1"f也大電子電路綜合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)報(bào)告——多功能數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)第第頁(yè)共26頁(yè)TOC\o"1-5"\h\z目錄 2\o"CurrentDocument"一．實(shí)驗(yàn)?zāi)康?3\o"CurrentDocument"二．設(shè)計(jì)要求 3\o"CurrentDocument"三．總體設(shè)計(jì)概要 3四．單元電路設(shè)計(jì) 4振 蕩 器 電路 4\o"CurrentDocument"分 頻 器 電路 7\o"CurrentDocument"時(shí)間計(jì)時(shí)單元的設(shè)計(jì) 9譯碼與顯示電路的設(shè)計(jì) 13\o"CurrentDocument"校時(shí)電路的設(shè)計(jì) 15\o"CurrentDocument"定時(shí)控制電路的設(shè)計(jì) 17方案一整體電路圖 18模塊接線圖及仿真結(jié)果 18用ＥＷＢ軟件繪制的單元接線圖 18單元模塊仿真 21整體仿真 22\o"CurrentDocument"五.測(cè)試結(jié)果分析 23\o"CurrentDocument"六．面包板 23\o"CurrentDocument"七．設(shè)計(jì)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題 25\o"CurrentDocument"八.實(shí)驗(yàn)用到的器件 25一．實(shí)驗(yàn)?zāi)康募由顚?duì)數(shù) 字電子技術(shù)的理論 知識(shí)的理解，結(jié)合實(shí)踐進(jìn)一步加深對(duì)單元 電路基本功能的掌握和 應(yīng)用。通 過(guò)具體 數(shù)字電 路模型，掌握一種 常用電子電路仿 真的軟件，使 學(xué)生能利用所學(xué)理論知識(shí)完成實(shí)際電路的設(shè)計(jì)、仿真和制作。握 數(shù)字鐘的基本知識(shí)以及所用數(shù)字鐘相關(guān)芯片的功能及使用方法。解面包板 結(jié)構(gòu)及其接線方法。悉 數(shù)字鐘電路的設(shè)計(jì)與制作。二．設(shè)計(jì)要求本課題是設(shè)計(jì)一個(gè)多功能數(shù)字鐘，準(zhǔn)確計(jì)時(shí)，以數(shù)字形式顯示，時(shí)、分、秒的時(shí)間；小時(shí)的計(jì)時(shí)要求為“12翻1”，分和秒的 計(jì)時(shí)要求為60進(jìn)位。三．總體設(shè)計(jì)概要數(shù)字鐘實(shí)際上是一個(gè)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)頻率（1HZ）進(jìn)行計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)電路。由于計(jì)數(shù)的起始時(shí)間不可能與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間（如北京時(shí)間）一致，故需要在電路上加一個(gè)校時(shí)電路，同時(shí)標(biāo)準(zhǔn)的 1HZ時(shí)間 信號(hào)必須做到準(zhǔn)確穩(wěn)定。通常使用石英晶體振 蕩器電路構(gòu)成數(shù)字鐘。數(shù)字鐘電路系統(tǒng)的組成方框圖如下。四．單元電路設(shè)計(jì)振蕩器電路芯片介紹： 555定時(shí)器引腳功能：i1（TH）：高電平觸發(fā)端，簡(jiǎn)稱高觸發(fā)端，又稱閾值端，標(biāo)志為TH。i2（TR）：低電平觸發(fā)端，簡(jiǎn)稱低觸發(fā)端，標(biāo)志為TR。CO：控制電壓端。O：輸出端。Dis：放電端。Rd：復(fù)位端。

VcoVi1(TH)Vi2(TR)VCCR5KVoRR5KVo'R5KRdDisR1GG1C28CCVisD4dR7215TRDVcoVi1(TH)Vi2(TR)VCCR5KVoRR5KVo'R5KRdDisR1GG1C28CCVisD4dR7215TRDNTHGVco(a)555的邏輯符號(hào)VCCDisTHVco1234GNDTRVoRd(b)555的引腳排列555定時(shí)器邏輯符555555定時(shí)器邏輯符觸發(fā)：當(dāng)輸入電壓 Vi2<13VCC且Vi1<23VCC時(shí)，VTR=0，VTH=0，比 較器C2輸出低電平，C1輸出為高電平，基本 RS觸發(fā) 器的輸入端S=0、R=1，使Q＝1，Q＝0，經(jīng)輸出反相緩沖器后， VO＝1，T截止。 這時(shí)稱 555定時(shí)器“低觸發(fā)”；Vi2>13VCC且Vi1<23VCC，則VTR=1，VTH=0，S=R=1，基本 RS觸發(fā) 器VO和T狀態(tài)不變，這時(shí)稱 555定時(shí)器“保持”。觸發(fā)：若Vi1>23VCC，則VTH=1，比較器C1輸出為低電平，無(wú)論C2輸出何種電平，RS觸發(fā) 器因 R=0，使 Q＝1，經(jīng)輸出反相緩沖器后， VO＝0；T導(dǎo)通。這時(shí)稱555定時(shí)器“高觸發(fā)”。555定時(shí)器控制功能表輸入輸出THTRRdVODis

