2022年数电课程设计报告.pdf
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1、数电课程设计报告( 数字钟的设计 ) 数电课程设计报告第一章设计背景与要求设计要求第二章系统概述2、1 设计思想与方案选择2、2 各功能块的组成2、3 工作原理第三章单元电路设计与分析3、1 各单元电路的选择3、2 设计及工作原理分析第四章电路的组构与调试4、1 遇到的主要问题4、2 现象记录及原因分析4、3 解决措施及效果4、4 功能的测试方法,步骤 ,记录的数据第五章结束语5、1 对设计题目的结论性意见及进一步改进的意向说明5、2 总结设计的收获与体会附图 (电路总图及各个模块详图) 参考文献第一章设计背景与要求一.设计背景与要求在公共场所 ,例如车站、 码头,准确的时间显得特别重要,否则
2、很有可能给外出精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 1 页,共 22 页 - - - - - - - - - - 数电课程设计报告( 数字钟的设计 ) 办事即旅行袋来麻烦。 数字钟就是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置,与机械式时钟相比具有更高的准确度与直观性,且无机械装置 ,具有更长的使用寿命 ,因此得到了广泛的使用。数字钟就是一种典型的数字电路,包括了组合逻辑电路与时序电路。设计一个简易数字钟 ,具有整点报时与校时功能。(1)以四位 LED 数码管显示时、分 ,时为二十四进制。(2)
3、时、分显示数字之间以小数点间隔,小数点以 1Hz 频率、50%占空比的亮、灭规律表示秒计时。(3)整点报时采用蜂鸣器实现。 每当整点前控制蜂鸣器以低频鸣响4 次,响 1s、停 1s,直到整点前一秒以高频响1s,整点时结束。(4)才用两个按键分别控制“校时”或“校分” 。按下校时键时 ,就是显示值以023循环变化 ;按下“校分”键时 ,分显示值以 059循环变化 ,但时显示值不能变化。二.设计要求电子技术就是一门实践性很强的课程, 加强工程训练, 特别就是技能的培养,对于培养学生的素质与能力具有十分重要的作用。在电子信息类本科教学中 ,课程设计就是一个重要的实践环节, 它包括选择课题、电子电路设
4、计、组装、调试与编写总结报告等实践内容。通过本次简易数字钟的设计,初步掌握电子线路的设计、组装及调试方法。即根据设计要求,查阅文献资料,收集、分析类似电路的性能,并通过组装调试等实践活动, 使电路达到性能要求。第二章系统概述2、1 设计思想与方案选择方案一,利用数字电路中学习的六十进制与二十四进制计数器与三八译码器来实现数字中的时间显示。方案二 ,利用 AT89S51 单片机与 74HC573 八位锁存器以及利用C 语言对AT89S51进行编程来实现数字钟的时间显示。由于方案一通过数电的学习我们都比较熟悉,而方案二比较复杂 ,涉及到比较多我们没学过的内容 ,所以选择方案一来实施。简易数字钟电路
5、主体部分就是三个计数器,秒、分计数器采用六十进制计数器,而时计数器采用二十四进制计数器,其中分、时计数器的计数脉冲由校正按键控制选择秒、分计数器的溢出信号或校正10Hz 计数信号。计数器的输出通过七段译码后显示 ,同时通过数值判断电路控制蜂鸣器报时。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 2 页,共 22 页 - - - - - - - - - - 数电课程设计报告( 数字钟的设计 ) 2、2 各功能块的组成分频模块 ,60 进制计数器模块 ,24 进制计数器模块 ,4 位显示译码模块 ,正点报时
6、电路模块 ,脉冲按键消抖动处理模块2、3 工作原理一.简易数字钟的基本工作原理就是对1Hz 标准频率 (秒脉冲 )进行计数。当秒脉冲个数累计满60 后产生一个分计数脉冲 ,而分计数脉冲累计满60 后产生一个时计数脉冲 ,电路主要由 3 个计数器构成 ,秒计数与分计数为六十进制,时计数为二十四进制。将FPGA 开发装置上的基准时钟OSC 作为输入信号通过设计好的分频器分成 1Hz10MHz8 个 10倍频脉冲信号。 1Hz 的脉冲作为秒计数器的输入,这样实现了一个基本的计时装置。通过4 位显示译码模块 ,可以显示出时间。时间的显示范围为 00 时 00 分23时 59 分。二.当需要调整时间时,
