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1、学号09070009数字逻辑与系统课程设计说明书多功能数字时钟设计起止日期：2010 年 12月 27 日 至2010 年 12 月 31 日学生姓名班级成绩指导教师计算机工程系2010 年 12 月 27 日名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 26 页 -天津理工学院中环信息学院课程设计任务书20102011学年第 1 学期计算机工程系计算机科学与技术专业09 计科 1 班级课程设计名称：数字逻辑与系统课程设计设计题目：多功能数字时钟设计完成期限：自2010 年 12 月 27 日至 2010 年 12 月 31 日共1 周设计依据、要求及主要内容（可另加附页）：数
2、字逻辑与系统课程设计是计算机科学与技术专业学生的必修专业实践课程，通过完成课程设计达到目的：一、初步掌握电子线路的设计、组装及调试方法。即根据设计要求，查阅文献资料，收集、分析类似电路的性能，并通过组装调试等实践活动，使电路达到性能要求；二、课程设计为后续的毕业设计打好基础。毕业设计是系统的工程设计实践，而课程设计的着眼点是让学生开始从理论学习的轨道上逐渐引向实际方面，运用已学过的分析和设计电路的理论知识，逐步掌握工程设计的步骤和方法，同时，课程设计报告的书写，为今后从事技术工作撰写科技报告和技术资料打下基础。设计主要内容：运用已学知识，通过查阅文献资料，收集、分析类似电路，设计一个数字电子钟
3、，具体功能如下：（1）准确计时，以数字形式显示时、分、秒的时间；（2）有校正时间功能；（3）整点报时。指 导 教 师：渠丽岩批准日期：2010 年 12 月 27 日名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 26 页 -多功能数字钟设计摘要近年来随着计算机在社会领域的渗透和大规模集成电路的发展，数字钟的应用正在不断地走向深入，由于它具有功能强，体积小，功耗低，价格便宜，工作可靠，使用方便等特点，因此特别适合于与控制有关的系统，越来越广泛地应用于自动控制、智能化仪器、仪表、数据采集、军工产品以及家用电器等各个领域。多功能数字钟采用数字电路实现对“时”、“分”、“秒”数字显示的
4、计时装置。具有时间显示、闹钟设置、报时功能、校正作用。电路装置十分小巧,安装使用方便。它以其小巧，价格低廉，走时精度高，使用方便，功能多，便于集成化而受广大消费的喜爱。关键词：晶体振荡器、分频器、计数器、显示器和校时电路名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 26 页 -目录1 绪论.1 1.1 设计背景.1 1.2 设计任务与要求.2 2 总体设计方案.2 2.1 方案选择.2 2.2 多功能数字钟设计总体方框图.4 3 系统详细设计.5 3.1 振荡电路.5 3.2 分频器电路.6 3.3 计数器.7 3.3.1计数器六十进制的接法.8 3.3.2二十四进制计数器的接
5、法.8 3.4 译码显示电路 .10 3.5 校时电路.12 3.6 整点报时电路 .13 3.6.1控制门电路部分 .15 3.6.2音响电路部分 .16 3.7 相关元器件的介绍.18 3.7.1 74LS279.18 3.7.2 74LS148.18 3.7.3 555 定时器.19 4 安装与调试.20 4.1 接通电源逐步调试.20 4.2 按顺序对电路连线和调试.20 5 结束语.21 参考文献.21 附录 元器件清单.22名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 26 页 -多功能数字时钟设计1 1 绪论1.1 设计背景世界上第一只石英钟出现在二十世纪二十年代
6、，从三十年代开始得到了推广，从六十年代开始，由于应用半导体技术，成功地解决了制造日用石英钟问题，石英电子技术在计时领域得到了广泛的应用。并取代机械钟做了更精确的时间标准。早在 1880 年，法国人皮埃尔居里和保罗雅克居里就发现了石英晶体有压电的特性，这是制造钟表“心脏”的良好材料。科学家以石英晶体制成的振荡计时器和电子钟组合制成了石英钟。经过测试，一只高精度的石英钟表，每年的误差仅为3-5秒。1942 年，著名的英国格林威治天文台也开始采用了石英钟作为计时工具。在许多场合，它还经常被列为频率的基本标准，用于日常测量与检测。大约在 1970 年前后，石英钟表开始进入市场，风靡全球。随着科学的进步
