孙某的课程设计报告.docx
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孙某的课程设计报告.docx
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孙某的课程设计报告
1.设计任务
1.1设计目的
1.了解数字钟的组成及工作原理。
2.进一步掌握数字钟的设计方法和计数器相互级联的方法。
3.进一步掌握各芯片的逻辑功能及使用方法。
4.进一步掌握数字系统的制作和布线方法。
5.熟悉集成电路的引脚安排.。
1.2设计指标
1.显示时、分、秒。
2.可以24小时制或12小时制。
3. 具有校时功能,可以对小时和分单独校时,对分校时的时候,停止分向小时进位。
校时时钟源可以手动输入或借用电路中的时钟。
4.为了保证计时准确、稳定,由晶体振荡器提供标准时间的基准信号。
1.3设计要求
1. 画出总体设计框图,以说明数字钟由哪些相对独立的功能模块组成,标出各个模块之间互相联系,时钟信号传输路径、方向和频率变化。
并以文字对原理作辅助说明。
2. 设计各个功能模块的电路图,加上原理说明。
3. 选择合适的元器件,在面包板上接线验证、调试各个功能模块的电路,在接线验证时设计、选择合适的输入信号和输出方式,在确定电路充分正确性同时,输入信号和输出方式要便于电路的测试和故障排除。
4. 在验证各个功能模块基础上,对整个电路的元器件和布线进行合理布局,进行整个数字钟电路的接线调试。
2.设计思路与总体框图.
数字钟由适应晶体振荡器、分频器、计数器、译码器、显示器和校时电路组成,适应晶体振荡器产生的信号经过分频器变为秒脉冲,秒脉冲送入计数器计数,计数结果通过“时”、“分”、“秒”译码器显示时间。
图1所示为数字钟的一般结构框图。
▲图1数字钟结构框图
3.系统硬件电路的设计
3.1晶体振荡器电路
由CD4069非门[1]IC1-1,IC1-2,f0=32768Hz的石英晶体振荡器、电阻和电容组成。
由IC1-2的4脚输出的频率为32768Hz的方波。
晶体振荡器电路给数字钟提供一个频率稳定准确的32768Hz的方波信号,可保证数字钟的走时准确及稳定。
不管是指针式的电子钟还是数字显示的电子钟都使用了晶体振荡器电路。
3.2分频器电路
由两个74LS393IC2,IC3组成,74LS393是双4位二进制计数器,32768Hz的方波与IC2的1脚相连,输入时钟脉冲,两个74LS393组成分频器,32768=215,因此,由9脚输出秒脉冲
分频器电路将32768Hz的高频方波信号经32768(
)次分频后得到1Hz的方波信号供秒计数器进行计数。
分频器实际上也就是计数器。
通常,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。
通常实现分频器的电路是计数器电路,一般采用多级2进制计数器来实现。
例如,将32768Hz的振荡信号分频为1Hz的分频倍数为32768(215),即实现该分频功能的计数器相当于15极2进制计数器。
常用的2进制计数器有74HC393等。
3.3计数器电路
由6个74LS160IC4,IC5,IC6,IC7,IC8,IC9和相应的门电路四二输入与门74LS08、四二输入与非门74LS00等,分别组成60进制“秒”计数器电路、60进制“分”计数器电路和24进制“时”计数器电路。
时间计数电路由秒个位和秒十位计数器、分个位和分十位计数器及时个位和时十位计数器电路构成,其中秒个位和秒十位计数器、分个位和分十位计数器为60进制计数器,而根据设计要求,时个位和时十位计数器为12进制计数器。
时计数单元一般为12进制计数器计数器,其输出为两位8421BCD码形式;分计数和秒计数单元为60进制计数器,其输出也为8421BCD码。
3.4译码和显示电路
由6个74LS247IC10,IC11,IC12,IC13,IC14,IC15,IC16和6个数码管组成
驱动电路将计数器输出的8421BCD码转换为数码管需要的逻辑状态,并且为保证数码管正常工作提供足够的工作电流。
数码管通常有发光二极管(LED)数码管和液晶(LCD)数码管,本设计提供的为LED数码管。
3.5时间校准电路
由四二输入与门74LS08、四二输入或门74LS32、四二输入或非门74LS02等组成。
当重新接通电源或走时出现误差时都需要对时间进行校正。
通常,校正时间的方法是:
首先截断正常的计数通路,然后再进行人工出触发计数或将频率较高的方波信号加到需要校正的计数单元的输入端,校正好后,再转入正常计时状态即可。
4.系统设计仿真
4.1仿真原理图
根据数字钟的一般结构框图,我们通过查阅资料书和上网查询,了解不同元件的功能和实用性,考虑性价比后,制作出的数字钟的原理图,如图2所示。
▲图2数字钟电路原理图
4.2各功能元件的分析[2]
设计原理图中各功能元件的引脚图或逻辑功能图的分析如下所示:
▲图374LS247引脚图
1.74LS247:
