数字电子钟的设计与制作.ppt

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%。,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)、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，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：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)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所示。74LS192的时序如图3-27(b)所示。2.计数器的级联 将多个74LS192级联可以构成高位计数器。例如，用两个74 LS 192可以组成100进制计数器，其连接方式如图3-28所示。,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】四、任意进制计数器任意进制计数器是指计数器的模N2n的计数器。利用已有的集成计数器构成任意进制计数器的方法通常有3种。(1)直接选用已有的计数器。(2)用两个模小的计数器串接，可以构成模为两者之积的计数器。(3)利用反馈法改变原有计数长度。此方法又有4种方式：异步清零法。适用于具有异步清零端的集成计数器，如图3-31(d)所示.,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】同步清零法。适用于具有同步清零端的集成计数器。图3-29(a)所示是用集成计数器74163和与非门组成的六进制计数器。异步预置数法。适用于具有异步预置端的集成计数器。图3一30(a)所示是用集成计数器74191和“与非”门组成的十进制计数器.图3-31示出了利用十进制计数器74LS160，通过反馈构成模6计数器的4种方法。表3-11所示为74LS160的功能表和引脚功能说明。,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】五、计数器组成分频器前面提到，模N计数器进位输出端输出脉冲的频率是输入脉冲频率的1/N，因此可用模N计数器组成N分频器.例3-3 某石英晶体振荡器输出脉冲信号的频率为32 768 Hz，用74161组成分频器，将其分频为频率为1 Hz的脉冲信号.解:因为32 768=215，经15级二分频，就可获得频率为1 Hz的脉冲信号。因此将4片74161级联，从高位片(4)的Q2输出即可，其逻辑电路如图3-33所示。,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】1.一般程序分频器分频器的输入信号频率f1与输出信号频率f0之比叫做分频比N。程序分频器是指分频比N随预置数据而变的数控分频器，因此，凡具有并行置数功能的计数器都可以组成程序分频器。图3-34(a)所示是程序分频器的一般框图，图3-34(b)所示是分频比N=7时，程序分频器输出信号u0与输入信号u1的同步波形。由图可知，其分频比N=f1/f0=T0/T1=7。2.M/M+1分频器M/M+1分频器在频率合成器中经常采用，它有两种工作模式，即M次分频模式和M+1次分频模式。图3-35所示是一个由74LS163二进制计数器和门电路组成的M/M+1分频器。,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】六、数码寄存器与移位寄存器1.数码寄存器数码寄存器存储二进制数码的时序电路组件，它具有接收和寄存二进制数码的逻辑功能。图3-36(a)所示是由D触发器组成的4位集成寄存器74LS 175的逻辑电路，其引脚如图3-36(b)所示。74LS175的功能示于表3-12中。,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】2.移位寄存器移位寄存器不但可以寄存数码，而且在移位脉冲作用下，寄存器中的数码可根据需要向左或向右移动1位。电路的状态表如表3-13所示，时序如图3-37所示。移位寄存器具有串行输入-并行输出和串行输入-串行输出两种工作方式。3.移位寄存器7419474194是由4个触发器组成的功能很强的4位移位寄存器，其功能表如表3-14所示。由表3-14可以看出74194的功能。,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】4.