7、可使用数字钟的时校正与分校正进行调整,数字钟中时、分计数器都有两个计数脉冲信号源,正常工作状态时分别为时脉冲与分脉冲;校正状态时都为 510Hz 的校正脉冲。这两种状态的切换由脉冲按键控制选择器的 S 端来实现。为了更准确的设定时间,需要对脉冲按键进消抖动处理。三.电路在整点前10 秒钟内开始控制蜂鸣器报时,可采用数字比较器或逻辑门判断分、秒计数器的状态码值,以不同频率的脉冲控制蜂鸣器的鸣响。第三章单元电路设计与分析3、1 各单元电路的选择(1)分频模块 ,设计一个 8 级倍率为 10 的分频电路 ,输出频率分别为1Hz 、10Hz、100 Hz、1k Hz、10k Hz、100k Hz、1
8、MHz、10MHz8 组占空比为 50%的脉冲信号。(2)60 进制计数器模块 ,采用两片 74161 级联。(3)24 进制计数器模块 ,采用两片 74161 级联。(4)4位显示译码模块 ,由分频器 ,计数器 ,数据选择器 ,七段显示译码 ,3-8 线译码器构成一个 4 位 LED 数码显示动态扫描控制电路。其中4 位计数器用 74161,数据选择器用 74153,七段显示译码器部分采用AHDL 硬件描述语言设计。(5)正点报时电路模块 ,该模块采用与门与数据选择器74153构成(6)脉冲按键消抖动处理模块,采用 D 触发器实现消抖动 ,从而能够比较精确地设定时间。3、2 设计及工作原理分
9、析(1)分频模块精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 3 页,共 22 页 - - - - - - - - - - 数电课程设计报告( 数字钟的设计 ) 要输出 8 级频率差为 10 倍的分频电路 ,可采用十进制计数器级联实现。集成十进制计数器的类型很多,比较常用的有74160、74162、74190、74192 与 7490等。这里采用 7490 来实现分频 ,7490就是二 -五-十进制加计数器 ,片上有一个二进制计数器与一个异步五进制计数器。QA 就是二进制加计数器的输出,QB、QC、QD
10、 就是五进制加计数器的输出,位序从告到低依次为D,C,B。该分频器一共用到7 片 7490,初始信号输入到第一片 7490 的 CLKB 端口,QD 输出端连接到 CLKA 端,作为输入 ,从 QA 引出 1MHz的 output端口,并引线到第二片 7490的 CLKB 端口,依此类推 ,直到第七片 7490连接完成 (如附图所示 )。每片 7490 相当于一个五进制计数器与一个二进制计数器级联实现了十进制加计数,从而实现分频。分频模块图如图所示分频模块内部结构图如下图所示精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - -
11、- - - -第 4 页,共 22 页 - - - - - - - - - - 数电课程设计报告( 数字钟的设计 ) VCCoscINPUT10MHzOUTPUT1MHzOUTPUT100KHzOUTPUT10KHzOUTPUT1KHzOUTPUT100HzOUTPUT10HzOUTPUT1HzOUTPUTCOUNTERSET9ACLRASET9BCLKBCLKACLRBQDQAQBQC7490instCOUNTERSET9ACLRASET9BCLKBCLKACLRBQDQAQBQC7490inst2COUNTERSET9ACLRASET9BCLKBCLKACLRBQDQAQBQC7490in
12、st3COUNTERSET9ACLRASET9BCLKBCLKACLRBQDQAQBQC7490inst4COUNTERSET9ACLRASET9BCLKBCLKACLRBQDQAQBQC7490inst5COUNTERSET9ACLRASET9BCLKBCLKACLRBQDQAQBQC7490inst6COUNTERSET9ACLRASET9BCLKBCLKACLRBQDQAQBQC7490inst8精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 5 页,共 22 页 - - - - - - - - -
13、 - 数电课程设计报告( 数字钟的设计 ) (2)60 进制计数器模块采用两片 74161 级联,如图,下面一片 74161 做成十进制的 ,初始脉冲从 CLK输入,ENT 与都接高电平 ,而 QD 与 QA 用作为与非门的两个输入 ,与非门输出分别连接到自身的LDN 端与上面一片 74161的 CLK 端;上面一片 74161的 QC与 QA 端作为与非门的两个输入通过输出连接到自身的LDN,ENT 与 ENP 接高电平。 下面一片实现从 0000到 1001即 09十个状态码的计数 ,当下面一片为 1001状态时 ,自身的 LDN 为低电平 ,此时 QD,QC,QB,QA 的状态恢复到 0