7、，精密的电子元件不断涌现，石英钟表也开始变得小巧精致，它既是实用品，也是装饰品。它为人们的生活提供方便，更为人们的生活增添了新的色彩。在现行情况下根据简单实用强的、走时准确进行设计。而实验证明，钟表的振荡部分采用石英晶体作为时基信号源时，走时更精确、调整更方便。钟是一种计时的器具，它的出现开拓了时间计量的新里程。提起时钟大家都很熟悉，它是给我们指明时间的一种计时器，并且我们每天都要用到它。20 世纪末，电子技术获得了飞速的发展，在其推动下，现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，同时也使现代电子产品性能进一步提高，产品更新换代的节奏也越来越快。
8、我们相信在科技高速发展的今天，钟表业运用当今材料工业、电子工业和其他领域的最新技术，一定会生产出代表中国科学水平的产品。我们希望钟表业的精英们在提高制造技术水平中不断创新，培育出拥有自主知识产权的品牌。目前，数字钟正朝着高性能和多品种方向发展趋势将是进一步向着低功耗、小体积、大容量、高性能、低价格和外围电路内装化等几个方面发展。数字钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置，与机械式时钟相比具有更高的准确性和直观性，且无机械装置，具有更长的使用寿命，因此得到了广泛的使用。数字钟是采用数字电路实现对时、分、秒数字显示的计时装置,广泛用于个人家名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第
9、5 页，共 26 页 -多功能数字时钟设计2 庭,车站,码头办公室等公共场所,成为人们日常生活中不可少的必需品,由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的广泛应用,使得数字钟的精度,远远超过老式钟表,钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便，而且大大地扩展了钟表原先的报时功能。诸如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、自动起闭路灯、定时开关烘箱、通断动力设备、甚至各种定时电气的自动启用等，所有这些，都是以钟表数字化为基础的。因此，研究数字钟及扩大其应用，有着非常现实的意义。1.2 设计任务与要求设计目的：熟悉数字逻辑设计的基本概念和原理。掌握计数器、定时器等逻辑芯片的工作原理
10、及应用设计。熟悉数字逻辑集成芯片的外围电路设计与使用。设计任务及要求：设计一个数字电子钟，具体要求如下：（1）准确计时，以数字形式显示时、分、秒的时间；（2）有校正时间功能；（3）整点报时。2 总体设计方案2.1 方案选择方案一：由集成逻辑门与RC组成的时钟源振荡器或由集成电路定时器555与 RC组成的多谐振荡器作为时间标准信号源。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 6 页，共 26 页 -多功能数字时钟设计3 图 A方案二:振荡器是数字钟的核心。振荡器的稳定度及频率的精确度决定了数字钟计时的准确程度，通常选用石英晶体构成振荡器电路。石英晶体振荡器的作用是产生时间标准信号。因此，
11、一般采用石英晶体振荡器经过分频得到这一时间脉冲信号。图 B 如图(2)所示为电子手表集成电路（如5C702）中的晶体振荡器电路，常取晶振的频率为 32768Hz，因其内部有 15 级 2 分频集成电路，所以输出端正好可得到1Hz的标准脉冲。结论：与方案一相比，方案二使用的振荡器频率的精度与稳定度基本决定了数字电子钟的质量保证数字钟的走时准确及稳定，故选用方案一。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 7 页，共 26 页 -多功能数字时钟设计4 2.2 多功能数字钟设计总体方框图数字钟实际上是一个对标准频率进行计数的计数电路。它的计时周期是 24小时，由于计数器的起始时间不可能与标准