寄存器构成的移位型计数器(1)环形计数器。图3-39所示是用74194构成的环形计数器的逻辑图和状态图。(2)扭环形计数器。为了增加有效计数状态，打一大计数器的模，将上述接成右移寄存器的74194的末级输出Q3反相后，接到串行输人端DSR，就构成了扭环形计数器，如图3-40(a)所示，图3-40(b)所示为其状态图.,下一页,上一页,任务四 秒信号电路的制作与调试,【知识链接2：集成计数器CD390】一般采用十进制计数器74HC390来实现时间计数单元的计数功能。为减少器件使用数量，可选74HC390，其外部引脚如图3-41所示，内部逻辑框图如图3-42所示。秒十位计数单元为六进制计数器，需要进制转换。将十进制计数器转换为六进制计数器的电路连接方法如图3-43所示，其中Q2可作为向上的进位信号与分个位的计数单元的CPA相连。利用1片74HC390实现十二进制计数功能的电路如图3-44所示。,上一页,返 回,任务五 分信号、小时信号产生电路的设计与制作,【技能目标】（1）用CD390构成60、24进制计数器。（2）仿真数字电子钟。【知识目标】（1）掌握由集成计数器及门电路扩展计数器计数范围的方法。（2）掌握软件及硬件仿真的方法。（3）掌握时序逻辑电路的分析与设计方法。,下一页,任务五 分信号、小时信号产生电路的设计与制作,【实践活动】1.实践活动内容设计并制作分信号、小时信号电路。2.实践活动任务描述本活动就是要设计小时及分钟的计数电路、显示电路，在设计过程中要运用软件仿真及硬件仿真的方法，最后制作实现分钟、小时的功能。3.实践活动要求 要求每人用集成电路CD390,CD4511等及其外围器件设计分钟、小时的电路，画出电路图及仿真，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,任务五 分信号、小时信号产生电路的设计与制作,【实践活动】4.实践仪器与元件万用表，电烙铁，CD390,CD4511等集成电路若干，电阻、电容若干，单股导线一段，焊接板一块，焊锡丝一段。5.活动提示(1)从经济的角度出发选择计数器，请设计一既可实现功能又最经济的计数器。(2)可运用前面学过的知识设计24进制、12进制、60进制、10进制、6进制等计数电路。(3)查阅关于CD390集成电路的相关知识。(4)在调试电路时，可考虑引入变化快的脉冲作为计数参考。(5)制作时一是要小自，二是要边制作边检查，注意连接的次序。,下一页,上一页,任务五 分信号、小时信号产生电路的设计与制作,【知识链接1:时序逻辑设计的基本方法】一、同步时序逻辑电路的设计步骤(1)根据设计要求，设定状态，导出对应状态图或状态表。(2)状态化简。原始状态图(表)通常不是最简的，往往可以消去一些多余状态。消去多余状态的过程叫做状态化简。(3)状态分配，又称状态编码。(4)选择触发器的类型。触发器的类型选得合适，可以简化电路结构。(5)根据编码状态表以及所采用的触发器的逻辑功能，导出待设计电路的输出方程和驱动方程。(6)根据输出方程和驱动方程画出逻辑图。(7)检查电路能否自启动。,下一页,上一页,任务五 分信号、小时信号产生电路的设计与制作,【知识链接1:时序逻辑设计的基本方法】二、同步计数器的设计举例由于计数器没有外部输入变量X，则设计过程比较简单。例3-4 设计一个同步五进制加法计数器。解:设计步骤如下。(1)根据设计要求，设定状态，画出状态转换图。由于是五进制计数器，所以应有5个不同的状态，分别用S0、S1、S4表示。在计数脉冲CP作用下，5个状态循环翻转，在状态为S4时，进位输出Y=1。状态转换图如图3-45所示。(2)状态化简。五进制计数器应有5个状态，无须化简。(3)状态分配，列状态转换编码表。由式2n N 2n-1可知，应采用3位二进制代码。该计数器选用3位自然二进制加法计数编码，即S0=000、S1=001、S4=100。由此可列出状态转换表如表3-15所示。,下一页,上一页,任务五 分信号、小时信号产生电路的设计与制作,【知识链接1:时序逻辑设计的基本方法】(4)选择触发器。本例选用功能比较灵活的JK触发器。(5)求各触发器的驱动方程和进位输出方程。列出JK触发器的驱动表如表3-16所示。画出电路的次态卡诺图如图3-46所示，3个无效状态101,110,111作无关项处理。根据次态卡诺图和JK触发器的驱动表可得各触发器的驱动卡诺图如图3-47所示。再画出输出卡诺图如图3-48所示，可得电路的输出方程:Y=Q2。将各驱动方程与输出方程归纳如下:,下一页,上一页,任务五 分信号、小时信号产生电路的设计与制作,【知识链接1:时序逻辑设计的基本方法】(6)画逻辑图。