1、 題目二：設(shè)計(jì)一個(gè)多功能數(shù)字電子鐘設(shè)計(jì)課題：多功能數(shù)字電子鐘 時(shí)間：19周整周2021.6.277.1 地點(diǎn)：學(xué)院數(shù)電實(shí)驗(yàn)室；設(shè)計(jì)目的: 1.培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)、調(diào)試常用數(shù)字電路系統(tǒng)的能力； 2.提高學(xué)生應(yīng)用計(jì)數(shù)器功能擴(kuò)展、級(jí)聯(lián)方法的能力； 3.提高學(xué)生對計(jì)數(shù)、譯碼、顯示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能力。三、設(shè)計(jì)要求： 1.準(zhǔn)確計(jì)時(shí)，數(shù)字顯示時(shí)、分； 2.小時(shí)的計(jì)時(shí)要求12，分的計(jì)時(shí)要求為60； 3.能夠校正時(shí)間。四、設(shè)計(jì)框圖及其原理分析： 1. 數(shù)字鐘的系統(tǒng)框圖： 譯碼驅(qū)動(dòng)譯碼驅(qū)動(dòng)譯碼驅(qū)動(dòng)譯碼驅(qū)動(dòng) 脈沖 分個(gè)位 分十位 時(shí)個(gè)位 時(shí)十位 12、24小時(shí)切換電路拓展 分調(diào) 時(shí)調(diào)說明：框圖中的脈沖模塊由555及一些電阻、

2、電容構(gòu)成多諧振蕩電路產(chǎn)生秒脈沖；顯示譯碼模塊由共陰數(shù)碼管和顯示譯碼器74LS48構(gòu)成；時(shí)、分電路模塊由74LS160、74LS11、74LS10分別構(gòu)成12和60進(jìn)制計(jì)數(shù)器；12、24小時(shí)切換電路由二選一數(shù)據(jù)選擇器74LS157及小時(shí)電路模塊構(gòu)成；校時(shí)電路由秒脈沖及單刀雙擲開關(guān)構(gòu)成。 2.原理分析： a、脈沖電路：脈沖電路由555及電阻15K、68K ，電容10nF、10uF構(gòu)成如圖S1所示的多諧振蕩電路。 其工作原理是：電路剛開始通電時(shí)，電容C1兩端電壓不能突變，2腳為低電平，電路置位，3腳輸出高電平，7腳被懸空，此時(shí)VCC通過R2、R3對C1充電，當(dāng)充電時(shí)間到達(dá)t1=R2+R3*C1*ln

3、2，6腳電壓到達(dá)2VCC/3，電路復(fù)位，3腳輸出低電平，同時(shí)555內(nèi)部放電晶體管導(dǎo)通，使7腳也為低電平，C1通過R3向7腳放電，當(dāng)放電時(shí)間為t2=R3*C1*ln2, 此時(shí)2腳電位下降到VCC/3，電路置位，3腳輸出高電平，7腳被懸空，C1又被充電，如此周而復(fù)始。脈寬Tw=R2+2*R3C1*ln2圖S1 b、顯示譯碼電路： 此局部電路由共陰數(shù)碼管及顯示譯碼器74LS48構(gòu)成如圖S2所示。圖S2 由74LS48的功能表可知：D、C、B、A是BCD碼輸入信號(hào)。a-g是譯碼器的7個(gè)輸出端低電平有效；eq o(sup 9( ),sdo 3(LT)是試燈信號(hào)輸入，用來檢查七段顯示器是否完好，低電平有效

4、；是滅零輸入信號(hào)，低電平有效。既可作熄滅信號(hào)輸入，又可作為滅零輸出端，低電平有效。圖S2中eq o(sup 9( ),sdo 3(LT)、都接高電平只做顯示功能。c、時(shí)、分電路模塊及12、24小時(shí)切換電路：小時(shí)電路： 該模塊電路由74LS160及74LS10構(gòu)成如圖S3的121到12進(jìn)制計(jì)數(shù)器。12進(jìn)制計(jì)數(shù)器工作原理：個(gè)位U2的4、5、6腳都接低電平，3腳接高電平形成置數(shù)端為0001,使能端7、10腳都接高電平使芯片正常工作，其異步清零端1腳接高平使其失效，進(jìn)位端15腳接入U(xiǎn)1使能端10當(dāng)個(gè)位計(jì)數(shù)到9時(shí)產(chǎn)生進(jìn)位輸出高電平后確保十位U1正常工作；十位U1的3、4、5、6腳都接低電平形成置數(shù)端為0

5、000，其異步清零端1腳接高平使其失效；U1、U2的2腳相連接入脈沖信號(hào)；利用74LS10產(chǎn)生的反應(yīng)信號(hào)該計(jì)數(shù)器工作時(shí)由74LS10一直輸出高電平使得U1、U2的置數(shù)端一直失效；當(dāng)計(jì)數(shù)到12時(shí)，由74LS10輸出為低電平，此時(shí)U1、U2的置數(shù)端工作，分別將8421BCD碼十位0000個(gè)位0001置進(jìn)電路并輸出數(shù)碼管顯示01給U1、U2的9腳同步置數(shù)端進(jìn)行同步置數(shù)，實(shí)現(xiàn)1到12的12進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路。 圖S312進(jìn)制計(jì)數(shù)器 24進(jìn)制計(jì)數(shù)器其工作原理與12進(jìn)制根本相同，只是反應(yīng)信號(hào)有些不同，其電路圖如S4所示。 圖S424進(jìn)制計(jì)數(shù)器由圖S3、圖S4可看出12進(jìn)制與24進(jìn)制計(jì)數(shù)器間有3處不同，利用一片