12、时间（如北京时间）一致所以采用校准功能和报时功能。数字钟电路主要由译码显示器、校准电路、报时电路、时计数、分计数、秒计数器，振荡电路和单次脉冲产生电路组成。其中电路系统由秒信号发生器、“时”、“分”、“秒”计数器、译码器及显示器、校准电路、整点报时电路组成。秒信号产生器是整个系统的时基信号，它直接决定计时系统的精度，一般用石英晶体振荡器加分频器来实现，将标准秒信号送入“秒计数器”，“秒计数器”采用60 进制计数器，每累计 60 秒发出一个“分脉冲”信号，该信号将作为“分计数器”的时钟脉冲。“分计数器”也采用60 进制计数器，每累计60 分钟，发出一个时脉冲信号，该信号将被送到时计数器。时计数器
13、采用24 进制计时器，可实现对一天24 小时的计时。译码显示电路将“时”、“分”、“秒”计数器的输出状态通过显示驱动电路，七段显示译码器译码，在经过六位LED七段显示器显示出来。整点报时电路时根据计时系统的输出状态产生一个脉冲信号，然后去触发一音频发生器实现低、高音报时。校准电路时用来对“时”、“分”、“秒”显示数字进行校对调整的。如图 1 所示多功能数字钟的组成框图。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 8 页，共 26 页 -多功能数字时钟设计5 图 1 数字钟组成框图3 系统详细设计3.1 振荡电路晶体振荡器是构成数字式时钟的核心，它保证了时钟的走时准确及稳定。如图 2所示电
14、路通过非门构成的输出为方波的数字式晶体振荡电路，这个电路中，非门U1与晶体、电容和电阻构成晶体振荡器电路，U2实现整形功能，将振荡器输出的近似于正弦波的波形转换为较理想的方波。输出反馈电阻R1为非门提供偏置，使电路工作于放大区域，即非门的功能近似于一个高增益的反相放大器。电容C1、C2与晶体构成一个谐振型网络，完成对振荡频率的控制功能，同时提供了一个180 度相移，从而和非门构成一个正反馈网络，实现了振荡器的功能。由于晶体具有较高的频率稳定性及准确性，从而保证了输出频率的稳定和准确。晶体XTAL1 的频率选为译码驱动译 码 驱时 十 位计数分 频 器电路分 频 器电路振 荡 器 电路译码驱动译
15、码驱动译码驱动译 码 驱时 个 位计数分 十 位计数分 个 位计数秒 十 位计数秒 个 位计数校 时 电路校 分 电路名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 9 页，共 26 页 -多功能数字时钟设计6 32768Hz。其中 C1的值取 520 pF，C2为 30pF。C1作为校正电容可以对温度进行补偿，以提高频率准确度和稳定度。由于电路的输入阻抗极高，因此反馈电阻R1可选为 10M。较高的反馈电阻有利于提高振荡频率的稳定性。图 2 振荡电路图3.2 分频器电路由数字钟的晶体振荡器输出频率较高，为了得到1Hz 的秒信号输入，需要对振荡器的输出信号进行分频。实现分频器的电路是计数器电路
16、，一般采用多级2 进制计数器来实现。例如，将32767Hz的振荡信号分频为1Hz的分频倍数为 32767（2），即实现该分频功能的计数器相当于15 极 2 进制计数器。本实验中采用CD4060来构成分频电路。CD4060 在数字集成电路中可实现的分频次数最高，而且 CD4060 还包含振荡电路所需的非门，使用更为方便。CD4060计数为最高为 14 级 2 进制计数器，首先由 U1(CD4060)的 Q14(第 3 脚)产生 2Hz的振荡信号,然后由二进制计数器CD4040和两个 U3A(74LS20),U3B(74LS20)组成 120 计数器分频,从 U3B的输出端输出一个的分脉冲,作为分
17、钟计数器的分钟信号,按键开关 S作为分钟调时有手动脉冲开关,每按动一次,从 U3B的输出端输出一个脉冲,同时 U2的 Q1管脚输出秒脉冲信号驱动发光二极管 LED1,LED2,作为秒指示(因为 2Hz的信号经 1 位二进制计数器分频后为1Hz)。如图 3 所示。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 10 页，共 26 页 -多功能数字时钟设计7 图 3 分频电路3.3 计数器秒脉冲信号经过级计数器，分别得到“秒”个位、十位，“分”个位、十位以及“时”个位、十位的计时。“秒”、“分”计数器为60秒为 1 分、60分为 1 小时、24小时为 1 天的计数周期，分别组成两个六十进制（秒、
