数字电子技术课程设计指导书

1、一、设计目的1.熟悉集成电路的引脚安排2.掌握各芯片的逻辑功能及使用方法3.了解面包板结构及其接线方法4.了解数字钟的组成及工作原理5.熟悉数字钟的设计与制作二、设计要求1.有秒、分、小时显示,各用两位数码管显示2.有调表对时功能3.可以进行12/24格式转换4.有整点报时功能5.走时误差小于10秒/每天三、实验器材四、实验原理数字钟是一个将“时”“分”“秒”显示于人的视觉器官的计时装置。它的计时周期为24小时,显示满刻度为23时59分59秒,另外应有校时功能和报时功能。因此,一个基本的数字钟电路主要由译码器、“时”“分”“秒”计数器、校时电路、报时电路和振荡器组成。秒信号产生器是整个系统的时

2、基信号,它直接决定计时系统的精度,一般用振荡器加分频器来实现。将标准秒信号送入“秒计数器”,“秒计数器”采用60进制计数器,每累计60秒发出一个“分脉冲”信号,该信号将作为“分计数器”的时钟脉冲。“分计数器”也采用60进制计数器,每累计60分钟,发出一个“时脉冲”信号,该信号将被送到“时计数器”。“时计数器”采用24进制,可以实现对一天24小时的累计。译码显示电路将“时”“分”“秒”计数器的输出状态在七段显示译码器译码,通过六位LED 七段显示器显示出来。整点报时电路根据计时系统的输出状态产生脉冲信号,然后去触发音频发生器实现报时。校时电路用来对“时”“分”“秒”显示进行校对调整的。五、设计过

3、程1、 数字钟电路系统的组成框图 2、设计原理1、振荡器振荡器的设计:集成电路定时器555与RC 组成的多谐振荡器。 集成电路定时器555与RC 组成的多谐振荡器。选择合适的R,C 的大小,让多谐振荡器的频率是1000Hz 。 2、分频器分频器电路将1000H z 的高频方波信号经1000次分频后得到1Hz 的方波信号供秒计数器进行计数。分频器实际上也就是计数器。 我们选用3片中规模集成电路计数器74LS90可以完成上述功能,每片为1/10分频,3片级联则可获得所需要的频率信号。 即第1片的Q0端输出频率为100Hz ,第2片的Q3端输出为10Hz ,第3片的Q3端输出为1Hz 。10H z

4、3、计数器根据计数周期分别组成两个60进制(秒分和一个24进制(时的计数器,把它们适当连接就可以构成秒、分、时的计数器,实现计时功能。(1秒计时器秒信号发生器是数字电子钟的核心部分,它的精度和稳定度决定了时信号发生器和分信号发生器的精度。秒计数器为60进制计数器。实现此模数的计数器是由两片中规模集成计数器74LS90构成。首先将两片74LS90设置成10进制加法计数器。将两片74LS90的置数端s1和s0都接地,将“CP2”接到Qa端,以Qd为进位端,则构成了10进制加法计数器。再将其中一片(以下都称片174LS90计数器的进位输出端Qd接到另一片(以下都称2片 74LS90的进位输入端CP1

5、,如此,两片计数器最大的即可实现100进制的计数器。接下来,利用74LS90 的“反馈置零”的方法实现60进制。74LS90属于异步置数,所以计数器输出“0110、0000”时,通过置数脉冲使计数器清零,也就是此时Qb、Qc发出置数脉冲使清零端R1、R2使计数器清零。 (2分计数器分计数器也是60进制计数器。同秒计数器一样是由两片中规模集成计数器74LS90构成。将两片74LS90按同秒计时器的方法接成10进制加法计数器,再按同秒计数器的方法接成可实现100进制的计数器。再用同秒计数器的方法实现60进制。 (3时计数器时计数器是24进制计数器。实现此模数的计数器是由两片中规模计数器集成计数器7

6、4LS90构成。同分、秒计数器一样,先将两片计数器74LS90连接成10进制的加法计数器,再把两片计数器74LS90用秒计数器的方法接成可实现100进制的计数器,当计数器状态为“0010、0100”时,要求计数器归零,通过送出的脉冲使两片计数器74LS90同时归零,这样就构成了24进制计数器。4、实现进位将秒计数器的第14个管脚与分显示器个位上的C相连接,将分计数器的第14个管脚与时显示器个位上的C相连,即可实现秒计数器的脉冲送入分显示器,分计数器的脉冲送入时显示器,可达到进位的目的。5、译码显示电路译码电路的功能是将“秒”“分”“时”计数器的输出代码进行编译,变成相应的数字。用于驱动LED七

7、段译码器常用的有74LS47。74LS47是8421BCD译码器,其输出是OC门输出低电平有效,专用于驱动LED七段共阳极显示数码管。由74LS47和LED七段共阳极数码管组成的一位数码显示电路。若将“秒”“分”“时”计数器的每位输出分别接到相应七段译码器的输入端,便可进行不同数字显示。在译码器输出与数码管之间串联的R为限流电阻。当数字钟的计数器在CP脉冲的作用下,按60秒为一分,60分为一小时,24小时为一天的计数规律计数是,就应将其状态显示成清晰的数字符号,需要将计数器的状态进行译码并将其显示出来。6、校时电路当时钟指示不准或停摆时,就需要校准时间。校准的方法有很多,常用的有“快速校时法”

8、。分计时器的校时:与非门1、2构成的双稳态触发器,可以将1Hz 的“秒”信号和“秒计数器的进位信号”送至“分计数器的CP端”。两个信号的送入由开关K控制,其过程如下:当开关K置“B”端时,与非门1输出低电平,与非门2输出高电平。“秒计数器进位信号”通过门4和门5送至“分计数器的CP端”,使“分计数器”正常工作;需要校正“分计数器”时,将开关K置“A”端,与非门1输出高电平,与非门2输出低电平,门4封锁“秒计数器进位信号”,门3将1Hz的CP信号通过门3和门5送至“分计时器”的CP控制端,使“分计时器”在“秒”信号的控制下“快速”计数,直至正确的时间,再将开关置于“B”端,达到校准时间的目的。时

9、计时器的校时同分计时器的校时 7、报时电路每当数字钟计时快要到整点时发出声响;通常按照4低音1高音的顺序发出间断声响;以最后一声高音结束的时刻为正点时刻。设4声低音(约500Hz分别发生在59分51秒、53秒、55秒及57秒,最后一声高音(约1kHz发生在59分59秒,它们的持续时间均为1秒。CP(秒 Q3S1Q2S1Q1S1Q0S1功能50 0 0 0 051 0 0 0 1 鸣低音52 0 0 1 0 停53 0 0 1 1 鸣低音 由表知:六、实验电路分十位分个位秒个位 Q 七、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74L

10、S47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。但在六十进制时,按图接线后发现,显示器上的数字总是100进制的,而不是六十进制,检测后发现无论是线路的连通还是芯片的接触都没有问题。最后,在重新对连线时发现是线路接错引脚造成的,改过之后,显示就正常了。校正电路因上面过程因引脚接错而造成错误,所以校正电路是完全按照仿真图所连的,在测试时,开始进行