數(shù)字鐘實驗報告

數(shù)字鐘電路設計1

實驗報告

選課序號：22

22201*1283

電氣一班王繼越201*.12.29

大連海事大學實驗報告

指導教師：王琳

2

一、實驗目的

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

2.熟悉N進制計數(shù)器的設計方法；

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.學習中規(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、成本以及響應速度

（3）硬件調(diào)試能力（4）數(shù)字電路設計能力

我的設計電路特點在于

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大連海事大學實驗報告

555_VIRTUAL

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數(shù)字鐘實驗報告

【實驗目的】

1.讓我們在了解數(shù)字鐘的原理的前提下，運用剛剛學過的知識設計并制作數(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.通過實驗進一步學習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計能力的訓練。

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

【實驗原理】設計框圖

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，這樣當個位執(zhí)行置數(shù)的同時，十位就有一個脈沖，當十位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)器的輸出分別對應接到譯碼管的輸入，譯碼管的輸出對應接到數(shù)碼管的7個腳。

【實驗步驟】

1設計原理圖，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】

這部分每個同學根據(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，導致有的時候按一下會跳過幾個數(shù)據(jù)，這些都是由于設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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