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1、電子技術(shù)課程設(shè)計(jì) 數(shù)字鐘 學(xué)院：華科學(xué)院 專業(yè)、班級：電氣062201H 姓名：范曉晶 學(xué)號：200622050104 指導(dǎo)教師：柴婷婷 2008年12月目 錄一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求2二、總體框圖2三、選擇器件5四、功能模塊16五、總體設(shè)計(jì)電路21六、設(shè)計(jì)體會24一、設(shè)計(jì)要求及任務(wù)數(shù)字鐘是一種用數(shù)字顯示秒、分、時的計(jì)時裝置，與傳統(tǒng)的機(jī)械鐘相比，它具有走時準(zhǔn)確、顯示直觀、無機(jī)械傳動裝置等優(yōu)點(diǎn)，因而得到了廣泛的應(yīng)用：小到人們?nèi)粘Ｉ钪械碾娮邮直?，大到車站、碼頭、機(jī)場等公共場所的大型數(shù)顯電子鐘。多功能數(shù)字鐘由以下幾部分組成：555定時器組成的多諧振蕩器構(gòu)成秒脈沖發(fā)生器；校正電路；六十進(jìn)制的秒、分計(jì)數(shù)器和

2、十二進(jìn)制的時計(jì)數(shù)器；秒、分、時的數(shù)碼顯示部分；報(bào)時電路等。具體要求如下：鐘是一種用數(shù)字電路技術(shù)實(shí)現(xiàn)時、分、秒計(jì)時的裝置。通過數(shù)字鐘的 制作進(jìn)一步了解中小規(guī)模集成電路。設(shè)計(jì)指示：1、 時間以12小時為一個周期；2、 顯示時、分、秒；3、 具有校時功能，可以分別對時、分進(jìn)行單獨(dú)校時，使其校正到標(biāo)準(zhǔn)時間；4、 計(jì)時過程具有報(bào)時功能，當(dāng)時間到達(dá)正點(diǎn)前10秒進(jìn)行蜂鳴報(bào)時；5、 用555多振蕩器提供表針時間基準(zhǔn)信號。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；4、 接線及調(diào)試。二、總體框圖1.數(shù)字鐘組成電路的總體框圖如下圖所示：時顯示器分顯示器秒顯示器12進(jìn)制計(jì)數(shù)

3、器60進(jìn)制計(jì)數(shù)器60進(jìn)制計(jì)數(shù)器整點(diǎn)報(bào)時校時電路振 蕩 器圖一、總體框圖2.設(shè)計(jì)思路及模塊功能 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)和要求，對照數(shù)字鐘的總體框圖，可以分以下幾部分進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)。1. 秒脈沖發(fā)生器秒脈沖發(fā)生器是數(shù)字鐘的核心部分，它的精度和穩(wěn)定度決定了數(shù)字鐘的質(zhì)量，本實(shí)驗(yàn)可采用555定時器組成的多諧振蕩器發(fā)出秒脈沖即1Hz脈沖。電路圖如下圖所示。圖二、秒脈沖發(fā)生器2. 計(jì)數(shù)譯碼顯示 秒、分、時分別為60、60和12進(jìn)制計(jì)數(shù)器。秒、分均為六十進(jìn)制，即顯示0059，它們的個位為十進(jìn)制，十位為六進(jìn)制。時為十二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，顯示為0011，個位仍為十進(jìn)制，而十位為二進(jìn)制，但當(dāng)十進(jìn)位計(jì)到1，而個位計(jì)到2時清零，就為十

4、二進(jìn)制了。 所有計(jì)數(shù)器的顯示均采用DCD-HEX譯碼顯示器。3. 校正電路在剛剛開機(jī)接通電源時，由于時、分為任意值，所以，需進(jìn)行調(diào)整。置開關(guān)在手動位置，分別對時、分、秒進(jìn)行單獨(dú)計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)脈沖由秒脈沖輸入。4. 整點(diǎn)報(bào)時電路當(dāng)時計(jì)數(shù)器在每次計(jì)到整點(diǎn)時，需要報(bào)時，這可采用譯碼電路來解決，即當(dāng)分為59時，且秒計(jì)數(shù)到50時，輸出一高電平，經(jīng)過一三極管驅(qū)動喇叭鳴叫，完成整點(diǎn)報(bào)時，時間持續(xù)十秒。三、選擇器件實(shí)驗(yàn)所用器件如下：表一 實(shí)驗(yàn)所用器件序號器件功能器件數(shù)174LS160可預(yù)置BCD異步清零十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器6片274LS04反相器4片374LS002輸入端四與非門1片474LS082輸入端四與門1片5

