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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
2、容 用555及相关元件组成周期为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
3、，请选用误差较小的元件。 （3）由555组成的电路应用较为广泛，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
4、见表3-1.,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】 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）
5、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%。,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
6、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
7、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 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
8、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）
9、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
10、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
11、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)、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
12、。 、 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，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
13、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
14、，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
15、，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
16、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，已知输入J、 K的波形如图3-16所示，画出输出Q的波形。 解
