数字电路课程设计课件

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1、数字电路课程设计课件数字计时器的设计武汉职业技术学院电信工程学院黄建农电子数字计时器的设计及制作指导思想 在学完数字电路课程后，为了巩固同学 们所学的基础知识和基础知识的应用，提高 独立思考问题；分析问题和解决今后工作中 的实际问题的能力，为了把同学们培养成为 既有理论知识又有实际动手能力的良好素质 人才，特针对数字电路课程，开设数字 计时器的实训课，其目的是通过设计、制作 、帮助同学们掌握简单数字系统的设计和制 作方法，让同学们学会查阅有关资料，使他 们将学过的知识融会贯通。电子数字计时器产品实例图数字计时器内部构造图数字计时器组成方框图电源振荡 器分频 器时间分割 号驱动电 路逻辑控 制电

2、路显示屏驱 动电路音频 放大60HZMM5459译码/驱动181351916 RC17TCK6222GE 显示器3027非门电子数字计时器课程设计的步骤：一、确立电子数字计时器的制作思路二、查阅有关资料绘制设计初稿三、根据初稿再查阅有关资料，反复修改设计稿以取得正确的理论知识 的支撑，并绘出各部分的电路图 四、按所设计的电路去选择、测试 好元器件、并装配成为产品 。 五、调试好产品的技术指标。六 、若组装出的产品有故障，需要 依据所学知识独立思考、找出问题 的根源，并排除产品的故障七、准备设计论文答辩数字计时器的设计构思要想构成数字钟，首先应有一个能自动产生稳 定的标准时间脉冲信号的信号源。还

3、需要有一 个使高频脉冲信号变成适合于计时的低频脉冲 信号的分频器电路，即频率为1HZ的“秒脉冲” 信号。经过分频器输出的秒脉冲信号到计数器 中进行计数。由于计时的规律是：60秒=1分 ，60分=1小时，24小时=1天，这就需要分别 设计60进制，24进制，（或12进制的计时器 ，并发出驱动AM；PM的标志信号）。各计数 器输出的信号经译码器/驱动器送到数字显示 器对应的笔划段，使得 “时”、“分”、“秒”得以 数字显示。值得注意的是：任何数字计时器都有误，因此应考虑校准时间电路，校时电路一般采用自动快调和手动调整，“自动快调”是利用分频器输出的不同频率脉冲使得显示时间自动迅速的得到调整。 “手

4、动调整” 是利用手动的节拍调整显示时间。1、数字钟的原理框图脉冲源（晶振）时分秒显示器时分秒译码/驱动正弦波或不规则矩形波整形器规则的矩形波分频器校时电路K时分秒计时器2、数字计时器的设计方法：（3）设计分频器（1）设计脉冲源（2）设计整形电路（5）译码器/驱动器（4）设计计数器（6）设计校时电路下面，按数字计时器的设计方法来逐一分析讲解（1）设计脉冲源电路：（所学过的自激式振荡电路有如下）自激多谐振荡器自激间歇振荡器石英晶体振荡器选择石英晶体振荡器 的理由由于通常要求数字钟的脉冲源的频率要 十分稳定、准确度高，因此要采用石英 晶体振荡器，其他的多谐振荡器难以满 足要求。石英晶体不但频率特性稳

5、定， 而且品质因数很高，有极好的选频特性 。一般情况下，晶振频率越高，准确度 越高，但所用的分频级数越多，耗电量 就越大，成本就越高，在选择晶体时应 综合考虑。石英晶体振荡电路1石英晶体振荡器的频率取决于石英晶体的固有 频率，与外电路的电阻电容的参数无关CJTG1G2RU032768HZR1G1G2R2JTC1C2U032768HZ石英晶体振荡电路2RC为时间元件，改变C的值可调整晶体振荡器的输出频率，石英晶体的振荡频率为32768HZ（2）设计整形电路：由于晶体振荡器输出的脉冲是正弦波或是不规则的矩形波，因此必须经整形电路整形。我们已学过的脉冲整形电路有以下几种：削波器、门电路、单稳态电路、