18、分）、一个二十四进制（时）的计数器。将这些计数器适当地连接，就可以构成秒、分、时的计数，实现计时的功能进制计数器。它们都可以用两个“二-十进制”计数器来实现。六十进制计数器和二十四进制计数器均可由双BCD 加法计数器 CC4518组成。因为一片CC4518内含有两个十进制计数器，因此用一片 CC4518就可以构成六十进制或二十四进制计数器了。选取 CC4518和与非门 CC4511、采用反馈复位法构成的六十进制和二十四进制加法计数器电路分别见图4(a)和图 4(b)所示。1Cp11EN21Cr71Q131Q241Q351Q46Vss8Vd d1 62Cr1 52Q41 42Q31 32Q21
19、22Q11 12EN1 02CP9A4518&1&VCC进位脉冲5V来 自底 位 的 进位 脉 冲图 4(a)计数器六十进制名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 11 页，共 26 页 -多功能数字时钟设计8 3.3.1 计数器六十进制的接法图 4(a)个位为十进制，一片74LS290计数规律是满十就清零，这样就构成了10进制的计数器，一片74LS290满六就清零，这样就构成了6 进制的计数器。当十进制计数器满十以后，输出一个信号给六进制计数器。当六进制计数器满六的时候，两片同时清零。这样就是一个六十进制的计数器了。4(a)十进制计数器3.3.2 二十四进制计数器的接法个位为进制计
20、数器,当计数器计数到 24时,即十位为 0010,个位为 0100时,同时清零,达到了二十四进制计数器的目的,即高位的 Q2,底位的 Q3送入与非门做清零信号,如图 4(b)二十四进制计数器。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 12 页，共 26 页 -多功能数字时钟设计9 1Cp11EN21Cr71Q131Q241Q351Q46Vss8Vd d162Cr152 Q4142 Q3132 Q2122 Q1112 EN102 CP9A4518&1&VCC进位脉冲5V来 自底 位 的进位 脉 冲4(b)二十四进制计数器在这两个电路中，计数器的控制脉冲由CP端输入，1EN接高电平；计数器
21、的控制脉冲由 EN端输入，状态如图5 看出：当“计数器的状态由1001向 0000 转换时，1Q4(2EN)正好是一个下降沿，高位的计数器开始计数。在图4(a)中，将 2Q3和 2Q2相与后接至 CR端，构成了六十进制计数器，在图 4(b)中，将 2Q2和 1Q3相与后接至CR端构成了二十四进制计数器。为了保证电路能可靠地工作，在“秒”、“分”、“时”计数器反馈复位支路中，加了一个RS触发器，如图 7 所示。CPQ1Q2Q3Q42EN(1Q4)10011图 5 计数器状态名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 13 页，共 26 页 -多功能数字时钟设计10 QCQBENCPCP1进
22、位信号CR图 6“秒”进位电路各功能模块中用到的门电路可以采用4011(四2输入与非门)来实现,其外部引线排列见图 7 所示。将与非门组成的RS触发器的输出接至计数器的复位端，展宽了复位和进位信号的脉冲宽度，使其在本位可靠地复位的同时向高位提供了进位触发CC401112345678910111213141A1B1Y2Y2A2BVSS3A3B4Y3Y4A4BVDD图 7 CC4011 引线排列3.4 译码显示电路数码管是数码显示器的俗称。常用的数码显示器有半导体数码管，荧光数码管，辉光数码管和液晶显示器等。译码和数码显示电路是将数字钟和计时状态直观清晰地反映出来，被人们的视觉器官所接受。显示器件
23、选用LED七段数码管。在译码显示电路输出的驱动下，显示出清晰、直观的数字符号。本设计所选用的是半导体数码管，是用发光二极管（简称LED）组成的字形来显示数字，七个条形发光二极管排列成七段组合字形，便构成了半导体数码管。半导体数码管有共阳极和共阴极两种类型。共阳极数码管的七个发光二极管的阳极接在一起，而七个阴极则是独立的。共阴极数码管与共阳极数码管相反，七个发光二极管的阴极接在一起，而阳极是独立的。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 14 页，共 26 页 -多功能数字时钟设计11 当共阳极数码管的某一阴极接低电平时，相应的二极管发光，可根据字形使某几段二极管发光，所以共阳极数码管