××LL導(dǎo)通<23VCC<13VCCHH截止<23VCC>13VCCH不變不變>23VCC×HL導(dǎo)通振蕩器是數(shù)字鐘的核心。振蕩器的穩(wěn)定度及頻率的精確度決定了數(shù)字鐘計(jì)時(shí)通常選用石英晶體構(gòu)成振蕩器電路。 一般來(lái)說(shuō)， 振蕩器的頻率越高，電路圖如圖。本課程設(shè)計(jì)采取用 555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器。由555定時(shí)器和外接元件R1、R2、C1構(gòu)成多諧振蕩器，腳 2與腳6直接相連，如圖所示。電路沒(méi)有穩(wěn)態(tài)，存在兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài) ，電路亦不需要外加 觸發(fā)信號(hào)，利用電源通過(guò)R1、R2向C充，以及C通過(guò) R2向放 電端Ct放電，使電路產(chǎn)生振 蕩。輸 出信號(hào)的 時(shí)間參數(shù)是：T＝tw1 ＋tw2 ，tw1＝0.7(R1＋R2)C， tw2＝ 0.7R2C輸出波形仿真圖如圖所示分頻器電路芯片介紹：74LS90是異步二—五—十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，它既可以作二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，又可以作五進(jìn)制和十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。 圖17－3為74LS90引腳排列， 表17－1為功能表。通過(guò)不同的連接方式， 74LS90可以實(shí)現(xiàn)四種不同的邏輯功能； 而且還可借助R0(1)、R0(2)對(duì)計(jì)數(shù)器清零，借助 S9(1)、S9(2)將計(jì)數(shù)器置 9。其具體功能詳述如下： (1)計(jì)數(shù)脈沖從 CP1輸入， QA作為輸出端，為二進(jìn)制計(jì)數(shù)器。 (2)計(jì)數(shù)脈沖從 CP2輸入， QDQCQ作為輸出端，B 為異步五進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。 (3)若將CP2和QA相連，計(jì)數(shù)脈沖由 CP1輸入， QD、QC、QB、QA作為輸出端， 則構(gòu)成異步8421碼十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。 (4)若將 CP1與QD相連， 計(jì)數(shù)脈沖由 CP2輸入， QA、QD、QC、QB作為輸出端， 則構(gòu)成異步 5421碼十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。 (5)清零、置9功能。 a)異步清零 當(dāng)R0(1)、R0(2)均為 “1”；S9(1)、S9(2)中有“ 0”時(shí)，實(shí)現(xiàn)異步清零功能，即 QDQCQB＝QA0000。 b)置9功能 當(dāng)S9(1)、S9(2)均為“1”；R0(1)、R0(2)中有“0”時(shí)， 實(shí)現(xiàn)置 9功能， 即QDQCQBQA＝1001。74LS90 引腳排列圖