根据驱动方程和输出方程，画出五进制计数器的逻辑图如图3-49所示。(7)检查能否自启动。利用逻辑分析的方法画出电路完整的状态图如图3-50所示。可见，如果电路进入无效状态101、110、111时，在CP脉冲作用下，分别进入有效状态010、010、000。所以电路能够自启动。,下一页,上一页,任务五 分信号、小时信号产生电路的设计与制作,【知识链接2:时序逻辑分析的基本方法】一、分析时序逻辑电路的一般步骤(1)根据给定的时序电路图写出下列各逻辑方程式:各触发器的时钟方程。时序电路的输出方程 各触发器的驱动方程。(2)将驱动方程代入相应触发器的特性方程，求得各触发器的次态方程，也就是时序逻辑电路的状态方程.(3)根据状态方程和输出方程，列出该时序电路的状态表，画出状态图或时序图。(4)根据电路的状态表或状态图说明给定时序逻辑电路的逻辑功能。,下一页,上一页,任务五 分信号、小时信号产生电路的设计与制作,【知识链接2:时序逻辑分析的基本方法】二、同步时序逻辑电路的分析举例例3-5 试分析图3-51所示的时序逻辑电路.解:由于图3-51所示为同步时序逻辑电路，图中的两个触发器都接至同一个时钟脉冲源CP，所以各触发器的时钟方程可以不写。(1)写出输出方程。(2)写出驱动方程。(3)写出JK触发器的特性方程，然后将各驱动方程代入JK触发器的特性方程，得各触发器的次态方程.,下一页,上一页,任务五 分信号、小时信号产生电路的设计与制作,【知识链接2:时序逻辑分析的基本方法】(4)作状态转换表及状态图。由于输入控制信号X可取1，也可取0，所以分两种情况列状态转换表和画状态图。当X=0时。将X=0代入输出方程和触发器的次态方程，则输出方程简化为:；触发器的次态方程简化为:设电路的现态为，依次代入上述触发器的次态方程和输出方程中进行计算，得到电路的状态转换表如表3-17所示。根据表3-17所示的状态转换表可得状态转换图如图3-52所示。,下一页,上一页,任务五 分信号、小时信号产生电路的设计与制作,【知识链接2:时序逻辑分析的基本方法】当X=1时输出方程简化为:；触发器的次态方程简化为:计算可得电路的状态转换表如表3-18所示，状态图转换图如图3-53所示。将图3-52和图3-53合并起来，就是电路完整的状态图，如图3-53所示。(5)画时序波形图。如图3-55所示。(6)逻辑功能分析。,下一页,上一页,任务五 分信号、小时信号产生电路的设计与制作,【知识链接2:时序逻辑分析的基本方法】三、异步时序逻辑电路的分析举例由于在异步时序逻辑电路中，没有统一的时钟脉冲，因此，分析时必须写出时钟方程。例3-6 试分析图3-56所示的时序逻辑电路。解:(1)写出各逻辑方程式.时钟方程:CP0=CP（时钟脉冲源的上升沿触发）CP1=Q0（当FF0的Q0由0 1时，Q1才可能改变状态，否则Q1将保持原状态不变）输出方程:各触发器的驱动方程:,下一页,上一页,任务五 分信号、小时信号产生电路的设计与制作,【知识链接2:时序逻辑分析的基本方法】(2)将各驱动方程代入D触发器的特性方程，得各触发器的次态方程:(3)作状态转换表、状态图、时序图。(4)根据状态转换表可得状态转换图如图3-57所示，时序图如图3-58所示。(5)逻辑功能分析由状态图可知:该电路一共有4个状态00、01、10、11，在时钟脉冲作用下，按照减规律循环变化，所以是一个四进制减法计数器，Z是借位信号。,上一页,返 回,任务六 数字电子钟的整机联调,【技能目标】能将数字电子钟的各部分(信号产生电路、校时电路、计数电路、译码电路、LED)连接进来并进行调整。【知识目标】掌握整机联调的方法。,下一页,任务六 数字电子钟的整机联调,【实践活动】1.实践活动内容整机连接及联调2.实践活动任务描述要将各部电路连接进来，实现数字电子钟的全部功能。即能显示小时、分、钟、秒，能调整时间，能整点报时等。3.实践活动要求(1)将秒计时电路与分计时电路，分计时电路与小时计时电路连接起来，通过调试能实现完整的计时功能。(2)将校时电路接入，能对时间进行调整。(3)将整点报时电路接入，能整点报时。(4)各电路功能完整，互不干扰。,下一页,上一页,任务六 数字电子钟的整机联调,【实践活动】4.实践仪器与元件万用表，电烙铁，单股导线一段，焊接板一块，焊锡丝一段5.活动提示(1)整机联调是电路调试的最后一个阶段，也是综合性较强的阶段，一个问题故障的出现可能与很多部分相关，在调整时要分功能模块进行。(2)在调整电路时，可根据信号流向，分步调整，先将无关部分断开，避免相互干扰。(3)如果自己无法判断问题所在，同组人最好相互检查。