數(shù)電課程設(shè)計(jì)（簡易數(shù)字電子鐘）1.設(shè)計(jì)題目：簡易數(shù)字電子鐘設(shè)計(jì)1.1設(shè)計(jì)目的：（1）能獨(dú)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(shè)計(jì)任務(wù) （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(shí)制時(shí)間顯示，6個(gè)7段數(shù)碼管顯示（2） 要具有分鐘與小時(shí)的校時(shí)電路（3） 其他附加功能可以自行設(shè)計(jì)2.設(shè)計(jì)過程的基本要求：2.1 基本部分必須完成，學(xué)有余力的同學(xué)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(shè)計(jì)要求的報(bào)告一份。設(shè)計(jì)報(bào)告內(nèi)容要求： 1. 寫出你考慮該問題的基本思路，畫出一個(gè)實(shí)現(xiàn)電路功能的大致框圖。 2. 設(shè)計(jì)出框圖中各部分邏輯電路，可用中、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(yīng)作出說明。最后，畫出整個(gè)設(shè)計(jì)電路的原理電路圖，并說明電路工作原理。 3. 進(jìn)行設(shè)計(jì)的仿真驗(yàn)證。4. 要求用A4紙打印，不允許復(fù)印。裝訂順序?yàn)椋悍饷妗⑷蝿?wù)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(xiàn)。5. 設(shè)計(jì)報(bào)告提交的截止時(shí)間為2013年1月17日。中文摘要 本數(shù)字鐘設(shè)計(jì)為具有24小時(shí)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(chǔ)型，可由此拓展額外功能，例如：報(bào)時(shí)等。關(guān)鍵字 74LS290，英晶振，分頻器，計(jì)數(shù)器，譯碼器。目錄 題目分析1 1 方案設(shè)計(jì)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(jì)數(shù)器 6 1.2.5 校時(shí) 7 1.2.6 額外電路-整點(diǎn)報(bào)時(shí) 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(shí)間顯示與計(jì)時(shí)的功能，根據(jù)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書要求，此設(shè)計(jì)書中數(shù)字鐘可以顯示秒、分、時(shí)的功能，以及具有校正的功能 (因?yàn)榭煨ＵO(shè)計(jì)復(fù)雜、不易實(shí)現(xiàn)，所以采取慢校正)。具體可利用振蕩器、分頻器、計(jì)數(shù)器、譯碼器、顯示器實(shí)現(xiàn)此數(shù)字鐘，另外可以添加其他電路來實(shí)現(xiàn)額外功能，例如：整點(diǎn)報(bào)時(shí)，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(jì)數(shù)與顯示。兩部分都是做成與否的關(guān)鍵。1 方案設(shè)計(jì)1.1 總體框圖圖 1.11.1.1 總體概括 數(shù)字時(shí)鐘電路由多諧振蕩發(fā)生器、分頻器、兩個(gè)60進(jìn)制分秒計(jì)數(shù)器、一個(gè)24進(jìn)制小時(shí)計(jì)數(shù)器以及6個(gè)數(shù)字顯示器組成。電路工作時(shí)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(gè)74LS290D（功能表如下）計(jì)數(shù)器構(gòu)成的分頻器得到頻率為1HZ的脈沖，脈沖輸入計(jì)數(shù)電路,然后將相應(yīng)數(shù)字顯示到數(shù)字顯示器上即所要顯示的時(shí)間。另外，時(shí)鐘時(shí)間的設(shè)置與校正可以通過在秒計(jì)數(shù)器與分計(jì)數(shù)器之間和分計(jì)數(shù)器與時(shí)計(jì)數(shù)器之間加單脈沖即可實(shí)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(shí)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(shí)越準(zhǔn)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(shí)現(xiàn)，而石英晶振產(chǎn)生的頻率遠(yuǎn)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(zhǔn)確性本次課設(shè)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C1構(gòu)成反饋回路進(jìn)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(shí)，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(jì)數(shù)器可以實(shí)現(xiàn)3M分。將74LS290的連接成十進(jìn)制，將6個(gè)十進(jìn)制的74LS290連接成為百萬進(jìn)制，最后用連接成為3進(jìn)制74LS290與百萬進(jìn)制相連成為3M進(jìn)制。 