14、000,即从 0 开始从新计数 ,而上面一片 74161的 CLK 电平改变 ,上面一片 74161开始计数为 0001,实现从 0000到 0101即 0到 5 六个状态码的计数 ,当上面一片状态为 0101时,LDN为低电平 ,此时计数器为 0000。这样子通过两片74161就实现了一个六十进制计数器。下图为六十进制计数器模块的示意图由六十进制计数模块构成的秒分计数如下图,下面那块六十进制技术模块表示为妙 ,上面那块六十进制计数模块表示为分。当妙计数模块的状态为0101 1001时,向分计数模块进位 , 即通过 74153M 的输入 C1,此时 74153M 输出接到分计数模块的输入端,通
15、过 74153M 作为选择器 ,实现进位控制。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 6 页,共 22 页 - - - - - - - - - - 数电课程设计报告( 数字钟的设计 ) (3)24 进制计数器模块采用两片 74161 级联,如图,下面一片 74161 做成十进制的 ,初始脉冲从 CLK输入,ENT 与都接高电平 ,而 QD 与 QA 用作为与非门的两个输入分别连接到自身的 LDN 端与上面一片 74161 的 CLK 端;上面一片 74161 的 QB 非门的一个输入通过输出连接到
16、自身的LDN,ENT 与 ENP接高电平 ,并且上面 74161的 QB端与下面一块 74161 的 QC 端通过与非门输出接到两片74161 的清零端 CLRN。下面一片实现从 0000到 1001即 09十个状态码的计数 ,当下面一片为 1001状态时,自身的 LDN 为低电平 ,此时 QD,QC,QB,QA 的状态恢复到 0000,即从 0 开始从新计数 ,而上面一片 74161 的 CLK 电平改变 ,上面一片 74161 开始计数为 0001,实现从 0000到 0010 即 0 到 2 三个状态码的计数 ,当上面一片状态为0010 即 2 时,下面一片状态为0100 即 4 时,两
17、块 74161 的 CLRN 为低电平 ,此时两块 74161的状态都为 0000,即实现了 23 时过后显示 00 时。这样子通过两片74161就实现了一个 24 进制计数器。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 7 页,共 22 页 - - - - - - - - - - 数电课程设计报告( 数字钟的设计 ) 下图为 24 进制计数器模块示意图由二十四进制计数模块构成的时计数模块如图,下面那块六十进制技术模块表示为分 ,上面那块 24进制计数模块表示为时。 当分计数模块的状态为0101 10
18、01时,向时计数模块进位 , 即通过 74153M 的输入 C1,此时 74153M 输出接到时计数模块的输入端,通过 74153M 作为选择器 ,实现进位控制。二十四进制计数模块构成的时计数模块精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 8 页,共 22 页 - - - - - - - - - - 数电课程设计报告( 数字钟的设计 ) (4)4 位显示译码模块由分频器 ,计数器 ,数据选择器 ,七段显示译码 ,3-8线译码器构成一个 4位 LED 数码显示动态扫描控制电路。4 位计数器由 74161
19、构成。如下图所示精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 9 页,共 22 页 - - - - - - - - - - 数电课程设计报告( 数字钟的设计 ) (74161构成的 4 位计数器 ) 数据选择器采用两片74153 与一片 74153M 两片 74153 实现连在一起实现对四个数字的选择,而一片 74153M 实现对小数点的选择。如下图所示(74153M 构成的数据选择器 ) 精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - -
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