數(shù)字鐘實驗報告

數(shù)字鐘電路設(shè)計1

實驗報告

選課序號：22

22201*1283

電氣一班王繼越201*.12.29

大連海事大學(xué)實驗報告

指導(dǎo)教師：王琳

2

一、實驗?zāi)康?/p>

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

2.熟悉N進制計數(shù)器的設(shè)計方法；

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、實驗內(nèi)容及測試方法

1.數(shù)字鐘的計時、譯碼及顯示是用兩個六十進制和一個二十四進制計數(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：

十位譯碼個位譯碼十位譯碼個位譯碼十位譯碼個位譯碼24進制計數(shù)器時校準60進制計數(shù)器分校準60進制計數(shù)器秒校準1KHZ振蕩器

功能要求：

（1）時分秒基本實現(xiàn)

（2）整點報時功能

（3）時分秒的校準電路

（4）555實現(xiàn)1kHz時鐘

（5）對1kHz進行三級十分頻

三級十分頻大連海事大學(xué)實驗報告

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

VCC

R2VCC(1)校時電路

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

51個原理可以消除抖動；

VCCR3VCC手動校時信號和各級個

10Ω位時鐘信號分別接中級的兩5V個與非門懸空管腳；

后級與非門輸出接時分秒的個位cp端相接

以上電路可以實現(xiàn)校時功能并消除抖動

VCC（2）555時基電路（1kHz）5V

555多諧振蕩電路如右圖所示，頻率可由下式計

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

R436DIS4.7kΩ39THR

TRI

35CONC1100nFC2GND10nF0

555_VIRTUAL

注：輸出端接一個與非門的想法來自實際接電路調(diào)試時遇到的問題，在接標準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準的變頻為100Hz，分析一下，應(yīng)該是555產(chǎn)生時鐘的邊沿不標準，有毛刺，進而使計數(shù)器單位時間內(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0000000011，一個周期內(nèi)只有一個脈動，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位CLK端，14VCC74163N

74160N19

（4）小時電路

VCCVCC電路圖如右所示

5V5V

級內(nèi)采用異步信號，十位與個位均采

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

26由以上電路可以實現(xiàn)24進制74163N4474163N43

3456ABCDQAQBQCQD1413121115710912ENPENTRCO~LOAD~CLRCLK3456ABCDQAQBQCQD710912ENPENTRCO~LOAD~CLRCLK3456ABCDQAQBQCQD14131211153456ABCD710912710912ENPENTRCOENPENT~LOAD~CLRCLK~LOAD~CLRCLK15161413121115172524QAQBQCQD14131211152223RCO大連海事大學(xué)實驗報告

（6）整點報時功能

電路圖如下，分和秒數(shù)值滿足59分59秒時，報時（蜂鳴器用LED代替，實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、實驗總結(jié)

這次實驗收獲比較大主要在以下幾點：

（1）利用Multisim進行電路仿真設(shè)計更加熟練

以前都是用紙筆畫好電路圖來實驗室連接調(diào)試再找問題，浪費了很多時間，這次實驗，我花了很多時間進行電路的仿真，邊仿真邊設(shè)計，自己的每一個想法每一個細節(jié)都可以即時驗證，節(jié)省了大量硬件調(diào)試的時間

（2）對一個系統(tǒng)的設(shè)計總體把握

數(shù)字鐘可以說是一個小的系統(tǒng)，從總體上把握一個系統(tǒng)的布局，運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)計能力

我的設(shè)計電路特點在于

a．異步實現(xiàn)24進制計數(shù)器，級內(nèi)采用異步形式，雖然設(shè)計上有些難度，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)電路擴展帶有日歷功能時，日期的進制會隨著月份和年份的改變的改變

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

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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)實驗報告

555_VIRTUAL

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數(shù)字鐘實驗報告

【實驗?zāi)康摹?/p>

1.讓我們在了解數(shù)字鐘的原理的前提下，運用剛剛學(xué)過的知識設(shè)計并制作數(shù)字鐘，通過數(shù)字鐘的制作進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.通過實驗進一步學(xué)習(xí)與掌握各種組合邏輯電路與時序電路的原理與使用方法，從而實現(xiàn)理論與實踐相結(jié)合，對電子線路知識的整合和電子線路設(shè)計能力的訓(xùn)練。

【實驗器材】

SM42036共陰極數(shù)碼管SN74LFS48N譯碼管HD74LS161AP計數(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

【實驗要求】

計時功能：每隔一秒鐘計時一次，通過數(shù)碼管顯示。

校時功能：能夠設(shè)置實際時間作為數(shù)字鐘的當(dāng)前時間，具有時和分的校準時間功能

【實驗原理】設(shè)計框圖

時十位數(shù)碼管時個位數(shù)碼管分十位數(shù)碼管分個位數(shù)碼管秒十位數(shù)碼管秒個位數(shù)碼管譯碼管譯碼管譯碼管譯碼管譯碼管譯碼管161計數(shù)器161計數(shù)器161計數(shù)器161計數(shù)器161計數(shù)器161計數(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)個位執(zhí)行置數(shù)的同時，十位就有一個脈沖，當(dāng)十位161輸出為0101的時候，執(zhí)行置數(shù)，置0000，構(gòu)成模5的計數(shù)器。

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

③時部分：時的個位脈沖要當(dāng)分的個位為9且十位為5的時候給時的個位一個

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

整點報時：把蜂鳴器的一點接到時的個位的脈沖接入端，另一端接地，時的個位接收一個脈沖時蜂鳴器就會響。

顯示部分：把161計數(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個腳。

【實驗步驟】

1設(shè)計原理圖，生成PCB圖

2制版（打印，轉(zhuǎn)印，腐蝕，打孔）3焊接調(diào)試

【實驗任務(wù)】

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

【錯誤分析】

這次實驗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，在實驗箱上做實驗發(fā)現(xiàn)清零的信號太窄，不能給下一個161信號，所以就把清零改成了置數(shù)，這時候就忽略了一個問題，下一個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161的脈沖信號的話，就會出現(xiàn)一個問題，比如說秒，當(dāng)秒的個位為9的時候置數(shù)，同時給十位脈沖信號，這時個位為9的時候十位就為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，把清零改成置數(shù)的時候考慮不夠全面，想的太簡單。

還有就是調(diào)時那一塊，我們用的是琴鍵式開關(guān)，忽略了消抖問題，導(dǎo)致有的時候按一下會跳過幾個數(shù)據(jù)，這些都是由于設(shè)計的時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。

【實驗分工】

原理圖設(shè)計，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

【實驗感想】

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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