5、555用于構(gòu)成多諧振蕩器1片7三極管8099放大驅(qū)動1個8揚(yáng)聲器1/4W,8鳴叫報(bào)時1個9電容（0.172 uF）用于構(gòu)成多諧振蕩器1個10電容（0.01uF）1個11電阻（1.4K）2個12電阻（100）1個13電位器(4.7K)用于構(gòu)成連續(xù)脈沖電路1個14電阻(200)1個15單刀雙擲開關(guān)用于校正電路4個16數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)箱搭接硬件調(diào)試結(jié)果1個17直流穩(wěn)壓電源各一個各器件的邏輯框圖、邏輯符號、邏輯功能表、內(nèi)部原理圖及邏輯功能分別如下： 1.74LS04仔細(xì)觀察一下三極管組成的開關(guān)電路即可發(fā)現(xiàn)，當(dāng)輸入為高電平時輸出等于低電平，而輸入為低電平時輸出等于高電平。因此輸出與輸入的電平之間是反向關(guān)

6、系，它實(shí)際上就是一個非門。（亦稱反向器）。在一些實(shí)用的反向器電路中，為了保證在輸入低電平時三極管可靠地截止，常在三極管的基極連接一個電阻R和一個負(fù)電源VEE。由于接入了電阻R2和負(fù)電源VEE,即使輸入的低電平信號稍大于零，也能使三極管的基極為負(fù)電位，從而使三極管能可靠地截止，輸出為高電平。當(dāng)輸入信號為高電平時，應(yīng)保證三極管工作在深度飽和狀態(tài)，以使輸出電平接近于零。為此，電路參數(shù)的配合必須合適，保證提供給三極的基極電流大于深度飽和的基極電流。 所用芯片74LS04是一個有六個反相器的芯片，其邏輯框圖如下圖所示：圖三、芯片74LS04管腳圖邏輯功能表如下圖：表二 74LS04 邏輯功能表 邏輯函數(shù)

7、式Y(jié)= A邏輯功能描述如下：當(dāng)輸入端為低電平0時，輸出端為高電平1；當(dāng)輸入端為低電平1時，輸出端為高電平0；即輸出端的電平與輸入端的電平總是相反的。2.74LS0074系列與非門的電線電纜與三極管組成的TTL反相器的典型電路的區(qū)別在于輸入端改成了奪發(fā)射極三極管。多發(fā)射極三極管的基區(qū)和集電區(qū)是共用的，而在P區(qū)的基區(qū)上制作了兩個（或多個）高摻雜的N型區(qū)，形成了兩個互相獨(dú)立的發(fā)射極。我們可以把多發(fā)射極三極管看作兩個發(fā)射極獨(dú)立而基極和集電極分別并聯(lián)在一起的三極管多發(fā)射極三極管可實(shí)現(xiàn)與運(yùn)算。所用芯片74LS00，其邏輯框圖如下圖所示： 圖四、芯片74LS00邏輯框圖邏輯符號圖： 圖五、芯片74LS00邏

8、輯符號邏輯功能表如下圖： 表三 74LS00 邏輯功能表邏輯函數(shù)式Y(jié)=AB 邏輯功能描述如下： 其中A、B為輸入端，Y為輸出端。當(dāng)輸入端A=0，B=0時，輸出端Y為高電平，即Y=1； 當(dāng)輸入端A=0，B=1時，輸出端Y為高電平，即Y=1； 當(dāng)輸入端A=1，B=0時，輸出端Y為高電平，即Y=1； 當(dāng)輸入端A=1，B=1時，輸出端Y為低電平，即Y=0； 即兩個輸入端A、B的輸入電平只要有一個是低電平0，輸出端Y就為高電平1；只有A、B兩個輸入端的電平同時為1時，輸出端Y才為低電平0。3.555圖六、555芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖六為國產(chǎn)雙極型定時器CB555內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)原理圖。它是由比較器C1和C2，基本R

