数码管 6个5. 网络线2米/人6. CD4511集成块6块7. CD4060集成块1块8. 74HC390集成块3块9. 74HC51集成块1块10. 74HC00集成块4块11. 74HC30集成块1块12.

10、 10M 电阻5个13. 500a电阻14个14. 30p电容2个15. 时钟晶体1个16. 蜂鸣器10个（每班）1）芯片连接图2)CD45111）74HC00DrnnTiEim 向 同 血 eUJ U EI Ld UJ Q Lu UJ3)74HC390D使能选择数据辕出A e 2i i ? y roomurs4)74HC51D2.面包板的介绍面包板一块总共由五部分组成，一竖四横，面包板本身就是一种免焊电板。 面包板的样式是：面包板的注意事项：1 面包板旁一般附有香蕉插座，用来输入电压、信号及接地。2 上图中连着的黑线表示插孔是相通的。3 拉线时，尽量将线紧贴面包板，把线成直角，避免交叉，也不

11、要跨越元件。4 面包板使用久后， 有时插孔间连接铜线会发生脱落现象， 此时要将此排插孔做记号。并不再使用。五、各功能块电路图数字钟从原理上讲是一种典型的数字电路， 可以由许多中小规模集成电路组成， 所以可 以分成许多独立的电路。六进制电路74HC390 、 7400、数码管与4511 组成，电路如图一。U1AU2A将十进制计数器转换为 六进制的连接方法_SEG_COM_K（二）十进制电路由74HC390、7400、数码管与4511组成，电路如图U4AU4B14（三） 六十进制电路 由两个数码管、两 4511、一个74HC390与一个7400芯片组成，电路如图三。（四）双六十进制电路由2个六十进

12、制连接而成，把分个位的输入信号与秒十位的Qc相连，使其产生进位，电路图如图四。（五）时间计数电路由1个十二进制电路、2个六十进制电路组成，因上面已有一个双六十电路，只要把它与T 二进制电路相连即可，详细电路见图五。ComU5U6SEVEN SEG COM KVCCn099U11U10T451BD45iU20C9A741oBiFGBOBDCODQ 1R LDOEOFOLEGOAOADBQ 2BOBDCOC Q2CDDOD Q2DDR LC 2EOFOL FGOBN21-4-0NU,G 1- A1U4ComComComU2U1SEVEN SEG COM KCOMSEVEN SEG COM KVCC

13、VCCBl ILi9C74H812U24AU2U13AU16BQU14A74H(74HC74HC390D74HC390N74HC3111114DQ 1AN2BOBN2DODQ2D DRLEOFOLEGBODQ 1R LC1GOT LLjAN 1BN 1R L C00DcomSEVEN SEGVCC5VU8U945114511BDr /llvU25AU2674H(0N0DNU23CU21A74HC00DSEVEN SEG COM K3 2U19A74HC00D74HC0U20D74HC0DN1LjU15A74HC0 0DAU2 0B2IC00D1 j j5VCC5VU11BDV1小 1000Hz

14、时，分，秒计时辨图（六）校正电路由74CH51D、74HC00D与电阻组成，校正电路有分校正和时校正两部分，电路如图六。IO1VCC5V正常输入信号校正信号IO2R1U2C小时校正电路IWohmJ1Key = AR210MohmIO3正常输入信号校正信号IO4R3Key = B10Mohm分校正时锁定 小时信号输入R4-10Mohm74HC00DU2D121374HC00D74HC00D45注意：分校时时，不会进位到小时。U1121391011234574HC51DU2A时计数器3274HC00DIO5-0U2B5674HC00D分计数器IO6图中采用基本RS触发器构成开关消抖动电路，其中与非

15、门选用74HC00 ; 信号与0相与为0,而开关 常输入信号可以顺利通过 于正常计时状态，当开关 上述相反，这时电路处于对J1和J2 ,因为校正 的另一端接高电平，正 与或门，故校时电路处 打向上时，情况正好与 校时状态。74HC00D数字钟设计-校时电路部分（七）晶体振荡电路由晶体与2个30pF电容、1个4060、一个10兆的电阻组成，芯片 3脚输出2Hz的方波信 号，电路如图七。U23D一R145<3276BkHz10URCTCR1-wwWMohmCl30pFC2 30pFOH012on4C60BP14（八）整点报时电路由74HC30D和蜂鸣器组成，当时间在59:50到59:59时,

16、蜂鸣报时，电路如图八。说明：当时间在59分50秒到59分59秒期间时分十位、分个位和秒十位均保持不变，分别为5, 9和5； 因此，可以将分计数器十位的Qc和QA ,个位的QD和QA及 秒计数器十位的QC和QA相与，从而产生报时控制信号。六、总接线元件布局简图整个数字钟由时间计数电路、晶体振荡电路、校正电路、整点报时电路组成。其中以校正电路代替时间计数电路中的时、分、秒之间的进位，当校时电路处于正常 输入信号时，时间计数电路正常计时，但当分校正时，其不会产生向时进位，而分与时的校 位是分开的，而校正电路也是一个独立的电路。电路的信号输入由晶振电路产生，并输入各电路。简图如图九。七、芯片连接总图因仿真与实际元件上的差异，所以在原有的简图的基础上，又按实际布局画了这张按 实际芯片布局的接线图，如图十。八、总结1 实验过程中遇到的问题及解决方法 面包板测试测试面包板各触点是否接通。 七段显示器与七段译码器的测量把显示器与CD4511 相连， 第一次接时， 数码管完全没有显示数字， 检查后发现是数码管未接地而造成的，接地后发现还是无法正确显示数字，用万用表检测后，发现是因芯片引脚有些接触不良而造成的，所以确认芯片是否接触良好是非常重要的一件事。 时间计数电路的连接与测试六进制、十进制都没有什么大的问题，只是芯片引脚的老问题，只要重新插过芯片就可以解决了