6、双稳态电路、施密特触发器等。例1：构成施密特的电路的几中形式：1.用555定时器构成的施密特触发器两级CMOS反相器组成的回差电压可调的施密特触发器R2G1G2R1 UOUi3.用门电路构成的触发器2.集成施密特触发器（74LS13）UiQQ2CKSG1G2G3门电路组成的整形电路传输后不规则的矩 形脉冲经过整形后的矩 形脉冲（3）设计分频器分频器 能将高频脉冲变换为低频脉冲，它可由触发器以及计数器来完成。由于一个触发器就是一个二分频器，N个触发器就是 个分频器。如果用计数器作分频器，就要按进制数进行分频。例如十进制计数器就是十分频器，M进制计数器就为M分频器。2N若我们从市场上购买到石英晶体

7、振荡器其频率为32768HZ，要想用该振荡器得到一个频率为1HZ的秒脉冲信号，就需要用分频器进行分频，分频器的个数为 = 32768HZ，N =15 即有15个分频器。这样就将一个频率为23768HZ的振荡信号降低为1HZ的计时信号，这样就满足了计时规律的需求：60秒=1分钟，60分=1小时，24小时=1天。 2N用JK触发器或计数器了作为分频器的方框图经过15级 二分频经过九级 二分频用JK触发器构成的分频器用计数器触发器构成的分频器（4）设计计数器计数器的设计，以触发器为单元电路，根 据进制按有权码或无权码来编码，采用有 条件反馈原理来构成。例如：60进制 计数器10进制6进制这样设计不仅

8、适合人们的 计数习惯，而且有利于显 示相同的数字。同理也可以设计24进制（或12进制）的计 数器。注意，当 “小时” 的十位为2；个位为3时， 只要个位数 “分” 有进位时，就应使十位的 “小时 ”的位数归零，因此24小时进制计数器 要采用有条件反馈的设计。（12进制计数器 也同理）；但应在归零的同时发出驱动AM （上午）、PM（下午）标志的信号。同学 们可通过查阅有关的资料，自行选择计数器 的设计。按规律,一般设计计数器的方法秒部分：个位选用模10计数器；十位选用模6计数器分部分：个位选用模10计数器；十位选用模6计数器小时部分：模12计数器；或模24计数器（5）译码/驱动器电路的设计在数字

9、系统中常常需要将测量或处理的结果直接显示成十进制数字。为此，首先将以BCD码表示的结果送到译码器电路进行译码，用它的输出去驱动显示器件，由于显示器件的工作方式不同，对译码器的要求也就不同，译码器的电路也不同。数字显示的器件的种类：荧光管、辉光管、发光二极管、液晶显示屏等，同学们可根据实际工作的用途来选择设计数字显示器晶振分频器模2 计数器BCD 计数器模6 计数器译码/ 显示模6 计数器BCD 计数器译码/ 显示译码/ 显示译码/ 显示译码/ 显示译码/ 显示BCD 计数器1HZ090909050501时针分针秒针32768HZ译码器电路七段发光二极管显示屏发光二极管的优点亮度强、清晰、电压低

10、（1.5 V， 3V）缺点是工作电流大A 段笔画点亮的原理图限流电阻LED+-+3Vaecbdfg可显示 0 9LED共阳极发光二极管显示器电路例如，要显示现在的时间是上午八点整并报时AMPMAM (1)(2)(30)(27)(5)(4)+ +译码器/驱动集成电路R14R23R15R17R16R18R19R22R21R20R10R24LED发光二极管显示器原理图下午点 上午点 时间分隔 符闹设置指示显示小时 的十位显示小时 的个位显示分 的十位显示分的 个位（6）校时电路的设计校时电路是计时器中不可少的一部分因为当即时间与 计时器时间不一致时，就需要校时电路予以校正。校 时电路有两种方案，同学

11、们可根据实际需要选择使用 第一、校时用的脉冲可选用频率较高的不等的几种脉 冲，从计数器的总输入端（秒计数器的第一级输入端 ）送入。第二、校时用的脉冲，分别将秒脉冲送到“计小时”的计数器的输入端， “计分”的计数器输入端，但校时、校分时，应将原计数回路关闭或断开。校秒时可采用关闭或断开秒计数器的脉冲信号输入端使其停止计时第一种校时电路第二钟校时电路绘制总体电路图根据数字计时器要求设计或选定各单元电路按原理的顺序组合起来，组成总电路图，在绘制电路时应注意以下几点：（1）各单元电路的电源、公共地线连接在一起，各电路的电源电压值应按要求接入相应的接线端。（2）各单元的输入，输出脉冲应按要求首尾相接，且