9、S觸發(fā)器和集電極開路的放電三極管TD三部分組成。 其中VH是比較器C1的輸入端，v12是比較器C2的輸入端。C1和C2的參考電壓VR1和VR2由VCC經(jīng)三個五千歐電阻分壓給出。在控制電壓輸入端VCO懸空時，VR1=2/3VCC,VR2=1/3VCC。如果VCO外接固定電壓，則VR1=VCO,VR2=1/2VCO. RD是置零輸入端。只要在RD端加上低電平，輸出端v0便立即被置成低電平，不受其他輸入端狀態(tài)的影響。正常工作時必須使RD處于高電平。圖中的數(shù)碼18為器件引腳的編號。555定時器是一種中規(guī)模集成電路，只要在外部配上適當(dāng)阻容元件，就可以方便地構(gòu)成脈沖產(chǎn)生和整形電路。555集成定時器由五個部

10、分組成：1、 基本RS觸發(fā)器：由兩個“與非”門組成2、 比較器：C1、C2是兩個電壓比較器3、 分壓器：阻值均為5千歐的電阻串聯(lián)起來構(gòu)成分壓器，為比較器C1和C2提供參考電壓。4、 晶體管開卷和輸出緩沖器：晶體管VT構(gòu)成開關(guān)，其狀態(tài)受端控制。輸出緩沖器就是接在輸出端的反相器G3，其作用是提高定時器的帶負(fù)載能力和隔離負(fù)載對定時器的影響。其邏輯框圖如下： 圖七、邏輯框圖邏輯符號如下： 圖八、555邏輯符號邏輯功能表如下圖：表四 555邏輯功能表輸 入輸 出閾值輸入(vI1)觸發(fā)輸入(vI2)復(fù)位()輸出()放電管T00導(dǎo)通 11截止10導(dǎo)通1不變不變邏輯功能描述如下：555定時器的主要功能取決于比

11、較器，比較器的輸出控制RS觸發(fā)器和放電管T的狀態(tài)。圖中RD為復(fù)位輸入端，當(dāng)RD為低電平時，不管其他輸入端的狀態(tài)如何，輸出v0為低電平。因此在正常工作時，應(yīng)將其接高電平。由圖可知，當(dāng)5腳懸空時，比較器C1和C2比較電壓分別為2/3VCC和1/3VCC。當(dāng)vI12/3VCC，vI21/3VCC時，比較器C1輸出低電平，比較器C2輸出高電平，基本RS觸發(fā)器被置0,放電三極管T導(dǎo)通，輸出端vO為低電平。 當(dāng)vI12/3VCC，vI21/3VCC時，比較器C1輸出高電平，比較器C2輸出低電平，基本RS觸發(fā)器被置1,放電三極管T截止，輸出端vO為高電平。當(dāng)vI11/3VCC時，基本RS觸發(fā)器R =1、S

12、=1,觸發(fā)器狀態(tài)不變，電路亦保持原狀態(tài)不變。綜合上述分析，可得555定時器功能表如表10.11.1所示。如果在電壓控制端（5腳）施加一個外加電壓（其值在0-VCC之間），比較器的參考電壓將發(fā)生變化，電路相應(yīng)的閾值、觸發(fā)電平也將隨之變化，進(jìn)而影響電路的工作狀態(tài)。 4.74LS16074LS160為十進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器邏輯框圖如圖： 邏輯符號如圖： 圖十、74LS160邏輯符號圖九、74LS160邏輯框圖邏輯功能表如下：表五、74LS160邏輯功能CPEP ET工作狀態(tài)0 置零10 預(yù)置數(shù)110 1保持11 0保持（但C=0）111 1計(jì)數(shù)邏輯功能描述如下：由邏輯圖與功能表知，在CT74LS160中LD為預(yù)置數(shù)控制端，D0-D3為數(shù)據(jù)輸入端，C為進(jìn)位輸出端，RD為異步置零端，Q0-Q3位數(shù)據(jù)輸出端，EP和ET為工作狀態(tài)控制端。當(dāng)RC=0時所有觸發(fā)器將同時被置零，而且置零操作不受其他輸入端狀態(tài)的影響。當(dāng)RC=1、LD=0時，電路工作在預(yù)置數(shù)狀態(tài)。這時門G16-G19的輸出始終是1，所以FF0-FF1輸入端J、K的狀態(tài)由D0-D3的狀態(tài)決定。當(dāng)