数字电子技术数字时钟设计书.docx
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数字电子技术数字时钟设计书
数字电子技术数字时钟设计书
一.前言
钟表作为一种定时工具被广泛的使用在生产生活的各方面。
人类最初依靠太阳的角度来进行定时,所以受天气的影响比较大,为了克服依靠自然现象定时的缺点人们发明的机器钟表,电子钟表一系列的定时工具。
自改革开放以来我国科技得以高速发展,尤其是电子技术的飞速发展。
各种各样的电器器材凭空而出。
下面我们就以数字钟为例简单介绍一下。
数字钟我们听到这几个字,第一反应就是我们所说的数字,不错数字钟就是以数字显示取代模拟表盘的钟表,数字电子钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置,与机式时钟相比具有更高的准确性和直观性,且无机械装置,具有更更长的使用寿命,电子钟表具有价格便宜,质量轻,定时误差小等优点,被广泛的应用在生产,生活的各个方面。
由于电子钟能提供精确又被广泛的运用在各种测量之中。
二.设计要求
1.设计一个能直接显示“分”、“秒”的数字电子钟,要求60分钟为一计时周期。
2.电路具有校时(分)功能。
三.设计目的
此次实验设计目的在于培养学生们的操作实践能力。
通过对数字时钟原理的学习,增强同学们的理论知识以及思维能力。
此次实验设计不单是理论的实现,相反的,更多的在于操作能力的锻炼。
通过对数字时钟的实践操作,让同学们从中收获甚多。
学会元器件识别、测试和安装的方法,掌握万用表的使用方法,学会利用软、硬件独立进行电子设备的整机装配、调试方法,并达到产品的质量要求,从而锻炼和提高学生的动手能力,巩固和加深对电子学理论知识的理解和掌握,为以后专业设计、课程设计及毕业设计准备必要的工艺知识和操作技能。
培养学生综合运用理论知识解决实际问题的能力。
掌握电子线路的基本原理、基本方法,掌握焊接的基本技能,达到焊点大小适中、均匀、圆润、光亮、无虚焊的要求,通过简单电器的安装制作,熟悉电子仪器的安装制作过程和电路的调试及简单故障排除的技能。
四.电路设计方案
多功能数字钟原理框架如图所示,电路包括以下几个部分:
标准秒信号发生器、显示电路、分秒计数器、校时电路。
此次数字数字设计利用所给的芯片设计完成。
利用4个数码管完成显示电路的设计,所用数码管为共阴性。
CD4511是一个用于驱动共阴极LED(数码管)显示器的BCD码—七段码译码器,所以CD4511用做此次数字时钟的译码器。
本实验用到的计数器是74LS90,74LS90是二—五—十进制计数器,它有两个时钟输入端CKA和CKB。
其中,CKA和
组成一位二进制计数器;CKB和
组成五进制计数器。
设计中用了两个开关,分别用做分、秒校对。
最后数码管跳动一秒所用的脉冲由555提供。
五.单元电路设计及参数计算
5.1.译码显示电路设计
由于计数器输出的是一个8421BCD码,所以可以用CD4511译码器和共阴数码管来组成译码显示电路。
CD4511是一个用于驱动共阴极LED(数码管)显示器的BCD码—七段码译码器,特点如下:
具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的CMOS电路能提供较大的拉电流。
可直接驱动LED显示器。
用CD4511实现LED与接口方法如表5-1所示:
表5-1
CD4511的工作真值表如表5-2所示:
输 入
输 出
LE
BI
LI
D
C
B
A
a
b
c
d
e
f
g
显示
X
X
0
X
X
X
X
1
1
1
1
1
1
1
8
X
0
1
X
X
X
X
0
0
0
0
0
0
0
消隐
0
1
1
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
0
0
0
1
1
0
0
0
1
0
1
1
0
0
0
0
1
0
1
1
0
0
1
0
1
1
0
1
1
0
1
2
0
1
1
0
0
1
1
1
1
1
1
0
0
1
3
0
1
1
0
1
0
0
0