74LS90 功能表設(shè)計(jì)：分頻器的功能主要有兩個(gè)： 一是產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖信號(hào)； 二是提供功能擴(kuò)展電路所需要的信號(hào)，如仿電臺(tái)報(bào)時(shí)用的 1KHz的高音頻信號(hào)和 500KHz的低音頻信號(hào)等。因此，可以選用 3片我們較熟悉的中規(guī)模集成電路計(jì)數(shù)器 74LS90可以完成上述功能。因每片為 1/10分頻，3片級(jí)聯(lián)則可獲得所需要的頻率信號(hào)，即每 1片Q0端輸出頻率為 500Hz,每2片Q3輸出為 10Hz，每 3片的 Q3端輸出 1Hz。分頻器設(shè)計(jì)電路時(shí)間計(jì)時(shí)單元的設(shè)計(jì)分和秒計(jì)數(shù)器都是模數(shù)M=60的計(jì)數(shù)器，其計(jì)數(shù)規(guī)律為00—01—?— 58—59—00?選74LS92作為十位計(jì)數(shù)器， 74LS90作為個(gè)位計(jì)數(shù)器，再將他們級(jí)聯(lián)組成數(shù)M=60的計(jì)數(shù)器。1分秒計(jì)數(shù)器邏輯電路圖時(shí)計(jì)數(shù)器：時(shí)計(jì)數(shù)器是一個(gè)“12翻1”的特殊進(jìn)制計(jì)數(shù)器，即當(dāng)數(shù)字鐘運(yùn)行到 12時(shí)59分59秒，秒的個(gè)位計(jì)數(shù)器再輸入一個(gè)秒脈沖時(shí)，數(shù)字鐘應(yīng)自動(dòng)顯示為01時(shí)00分00秒，實(shí)現(xiàn)日常生活中 習(xí)慣常用的計(jì)時(shí)規(guī)律。選用74LS191和74LS74。圖2時(shí)計(jì)數(shù)器邏輯電路圖方案二：時(shí)計(jì)數(shù)器：U5、U6分別為時(shí)計(jì)時(shí)電 路的十位個(gè)位計(jì)時(shí)芯片，將CKB接Q0實(shí)現(xiàn) 十進(jìn)制計(jì)數(shù)功能，兩芯片的 R0（ 1）相接、 R0（ 2）相接， 顯示 12時(shí) U6芯片的 Q0輸 出高電平接R0（1）， U5芯片的 Q1、Q2要實(shí)現(xiàn)12翻1必須輸出是 3也就是 0110，所以將U5芯片的 Q1、Q2接與門輸出再接 R0（2）實(shí)現(xiàn)對(duì)兩個(gè) 芯片的清零操作，但此時(shí)僅僅是 12翻 0.為了實(shí)現(xiàn) 12翻 1必 須在翻 0的 時(shí)候?qū)?U5芯片 產(chǎn)生一個(gè)下降沿脈沖信號(hào)，所以本電路采用將U5芯片的 Q1、Q1接與門輸出再和 U6芯片的 Q0相與，如圖1-6所示，然后 與U5芯片的進(jìn)位信號(hào)相或，輸出接 U5的進(jìn)位脈沖端， 這樣就

實(shí)現(xiàn)在12翻0前的任何 計(jì)時(shí)，第二個(gè)與門輸出0，或門打開(kāi)，脈沖信號(hào)正常通或門進(jìn)入 U5的脈沖 輸入端，當(dāng)要 12翻 0的 時(shí)候， U5輸 出 0110， U6輸出0001，個(gè)與門輸出1將或門封鎖，此時(shí)兩個(gè)芯片清零或門那兒產(chǎn)生了一個(gè)1-0的下降位脈沖，使得 U5此時(shí)變?yōu)?，實(shí)現(xiàn)了12翻1的功能。選用兩片74LS9074LS192芯片介 紹：74LS192是同步十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器，它具有雙時(shí)鐘輸入，并具有清除和置等功能，其引腳排列及 邏輯符號(hào)如下所示：

圖2-174LS192的引腳排列及 邏輯符號(hào)CPU為加計(jì)數(shù)時(shí)鐘輸 入端，CPD為減計(jì)數(shù)時(shí)鐘輸 入端。LD為預(yù)置輸入控制端， 異步預(yù)置。CR為復(fù) 位輸入端，高電平有效，異步清除。CO為進(jìn) 位輸出： 1001狀態(tài) 后 負(fù) 脈沖 輸 出，BO為 借位輸出： 0000狀態(tài) 后 負(fù) 脈沖 輸 出。74LS192的功能表如下表：表2-1 74LS192功能表74LS192為十進(jìn)制計(jì)數(shù)器， TCU為進(jìn) 位端，其中一 個(gè)74LS192和與門構(gòu)成六制計(jì)數(shù)。當(dāng)秒十位的 74LS192計(jì)數(shù) 至6（0110）時(shí)，與門發(fā)出清零信號(hào)使74LS192

