數(shù)字鐘實(shí)驗(yàn)報(bào)告

數(shù)字鐘電路設(shè)計(jì)1

實(shí)驗(yàn)報(bào)告

選課序號：22

22201*1283

電氣一班王繼越201*.12.29

大連海事大學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

指導(dǎo)教師：王琳

2

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1.通過數(shù)字中邏輯電路設(shè)計(jì)，掌握分頻、計(jì)數(shù)、譯碼、顯示等數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法；

2.熟悉N進(jìn)制計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)方法；

3.熟悉七段數(shù)碼管結(jié)構(gòu)原理及使用方法；4.熟悉BCD譯碼驅(qū)動電路的原理及使用方法5.學(xué)習(xí)中規(guī)模集成電路構(gòu)成系統(tǒng)電路的方法

二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及測試方法

1.數(shù)字鐘的計(jì)時(shí)、譯碼及顯示是用兩個(gè)六十進(jìn)制和一個(gè)二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器通過

譯碼器驅(qū)動和七段LED直接顯示其數(shù)字，其邏輯框圖如下：

十位譯碼個(gè)位譯碼十位譯碼個(gè)位譯碼十位譯碼個(gè)位譯碼24進(jìn)制計(jì)數(shù)器時(shí)校準(zhǔn)60進(jìn)制計(jì)數(shù)器分校準(zhǔn)60進(jìn)制計(jì)數(shù)器秒校準(zhǔn)1KHZ振蕩器

功能要求：

（1）時(shí)分秒基本實(shí)現(xiàn)

（2）整點(diǎn)報(bào)時(shí)功能

（3）時(shí)分秒的校準(zhǔn)電路

（4）555實(shí)現(xiàn)1kHz時(shí)鐘

（5）對1kHz進(jìn)行三級十分頻

三級十分頻大連海事大學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

2.NIMultisim仿真整體電路見附錄現(xiàn)對每個(gè)模塊功能作用、電路及分析進(jìn)行列舉（注：因?qū)嶒?yàn)箱上已經(jīng)將74ls48與共陰極數(shù)碼管連接好，且本人的設(shè)計(jì)電路未用到74ls48的功能管腳，故不再對譯碼部分進(jìn)行列舉和分析）

VCC

R2VCC(1)校時(shí)電路

5310Ω5V5047前級由兩個(gè)與非門RS鎖48存器當(dāng)輸入狀態(tài)為11的時(shí)04149候，輸出狀態(tài)不變。利用這

51個(gè)原理可以消除抖動；

VCCR3VCC手動校時(shí)信號和各級個(gè)

10Ω位時(shí)鐘信號分別接中級的兩5V個(gè)與非門懸空管腳；

后級與非門輸出接時(shí)分秒的個(gè)位cp端相接

以上電路可以實(shí)現(xiàn)校時(shí)功能并消除抖動

VCC（2）555時(shí)基電路（1kHz）5V

555多諧振蕩電路如右圖所示，頻率可由下式計(jì)

R5算：VCC4.7kΩA1f=1.43/[(R1+2R2)*C]VCC9RSTOUT圖中參數(shù)可以達(dá)到要求，仿真波形如下

R436DIS4.7kΩ39THR

TRI

35CONC1100nFC2GND10nF0

555_VIRTUAL

注：輸出端接一個(gè)與非門的想法來自實(shí)際接電路調(diào)試時(shí)遇到的問題，在接標(biāo)準(zhǔn)信號脈沖分頻的情況下可以正常分頻的電路接了555的脈沖之后經(jīng)一級十分頻后變成兩百多Hz，接了非門之后就可以很標(biāo)準(zhǔn)的變頻為100Hz，分析一下，應(yīng)該是555產(chǎn)生時(shí)鐘的邊沿不標(biāo)準(zhǔn)，有毛刺，進(jìn)而使計(jì)數(shù)器單位時(shí)間內(nèi)接收到的邊沿（包括毛刺邊沿）多于1kHz

