数电课程设计

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1、目录一、 设计任务31. 设计课题：数字时钟设计2. 设计步骤与要求二、 分析及设计过程31. 数字钟的功能要求2. 数字钟电路系统的组成框图3. 主体电路的设计（1）振荡器.4（2）分频器.4（3）时分秒计数器.5（4）译码显示电路.6（5）校时电路.6（6）主体电路的装调.7三、总体电路图8四、元器件清单9五、小结9六、 参考文献10一、设计任务1. 设计课题：数字时钟设计2. 设计步骤与要求(1) 拟定数字钟电路的组成框图，要求设计优化，电路功能正确，器件少，成本低 设计并安装各单元电路，要求布线整齐美观，便于级联与调试测试数字钟系统的逻辑功能，使满足设计功能的要求画出数字钟系统的整机逻

2、辑电路图写出课程设计报告二、分析及设计过程本课题是数字电路中计数、分频、译码、显示及时钟振荡器等组合逻辑电路与时序逻辑 电路的综合应用。通过学习，要求掌握多功能数字钟电路的设计方法、装调技术及数字钟的 扩展应用。1. 数字钟的功能要求 准确计时，以数字形式显示时、分、秒的时间； 小时的计时要求为“12翻1”，分和秒的计时要求为60进位； 校正时间。2. 数字钟电路系统的组成框图如图一所示，数字钟电路系统由主体电路和扩展电路两大部分所组成。其中主体电路完 成数字钟的基本功能，扩展电路完成数字钟的扩展功能。系统的工作原理是：振荡器产生的稳定的高频脉冲信号，作为数字钟的时间基准，然后 经分频器输出标

3、准秒脉冲。秒计数器计满60后向分计数器进位，分计数器计满60后向小时 计数器进位，小时计数器按照“12翻1”规律计数。计数器的输出分别经译码器送显示器显 示。计时出现误差时可以用校时电路校时、校分、校秒。各扩展电路必须在主体电路正常运 行的情况下才能进行功能扩展。扩I 展I 电I 路I图一(S1-1)多功能数字钟系统组成框图3. 主体电路的设计 主体电路是由功能部件或单元电路组成的。在设计这些电路或选择部件时，尽量选用同 类型的器件，如所有功能部件都采用TTL集成电路或都采用CMOS集成电路。整个系统所 用的器件种类应尽可能少。下面介绍各功能部件或电路的设计。（1）振荡器 振荡器（英文：osc

4、illator）是用来产生重复电子讯号（通常是正弦波或方波）的电 子元件。其构成的电路叫振荡电路。能将直流电转换为具有一定频率交流电信号输出的电子 电路或装置。种类很多，按振荡激励方式可分为自激振荡器、他激振荡器；按电路结构可分 为阻容振荡器、电感电容振荡器、晶体振荡器、音叉振荡器等；按输出波形可分为正弦波 方波、锯齿波等振荡器。广泛用于电子工业、医疗、科学研究等方面。 ERC RTUAL 555定时器是一种模拟和数字功能相结合的 中规模集成器件。一般用双极性工艺制作的称为555， 用CMOS工艺制作的称为7555，除单定时器外，还 有对应的双定时器556/7556。555定时器的电源电压 范

5、围宽，可在4.5V16V工作，7555可在318V工 作，输出驱动电流约为200mA，因而其输出可与TT L、CMOS或者模拟电路电平兼容。如图二。 多谐振荡器又称为无稳态触发器，它没有稳定 的输出状态，只有两个暂稳态。在电路处于某一暂稳态 后，经过一段时间可以自行触发翻转到另一暂稳态。两 个暂稳态自行相互转换而输出一系列矩形波。多谐振荡 器可用作方波发生器。 又称为无稳态触发器，它没有稳定的输出状态，只有两个暂稳态。在电路处于某一暂稳态后，经过一段时间可以自行触发 翻转到另一暂稳态。两个暂稳态自行相互转换而输出一系列矩形波。多谐振荡器可用作方波 发生器。 如图三。图三（2）分频器分频器的功能

6、主要有两个：一是产生标准秒脉冲信号；二是可提供功能扩展电路所需要 的信号，如仿电台报时用的103Hz的高音频信号和500Hz的低音频信号等。选用中规模集 成电路计数器74LS90可以完成上述功能。如图S1-4所示，将3片74LS90进行级联，因每 片为1/10分频器，3片级联正好获得1Hz的标准秒脉冲。由74LS90的功能表可得，当它接 成BCD十进制计数器时，QA的输出是输入脉冲CP的2分频，所以第1片74LS90的QA 输出脉冲的频率为500Hz。图 S1-2 晶体振荡器图 S1-3 555 振荡器图 S1-4 振荡器与分频器电路（3）时分秒计数器分和秒计数器都是模 M=60 的计数器，采