1
1
0
0
1
1
4
0
1
1
0
1
0
1
1
0
1
1
0
1
1
5
0
1
1
0
1
1
0
0
0
1
1
1
1
1
6
0
1
1
0
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
7
0
1
1
1
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
8
0
1
1
1
0
0
1
1
1
1
0
0
1
1
9
0
1
1
1
0
1
0
0
0
0
0
0
0
0
消隐
0
1
1
1
0
1
1
0
0
0
0
0
0
0
消隐
0
1
1
1
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
消隐
0
1
1
1
1
0
1
0
0
0
0
0
0
0
消隐
0
1
1
1
1
1
0
0
0
0
0
0
0
0
消隐
0
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
0
0
消隐
1
1
1
X
X
X
X
锁 存
锁存
表3-2CD4511的真值表
5.2.计数器电路设计
本次电路设计所采用的计数器为74LS90。
74LS90是二—五—十进制计数器,它有两个时钟输入端CKA和CKB。
其中,CKA和
组成一位二进制计数器;CKB和
组成五进制计数器;若将
与CKB相连接,时钟脉冲从
输入,则构成了8421BCD码十进制计数器。
74LS90有两个清零端R0
(1)、R0
(2),两个置9端R9
(1)和R9
(2),其BCD码十进制计数时序如表5-4。
74LS90的管脚图如图5-3。
图5-3
表5-4BCD码十进制计数时序
CK
0
0
0
0
0
1
0
0
0
1
2
0
0
1
0
3
0
0
1
1
4
0
1
0
0
5
0
1
0
1
6
0
1
1
0
7
0
1
1
1
8
1
0
0
0
9
1
0
0
1
74LS90的功能:
(1)异步清零功能。
当R0=R0
(2),R0
(1)=0时,若R9=R9
(1),R9
(2)=0时,则计数器清零,并与CK无关。
(2)异步置9功能。
当R0=R0
(2),R0
(1)=1时,计数器置9,即被置成1001的状态,置9功能也于CK无关。
(3)计数功能,当R0=0,R9=0时计数器计数。
根据不同接法,还可实现二进制、五进制。
5.3.脉冲发生电路设计
555定时器的集成电路引脚如5-5图所示1脚为接地端(GND)、2脚为低触发端(
)、3脚为输出端(OUT)、4脚为复位端(
)、5脚为控制电压端(CO)、6脚为高触发端(TH)、7脚为放电端(D)、8脚为电源端(VCC)。
表5-6555定时器的功能表
输入
中间状态
输出
放电管状态
高触发端
低触发端
直接复位
Q
×
×
0
×
×
0
导通
>
>
1
0
1
0
导通
<
>
1
1
1
保持
保持不变
<
<
1
1
0
1
截止
表5-7 555定时器的输入、输出关系
复位端
控制电压端CO
高出发端VTH
低触发端VTR
输出端OUT
T的状态
0
0
*
*
UOL
导通
1
0
UOL
导通
不变
不变
*
UOH
截止
1
>VCO
UOL
导通
UOL 不变 * 不变 截止 555定时器1HZ脉冲输出的计算: 由NE555的特性参数可知,当电源电压去5V时,在100mA的输出电流下输出电压的典型值为3.3V,所以取Vcc=5V可以满足对输出脉冲幅度的要求。 若采用如下图所示的电路,则: 故得R1=R2. 又由公式可知: T=(R1+2R2)Cln2=1 若去C=10uf,则代入上式得到: 3R1Cln2=1 =48k 因R1=R2,所以取两只47k的电阻与一个2k的电位器串联,即得到1HZ的输出脉冲。 六.电路原理图及工作原理 数字时钟电路总原理图 数字时钟电路总仿真图 秒电路仿真 分电路仿真 脉冲发生器仿真 校对电路仿 七.电路的安装与测试 测试: 电路设计好之后需要经过测试确认电路可行性后,方可安装焊接电路。 