6、二選一數(shù)據(jù)選擇器74LS157可實(shí)現(xiàn)12進(jìn)制與24進(jìn)制之間的切換。其電路圖如圖S5.圖S5 12進(jìn)制24進(jìn)制切換 分鐘電路： 該模塊電路由74LS160、74LS10、74LS11構(gòu)成如圖S6的600到59進(jìn)制計(jì)數(shù)器。 工作原理：個(gè)位U1的3、4、5、6腳都接高電平，使能端7、10腳都接高電平使芯片正常工作，其同步置數(shù)端9腳接高電平使其失效，進(jìn)位端15腳接入U(xiǎn)2使能端7、10當(dāng)個(gè)位計(jì)數(shù)到9時(shí)產(chǎn)生進(jìn)位輸出高電平后確保十位U1正常工作；十位U2的3、4、5、6腳都接高電平，其同步置數(shù)9腳接高平使其失效；U2、U1的2腳相連接入脈沖信號(hào)；利用74LS10產(chǎn)生的反應(yīng)信號(hào)該計(jì)數(shù)器工作時(shí)由74LS10一直

7、輸出高電平使得U2、U1的清零端一直失效；當(dāng)計(jì)數(shù)到59時(shí)，由74LS10輸出為低電平，此時(shí)U2、U1的清零端工作，使數(shù)碼管為00給U2、U1的1腳異步清零端進(jìn)行清零；74LS11構(gòu)成進(jìn)位輸出計(jì)數(shù)為0到58時(shí)，其輸出一直為低電平，當(dāng)計(jì)數(shù)為59時(shí)產(chǎn)生進(jìn)位輸出高電平，實(shí)現(xiàn)0到59的60進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路。圖S6 60進(jìn)制計(jì)數(shù)器 3校時(shí)電路：此模塊電路由秒脈沖及單刀雙擲開關(guān)構(gòu)成，如圖S7。通過改變計(jì)數(shù)器的脈沖信號(hào)來實(shí)現(xiàn)校時(shí)。圖S7 校時(shí) 4電路整合： 將分鐘的進(jìn)位輸出接到時(shí)調(diào)單刀雙擲開關(guān)C的輸入端，其輸出端接到小時(shí)的脈沖輸入端U3的2腳;分調(diào)單刀雙擲開關(guān)B接到分鐘的脈沖輸入端U7的2腳。最終電路整合如圖S

8、8,。 圖S8 時(shí)鐘電路五、電路的實(shí)物連接及測試： (1)實(shí)物連接： 根據(jù)原理圖圖S8連接電路，分別連接脈沖電路模塊、校準(zhǔn)電路模塊、分計(jì)數(shù)模塊、12和24小時(shí)切換模塊、譯碼顯示模塊。最后將各模塊電路進(jìn)行整合。 2)調(diào)試、測試： 先檢查電源和接地正確，再檢查各個(gè)芯片管腳的接線是否正確。檢查無誤后接通電源，先檢查555震蕩是否產(chǎn)生脈沖信號(hào)，當(dāng)這局部無誤之后，按照分個(gè)位、分十位、時(shí)個(gè)位和時(shí)十位的順序檢查。當(dāng)最低位計(jì)數(shù)正確以后看進(jìn)位和分十位是否正確，逐次檢查。錯(cuò)誤大致有以下幾點(diǎn)：1、原理圖錯(cuò)誤，畢竟仿真與實(shí)物搭建還是有差異；2、接線錯(cuò)誤、虛接、漏接，用萬用表、二極管測試每個(gè)模塊功能逐級(jí)檢查；3、芯片燒

9、壞，可采用同型號(hào)芯片進(jìn)行替換或用萬用表測試，兩者綜合運(yùn)用，靈活變通。 當(dāng)顯示和計(jì)數(shù)以及進(jìn)位完全正確以后，檢查校準(zhǔn)電路功能的實(shí)現(xiàn)該電路采用脈沖校準(zhǔn)，校時(shí)脈沖分別加在分個(gè)位脈沖輸入端和時(shí)個(gè)位脈沖輸入端便可進(jìn)行校時(shí)。 通過搭建面包板及調(diào)試、測試，該電路與設(shè)計(jì)之初要到達(dá)的效果根本一致。面包板搭建的實(shí)物圖如圖S9。 圖S9 實(shí)物圖 六、實(shí)驗(yàn)儀器與元器件清單： 1.實(shí)驗(yàn)儀器：萬用表、數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)箱。 2.元器件清單：材料清單元件備注數(shù)量 74LS1604 74LS484 74LS101 74LS111 68k1 15k1 10UF1 10nF1 5551 數(shù)碼管共陰4 單刀雙擲開關(guān)3 導(dǎo)線假設(shè)干 面包板1七、設(shè)計(jì)小結(jié)：通過本次課程設(shè)計(jì)，使我更進(jìn)一步地熟悉了一些常用芯片的結(jié)構(gòu)及掌握了各芯片的工作原理和其具體的使用方法。也鍛煉了自己獨(dú)立思考問題的能力和通過查看相關(guān)資料來解決問題的習(xí)慣。雖然這只是一