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3

（3）三級十分頻電路

VCC5VU24553456ABCDENPENT~LOAD~CLRCLKQAQBQCQDRCO14131211154

VCC5VU213456ABCDENPENT~LOAD~CLRCLKQAQBQCQDRCOVCC5V5714131211153456ABCDENPENT~LOAD~CLRCLK

565958U236261QAQBQCQDRCO60141312111563VCC912710VCC912710VCC91271074LS161N74LS161N74LS161N

每一級的結(jié)構(gòu)基本相同ABCD接地，即賦初值為0，清零條件為QDQCQBQA=1010，即數(shù)到十立即清零，級間通過QD端連接，QD一周期之內(nèi)的變化值為0000000011，一個(gè)周期內(nèi)只有一個(gè)脈動，可以用作級間信號；最后一級輸出級1Hz信號，Qc一周期之內(nèi)的變化值為0000111100，占空比60%的矩形波，由QC作輸出波形比較好。

（3）秒、分電路

電路圖如右所示（分與秒電路相同，只展示一個(gè)電路），VCC5V

級內(nèi)采用異步信號，十位采用反饋清U4010零法。1112U913VCCVCC5V0級間采用異步信號由前一級的清零端

接反相器接到后一級個(gè)位CLK端，14VCC74163N

74160N19

（4）小時(shí)電路

VCCVCC電路圖如右所示

5V5V

級內(nèi)采用異步信號，十位與個(gè)位均采

28用反饋清零法。3130U14個(gè)位的清零信號由兩個(gè)信號與得：29U15270a．個(gè)位到9時(shí)0VCCb．個(gè)位與十位到23時(shí)VCC3234十位的清零信號直接由其QB給得

26由以上電路可以實(shí)現(xiàn)24進(jìn)制74163N4474163N43

3456ABCDQAQBQCQD1413121115710912ENPENTRCO~LOAD~CLRCLK3456ABCDQAQBQCQD710912ENPENTRCO~LOAD~CLRCLK3456ABCDQAQBQCQD14131211153456ABCD710912710912ENPENTRCOENPENT~LOAD~CLRCLK~LOAD~CLRCLK15161413121115172524QAQBQCQD14131211152223RCO大連海事大學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

（6）整點(diǎn)報(bào)時(shí)功能

電路圖如下，分和秒數(shù)值滿足59分59秒時(shí)，報(bào)時(shí)（蜂鳴器用LED代替，實(shí)際電路五八輸入與非門，用其它門搭出）

5

VCC5V2U203456710912ABCDENP~LOAD~CLRCLKQAQBQCQDRCO141312111545VCC5V03456ABCDENPENT~LOAD~CLRCLK453U12QAQBQCQDRCO1413121115VCC65VU403456ABCDQAQBQCQDRCO1413121115131210111617183718VCCENT201*U934567101413121115VCC9127107VCCENP10ENT912~LOAD~CLRCLKVCC5V074160N21ABCDENPENT~LOAD~CLRCLKQAQBQCQDRCO74160N71474163N19VCC91238R110Ω33LED1074160N三、實(shí)驗(yàn)總結(jié)

這次實(shí)驗(yàn)收獲比較大主要在以下幾點(diǎn)：

（1）利用Multisim進(jìn)行電路仿真設(shè)計(jì)更加熟練

以前都是用紙筆畫好電路圖來實(shí)驗(yàn)室連接調(diào)試再找問題，浪費(fèi)了很多時(shí)間，這次實(shí)驗(yàn)，我花了很多時(shí)間進(jìn)行電路的仿真，邊仿真邊設(shè)計(jì)，自己的每一個(gè)想法每一個(gè)細(xì)節(jié)都可以即時(shí)驗(yàn)證，節(jié)省了大量硬件調(diào)試的時(shí)間

（2）對一個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)總體把握

數(shù)字鐘可以說是一個(gè)小的系統(tǒng)，從總體上把握一個(gè)系統(tǒng)的布局，運(yùn)行情況以及電路的簡潔渡都關(guān)系到系統(tǒng)的穩(wěn)定性、成本以及響應(yīng)速度

（3）硬件調(diào)試能力（4）數(shù)字電路設(shè)計(jì)能力

我的設(shè)計(jì)電路特點(diǎn)在于

a．異步實(shí)現(xiàn)24進(jìn)制計(jì)數(shù)器，級內(nèi)采用異步形式，雖然設(shè)計(jì)上有些難度，但是在門的節(jié)約上效果是明顯的

b．分頻電路，亦采用異步形式，電路很簡潔且得到的波形較好c．自行搭建RS鎖存器，消抖效果很好

四、思考題

當(dāng)電路擴(kuò)展帶有日歷功能時(shí)，日期的進(jìn)制會隨著月份和年份的改變的改變

而變化，所以其清零與進(jìn)位電路也要進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整與改進(jìn)