零。同時(shí)另一個(gè)74LS192也完成 清零，這樣就完成了 60進(jìn)制計(jì)數(shù)。秒和分 的器結(jié)構(gòu)完全相同。 當(dāng)秒的十位在 清零時(shí)也同時(shí)向分的個(gè)位發(fā)一個(gè)脈沖，使分1。分秒計(jì)數(shù)器電路圖4.4譯碼與顯示電路的設(shè)計(jì)圖3譯碼顯示TOC\o"1-5"\h\z當(dāng)要求 輸出0-15時(shí) ， 消 隱 輸入 “BI”應(yīng) 為 高 電平 或開(kāi)路；滅 零 輸 入“RBI ”和 測(cè)試燈 輸入 “LT”都必須 在 無(wú) 效 電平狀 態(tài)，即應(yīng) 為 高 電平 。LED顯 示器件有 共 陽(yáng) 極和 共陰極 兩 種。 選 用共陰 極 的 5011數(shù)A碼 管 作為顯示器件。譯碼驅(qū)動(dòng)也可選CD451，1BCD碼輸人。它的譯碼輸出端為低電平有效，可直接驅(qū)動(dòng)共陽(yáng)極LED數(shù)碼管。74LS48是BCD碼到七段顯示譯碼器，它可以直接 驅(qū)動(dòng)共陰極數(shù)碼 管。

其中， ABCD分別為輸入端，OAOBOCODOEOF分OG別為輸 出端接到 數(shù)碼顯abcdefg上。 LTN稱為測(cè)試數(shù)碼 管信號(hào)，LTN=0時(shí)，則所有的二極管都發(fā)稱為一個(gè)“8”字，表示 數(shù)碼管顯示正常，可以正常工作，否 則不能。 BIN稱為燈信號(hào)，當(dāng)BIN=0時(shí)，則無(wú)論ABCD為何值，均不顯示； RBIN稱為滅 零信號(hào)，當(dāng)RBIN=0時(shí)，如果 ABCD=000，0則顯 示管不顯示， RBO稱為滅N 零輸出端，當(dāng)ABCD=0000，則RBO輸N出為0。需要顯示時(shí)，只需將74LS48的顯示譯碼器的輸出端接到數(shù)碼顯示管上對(duì)應(yīng)的位置即可。校時(shí)電路的設(shè)計(jì)當(dāng)數(shù)字鐘接通電源或者計(jì)數(shù)出現(xiàn)誤差時(shí)，需要校正 時(shí)間。校時(shí)是數(shù)字鐘應(yīng)具備的基本功能。一般 電子手表都具有 時(shí)，分，秒等校 時(shí)功能。為了使電路簡(jiǎn)單，這里只進(jìn)行分和小時(shí)的校時(shí)。如圖所示為校時(shí)電路邏輯圖。

對(duì)校時(shí)電路的要求是， 在小時(shí)校正時(shí)不影響分和秒的正常 計(jì)數(shù)；在分校正時(shí)不影響秒和小時(shí)的正常計(jì)數(shù)。校時(shí)方式有“快校時(shí)”和“慢校時(shí)”兩種，“快校時(shí)”是通過(guò)開(kāi)關(guān)控制，使計(jì)數(shù)器對(duì)1Hz的校時(shí)脈沖計(jì)數(shù)?！奥r(shí)”是用手動(dòng)產(chǎn)生單脈沖作為校時(shí)脈沖。圖示電路為校“時(shí)”，校“分”電路。其中 S1為?！胺帧庇玫目刂崎_(kāi)關(guān)，S2為?！皶r(shí)”用的控制開(kāi)關(guān)，他們的控制功能如 圖表示。校時(shí)脈沖采用分 頻器輸出的 1Hz脈沖， 當(dāng)S1或S2分別為 “0”時(shí)可以進(jìn)行快校時(shí)。如果校時(shí)脈沖由單次脈沖產(chǎn)生器提供， 則可以進(jìn)行慢校時(shí)。需要注意的是，校 時(shí)電路是由與非們構(gòu)成的組合邏輯電路，開(kāi)S1或S2為“1”或“0”時(shí)，可能會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)，接電容C1，C2可緩解抖動(dòng)。所以實(shí)際使用時(shí)，一般S1S2會(huì)接一個(gè)RS觸發(fā) 器，將其改為去抖動(dòng)開(kāi)關(guān)電路。S1S2功能計(jì)數(shù)校分校時(shí)