12、应符合匹配关系，如不符合应加导线引出电路。（3）需要控制的信号端，应对应开头元件（含开关电路）（4）集成电路或其他元件多余的功能端不 用时，可不画出来以保持电路总图的简捷和清晰。（5）不得采用大规模集成电路，分频器、计数器、译码驱动器，电路要求选用单元电 路电子计时器的制作电路选择了2005型石英数字钟，它具有电路简洁、性能好，实用性强等优点，在数字钟的制作中，我们采用了传统的PCMS大规模集成电路为核心，配上LED发光显示屏，用石英晶体作为稳频元件，准确又 方便。数字钟专用集成块如下：a .译码/驱动电路： LLM8361、M8560、LM8569. TMS3450NL. MM5457. M

13、M5459 等集成电路因为它在所有型号中静态功耗最低。其管脚见图。b.分频器：可选用CD4541、CD4060等集成电路，同学们可根 据实际情况选用。c.反相器：可选用CD4069等集成电路a. MM5459：译码/驱动电路为一体的，它是60HZ 时 基数、24小时显示的专用集成电路。 1-4、6-12、 22、这13个端子是显示笔划输出端，1脚是四个笔 划。其余的每个脚输出两个笔划，16脚为正电源， 5脚为负电源，20脚为睡眠输出（直流），13脚为 音频信号输出脚，由13脚调整至需要值最大为59分 钟倒计时。17脚是振荡器RC 的输入端，该振荡器 信号一是作为外部时基的备用，二是13脚闹输出

14、的 信号源，19脚为时基信号输入脚。14、15、18脚 是操作控制端，若接高电平各有不同的功能。值得 注意的是所有的输出端均为低电平有效。集成电路的基本功能MM5459b.CD4541:是一个可编程分频器，它为十六 级二分频器。当脉冲源产生的脉冲信号后， 一般其频率较高，这样就需要分频把高频脉 冲变换成合适于计划司的低频脉冲信号，得 到50HZ的脉冲信号。CD4541的功能见图。分频电路(1)分频电路(2)CD4060：它是一个十四级二分频器，它所产 生的信号频率为30720HZ，经九级二分频后 ，得到一个60HZ的脉冲信号，其功能见图CD4069反相器电路c.CD4069反相器：F1F6六个

15、反相器，通 过外接电路去控制各电路的工作状态，其功 能见图下面我们以一个实际的数字计时器的产品来全面的分析数字计时器的原理+160H Z VC C9v6v数字钟电路原理图+数字钟电路装配图2变压器将交流220V电压，变为双7.5V交流低电压 ，经全波整流后，经D4提供显示屏驱动电 路，而另 一路经滤波后供主电路。由于时钟需要脉冲源，我 们选用了JT，R1，C3和CD4060内部的两个反相器组 成的石英晶体振荡器，目的是为了提高脉冲源的稳 定度，而脉冲源产生的波形不是规则的矩形波，因 此，需经整形器整形后，送到下一级，由于脉冲信 号源的频率较高，经CD4060九级分频后变换为 低 频脉冲信号。由

16、13脚得到60HZ的脉冲信号一路送入 MM5459的19脚，另一路去控制由F4，Q2，Q3组成的 显示屏驱动电 路。电路原理：由于F4的倒相作用，使得Q2，Q3和时基 信号交替导通，形成间歇点亮显示屏，使 它工作在正常的状态。当60HZ的信号从 MM5459的19脚进入后由于控制电路各部 分电路的正常工作，经译码与驱动电路去 控制显示屏各个应点亮的端子。F1，F2， F3，R2，R8，C5，K1 组成了一个“电子 自锁式开关”，每按一次K1，F2的输出会 改变一种状态，一路去控制MM5459的18 脚；另一路去驱动显示屏右下角的发光二 极管以指示该功能的工作状态。“亮”表示 闹钟时间已设置； “灭”表示闹时间设置取 消R7，Q1，FMQ组成闹输出放大电路，控制 信号由MM5459的13脚输出。当响闹时，按 下K5可使闹暂停并延时九分钟再闹，还可 多次使用报时延时，响闹总时长59分钟。 由于MM5459无秒信号输出,故用F5，F6， R3，R4，C4组成秒信号发生器,经Q4去驱 动显示屏