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VCC5V25VCCVCC5V5V313024545VCC5V03456ABCDENTRCO15QAQBQCQD1413121128VCC6U410U9VCC5V0141312111591~LOAD~CLRCLK27CENPVC1024U201U1212151833456ABCDENPENT~LOAD~CLRCLKRCO15QAQBQCQD14131211U1414131211附錄：總體電路

U1522238295V13111617271500VCC917103456VC7C0VCC91~LOAD~CLRCLK2710ENPENTRCOABCDQAQBQCQDABCD3456QAQBQCQD141312113456ABCDQAQBQCQDVCC10ENPENTRCO1571032202ENPENTRCO3491~LOAD~CLR91~LOAD~CLR2CLK373456710ABCDENPENTQAQBQCQDRCO14131211152CLK2674163N74160N2174160N71474163N

4474163N43VCC912~LOAD~CLRCLK381974160NR110Ω33LED1（注：校時(shí)電路未加入總電路電路中）

VCC42VCC5V5VU21633456ABCDQAQBQCQD141312115VVCC57U2362VCC91~LOAD~CLRCLK2710ENPENTRCO15VCCVCC5V60VCC5VR210Ω5350051VCCVCC5VR310Ω414748490R54.7kΩVCCA1613456ABCDQAQBQCQD14131211U24VCC56RSTOUT9RCO15R4364.7kΩVCC91~LOAD~CLRCLK2710ENPENTDIS553456ABCDQAQBQCQD14131211595839THRTRIVCC710ENPENTRCO1591C1100nF74LS161N74LS161N35CONC210nFGND40~LOAD~CLR2CLK074LS161N大連海事大學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

555_VIRTUAL

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數(shù)字鐘實(shí)驗(yàn)報(bào)告

【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?/p>

1.讓我們在了解數(shù)字鐘的原理的前提下，運(yùn)用剛剛學(xué)過的知識設(shè)計(jì)并制作數(shù)字鐘，通過數(shù)字鐘的制作進(jìn)一步了解在制作中用到的各種中小規(guī)模集成電路的作用及其使用方法。

2.通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步學(xué)習(xí)與掌握各種組合邏輯電路與時(shí)序電路的原理與使用方法，從而實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐相結(jié)合，對電子線路知識的整合和電子線路設(shè)計(jì)能力的訓(xùn)練。

【實(shí)驗(yàn)器材】

SM42036共陰極數(shù)碼管SN74LFS48N譯碼管HD74LS161AP計(jì)數(shù)器HD74LS00P四二輸入與非門SN74LS20N二四輸入與非門NE555振蕩器蜂鳴器470歐姆電阻47K電阻100K可調(diào)電阻0.01uf電容0.47uf電容二極管開關(guān)電源插座和電源

【實(shí)驗(yàn)要求】

計(jì)時(shí)功能：每隔一秒鐘計(jì)時(shí)一次，通過數(shù)碼管顯示。

校時(shí)功能：能夠設(shè)置實(shí)際時(shí)間作為數(shù)字鐘的當(dāng)前時(shí)間，具有時(shí)和分的校準(zhǔn)時(shí)間功能

【實(shí)驗(yàn)原理】設(shè)計(jì)框圖

時(shí)十位數(shù)碼管時(shí)個(gè)位數(shù)碼管分十位數(shù)碼管分個(gè)位數(shù)碼管秒十位數(shù)碼管秒個(gè)位數(shù)碼管譯碼管譯碼管譯碼管譯碼管譯碼管譯碼管161計(jì)數(shù)器161計(jì)數(shù)器161計(jì)數(shù)器161計(jì)數(shù)器161計(jì)數(shù)器161計(jì)數(shù)器555產(chǎn)生10Hz脈沖信號161分頻產(chǎn)生1Hz脈沖信號非一下作為秒的十位的脈沖，這樣當(dāng)個(gè)位執(zhí)行置數(shù)的同時(shí)，十位就有一個(gè)脈沖，當(dāng)十位161輸出為0101的時(shí)候，執(zhí)行置數(shù)，置0000，構(gòu)成模5的計(jì)數(shù)器。