24、需要输出低电平有效的译码器去驱动。共阴极数码管则需输出高电平有效的译码器去驱动。当数字钟的计数器在CP脉冲韵作用下，按60 秒为 1 分、60 分为 1 小时，24小时为 1 天的计数规律计数时，就应将其状态显示成清晰的数字符号。这就需要将计数器的状态进行译码并将其显示出来。我们选用的计数器全部是二-十进制集成片，“秒”、“分”、“时”的个位和十位的状态分别由集成片中的四个触发器的输出状态来反映的。每组(四个)输出的计数状态都按 BCD代码以高低电平来表现。因此,译码显示电路选用BCD-7段锁存译码驱动器CC4511。七段显示数码管的外部引线排列见图 8a)、(b)。现以 60进制“秒”计时电
25、路为例，将计数器、译码显示器和显示数码管连在一起，其电路示意图见图9 图 8(a)译码器外引线排列图 8(b)二极管示意图12456791038edcp dbafgabcdefg15610名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 15 页，共 26 页 -多功能数字时钟设计12 2 C r1 52 C P92 EN1 02 Q41 42 Q11 12 Q21 22 Q31 31 Q351 Q241 Q131 EN21 C P11 C r71 Q46VDD1 61 Vcc8U?4518&15LE2C3LI4BI1B6D7A9e10d11c12b13a15f14g8Vss16VDDU?4
26、5115LE2C3LI4BI1B6D7A9e10d11c12b13a15f14g8Vss16VDDU?4 5115 V5 Vabfcgdeabfcgdegdgd图 9 译码显示器和显示数码管3.5 校时电路实际的数字钟表电路由于秒信号的精确性不可能做到完全（绝对）准确无误，加之电路中其它原因，数字钟总会产生走时误差的现象。因此，电路中就应该有校准时间功能的电路。校准的方法很多，常用的有“快速校时法”。现在以“分计时器”的校时电路为例，简要说明它的校时原理，见图10，与非门 1，2 构成的双稳态触发器，可以将 1Hz的“秒”信号和“秒计数器的进位信号”送至“分计数器的CP端”。两个信号中究竟选哪
27、个送入由开关K控制，它的工作过程是这样的：当开关 K置“B”端时，与非门 1 输出低电平，门 2 输出高电平。“秒计数器进位信号”通过门4 和门5 送至“分计数器的CP端”，使“分计数器”正常工作；需要校正“分计时器”时，将开关 K置“A”端，与非门 1 输出高电平，门2 输出低电平，门 4 封锁“秒计数器进位信号”，而门 3 将 1Hz的 CP信号通过门 3 和门 5 送至“分计时器”的 CP控制端，使“分计数器”在“秒”信号的控制下“快速”计数，直至正确的时间，再将开关名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 16 页，共 26 页 -多功能数字时钟设计13 置于“B”端，以达到校
28、准时间的目的RR12345CP(1Hz)VDDkAB秒计数器进位信号分 计数器CP端图 10 校时电路3.6 整点报时电路报整点时数电路的功能是：每当数字钟计时到整点时发出音响，并且几点响几声。实现这一功能的电路主要有以下几个部分。减法计数器：完成几点响几声的功能。即从小时计数器的整点开始进行减法计数，直到零为止。编码器：将小时计数器的5 个输出端4Q、3Q、2Q、1Q、0Q按照“12 翻 1”的编码要求转换为减法计数器的4 个输入端3D、2D、1D、0D所需要的 BCD 码。在电路图中编码器是由与非门实现的组合逻辑电路。其中编码器是由与非门实现的组合逻辑电路，其输出端的逻辑表达式由5 变量的
29、卡若图可得。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 17 页，共 26 页 -多功能数字时钟设计14 00DQ14114DQ QQ Q2241DQQ Q334DQQ分进位脉冲小时计数器输出减法计数器输入CK 4Q3Q2Q1Q0Q3D2D1D0D1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 2 0 0 0 1 0 0 0 1 0 3 0 0 0 1 1 0 0 1 1 4 0 0 1 0 0 0 1 0 0 5 0 0 1 0 1 0 1 0 1 6 0 0 1 1 0 0 1 1 0 7 0 0 1 1 1 0 1 1 1 8 0 1 0 0 0 1 0 0 0 9 0 1 0 0 1 1