原理說明：假設(shè)，一個(gè)100Hz的脈沖發(fā)送進(jìn)入十進(jìn)制的計(jì)數(shù)器中，每當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)滿十時(shí)就會(huì)發(fā)送出1Hz的脈沖，經(jīng)過100Hz后就會(huì)只有10Hz。利用這點(diǎn)就可以將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(yīng)著編碼1、2、4、8對應(yīng)，因此可實(shí)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(jì)數(shù)器 圖1.5計(jì)數(shù)器部分是數(shù)字電子鐘的運(yùn)算部分負(fù)責(zé)進(jìn)位與計(jì)時(shí)，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(jìn)制計(jì)數(shù)器，兩個(gè)74LS290相接后可以構(gòu)成60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，秒(分)計(jì)數(shù)器個(gè)位為74LS290構(gòu)成的十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，與之相接的十位是六進(jìn)制的計(jì)數(shù)器，六進(jìn)制計(jì)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(jì)數(shù)器相連，每當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)0110（即：十進(jìn)制6）時(shí)，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(shí)將0110狀態(tài)變?yōu)?000狀態(tài)，并且也會(huì)向下一級發(fā)出一個(gè)脈沖。時(shí)計(jì)數(shù)器同理，只是將個(gè)位的C腳與十位的B腳相連，當(dāng)個(gè)位出現(xiàn)0100（即：十進(jìn)制4），十位出現(xiàn)0010（即：十進(jìn)制2），C腳與十位的B腳同時(shí)變成高電平，這時(shí)觸發(fā)條件將清零。1.2.5 校時(shí)圖1.6 校時(shí)部分可用簡單脈沖來完成，如圖1.6 當(dāng)開關(guān)完成一次斷開與閉合，就相當(dāng)于完成一次脈沖，對應(yīng)的就可以讓計(jì)數(shù)器多運(yùn)算一次，因此來成校正。1.2.6 額外電路-整點(diǎn)報(bào)時(shí)設(shè)計(jì)原理圖如下圖1.7，由圖可知，當(dāng)分十位QAQC、分個(gè)位QAQD、秒十位QAQC同時(shí)為“1”時(shí)，電路驅(qū)動(dòng)NPN三極管，報(bào)時(shí)電路工作，即當(dāng)分、秒時(shí)間為59分50-59秒內(nèi)蜂鳴器(R1代替)發(fā)出響聲報(bào)時(shí)。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（或大小）數(shù)量（個(gè)）電阻1K2電容51nF2石英晶體HC-49/U_3MHz1計(jì)數(shù)器74LS290D13譯碼器74LS48D6與門7409D/7409N4顯示器BS201A6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(shí)間的工具，其準(zhǔn)確性由核心振蕩器的頻率決定，課設(shè)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(dá)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(jì)數(shù)器或可以直接分頻的器件來充當(dāng)，我采用的是74LS290計(jì)數(shù)器，由多個(gè)十進(jìn)制的74LS290計(jì)數(shù)器來組成3M進(jìn)制的計(jì)數(shù)器來進(jìn)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(jì)數(shù)機(jī)，讓計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)器同樣使用的是74LS290，分別用74LS290組成的是60進(jìn)制（秒）、60進(jìn)制(分)、24進(jìn)制（時(shí)）計(jì)數(shù)器，秒、分、時(shí)計(jì)數(shù)器相連，讓每一級的下一級計(jì)數(shù)完成一輪計(jì)數(shù)后向上一級發(fā)送一次脈沖，實(shí)現(xiàn)了計(jì)數(shù)器工作。顯示器與譯碼器相連，計(jì)數(shù)器會(huì)將計(jì)數(shù)的2進(jìn)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(jì)數(shù)器所計(jì)的10進(jìn)制數(shù)。校正部分直接在秒與分計(jì)數(shù)器之間、分與時(shí)之間添加單脈沖即可，用電源和單閘刀即可，必要時(shí)添加電阻調(diào)節(jié)電路電壓。額外部分是由多個(gè)與門共同完成的，當(dāng)條件滿足，同時(shí)為“1”時(shí)，電路驅(qū)動(dòng)NPN三極管，報(bào)時(shí)電路工作，內(nèi)蜂鳴器發(fā)出響聲報(bào)。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(shí)電路的。我所完成的數(shù)字鐘與555型相比不易實(shí)現(xiàn)，在電路的保護(hù)部分所做的還不足，過于簡單，導(dǎo)致各電路配合會(huì)出現(xiàn)不同程度的錯(cuò)誤，希望以后可以更加詳細(xì)的來完成自己所做的每一個(gè)電路。