②分部分：分的個(gè)位和十位之間與秒的是完全一樣的，不同的是分的個(gè)位的脈沖是當(dāng)秒的個(gè)位為9且十位為5的時(shí)候給分的個(gè)位一個(gè)脈沖，即把秒的個(gè)位置數(shù)信號與秒的十位置數(shù)信號先或再非作為分的個(gè)位的脈沖信號。

③時(shí)部分：時(shí)的個(gè)位脈沖要當(dāng)分的個(gè)位為9且十位為5的時(shí)候給時(shí)的個(gè)位一個(gè)

脈沖，這個(gè)與分的個(gè)位脈沖原理一樣，時(shí)的個(gè)位的置數(shù)：a:時(shí)的個(gè)位輸出為9的時(shí)候b：個(gè)位輸出為3，且十位為2并且個(gè)位有脈沖的時(shí)候；時(shí)的十位的置數(shù)為個(gè)位置數(shù)的b種情況的時(shí)候執(zhí)行，時(shí)的十位的脈沖為個(gè)位的置數(shù)信號的非。調(diào)時(shí)部分：把555的信號斷開，把兩個(gè)琴鍵式開關(guān)分別接電源正極，另一端分別接到分和時(shí)的個(gè)位的計(jì)數(shù)器的脈沖接入端，這時(shí)就通過按開關(guān)的手控操作給分和時(shí)的個(gè)位脈沖信號。

整點(diǎn)報(bào)時(shí)：把蜂鳴器的一點(diǎn)接到時(shí)的個(gè)位的脈沖接入端，另一端接地，時(shí)的個(gè)位接收一個(gè)脈沖時(shí)蜂鳴器就會響。

顯示部分：把161計(jì)數(shù)器的輸出分別對應(yīng)接到譯碼管的輸入，譯碼管的輸出對應(yīng)接到數(shù)碼管的7個(gè)腳。

【實(shí)驗(yàn)步驟】

1設(shè)計(jì)原理圖，生成PCB圖

2制版（打印，轉(zhuǎn)印，腐蝕，打孔）3焊接調(diào)試

【實(shí)驗(yàn)任務(wù)】

這部分每個(gè)同學(xué)根據(jù)自己的分工寫好實(shí)驗(yàn)過程中自己做了什么，怎么做的，遇到哪些問題，怎么解決的

【錯(cuò)誤分析】

這次實(shí)驗(yàn)我們失敗的根本原因還是在于原理圖，一開始我們161用的是清零，在實(shí)驗(yàn)箱上做實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)清零的信號太窄，不能給下一個(gè)161信號，所以就把清零改成了置數(shù)，這時(shí)候就忽略了一個(gè)問題，下一個(gè)161的脈沖信號不能像清零信號那樣直接用它的非，如果用置數(shù)信號的非直接作為下一個(gè)161的脈沖信號的話，就會出現(xiàn)一個(gè)問題，比如說秒，當(dāng)秒的個(gè)位為9的時(shí)候置數(shù)，同時(shí)給十位脈沖信號，這時(shí)個(gè)位為9的時(shí)候十位就為1，也就是在第九秒和第十秒之間會出現(xiàn)一個(gè)19秒。經(jīng)過分析與討論，我們找到了解決的辦法，同樣以秒為例，秒的個(gè)位從0000跑到1001，然后置數(shù)又回到0000，利用1001到0000的變化，最高位的1變成0，這時(shí)候只要把最高位信號非一下作為十位的脈沖信號就可以了。原理圖的問題就主要在于這一點(diǎn)，把清零改成置數(shù)的時(shí)候考慮不夠全面，想的太簡單。

還有就是調(diào)時(shí)那一塊，我們用的是琴鍵式開關(guān)，忽略了消抖問題，導(dǎo)致有的時(shí)候按一下會跳過幾個(gè)數(shù)據(jù)，這些都是由于設(shè)計(jì)的時(shí)候考慮不周造成失敗的原因。

根據(jù)以上原因，我們糾正了原理圖，見附頁。

【實(shí)驗(yàn)分工】

原理圖設(shè)計(jì)，布線：郭歡冉劍羅鵬

制版（打印，轉(zhuǎn)印，腐蝕，打孔）：彭龍飛李亞軍劉家波焊接，調(diào)試：聶毅華

【實(shí)驗(yàn)感想】

這部分也自己寫，寫好之后打印好明天給我，不要裝訂，還有原理圖我要附上去

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