30、 0 0 1 10 1 0 0 0 0 1 0 1 0 11 1 0 0 0 1 1 0 1 1 12 1 0 0 1 0 1 1 0 0 表 1 编码器的真值表0123DD DD逻辑控制电路控制减法计数器的清“0”与置数，控制音响电路的输入信号。数字钟整点报时是最基本的功能之一。现在设计的电路要求在离电路应在整点前 10 秒钟内开始整点报时，即当时间在59 分 51 秒到 59分 59 秒期间时，报时电路报时控制信号每隔1 秒钟鸣叫一次，每次持续时间为1 秒，共响 5 次，前四次为低音 500Hz，最后一声为高音1000Hz。整点报时电路的电路原理图如图11 所名师资料总结-精品资料欢迎下载
31、-名师精心整理-第 18 页，共 26 页 -多功能数字时钟设计15 11 整点报时电路图3.6.1 控制门电路部分图 11 中与非门 1，3，5 的输入信号 Q4，Q3，Q2，Q1分别表示“分十位”“分个位”“秒十位”和“秒个位”的状态，下标中D，C，B，A分别表示组成计数器的四个触发器的状态。Y1=QC4.QA4.QD3.QA3,Y2=Y1.QC2.QA2.Y3=Y2.QD1.F1(1KHz),Y4=Y2.QD1.QA.F2(500Hz).每当分和秒计数到59 分 50 秒时,QD4.QC4.QB4.QD4.=0101,QD3,QC3,QB3,QD3=1001,QD2,QC2,QB2,QA
32、2=0101,QD1,QC1,QB1,QA1=0000 可见,从 59分 50秒到 59 分 59秒之间,只有秒个位计数,而分有十位,分的个位,秒的十位中QC4=QA4=QD3=QA3=QC2=QA2=1不变.将 它们相”与”,即图 11 中Y2=QC4.QA4.QD3.QA3.QC2.QA2作为控制信号,去控制 Y3 和 Y4.在每小最最后10 秒Y2=1,Y3 输入端加有频率为2048Hz的信号 B(可取自分频器CD的 Q4端),同时又受QD1,QA1 的控制,即 C就是在 59S时,QD1QA1C=1,将 Y4关闭,Y3 打开,B 信号通过 Y3.Y4的输入端加有频率为1024Hz 的信
33、号 A,同时又受 QD1,QA1的控制,即在 51,53,55,57s时,C.QD1.QA1=1,将 Y3 关闭 Y4打开,A 信号通过 Y4,则 Z=CQD1 QA1B+C.QD1,QA1A,即可实现前四响为 1024Hz的底音,后一响为 2048Hz的高音,最后一响完毕正好整点。1K51T3DG12345678VDDF2(500Hz)f1(1kH z)A1QQD1QA2QC2QA3QD3QA4QC4Y1Y2Y3Y4Y5名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 19 页，共 26 页 -多功能数字时钟设计16 QD1 QC2 QB3 QA1 D1QA1 0 0 0 0 0 0 0 0
34、 1 1 0 0 1 0 0 0 0 1 1 1 0 1 0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 1 1 1 1 3.6.2 音响电路部分音响电路中采用射极输出器，推动 8的喇叭，三极管基极串接 lk 限流电阻，是为了防止电流过大损坏喇叭，集电极串接51限流电阻，三极管选用高频小功率管即可。当 Y5端为高电平时，三极管T导通，有电流流经喇叭，使之发出鸣叫声。通过以上分析可知，当计时至59 分 51、53、55、57 秒时，频率为 500Hz的信号通过喇叭，当计时至 59 分 59 秒时，频率为 1000Hz的信号通过喇叭，因而发出四低一高的声音，音响结束正好为 59 分 60
35、秒。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 20 页，共 26 页 -多功能数字时钟设计17 图 12 数字钟的布线图CIN11COUT9COUT10RST12Q47Q55Q64Q76Q814Q913Q1015Q121Q132Q143U14060CLK10RST11Q19Q27Q36Q45Q53Q62Q74Q813Q912Q1014Q1115Q121U24040X132768R321MR33100KRR&RR&RR&2Cr152CP92EN102Q4142Q1112Q2122Q3131Q351Q241Q131EN21CP11Cr71Q46VDD161Vcc8U?45182Cr152C
