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1、數(shù)電課程設計（簡易數(shù)字電子鐘）1.設計題目：簡易數(shù)字電子鐘設計1.1設計目的：（1）能獨立查閱、整理、分析有關(guān)資料 （2）能用數(shù)字集成電路完成設計任務 （3）掌握脈沖產(chǎn)生、整形與分頻電路（4）掌握組合邏輯器件1.2基本要求：(1) 24小時制時間顯示，6個7段數(shù)碼管顯示（2） 要具有分鐘與小時的校時電路（3） 其他附加功能可以自行設計2.設計過程的基本要求：2.1 基本部分必須完成，學有余力的同學可以根據(jù)自己的能力自行確定發(fā)揮部分并完成。2.2 符合設計要求的報告一份。設計報告內(nèi)容要求： 1. 寫出你考慮該問題的基本思路，畫出一個實現(xiàn)電路功能的大致框圖。 2. 設計出框圖中各部分邏輯電路，可用

2、中、小規(guī)模集成電路，也可用中規(guī)模集成電路連接而成。對各部分電路的工作原理應作出說明。最后，畫出整個設計電路的原理電路圖，并說明電路工作原理。 3. 進行設計的仿真驗證。4. 要求用A4紙打印，不允許復印。裝訂順序為：封面、任務書、成績評審意見表、中文摘要和關(guān)鍵詞、目錄、正文、參考文獻。5. 設計報告提交的截止時間為2013年1月17日。中文摘要 本數(shù)字鐘設計為具有24小時顯示，及分鐘、秒的顯示、有校正功能，利用74LS290、石英晶振、74LS48、數(shù)碼管等器件連接完成的。核心是多諧振蕩器，可以是用555型的，也可利用石英晶振型的。 此簡易數(shù)字鐘為基礎型，可由此拓展額外功能，例如：報時等。關(guān)鍵

3、字 74LS290，英晶振，分頻器，計數(shù)器，譯碼器。目錄 題目分析1 1 方案設計2 1.1 總體框圖 2 1.1.1 總體概括21.2 各部分電路圖與詳解3 1.2.1 振蕩器3 1.2.2 分頻器3 1.2.3 譯碼與顯示 5 1.2.4 計數(shù)器 6 1.2.5 校時 7 1.2.6 額外電路-整點報時 7 附錄 8 原件清單 9 附加電路元件清單 9 總結(jié) 10 - 9 - 題目分析簡易數(shù)字電子鐘具有正常時間顯示與計時的功能，根據(jù)課程設計任務書要求，此設計書中數(shù)字鐘可以顯示秒、分、時的功能，以及具有校正的功能 (因為快校正設計復雜、不易實現(xiàn)，所以采取慢校正)。具體可利用振蕩器、分頻器、計

4、數(shù)器、譯碼器、顯示器實現(xiàn)此數(shù)字鐘，另外可以添加其他電路來實現(xiàn)額外功能，例如：整點報時，鬧鐘等。核心部分是振蕩器的起振與分頻(具體在后文分析)，產(chǎn)生1Hz的脈沖。繁瑣部分是計數(shù)與顯示。兩部分都是做成與否的關(guān)鍵。1 方案設計1.1 總體框圖圖 1.11.1.1 總體概括 數(shù)字時鐘電路由多諧振蕩發(fā)生器、分頻器、兩個60進制分秒計數(shù)器、一個24進制小時計數(shù)器以及6個數(shù)字顯示器組成。電路工作時由石英晶體多諧振蕩器產(chǎn)生頻率高頻率脈沖，經(jīng)由多個74LS290D（功能表如下）計數(shù)器構(gòu)成的分頻器得到頻率為1HZ的脈沖，脈沖輸入計數(shù)電路,然后將相應數(shù)字顯示到數(shù)字顯示器上即所要顯示的時間。另外，時鐘時間的設置與校正

5、可以通過在秒計數(shù)器與分計數(shù)器之間和分計數(shù)器與時計數(shù)器之間加單脈沖即可實現(xiàn)。表1.1 74LS290功能表1.2 各部分電路圖與詳解1.2.1 振蕩器圖 1.2 振蕩器是數(shù)字鐘的核心，數(shù)字鐘的走時正確與否，由振蕩器的頻率決定，一般來說頻率震蕩越快，數(shù)字鐘走時越準確。通常情況下可以由555多諧振蕩器和石英晶振來做振蕩器，555振蕩器與石英晶振相比易于實現(xiàn)，而石英晶振產(chǎn)生的頻率遠大于555振蕩器，并且石英晶體振蕩器頻率穩(wěn)定選頻特性好，所以具有很高的頻率穩(wěn)定性。為保其準確性本次課設采用的是石英晶振。 圖 1.2 中U1A與U2A均并聯(lián)電阻R1和R2，用以確定U1A與U2A的工作在線性放大區(qū)，石英晶體與

6、C1構(gòu)成反饋回路進行選頻，（利用石英晶體對頻率敏感的特性，即：頻率超過或小于石英晶體的諧振頻率時，其阻抗迅速增大），C1與C2為耦合電容，可以通過C1來微調(diào)振蕩器頻率。 1.2.2 分頻器 由于選取的振蕩器是3M的石英晶振，所以想要得到1Hz的脈沖必須將頻率3M分，如圖1.3所示，利用計數(shù)器可以實現(xiàn)3M分。將74LS290的連接成十進制，將6個十進制的74LS290連接成為百萬進制，最后用連接成為3進制74LS290與百萬進制相連成為3M進制。 原理說明：假設，一個100Hz的脈沖發(fā)送進入十進制的計數(shù)器中，每當計數(shù)器計滿十時就會發(fā)送出1Hz的脈沖，經(jīng)過100Hz后就會只有10Hz。利用這點就可

