数字电子钟的设计与制作.ppt
《数字电子钟的设计与制作.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《数字电子钟的设计与制作.ppt(188页珍藏版)》请在三一办公上搜索。
1、项目三 数字电子钟的设计与制作,任务一 555振荡器的制作与测试任务二 由CD4060构成秒信号产生电路的制作与调试任务三 校时电路的设计与制作任务四 秒信号电路的制作与调试任务五 分信号、小时信号产生电路的设计与制作任务六 数字电子钟的整机联调,下一页,项目三 数字电子钟的设计与制作,任务七 数字电子钟的PCB设计与制作任务八 电子设计文档与展示活动仿真演练一 计数器仿真演练二 数字时钟仿真演练三 汽车尾灯控制电路,上一页,任务一 555振荡器的制作与测试,【技能目标】制作并测试由555组成的振荡电路。【知识目标】掌握555集成电路技术。【实践活动】1.实践活动内容用555及相关元件组成周期
2、为1s的方波信号产生电路。2.实践活动任务描述要用电路来生成周期为1s的基准信号。,下一页,任务一 555振荡器的制作与测试,【实践活动】3.实践活动要求要求每人用集成电路555及外围元件设计一个能产生周期为1s的矩形脉冲信号,画出电路图,并在焊接班上将设计的电路搭建起来,调试并实现所要求的功能。4.实践仪器与元件万用表、电烙铁、555集成块一只,电阻、电容若干,导线,焊接板(或面包板),焊锡丝,下一页,上一页,任务一 555振荡器的制作与测试,【实践活动】5.活动提示(1)关于555集成电路的相关知识,可见后面的知识链接。(2)为使1s信号准确,请选用误差较小的元件。(3)由555组成的电路
3、应用较为广泛,可查询参考电路,确定参数。(4)如何检测你所设计的电路输出信号周期为1s?如何调整?请考虑简单的方法。,下一页,上一页,任务一 555振荡器的制作与测试,【知识链接1:555定时器简介】555定时器是一多用途的数字模拟混合集成电路,555最大的优点是电源电压范围大,为4.5V18V,可以和TTL和CMOS兼容,同时驱动电流大约200mA。一、555定时器555定时器的外引线排列和内部原理框图如图3-1所示。555的电源电压范围是4.5V18V,输出电流可达100200mA,能直接驱动小型电机、继电器和低阻抗扬声器。功能表见表3-1.,下一页,上一页,任务一 555振荡器的制作与测
4、试,【知识链接1:555定时器简介】二、555定时器的应用由555定时器外加电阻、电容可以组成性能稳定而精确的多谢振荡器、单稳态电路、施密特触发器等。1.单稳态电路单稳态电路的组成和波形如图3-2所示。输出电压的脉宽为tW=RCLn31.1RC一般R取1k10M,C1000pF。T的重复周期必须大于tW,才能保证每一个负脉冲起作用。,下一页,上一页,任务一 555振荡器的制作与测试,【知识链接1:555定时器简介】2.多谐振荡器多谐振荡器的电路和波形如图3-3所示。振荡周期:T=tPH+tPL0.7(R1+2R2)C(R1包括RW部分)振荡频率:占空系数:当R2R1时,占空系数近似为50%。,
5、下一页,上一页,任务一 555振荡器的制作与测试,【知识链接1:555定时器简介】3.施密特触发器施密特触发器电路和波形如图3-4所示。其回差电压为1/3VCC。当输入电压大于2/3VCC时输出低电平,当输入电压小于1/3VCC时输出高电平,若在电压控制端外接可调电压VCO(1.55V),可以改变回差电压VT。施密特触发器可方便地把非矩形波变换为矩形波,如三角波到方波。施密特触发器可以将一个不规则的矩形波转换为规则的矩形波。施密特触发器可以选择幅度达到要求的脉冲,滤掉小幅的杂波。,下一页,上一页,任务一 555振荡器的制作与测试,【知识链接2:分频电路的组成与工作原理】分频器可用来降低信号的频