36、P92EN102Q4142Q1112Q2122Q3131Q351Q241Q131EN21CP11Cr71Q46VDD161Vcc8U?45182Cr152CP92EN102Q4142Q1112Q2122Q3131Q351Q241Q131EN21CP11Cr71Q46VDD161Vcc8U?4518&1&1&15LE2C3LI4BI1B6D7A9e10d11c12b13a15f14g8Vss16VDDU?45115LE2C3LI4BI1B6D7A9e10d11c12b13a15f14g8Vss16VDDU?45115LE2C3LI4BI1B6D7A9e10d11c12b13a15f14g8Vss
37、16VDDU?45115LE2C3LI4BI1B6D7A9e10d11c12b13a15f14g8Vss16VDDU?45115LE2C3LI4BI1B6D7A9e10d11c12b13a15f14g8Vss16VDDU?45115LE2C3LI4BI1B6D7A9e10d11c12b13a15f14g8Vss16VDDU?4511abfcgdeabcdefgDS?40195abfcgdeabcdefgDS?40195abfcgdeabcdefgDS?40195abfcgdeabcdefgDS?40195abfcgdeabcdefgDS?40195abfcgdeabcdefgDS?401955
38、V5V5V5V5V5V5V2567813511KT3DG4VDDY1Y2Y3Y4Y5QC4QA4QD3QA3QC2QA2QD1QA1B(1KHz)A(500Hz)&名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 21 页，共 26 页 -多功能数字时钟设计18 3.7 相关元器件的介绍该设计用到较多集成电路电路芯片，在此给出其管脚图和部分功能介绍。3.7.1 74LS279 74LS279是四 RS锁存器，当 R=1，S=0时，输出为；当R=1S=1时，锁存器具有保持功能，将输出一直保持为1，达到锁存的目的。表 2 174LS279 锁存器功能3.7.2 74LS148 74LS148是优先
39、编码器。下图为 74LS148的功能介绍，ST为使能端，控制芯片的工作；当无输入时，YEX=1，有输入时，YEX=0。其功能真值表如下：表 3 74LS148功能表输入输出STIN0 IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7 Y2Y1Y0 YEXYs1 X X X X X X X X 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 X X X X X X 0 0 0 0 0 1 输入S1S2 R输出 Q 0 0 0 0 X 1 X 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 没改变名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 22 页，共
40、26 页 -多功能数字时钟设计19 3.7.3 555 定时器555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。一般用双极性工艺制作的称为 555，用 CMOS 工艺制作的称为 7555，除单定时器外，还有对应的双定时器556/7556。555 定时器的电源电压范围宽，可在 4.5V16V 工作，7555 可在 318V 工作，输出驱动电流约为 200mA，因而其输出可与 TTL、CMOS 或者模拟电路电平兼容。图 13 555 定时器名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 23 页，共 26 页 -多功能数字时钟设计20 4 安装与调试在实验板上组装组装电子时钟时,应严格按图
41、连接引脚,注意走线整齐,布局合理,器件的悬空端,清0端,置1端要正确处理。插拔集成芯片时要用力均匀,避勉芯片管脚在插拔过程中变弯,折断。4.1 接通电源逐步调试如果出现错误,可先检查各芯片的电源线是否接上,并保证有正常的工作电压。按图9 电路在数字电路实验箱上连线。它是由十进制加法计数器CC4518、BCD-7段锁存译码驱动器 CC4511和 LED七段数码管组成。观察在 CP作用下数码管的显示情况。需要注意的是，CC4511 正常工作时，为高电平，LE应为低电平。按图 4 电路在实验箱上连线。因为 CC 4518内含有两个同步十进制计数器，CC 4011内含有四个 2 输入与非门，因此分别用