定時(shí)控制電路的設(shè)計(jì)數(shù)字鐘在指定的時(shí)刻發(fā)出信號(hào)，或驅(qū)動(dòng)音響電路“鬧時(shí)”(這里用可用指示燈來(lái)代替音響電路)；或?qū)δ逞b置的電源進(jìn)行接通或斷開(kāi)“控制”。不管是鬧還是控制，都要求 時(shí)間準(zhǔn)確，即信 號(hào)的開(kāi)始時(shí)刻與持續(xù)時(shí)間必須滿足規(guī)定的要求。例如要求 6時(shí)59分發(fā)出鬧鐘信號(hào)，持續(xù)時(shí)間為 1分鐘這是對(duì)應(yīng)數(shù)字中的時(shí)個(gè)位計(jì)數(shù)器的狀態(tài) (Q3Q2Q1Q0)H1=0110，分十位 計(jì)數(shù)器的狀態(tài)為 (Q3Q2Q1Q0)M2=0101,分個(gè)位計(jì)數(shù)器的狀態(tài)為 (Q3Q2Q1Q0)M1=1001。若將上述技術(shù)其輸出為1的所有 輸出端經(jīng)過(guò)與門電 路去控制指示燈，可以使指示燈正好在6點(diǎn)59分亮，持 續(xù)1分鐘后熄滅，所以鬧時(shí)控制信號(hào)Z的表 達(dá)式為Z=(Q2Q1)H1(Q2Q0)M2(Q3Q0)MZ=4.7方案一整體電路圖4.8模塊接線圖及仿真結(jié)果4.8.1用ＥＷＢ軟件繪制的單元接線圖計(jì)數(shù)器模塊：圖4分、秒計(jì)數(shù)單 元4.8.2單元模塊仿真分頻仿真結(jié)果：計(jì)數(shù)器仿真結(jié)果：圖5時(shí)鐘結(jié)果仿真圖由圖5可知， 該時(shí)刻為1時(shí)28分51秒。4.8.3整體仿真此時(shí)仿真出時(shí)刻為 10時(shí)0分0秒。五.測(cè)試結(jié)果分析根據(jù)在ＥＷＢ軟件中的仿真結(jié)果及相應(yīng)的分析可知，電路可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字鐘的基本功能，既計(jì)數(shù)功能，其時(shí)間以數(shù)字形式顯示時(shí)、分、秒的時(shí)間 ；小時(shí)的計(jì)時(shí)要求為“ 12翻1”，分和秒的計(jì)時(shí)要求為 60進(jìn)位。基于仿真結(jié)果可以認(rèn)定，此次多功能數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)是成功的。六．面包板面包板（也叫集成 電路實(shí)驗(yàn)板）是電路實(shí)驗(yàn)中一種常用的具有多孔 插座的插件板，在進(jìn)行電路實(shí)驗(yàn)時(shí)，可以根據(jù)電路連接要求，在相應(yīng)孔內(nèi)插入電子元器件的引腳以及 導(dǎo)線等，使其與孔內(nèi)彈性接觸簧片接觸，由此連接成所需的 實(shí)驗(yàn)電路，是用于搭試電路的重要工具。面包板的構(gòu)成面包板的外 觀和內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示，面包板分上下 兩部分，上面部分一般是由一行或兩行的插孔構(gòu)成的窄條，行和行之 間電氣不連通。每5列插孔為一組，通常的面包板上有 10組或11組。對(duì)于10組的結(jié)構(gòu)，左邊3組內(nèi)部電氣連通，中間4組內(nèi)部電氣連通，右邊3組內(nèi)部電氣連通，但左邊3組、中間4組以及右邊3組之間是不連通的。對(duì)于11組的結(jié)構(gòu)，左邊4組內(nèi)部電氣連通，中間3組內(nèi)部電氣連通，右邊4組內(nèi)部電氣連通，但左邊4組、中間3組以及右邊4組之間是不連通的。若使用的 時(shí)候需要連通，必須在兩者之間跨接導(dǎo)線。下面部分是由中間一條隔離凹槽和上下各 5行的插孔構(gòu)成。在同一列中的 5個(gè)插孔是互相連通的，列和列之 間以及凹槽上下部分 則是不連通的。

電子控制電路基本實(shí)驗(yàn)所用的元器件包括： 電池組2組（3V、6V，帶電池電極引線）。面包板（ SYB-130或118、SYB-46型）。 4只（ 紅、綠、黃、極管4只（ 8050、9013×2、9014），數(shù)碼管（LC5011）。數(shù)字集成路10塊（74LS00、74LS02、74LS04、74LS08、74LS32、74LS73、74LS74、74LS86、4511、4518）。繼電器（JRC