6、率,是数字系统中常用的器件。该系统的时钟脉冲产生电路的方框图如图3-5所示。可以通过分频的方法,利用一个高稳定的信号源产生多种频率的信号。这是数字系统中为获得各种时钟脉冲而普遍采用的方法。,上一页,返 回,任务二 由CD4060构成秒信号产生电路的制作与调试,【技能目标】能够用CD4060构成产生秒信号产生电路。【知识目标】掌握由CD4060构成的信号产生电路工作方法。【实践活动】1.实践活动内容用CD4060构成产生秒信号产生电路。2.实践活动任务描述要用石英晶体和集成电路来生成周期为1s的基准信号。,下一页,任务二 由CD4060构成秒信号产生电路的制作与调试,【实践活动】3.实践活动要求
7、要求每人用集成电路CD4060、石英晶体及外围元件设计一个能产生周期为1s的矩形脉冲信号,画出电路图,并在焊接班上将设计的电路搭建起来,调试并实现所要求的功能。4.实践仪器与元件万用表、电烙铁、CD4060集成块一只,32768Hz的石英晶体一只,电阻、电容若干,导线,焊接板(或面包板),焊锡丝,下一页,上一页,任务二 由CD4060构成秒信号产生电路的制作与调试,【实践活动】5.活动提示(1)关于CD4060集成电路的相关知识,请看后面的知识链接。(2)为使1s信号准确,请选用误差较小的晶体元件。(3)由CD4060组成的电路应用较为广泛,可查询参考电路,确定系数。(4)可用示波器观测各处的
8、波形,是否容易观察3号引脚输出的波形?是什么原因?如何检测此处信号的频率较为有效?,下一页,上一页,任务二 由CD4060构成秒信号产生电路的制作与调试,【知识链接:CD4060的组成】CD4060由一振荡器和14级二进制串行计数器位(14级分频)组成,振荡器的结构可以是RC或晶振电路。其引脚及封装如图3-6所示。其内部原理如图3-7所示。由4060构成的脉冲信号产生电路如图3-8所示。,上一页,返 回,任务三 校时电路的设计与制作,【技能目标】(1)能用“与非”门构成RS触发器。(2)能用门电路或其他电路制作校时电路。【知识目标】(1)理解触发器“与”门电路在功能上的区别。(2)掌握用门电路
9、构成功能电路的方法。(3)掌握JK、D触发器的功能。,下一页,任务三 校时电路的设计与制作,【实践活动】1.实践活动内容设计并制作校时电路。2.实践活动任务描述 数字电子钟的校时电路的功能是能够调整时间,即用两个按钮分别来调整小时、分钟,在调整时间时停止计时,不调整时恢复计时。3.实践活动要求 要求每人用按钮开关、门电路及相关元件分别构成小时、分钟的调整电路,画出电路图,并在焊接板(或面包板)上将设计的电路搭建起来,调试并实现所要求的功能。,下一页,上一页,任务三 校时电路的设计与制作,【实践活动】4.实践仪器与元件 万用表,电烙铁,门电路集成块若干,电阻、电容若干,单股导线一段,焊接板(或面
10、包板)一块,焊锡丝一段。5.活动提示(1)关于门电路的相关知识,请复习前面所学的知识,自学后面的知识链接。(2)校时电路的设计方法有很多,设计有较大的发散性,重点考虑如何用门电路及现有的信号来进行调整。(3)所设计的电路连接可能较多,要小心不要接错,如果出现问题,可根据信号的流向逐级查找。(4)校时电路的设计应不影响数字钟的正常计时功能。,下一页,上一页,任务三 校时电路的设计与制作,【知识链接1:RS触发器】触发器是时序数字电路的重要组成部分。触发器是由逻辑门加反馈线构成的,具有存储数据、记忆信息等多种功能,在数字电路和计算机电路中具有重要应用。按结构分,可分为基本RS触发器(见图3-9)、