7、以將3MHz變成1Hz，并且也可以將石英晶振產(chǎn)生的誤差3M等分，這也是為什么頻率越高誤差越小。 圖1.31.2.3 譯碼與顯示圖1.4 圖1.4中是由譯碼器與顯示器組成的，74LS48(功能表如下)引腳A、B、C、D分別對應著編碼1、2、4、8對應，因此可實現(xiàn)顯示器19的顯示，例如，A與B腳接高電平顯示器顯示3。表1.2 74LS48功能表1.2.4 計數(shù)器 圖1.5計數(shù)器部分是數(shù)字電子鐘的運算部分負責進位與計時，其主要部分有74LS290組合而成，根據(jù)其功能表可知，將INB與QA相接可構(gòu)成8421型十進制計數(shù)器，兩個74LS290相接后可以構(gòu)成60進制計數(shù)器，秒(分)計數(shù)器個位為74LS29

8、0構(gòu)成的十進制計數(shù)器，與之相接的十位是六進制的計數(shù)器，六進制計數(shù)器是將74LS290的B與C腳連接與門7409N電路相連與門輸出與R01、 R02以及下一級計數(shù)器相連，每當計數(shù)器計0110（即：十進制6）時，B腳與C腳處于高電平經(jīng)與門輸出為高電平，使R01、R02變成高電平時將0110狀態(tài)變?yōu)?000狀態(tài)，并且也會向下一級發(fā)出一個脈沖。時計數(shù)器同理，只是將個位的C腳與十位的B腳相連，當個位出現(xiàn)0100（即：十進制4），十位出現(xiàn)0010（即：十進制2），C腳與十位的B腳同時變成高電平，這時觸發(fā)條件將清零。1.2.5 校時圖1.6 校時部分可用簡單脈沖來完成，如圖1.6 當開關(guān)完成一次斷開與閉合，

9、就相當于完成一次脈沖，對應的就可以讓計數(shù)器多運算一次，因此來成校正。1.2.6 額外電路-整點報時設計原理圖如下圖1.7，由圖可知，當分十位QAQC、分個位QAQD、秒十位QAQC同時為“1”時，電路驅(qū)動NPN三極管，報時電路工作，即當分、秒時間為59分50-59秒內(nèi)蜂鳴器(R1代替)發(fā)出響聲報時。300Hz可由分頻器分出5V電源可用總路中的。注：因是額外附加電路，所以不加入總圖中。圖1.7附錄數(shù)字鐘總圖 2.1原件清單名稱型號（或大?。?shù)量（個）電阻1K2電容51nF2石英晶體HC-49/U_3MHz1計數(shù)器74LS290D13譯碼器74LS48D6與門7409D/7409N4顯示器BS20

10、1A6單刀開關(guān)2電源5V1反相器7404N2表 2.1附加電路元件清單 名稱型號（或大?。?shù)量與門7409N6NPN三極管2N17111電源5V蜂鳴器1總結(jié) 數(shù)字電子鐘是可以顯示時間的工具，其準確性由核心振蕩器的頻率決定，課設中我采用的是石英晶體振蕩器，石英晶體振蕩器產(chǎn)生高達3MHz的脈沖，不可直接利用，這就需要分頻器來完成將頻率轉(zhuǎn)變的工作，分頻器可以用計數(shù)器或可以直接分頻的器件來充當，我采用的是74LS290計數(shù)器，由多個十進制的74LS290計數(shù)器來組成3M進制的計數(shù)器來進行分頻，將3M變成1Hz，并且也將振蕩器產(chǎn)生的誤差3M等分，這也是為什么頻率越高誤差越小的原因。1Hz的脈沖發(fā)送到計數(shù)

11、機，讓計數(shù)器計數(shù)，計數(shù)器同樣使用的是74LS290，分別用74LS290組成的是60進制（秒）、60進制(分)、24進制（時）計數(shù)器，秒、分、時計數(shù)器相連，讓每一級的下一級計數(shù)完成一輪計數(shù)后向上一級發(fā)送一次脈沖，實現(xiàn)了計數(shù)器工作。顯示器與譯碼器相連，計數(shù)器會將計數(shù)的2進制數(shù)發(fā)送到譯碼器，譯碼器處理后發(fā)送到顯示器上，這樣顯示器既可以顯示出計數(shù)器所計的10進制數(shù)。校正部分直接在秒與分計數(shù)器之間、分與時之間添加單脈沖即可，用電源和單閘刀即可，必要時添加電阻調(diào)節(jié)電路電壓。額外部分是由多個與門共同完成的，當條件滿足，同時為“1”時，電路驅(qū)動NPN三極管，報時電路工作，內(nèi)蜂鳴器發(fā)出響聲報。300Hz可以蜂鳴器間接響，300Hz可有由分頻器分出，5V電源可用總路中的校時電路的。我所完成的數(shù)字鐘與555型相比不易實現(xiàn)，在電路的保護部分所做的還不足，過于簡單，導致各電路配合會出現(xiàn)不同程度的錯誤，希望以后可以更加詳細的來完成自己所做的每一個電路。