《数字电路课程设计报告.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数字电路课程设计报告.docx（12页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、.课程设计报告 课程名称： 数 字 电 路 设计题目： 数 字 钟 专业名称： 应用电子技术 班 级： D11010 学 号： D1101037 姓 名： 姜 炳 辰 指导教师： 王 莉 起止日期： 山东电子职业技术学院1. 概述数字钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的钟表。与机械钟相比具有更高的准确性和直观性，具有更长的使用寿命，已得到广泛的使用。数字钟的设计方法有许多种，例如可用中小规模集成电路组成电子钟，也可以利用专用的电子钟芯片配以显示电路及其所需要的外围电路组成电子钟，还可以利用单片机来实现电子钟等等。这些方法都各有其特点，其中利用单片机实现的电子钟具有编程灵活，以便于功能的扩
2、展。2. 数字钟的基本组成原理框图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。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32768z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。分频器电路分频器电路将32768Hz的高频方波信号32768（）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。时间计数器电路时间计数电路由秒
3、个位和秒十位计数器、分个位和分十位计数器及时个位和时十位计数器电路构成，其中秒个位和秒十位计数器、分个位和分十位计数器为60进制计数器，而根据设计要求，时个位和时十位计数器为12进制计数器。译码驱动电路译码驱动电路将计数器输出的8421BCD码转换为数码管需要的逻辑状态，并且为保证数码管正常工作提供足够的工作电流。数码管数码管通常有发光二极管（LED）数码管和液晶（LCD）数码管，本设计提供的为数码管。时显示数字钟组成原理框图 秒显示分显示译码器译码器译码器计数器计数器计数器校时控制分频器晶 振3. 数字钟单元电路及工作原理（1） 晶体振荡器电路晶体振荡器是构成数字式时钟的核心，它保证了时钟的
4、走时准确及稳定。如图，电路通过非门构成的输出为方波的数字式晶体振荡电路，这个电路中，非门与晶体、电容和电阻构成晶体振荡器电路，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、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。 （2） 分频器电路通常，数字钟的晶体振荡器输出频率较高，为了得到z的秒信号输入，需要对振荡器的输出信号进行分频。
5、本实验中采用CD4060来构成分频电路。CD4060在数字集成电路中可实现的分频次数最高，而且CD4060还包含振荡电路所需的非门，使用更为方便。计数为级进制计数器，可以将Z的信号分频为Z，其内部框图如图所示，从图中可以看出，的时钟输入端两个串接的非门，因此可以直接实现振荡和分频的功能。 （3） 时间计数单元时间计数单元有时计数、分计数和秒计数等几个部分。时计数单元一般为进制计数器计数器，其输出为两位码形式；分计数和秒计数单元为进制计数器，其输出也为码。一般采用10进制计数器74HC390来实现时间计数单元的计数功能。为减少器件使用数量，可选，该器件为双异步计数器，并且每一计数器均提供一个异步
6、清零端（高电平有效）。秒个位计数单元为进制计数器，无需进制转换，只需将与（下降沿有效）相连即可。（下降没效）与Z秒输入信号相连，可作为向上的进位信号与十位计数单元的相连。秒十位计数单元为进制计数器，需要进制转换。将进制计数器转换为进制计数器的电路连接方法如图所示，其中可作为向上的进位信号与分个位的计数单元的相连。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作为向上的进位信号应与分十位计数单元的相连，分十位计数单元的作为向上的进位信号应与时个位计数单元的相连。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进制计数器，不是
7、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进制转换。利用片实现进制计数功能的电路如图所示。（4）译码驱动及显示单元计数器实现了对时间的累计以8421BCD码形式输出，选用显示译码电路将计数器的输出数码转换为数码显示器件所需要的输出逻辑和一定的电流，选用CD4511作为显示译码电路，选用LED数码管作为显示单元电路。（5） 校时电路当重新接通电源或走时出现误差时都需要对时间进行校正。通常，校正时间的方法是：首先截断正常的计数通路，然后再进行人工出触发计数或将频率较高的方波信号加到需要校正的计数单元的输入端，校正好后，再转入正常计时状态即可。 根据要求，数字钟应具有分校正和时校正功
8、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。如图所示即为带有基本RS触发器的校时电路。（6）整点报时电路一般时钟都应具备整点报时电路功能，即在时间出现整点前数秒内，数字钟会自动报时，以示提醒。其作用方式是发出连续的或有节奏的音频声波，较复杂的也可以是实时语音提示。根据要求，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，报时电路报时控制信号。报时电路选74HC30，选蜂鸣器为电声器件。（7） 定时电路4. 数字钟总接线布局图及其说明（1） 一个CD4511和一个LED数码管连接成一个CD4511驱动电路
9、，数码管可从0-9显示，以次来检查数码管的好坏。（2） 利用一个LED数码管，一块CD4511，一块74HC390，一块74HC00连接成一个十进制计数器，电路在晶振的作用下数码管从09显示。（3） 利用一个LED数码管，一块CD4511，一块74HC390，一块74HC00和一个晶振连接成一个六进制计数器，数码管从06显示。（4） 利用一个六进制电路和一个十进制连接成一个六十进制电路，电路可从059显示。（5） 利用两个六十进制的电路合成一个双六十进制电路，两个六十进制之间有进位。（6）利用CD4060、电阻及晶振连接成一个分频晶振电路。（7）利用74HC51D和74HC00及电阻连接成一个
10、校时电路。（8） 利用74HC30和蜂鸣器连接成整点报时电路。（9） 利用两个六十进制和一个十二进制连接成一个时、分、秒都会进位的电路总图。5.课程设计中部分元器件的使用说明1实验中所需的器材Ø 5V电源。Ø 面包板1块。Ø 示波器。Ø 万用表。Ø 镊子1把。Ø 剪刀1把。Ø 网络线2米/人。Ø 共阴八段数码管6个。Ø CD4511集成块6块。Ø CD4060集成块1块。Ø 74HC390集成块3块。Ø 74HC51集成块1块。Ø 74HC00集成块5块。Ø
11、; 74HC30集成块1块。Ø 10M电阻5个。Ø 500电阻14个。Ø 30p电容2个。Ø 32.768k时钟晶体1个。Ø 蜂鸣器。6. 课程设计的心得体会在此次的数字钟设计过程中，更进一步地熟悉了芯片的结构及掌握了各芯片的工作原理和其具体的使用方法。在连接六进制、十进制、六十进制的进位及十二进制的接法中，要求熟悉逻辑电路及其芯片各引脚的功能，那么在电路出错时便能准确地找出错误所在并及时纠正了。在设计电路中，往往是先仿真后连接实物图，但有时候仿真和电路连接并不是完全一致的，例如仿真的连接示意图中，往往没有接高电平的16脚或14脚以及接低电平的7脚或8脚，因此在实际的电路连接中往往容易遗漏。又例如74HC390芯片，其本身就是一个十进制计数器，在仿真电路中必须连接反馈线才能正常显示，而在实际电路中无需再连接，因此仿真图和电路连接图还是有一定区别的。在设计电路的连接图中出错的主要原因都是接线和芯片的接触不良以及接线的错误所引起的。7. 参考文献数字电路 百度百科;