测试顺序为: 分频电路模块、计数器模块、译码显示电路模块、校对模块。 每个模块进行测试都确认无误后,即可把每个模块连接好,组成一个完整的数字时钟。 根据EWB软件对电路仿真后得出的结论是没有问题的,在一般情况下接线后不会有问题,但是测试时接线不能出错。 安装焊接: 首先应把芯片整体的排布有一个概念,尽量做到整齐、容易检查、走线、飞线简单。 注意各个芯片的接地端和电源端要焊接好,不要出现虚焊等情况。 由于电路比较复杂,焊接完成后若出现问题 ,需要反复检查,尽量解决问题。 八.心得体会 通过此次的数字时钟课程设计,无疑的一点: 我学到了很多。 早在大一的时候我就在问自己我学电路分析究竟拿来干什么,学数字电子技术基础拿来干什么,媒体啊摹都埋头苦干在书本上,一点兴趣都没有,一点趣味都没有,以至于花了时间在课本上,却没让自己得到更多的收获。 可这次不一样了,我对专业的兴趣来了,我对专业的热情燃烧了,此次的数字时钟课程设计就是我对专业热情燃烧的导火线。 通过此次的数字时钟课程设计,不仅让我对专业重新了解,也让我在其中学到了很多,从理论学习到实践学习,其理论、实践的完美结合更让我知道了电子信息工程的本质。 九.参考文献 【1】阎石《数字电子技术基础(第五版)》: 高等教育2006 【2】克农《数字电子技术基础》: 高等教育2003 【3】淑等《电子技术实验与课程设计》: 清华大学2006 【4】光明等《电子技术课程设计与综合实训》: 航空航天大学2007 【5】银华等《电子线路设计指导》: 航空航天大学2006 【6】黄智伟《全国大学生电子设计竞赛制作实训》: 航空航天大学2007.8 【7】志忠《数字电子技术基础》: 高等教育2004 【8】介华《电子技术课程设计指导》: 高等教育2004 【9】路勇《电子电路实验及仿真》: 清华大学2004 附录1 元件清单 Comment Description Designator Footprint LibRef Quantity 电容10uf Capacitor C1 CAPR5-4X5 Cap2 1 电容10uf Capacitor C3 RAD-0.1 Cap 1 电容0.01uf Capacitor C4 RAD-0.3 Cap 1 数码管 DpyBlue-CC 12.5*19*7.8mmGeneralPurposeBlue7-SegmentDisplay: CC,RHDP,GraySurface DS3,DS4,DS5,DS6 LEDDIP-10/C15.24RHD DpyBlue-CC 4 电源插座 PWR2.5 LowVoltagePowerSupplyConnector J1 KLD-0202 PWR2.5 1 电阻68K Resistor R1 AXIAL-0.3 Res1 1 TappedResistor R2 TO-220-AB ResTap 1 电阻20K Resistor R3 AXIAL-0.3 Res1 1 电阻1K Resistor R5,R6 AXIAL-0.3 Res1 2 开关 SW-DPST 6*6mmSingle-ThrowSwitch S2,S3 KEY SW-DPST 2 译码器 CD4511BCN BCD-to-7SegmentLatch/Decoder/Driver U4,U5,U7 N16E CD4511BCN 3 译码器 CD4511BCN BCD-to-7SegmentLatch/Decoder/Driver U6 DIP-14 CD4511BCN 1 脉冲发生器 NE555N General-PurposeSingleBipolarTimer U8 DIP8 NE555N 1 计数器 SN7490AN DecadeCounter U11,U12,U13,U14 N014D SN7490AN 4 或门 SN7486N Quadruple2-InputExclusive-ORGate U15 N014 SN7486N 1
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- 数字 电子技术 时钟 设计