數(shù)字時鐘設(shè)計與制作

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1、實訓報告一、實訓目的1、了解數(shù)字時鐘的組成及工作原理2、進一步熟悉protel99SEEDA軟件的功能3、進一步熟悉數(shù)字時鐘的功能及集成電路的引腳分配4、掌握各芯片的邏輯功能及使用方法二、實訓內(nèi)容利用protel99SEEDA軟件設(shè)計數(shù)字時鐘的原理圖及PCB電路板三、設(shè)計要求1、數(shù)字時鐘時的計時要求為24翻1，分和秒的計時要求為60進制2、準確計時，以數(shù)字形式顯示時、分、秒的時間3、校準時間4、畫出電路原理圖及PCB電路板四、設(shè)計原理1、數(shù)字時鐘的構(gòu)成數(shù)字時鐘是由脈沖發(fā)生器、計數(shù)器、譯碼器顯示驅(qū)動電路和校時電路組成。振蕩器產(chǎn)生穩(wěn)定的

2、高頻脈沖信號,作為數(shù)字鐘的時間基準,然后經(jīng)過分頻器輸出標準秒脈沖。秒計數(shù)器滿60后向分計數(shù)器進位,分計數(shù)器滿60后向小時計數(shù)器進位,小時計數(shù)器按照“24翻1”規(guī)律計數(shù)。計數(shù)器的輸出分別經(jīng)譯碼器送顯示器顯示。由于計時會出現(xiàn)誤差時,則需加校時電路對時、分進行校準。其組成框圖如下圖：第13頁共13頁2、數(shù)字時鐘的工作原理1）脈沖發(fā)生器電路采用了32768Hz的石英晶振經(jīng)過CD4060十四級二分頻后，在經(jīng)過74LS74一級二分頻，共十五級分頻產(chǎn)生1Hz的標準脈沖信號。其電路圖如下：2）時間計數(shù)器計時器是一種計算輸入脈沖的時序邏輯網(wǎng)絡(luò)，被計數(shù)

3、的輸入信號就是時序網(wǎng)絡(luò)的時鐘脈沖，它不僅可以計數(shù)而且還可以用來完成其他的特定邏輯功能，如測量、定時控制、數(shù)字運算等。數(shù)字時鐘的計數(shù)電路是用兩個六十進制計數(shù)電路和24翻1計數(shù)電路實現(xiàn)的第13頁共13頁。數(shù)字時鐘的計數(shù)電路的設(shè)計可以用反饋歸零法。當計數(shù)器正常計數(shù)時，反饋門不起作用，只有當進位脈沖到來時，反饋信號將計數(shù)電路清零，實現(xiàn)相應模的循環(huán)計數(shù)。秒計數(shù)器是由雙四位同步十進制加法計數(shù)器組成的六十進制計數(shù)器，其功能表如下根據(jù)功能表，當1腳cp脈沖為0，2腳EN下降時計數(shù)器做十進制加法計數(shù)，當個位計數(shù)到9，即1001時時鐘清零，同時向引腳1

4、0即十位計數(shù)器的EN端送進一個下降脈沖，使十位計數(shù)器進一，當秒計數(shù)到60時，向分計時器送出一個脈沖信號，同時向秒計時器送清零信號，使秒計數(shù)清零。分計時器的工作原理與秒計時器相同，其時鐘脈沖來自于秒進位，其頻率為1/60Hz。時計時器的工作原理同秒計數(shù)器相似，但計時器單元應為24進制計數(shù)器，其時鐘脈沖來自于分進位，其頻率為1/3600Hz。電路圖如下：3）譯碼顯示驅(qū)動電路譯碼顯示電路的功能是將時、分、秒計數(shù)器輸出的4位代碼翻譯并顯示相應的十進制數(shù)的狀態(tài)，通常譯碼器和顯示器是配套使用的。計數(shù)器實現(xiàn)了對時間的累計以8421BCD碼形式輸出

5、，用CD4511電路將計數(shù)器的輸出數(shù)碼轉(zhuǎn)換為LED-7數(shù)碼管所需要的輸出邏輯和一定的電流。其譯碼顯示過程為：把計時器的輸出數(shù)碼接到驅(qū)動譯碼電路的U14、U13上，把秒計數(shù)器產(chǎn)生的60進位的二進制信號譯成斷代碼，并驅(qū)動數(shù)碼管DS6、DS5顯示秒的十位與個位。、同理，U12、U11驅(qū)動數(shù)碼管DS4、DS3顯示分的十位與個位，U10、U9驅(qū)動數(shù)碼管DS2、DS1顯示時的十位與個位。其電路圖如下：第13頁共13頁4）、校時電路在剛接通電源或者時鐘走時出現(xiàn)誤差時，則需要進行時間的校準。調(diào)節(jié)開關(guān)S1,S2分別對時、分、秒單獨計數(shù)，計數(shù)脈沖由單次

6、脈沖或聯(lián)系脈沖輸入。校時電路由與非門和二個開關(guān)組成，實現(xiàn)時、分的校準。在校時時，分采用等待校時，當正常讀分時，S1接VCC，分脈沖送至計數(shù)器，使計數(shù)器讀分，校分時，S1接地，與非門被封，暫停讀分，待標準時到立即將S1接VCC即可。時的校時和分的校時相同，當正常讀時時，S2接VCC，時脈沖送至計數(shù)器，使計數(shù)器讀時。校時時，S2接地，與非門被封，暫停讀時，當標準時到立即將S2接VCC即可校準。其電路圖如下：第13頁共13頁五、電路中主要元件及功能1、芯片74LS29074LS290的邏輯符號圖如下：74LS290的主要功能如下：置“0”

7、功能：當S9（1）.S9（2）=0，且R0（1）=R0（2）=1時，計時器置“0“，即Q3Q2Q1Q0=0000置“9”功能：當S9（1）=S9（2）=1且R0（1）.R0（2）=0時，計時器置“9”，即Q3Q2Q1Q0=1001計數(shù)功能：當S9（1）.S9（2）=0，且R0（1）.R0（2）=0時，輸入計數(shù)脈沖CP，計數(shù)器開始計數(shù)。計數(shù)脈沖由CP0輸入，從Q0輸出時，則構(gòu)成一位二進制計數(shù)器；計數(shù)脈沖由CP1輸入，Q3Q2Q1輸出時，則構(gòu)成異步五進制計數(shù)器；若將Q0和CP1相連，計數(shù)脈沖由CP0輸入，輸出為Q3Q2Q1Q0時，則構(gòu)成

8、8421BCD碼異步十進制計數(shù)器；若將Q3和CP0相連，計數(shù)脈沖由CP1輸入，從高位到低位輸出為Q0Q1Q2Q3時，則構(gòu)成5421BCD碼異步十進制加法計數(shù)器。2、芯片CD4511CD4511的邏輯符號圖如下：CD4511是一個用于驅(qū)