42、一片CC4518和 CC4011就够了。按图4(a)电路连线，输出可接发光二极管。观察在CP作用下(CP 为 1Hz可直接由实验箱连续脉冲输出端提供)输出端发光二极管的状态变化情况，验证是否为六十进制计数器。按图4(b)电路连线验证该电路是否为二十四进制计数器。其次安装的是晶体振荡电路电路。按图2 电路连线，输出接发光二极管，观察发光二极管的显示情况。4.2 按顺序对电路连线和调试按图 10 所示在数字电路实验箱上对校时电路连线。将电路输出(门 5)接发光二极管。拨动开关，观察在CP(1Hz)作用下，输出端发光二极管的显示情况。根据开关的不同状态，输出端输出频率之比约为1：60，“开关可以取自
43、实验箱上的逻辑电平开关。参照图 11,对整点报时电路的安装因为报时电路发出声响的时间是59分 51秒至 59分 60 秒之间，59分的状态是不变的。图 12 中的 Y2=1不变。测试时，lkHz 的 CP信号可由实验箱上获得，500Hz的 CP信号可将 lkHz 的信号经 D触发器二分频得到。QAlQDl端可接至十进制计数器的相应输出端。观察计数器在CP信号的作用下，喇叭发出声响的情况。将时间调整到59 分 50秒,观察报时电路能否准确报时。如果不正常,则需检查相应的 CC4518 芯片。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 24 页，共 26 页 -多功能数字时钟设计21 5 结
44、束语数字钟的设计涉及到模拟电子与数字电子技术。其中绝大部分是数字部分、逻辑门电路、数字逻辑表达式、计算真值表与逻辑函数间的关系、编码器、译码器显示等基本原理。数字钟是典型的时序逻辑电路，包含了计数器，二进制数，六进制数，六十进制，二十四进制，十进制数的概念。数字钟的设计与制作可以进一步加深对数字电路的了解，通过本次电子电路的设计，为数字电路的制作提供思路。我学到了很多东西，最重要的是去做好一个事情的心态，也许在你拿到题目时会觉得困难，但是只要你充满信心，一步一个脚印去实现它，就肯定会完成的。有时候画的线和其它线重要合时会看不到，有时又会明明连的是这个端点，一移动时却连到任外一个端点了，再加上电
45、路有这么大了，显示器的界面宽度又有限，所以做起来有点麻烦，一但搞不好就要重新来，这个时候就要你有足够的耐心了。从这次设计中我觉得我学到了以下东西：对于数字逻辑一些基本知识有了更深的了解,了解很多集成门电路芯片的使用,增强了面对困难勇于面对，勇于解决的信心。以往每做一次课程设计，感觉自己的收获总会不少，这次也不例外。做课程设计是为了让我们对平时学习的理论知识与实际操作相结合，在理论和实验教学基础上进一步巩固已学基本理论及应用知识并加以综合提高，学会将知识应用于实际的方法，提高分析和解决问题的能力。通过这次对数字钟的设计与制作，让我了解了设计电路的程序，也让我了解了关数字钟的原理与设计理念，要实现
46、电路功能总要先设计,成功之后才实际接线的。但是最后的成品却不一定与理想的完全一样，因为，再实际接线中有着各种各样的条件制约着。所以，在设计时应考虑两者的差异，从中找出最适合的设计方法。参考文献1.阎石.数字电技术基础.北京：高等教育出版社.2004 年2.陈大钦.罗杰.电子技术基础实验.北京：高等教育出版社.2008 年3.赵伟军.Protel 99 SE教程.北京：人民邮电出版社,2004（第一版）名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 25 页，共 26 页 -多功能数字时钟设计22 附录 元器件清单元件序号型号个数元件序号型号个数1 LC5011-11 6 8 74LS48 1 2 HD74LS48 6 9 CD4060 1 3 74HC161 6 10 74LS74 1 4 74HC00 2 11 20pF电容2 5 74HC32 1 12 20M 电阻1 6 74HC21 1 13 晶振1 7 蜂鸣器1 14 开关1 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 26 页，共 26 页 -