七段显示译码器的主要功能是把8421BCD码译成对应于数码管的7个字段信号,驱动数码管,显示出相应的十进制数码。
A3,A2,A1,A0是8421BCD码的4位输人信号,a,b,c,d,e,f,g是七段译码输出信号,LT,RBI,BI为控制端。
灯测试输人端LT:
当LT=0,BI=1时,无论A3~A0为何种状态,a,b,c,d,e,f,g的状态均为0,数码管七段全亮,显示“8”字形,
用以检查七段显示器各字段是否能正常工作。
灭零输入端RBI:
当RBI=0时,且LT=1,BI=0时,若A3~A0的状态均为0,则所有光段均灭,在数字显示中用以熄灭不必要的0。
例如,显示0021,21前面的两个0是多余的,可以通过在对应位加灭零信号(RBI=0)的方法去掉多余的零。
▲图474LS247和半导体数码管的连接图
2.74LS160:
同步十进制计数器74LS160作用:
实现计时的功能,为脉冲分配器做好准备。
▲图574LS160引脚图
▲图674LS160逻辑图
3.74LS393:
74LS393双4位二进制计数器(异步清零),异步清零端(1clear,2clear)为高电平时,不管时钟端1A,2A状态如何,即可以完成清除功能。
当1clear,2clear为低电平时,在1A,2A脉冲下降沿作用下进行计数操作。
引出端符号:
1A、2A时钟输入端(下降沿有效),1clear,2clear异步清零端,1Qa~1Qd、2Qa~2Qb输出端。
▲图775LS393引脚图
4.74LS00:
74LS00为四二输入与非门。
▲图874LS00引脚图
▲
5.74LS02:
74LS02为四二输入或非门。
▲图974LS02引脚图
6.74LS08:
74ls08是2输入的四与门。
▲图1074LS08引脚图
7.74LS32:
74LS32是四二输入或门。
▲图1174LS32引脚图
8.74LS160:
74LS160是4位同步十进制计数器。
▲图1274LS160引脚图
▲表174LS160计数器的逻辑功能表
输入
输出
CTPCTTCP
DDDD
Q3Q2Q1Q0
×××
××××
LLLL
HH↑
××××
计数
L××
××××
保持
9.CD4069:
CD4069的作用是6路反向器,有14根引脚了1和2,1输入2输出,其他类似3和4,5和6,8和9,10和11,12和13,7是VSS,14是VCC.。
▲图14CD4069引脚图
10.数码管:
半导体七段显示器分为共阴极接法和共阳极接法两种,对于共阴极接法,若需要某字段亮,则需使该字段为高电平;同理,对于共阳极接法,若需某字段亮,则需使该字段为低电平。
▲图15半导体数码管共阴极接法和共阳极接法
5.总结与体会
5.1总结
1.根据原理和芯片引脚图,分功能设计原理图,并根据接线顺序分步骤验证。
2.容易出现故障为接触不良。
a) 集成块引脚方向预先弯好对准面包板的金属孔,再小心插入。
b) 导线的剥线长度与面包板的厚度相适应(比板的厚度稍短)。
c)导线的裸线部分不要露在板的上面,以防短路。
d) 导线要插入金属孔中央。
3.注意芯片的控制引脚必须正确接好
4.检查故障时除测试输入、输出信号外,要注意电源、接地和控制引脚。
5.要注意芯片引脚上的信号与面包板上插座上信号是否一致(集成块引脚与面包板常接触不良)。
6.接校时电路时可接模拟信号输入(如1Hz和2Hz)测试输出信号的切换正确后,再将秒进位和分进位信号接到校时电路,再接校时电路输出到分计数器和时计数器。
从较时电路接入信号时,必须将原进位信号拔掉。
5.2体会
电子课程设计是电类专业学生重要基础实践课是工科专业的必修课。
经过查资料、选方案、设计电路、撰写设计报告、使我得到一次较全面的工程实践训练。
理论联系实际,提高和培养创新能力,为后续课程的学习,毕业设计,毕业后的工作打下基础。
在此次的简易时钟设计过程中,更进一步地熟悉了芯片的结构及掌握了各芯片的工作原理和其具体的使用方法.在连接24进制,60进制的进位的接法中,要求熟悉逻辑电路及其芯片各引脚的功能,那么在电路出错时便能准确地找出错误所在并及时纠正了.在设计电路中,往往是先仿真后连接实物图,但有时候仿真和电路连接并不是完全一致的,例如仿真的连接示意图中,往往没有接高电平以及接低电平,因此在实际的电路连接中往往容易遗漏。
我认为,积极地参与课程设计,不仅可以充分的体会到自己动手实践的乐趣,获得哪怕是前进一小步时候的那种成功的喜悦,还有利于我们学习能力的提高,有利于我们团队精神的培养,有利于我们心理素质的锻炼。
“路漫漫其修远兮,吾将上下而求索!
”我希望在以后的日子里能够与大家多多交流,分享感受,共同成长,共同进步。
6.参考文献
[1]《集成电路原理及应用》(第二版)谭博学、汇静主编[M].电子工业出版社
[2]《电子技术基础》(第五版)华中科技大学电子技术课程组编[M].康华光主编,陈大钦、张林副主编,高等教育出版社
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