7、用中规模集成电路十进制计数器至少需要 2 片，因为IOvMvIOO。它们的个位都是十进制计数器，而十位则是六进制计数器，其计数规 律为0001585900。选用74LS92作为十位位计数器，74LS90作个位位计数器，再将它们进行级联组成模数M=60的计数器。时计数器是一个“12翻1”的特殊进制计数器，即当数字钟的计时器运行到12时59 分59秒时，秒的个位计数器再输入一个秒脉冲时，数字钟应自动显示为01时00分00秒， 实现日常生活中习惯用的计时规律。由此可见，时计数器的个位有09十个状态，十位只有 0和1两种状态，因此，十位位可以采用仅有两个状态的集成触发器，如双D触发器74LS74 （只

8、用其中一个 D 触发器）。时的个位虽然只有 09 十个状态，但其重复周期需要输入 13 个时钟脉冲,因而需要采用功能较灵活的4位2进制计数器，这里选用74LS191。再将74LS74 与74LS191通过控制门和反馈控制线进行级联，组成“12翻1”的小时计数器。如图四。于 z74JLS191B * = - _1 Ik 11 - UT5 -一 一 一 一 n r 一&4HIIF 丄 q -b3Ut rU5*Z4LS74 LFR 7札卿g（4）译码显示电路 译码显示电路的作用是将时分秒计数器输出的 4 位二进制代码翻译并显示出相应的十 进制数的状态，通常译码器与显示器是配套使用的，如果选择共阴发光

9、二极管数码显示器图五（5）校时电路当数字钟接通电源或者计时出现误差时，均需要校正时间，校时是数字钟应具备的基本 功能。一般电子手表都具有时、分、秒等校时功能。为使电路简单，本课题只进行分和小时 的校正。对校时电路的要求是，在进行小时校正时不影响分和秒计数器的正常计数，同理，进行 分校正时不影响秒计数器的正常计数。校正时间的方式有“快校时”和“慢校时”两种，其 中“快校时”是，通过校时开关的控制，使校时脉冲进入校时电路，则计数器对校时脉冲计 数，当计到需要校正的时间时，再使计数器转入正常计数。“慢校时”是用单脉冲发生器的 输出作校时脉冲，通过校时开关的控制，每触发一次输出一个单脉冲，则计数器加1

10、，当计 到需要校正的时间时，再使计数器转入正常计数。由此可见，两种校时方式的电路应基本相 同，不同的是校时脉冲的产生与控制方式有所区别。至分个位计数器至时个位计数器&叱分开关*分十位 进位脉冲丄校时脉冲校时开关33KQ3.3K QS2S1功能00计数01校分10校时1 秒十位 进位脉冲+5V图 S1-5 校时电路表 S1-1 校时开关的功能图三所示电路为校“时”校“分”电路。其中S为校“分”用的控制开关，s2为校“时” 用的控制开关，它们的控制功能如表S1-1所示。其中校时脉冲如果直接采用如图S1-4所示的分频器的10Hz的输出脉冲，当S或S2分别为“1”时可进行“快校时”。如果校时脉冲 由单

11、次脉冲产生器提供，则可以进行“慢校时”。需要注意的是，图S1-5所示的校时电路是由与非门构成的组合逻辑电路，开关S1或S2 为“0”或“1”时，可能会产生抖动，必要时还应将其改为去抖动开关电路。如图六图六（6）主体电路的装调 根据图 S1-1 所示的数字钟系统组成框图按照信号的流向分级安装，逐级进行级联， 这里的每一级是指组成数字钟的各功能电路。 根据数字电路安装与调试基本方法，测试主体电路的逻辑功能。级联时，如果出现时 序配合不同步，或尖峰脉冲干扰，引起逻辑功能不正常时，可以通过增加逻辑门进行延时或 反相。如果显示字符变化很快，模糊不清，可能是由于电源电流的跳变引起的，可在集成电 路器件的电