11、同步RS触发器、主从RS触发器、JK触发器、D触发器和T触发器在一定的外界条件信号作用下,触发器可以从一个稳态翻转为另一个稳态,而且当外界信号消失后,能将新建立的状态保持下来,此即为记忆功能。所谓翻转,是指触发器从0变化为1的状态,或从1的状态变化为0的状态。,下一页,上一页,任务三 校时电路的设计与制作,【知识链接1:RS触发器】一、基本RS触发器1.符号及电路组成、为输出端,其电平总是一高一低互补输出。、输入端的小圆圈表明低电平有效,2.逻辑功能用Qn表示触发器当前的输出状态现态。用Qn+1表示触发器发生变化后的状态次态。当=1时,触发器保持原状态不变(即Qn+1=Qn).当=0,=1时,
12、触发器置0(即Qn+1=0).当=1,=0时,触发器置1(即Qn+1=1).当=0时,触发器状态不定(即Qn+1不定).3.基本RS触发器真值表如表3-2所示。,下一页,上一页,任务三 校时电路的设计与制作,【知识链接1:RS触发器】二、同步RS触发器同步RS触发器,又称时钟控制RS触发器,比基本RS触发器增加一个控制端CP。只有在控制端出现时钟脉冲时,触发器才动作。至于触发器的状态,仍然由R,S端信号决定。1.符号及电路组成基本RS触发器的内部结构及表示符号如图3-10所示。CP=0时,G3、G4门均被封闭,R、S信号不能进入,使触发器保持原来状态。,下一页,上一页,任务三 校时电路的设计与
13、制作,【知识链接1:RS触发器】2.工作原理当CP=0时,G3、G4门被封锁,无论R、S端信号如何变化,Q3=Q4=1,这时触发器保持原状态不变。当CP=1时,(即CP脉冲的上升沿到来后,使门G3、G4打开,Q3、Q4状态由R、S决定,即:当R=S=0时,且CP脉冲的上升沿到来时,Qn+1=Qn(保持原态)。当R=0,S=1时,且CP脉冲的上升沿到来时,Qn+1=1(置1)。当R=1,S=0时,且CP脉冲的上升沿到来时,Qn+1=0(置0)。当R=S=1时,且CP脉冲的上升沿到来时,Qn+1不定(不定状态)。3.真值表基本RS触发器的真值表如表3-3所示。,下一页,上一页,任务三 校时电路的设
14、计与制作,【知识链接1:RS触发器】三、应用开关去抖动电路利用基本RS触发器可以产生点动单脉冲。简单的机械开关由于机械振动,不能产生点动单脉冲,如图3-11(a)所示,当S一合一断后,UO的波形不是单脉冲,如图3-11(b)所示;利用基本RS触发器可以产生点动单脉冲,如图3-12所示,当S先接触一下A,再接触一下B,虽然UA、UB有振动,但是根据基本RS触发器的特性,Q是一个标准的单脉冲,点动脉冲在数字电路中经常要用到。基本RS组成的开关输出波形如图3-13所示。,下一页,上一页,任务三 校时电路的设计与制作,【知识链接1:RS触发器】四、特性方程触发器次态Qn+1与输入状态R、S及现态Qn之
15、间关系的逻辑表达式称为触发器的特性方程。根据表3-3所列可画出同步RS触发器Qn+1的卡诺图。由此可得同步RS触发器的特性方程为,下一页,上一页,任务三 校时电路的设计与制作,【知识链接1:RS触发器】五、门电路的控制功能门电路不仅可以进行逻辑关系的变换,而且还具有控制功能,可以控制信号的断、通。图3-14所示的电路,当“与”门的输入B为低电平时,脉冲信号A不能通过,而只有在输入为高电平时,脉冲信号A才能传输到输出端Y。在设计校时电路时可以考虑用门电路来控制传输到计数器的是校时信号还是脉冲计数信号。,下一页,上一页,任务三 校时电路的设计与制作,【知识链接2:常用触发器】一、JK触发器JK触发
16、器符号如图3-15所示。JK触发器一般分为主从结构的JK触发器和维持-阻塞边沿JK触发器。1.电路符号CP端的三角符号表示边沿触发,圆圈表示负跳变沿有效,即在脉冲的下降边沿触发器的状态发生变化。2.功能可见,JK触发器的特点是当两输入端都为“0”时,输出保持原来状态,都为“1”时,则来一个CP脉冲,状态改变为原来的相反状态一次;J、K 两输人端状态为互补状态时,输出与J端的状态相同。,下一页,上一页,任务三 校时电路的设计与制作,【知识链接2:常用触发器】注意,状态的变化一定是发生在CP脉冲的变化时刻,即上升沿或下降沿。JK触发器的特性方程为3.举例例3-1 设主从JK触发器的初始状态为0,已
17、知输入J、K的波形如图3-16所示,画出输出Q的波形。解:其波形如图3-16所示。在画主从触发器的波形图时,应注意以下两点:(1)触发器的触发翻转发生在时钟脉冲的触发沿(下降沿)(2)在CP=1期间,如果输入信号的状态没有改变,判断触发器次态的依据是时钟脉冲下降沿前一瞬间输入端的状态。,下一页,上一页,任务三 校时电路的设计与制作,【知识链接2:常用触发器】二、D触发器1.电路符号D触发器的表示符号如图3-17所示。2.功能D触发器只有一个触发输入端D,因此,逻辑关系非常简单,如表3-5所示。D触发器的特性方程为,下一页,上一页,任务三 校时电路的设计与制作,【知识链接2:常用触发器】3.举例
18、例3-2 维持-阻塞D触发器,设初始状态为0,已知输入D的波形如图3-18所示,画出输出U的波形图。解:由于是边沿触发器,在画波形图时,应注意以下两点:(1)触发器的触发翻转发生在时钟脉冲的触发沿(这里是上升沿)。(2)判断触发器次态的依据是时钟脉冲触发沿前一瞬间(这里是上升沿前一瞬间)输入端的状态。根据D触发器的功能表或特性方程或状态转换图可画出输出端Q的波形如图3-18所示。,下一页,上一页,任务三 校时电路的设计与制作,【知识链接2:常用触发器】三、T触发器和T触发器如果把JK触发器的两个输入端J和K连在一起,并把这个连在一起的输入端用T表示,这样就构成了T触发器。当CP=0时,T触发器
19、保持原来状态。当CP=1时,如果T=0,则T触发器保持原来状态;如果T=1,则T触发器翻转,相当于一位计数器。T触发器的状态真值表如表3-6所示。由真值表得T触发器的卡诺图,化简得T触发器的特征方程为如果T触发器的输入端T=1,则称它为T触发器,如图3-20所示。T触发器也称为一位计数器,在计数器中应用广泛。可用它作为2分频器使用.,下一页,上一页,任务三 校时电路的设计与制作,【知识链接2:常用触发器】四、集成触发器1.TTL主从JK触发器74LS72它为多输人端的单JK触发器。使用中如有多余的输人端,应将其接高电平。该触发器带有直接置0端RD和直接置1端SD,都为低电平有效,不用时应接高电
20、平。74 LS72为主从型触发器,CP下跳沿触发。74 LS72的功能表如表3-7所示。2.高速CMOS边沿D触发器74HC74它为单输入端的双D触发器。一个片子里封装着两个相同的D触发器,每个触发器只有一个D端,带有直接置0端RD和直接置1端SD,为低电平有效。CP上升沿触发。74HC74的逻辑符号和引脚排列分别如图3-22(a)、(b)所示。,上一页,返 回,任务四 秒信号电路的制作与调试,【技能目标】(1)能构成组成秒信号的计数器(2)能将信号产生电路、计数电路及译码驱动电路连接起来。【技能目标】掌握计数器的相关知识。,下一页,任务四 秒信号电路的制作与调试,【实践活动】1.实践活动内容