12、源端VCC加退耦滤波电容。 画数字钟的主体逻辑电路图 经过联调并纠正方案中的错误和不足之处后，再测试电路的逻辑功能是否满足设计要求。最后画出满足设计要求的总体逻辑电路图。如果因实验器材有限，其中秒计数器的个位和时 计数器的十位可以采用发光二极管指示，因而可以省去2 片译码器和2只数码显示器。三、总图8丁3314141414丄CP88g.12IS2Rd5103141451CPCP118128；81132B14121015141091412109141210221029102910eeR12.2KLDQriCPU-Dll6Qq Qi QaQf Q2R CCA BA B1214b aCoh5b aC

13、oh5Ql Q2 3 3el 74594DO Dl D2 D3 E3 yi；CP 74L530Qo Qi Qz (iL2|9 IbA B C DICS74LS4TE4B) f g a b c d bIC10T4LS47(48 f g a b c d bIC1274LS4I (4S) f g a b c d bIC11 74LS47(48 f g a b c d. bIC1374LS191d 1SdIC14 厂卩74L5745銮 匚I匚I IR25. IKICS74LS90CC +5VR01 R02 S91S92CP0lKHzKOTDIS田 IC1 OUT-555 %! VC intt门亠0.

14、iyEice74LS92ICT 74LS90R01 R02 S91S92 CP0匚I匚I I钏 TR01 R02IC5 74LS90R01 R02 S91S92CP0 RD1 R02 S91S92 CP0ICSCPi 74LS90Qd Qi Qs Q?图七a3febaoh5厂10R0I RO2 S91592IC4O3!74LS90QuQi Qz Qa7R01ROZCP0IC6CP174LS92Qo Qi Q2$ (CMIS4444HE:12Ejue-：，- .J-ilLfiWD爭UJN li女E钊昭JTTE-fflx廿n ci趴比颁门STOW ri*l.ur4:Uffl：A也| I：芦丈如即丼

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16、ni图八四、元器件清单NE55574LS9074LS9274LSl9l74LS7474LS0074LS48BS202l片5片2片l片l片4片6片6 个（共阴 LED 数码管）电阻 680QX42, 2kQXl, 3.3kQX3, 5.1kQXl电位器lOkQXl,瓷介电容 O.luFXl, 0.01 uFX3按钮开关X2五、小结我们学习了数字电子电路和模拟电子电路,对电子技术有了初步了解,但那些都是理 论上的东西,学的再好也不一定能够应用于实际。用过这次数字钟的课程设计,我才把学到 的东西与实践相结合,由此对我所学的知识有了更进一步的理解。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,

17、掌握了各芯片的工作原 理及具体的应用方法,也锻炼了自己独立思考和动手解决问题的能力,培养了自己主动查阅 资料自学的好习惯。虽然这只是一次简单的课程设计，但通过这样一种过程，我们才能了解 课程设计的一般步骤、思路以及设计过程需要注意的一些常见问题。设计本身并不是有着特 别大的意义，而是对待问题的态度和处理事情的能力。设计的过程、设计的思想设计过程中 的每一个环节，都值得我们去深究，各个芯片能够完成什么样的功能，连接中需要注意什么， 是否有更好的方法，仿真或实物结果不对时应该如何解决，种种的问题都是在实践中不断尝 试和重复试验的综合，这就更加提醒我们应该踏实耐心的对待任何一次实践实习，在过程中 慢

18、慢成长成熟。在这次设计过程中，我也对Multisim、word、绘图等软件有了进一步的了解运用，这件 会对我以后的各种学习起到一定的辅助作用。试验中，借助仿真软件，不仅可以把课堂上所 学知识直接加以运用，而且，还能将分散的知识点融合在一起，更加系统的掌握书本知识 为期末复习做了更充分的准备。当然，本次试验中也遇到了很多问题，有些能够通过自学或请教老师得到及时解决， 有些却仍然遗留，比如说最终的仿真结果并没有达到预期的效果，这也是实践中最大的不足， 至于电路的设计也是部分借助于网络，不能做到完全的自主设计，理解和答辩上有着较大的 问题，这些都是我更加了解到自己平时学习的不足，以及动手解决问题的能力缺陷，但我坚 信，这次的课程设计会让我在今后的学习实践中注重方法，独立自主，不断提高自己的个人 专业能力素质，为将来的学习工作打下更坚实的基础。六、参考文献1数字电子技术基础，阎石，北京：清华大学出版社2 电子技术基础实验与课程设计（第三版），高吉祥、库锡树主编，电子工业出版 社3 数字电子技术实用教程，罗桂娥主编，中南大学出版社4 multisim&ultiboardlO原理图与PCB设计李刚 王立香 任鲁涌 主编 电子工业出 版社5百度文库