21、设计并制作秒信号计数器、连接信号产生电路和计数电路及译码驱动电路2.实践活动任务描述本次任务要求用集成电路构成60进制的计数器,将秒信号与计数器连接起来,还应设计计数器与LED显示驱动器的连接,画出它们之间的连接图,实现能在LE D上显示059的秒显示。3.实践活动要求要求每人用集成计数器设计60进制计数器,画出电路图,并在焊接板(或面包板)上,将设计的电路搭建起来,调试并实现所要求的用LE D显示秒钟的功能。,下一页,上一页,任务四 秒信号电路的制作与调试,【实践活动】4.实践仪器与元件万用表,电烙铁,计数器集成电路,LED显示驱动集成块若干,电阻、电容若干,单股导线一段,焊接板(或面包板)
22、一块,焊锡丝一段。5.活动提示(1)关于计数器相关知识,请自学后面的知识链接。(2)计数器的选用应考虑两个因素:一是要满足数字电子钟的全部功能要求,易于购买;二是要经济,选择常用的器件。(3)所设计的电路连接可能较多,要小心不要接错,如果出现问题,可根据信号的流向逐级查找。(4)本任务涉及计数器、LE D显示驱动等内容,知识综合性较强,完成本任务后对后续任务的完成将有很大的帮助作用。,下一页,上一页,任务四 秒信号电路的制作与调试,【知识链接1:同步计数器】一、计数器的功能、分类和基本原理1.计数器功能计数器的基本功能就是对输入脉冲的个数进行计数。2.分类(1)同步计数器和异步计数器(2)二进
23、制、十进制和任意进制计数器(3)加法计数器、减法计数器和可逆计数器3.计数器的基本原理如果T触发器初始状态为0,在逐个输人CP脉冲时,其输出状态就会由0 1 0 1不断变化。此时称触发器工作在计数状态,即由触发器输出状态的变化,可以确定CP脉冲的个数。,下一页,上一页,任务四 秒信号电路的制作与调试,【知识链接1:同步计数器】图3-23(a)所示是由3个JK触发器构成的3位二进制计数器计数器的状态图和时序图如图3-23(b),(c)所示,这是一个异步计数器的例子。对上述计数器,由于各触发器的翻转不是受同一个CP脉冲控制的,故称为异步计数器。有时为使计数器按一定规律进行计数,各触发器的数据输入端
24、还要输入一定的控制信号。4.计数器的一般模型计数器的一般模型如图3-24所示。CLK1、CLK2为时钟输入端。如果有两个时钟输入端,一个为加法计数脉冲输入端,另一个为减法计数脉冲输入端。TCU、TCD分别为加法计数进位端和减法计数借位端。D0Dn,为数据加载端,在其上加载的数据决定了计数的初始值。Q0Qn为计数器输出端,计数器的输出数据由此取出。MR为清零端。,下一页,上一页,任务四 秒信号电路的制作与调试,【知识链接1:同步计数器】二、同步二进制计数器二进制计数器就是按二进制计数进位规律进行计数的计数器。以74 LS 161集成计数器为例,讨论二进制同步计数器。74 LS161是4位二进制同
25、步计数器。其功能表如表3-9所示。当MR、PE、CET和CEP均为高电平时,计数器处于计数状态,每输入一个CP脉冲,就进行一次加法计数,详见该计数器的状态图如图3-25(a)所示,其波形如图3-25(b)所示。图3-26所示为74LS161引脚和逻辑符号。,下一页,上一页,任务四 秒信号电路的制作与调试,【知识链接1:同步计数器】三、同步十进制计数器十进制计数器就是按十进制计数进位规律进行计数的计数器。下面以74LS192为例介绍十进制同步计数器。74LS192的逻辑图如图3-27(a)所示。74LS192是一个同步十进制可逆计数器。1.74LS192功能表74LS192的功能表如表3-10所
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 数字 电子钟 设计 制作
链接地址:https://www.31ppt.com/p-6165438.html