(4)在联调过程中要注意记录，要记录出现的现象、故障的判断、查找故障的步骤、最后是如何解决的、心得体会等。,下一页,上一页,任务六 数字电子钟的整机联调,【知识链接:电路故障的判断及排除方法】一、整机总装1.总装的顺序和基本要求(1)总装的顺序。先轻后重、先小后大、先铆后装、先装后焊、先里后外、先平后高，上道工序不得影响下道工序。(2)总装的基本要求总装前对零、部件或组件进行调试、检验。总装应采用合理的安装工艺，用经济、高效、先进的装配技术，使产品达到预期的效果。总装过程中，不损伤元器件和零、部件，保证安装件的正确，保证产品的电性能稳定，并有足够的机械强度和稳定度。总装中每一个阶段都应严格执行自检、互检与专职调试检验的“三检”原则。,下一页,上一页,任务六 数字电子钟的整机联调,【知识链接:电路故障的判断及排除方法】2.总装的工艺过程电子产品的总装工艺过程包括以下几步。(1)零件、部件的配套准备。(2)零件、部件的装联。(3)整机调试。(4)总装检验。(5)包装。(6)入库或出厂。,下一页,上一页,任务六 数字电子钟的整机联调,【知识链接:电路故障的判断及排除方法】3.总装的质量检查总装的质检原则:坚持自检、互检、专职检验的“三检”原则，其程序是:先自检，再互检，最后由专职检验人员检验。整机质量检查的几个方面:(1)外观检查。(2)装联的正确性检查。(3)安全性检查(包括绝缘电阻和绝缘强度的检查)。(4)根据具体产品的具体情况，还可以选择其他项日的检查，如抗干扰检查、温度测试检查、湿度测试检查、振动测试检查等。,下一页,上一页,任务六 数字电子钟的整机联调,【知识链接:电路故障的判断及排除方法】二、调试工艺（一）调试的目的与调试要求1.调试的目的与过程(1)调试的日的发现设计的缺陷和安装的错误，并改进与纠正。确保产品的各项功能和性能指标均达到设计要求。(2)调试的过程通电前的检查(调试准备)。通电调试。整机调试。,下一页,上一页,任务六 数字电子钟的整机联调,【知识链接:电路故障的判断及排除方法】2.调试的安全措施安全措施主要有:供电安全；仪器设备安全；操作安全。几个必须牢记的安全操作观念:断开电源开关不等于断开了电源，不通电不等于不带电，电气设备和材料的安全工作寿命是有限的。(二)调试工艺文件及调试方案1.调试工艺文件调试方案的制定应从下列3个方面综合考虑:技术要求。生产效率要求。经济要求。,下一页,上一页,任务六 数字电子钟的整机联调,【知识链接:电路故障的判断及排除方法】2.整机调试(1)整机调试的工艺流程。根据整机的不同性质可分为：整机产品调试；样机调试。单元部件调试的一般流程为：外观检查、静态调试、动态调试、性能指标综合调试，如图3-59所示。样机调试的工艺流程。样机调试包括：整机装配及检验；通电观察；分块调试；整机联调；整机细调；调试总结数据整理。如图3-60所示。,下一页,上一页,任务六 数字电子钟的整机联调,【知识链接:电路故障的判断及排除方法】(2)整机调试过程中的故障查找及处理整机调试过程中的故障特点。整机调试过程中故障出现的原因.整机调试过程中的故障处理步骤。电路调试常用故障排除方法。a.直观检查法 b.参数测量法 c.电阻测量法 d.信号寻迹法 e.替代法 f.电路分割法 g.短接旁路法,上一页,返 回,任务七 数字电子钟的PCB设计与制作,【技能目标】能运用设计软件设计数字电子钟的PCB并制作出合格的PCB。【知识目标】电路板设计的方法。,下一页,任务七 数字电子钟的PCB设计与制作,【实践活动】1.实践活动内容设计并制作数字电子钟的PCB。2.实践活动任务描述要设计数字电子钟产品的印制板，并在PCB上实现数字电子钟的全部功能。3.实践活动要求(1)用电路板设计软件绘制数字电子钟的原理图。(2)用电路板设计软件设计数字电子钟的PCB。(3)根据设计的数字电子钟的PCB板图制作实际的PCB。(4)在制作的PCB上连接电路元件并调试实现数字电子钟的全部功能。,下一页,上一页,任务七 数字电子钟的PCB设计与制作,【实践活动】4.实践仪器与元件电路板设计软件、计算机；PCB制板设备；数字电子钟所需元件；万用表，电烙铁，单股导线一段，敷铜板一块，焊锡丝一段。5.活动提示(1)关于电路设计软件的知识请阅读上册的内容或参考其他资料。(2)电路板制作的方法请在PCB制作室内学习。(3)制作PC B时请注意安全及卫生。(4)焊接调试数字电子钟时，仍应按功能分割逐步进行。,下一页,上一页,任务七 数字电子钟的PCB设计与制作,【知识链接1:电子电路板的设计方法】一、原理图绘制绘制电路图时要注意以下几点:(1)布局合理、排列均匀、图面清晰、便于看图、有利于对图的理解和阅读.(2)注意信号的流向.(3)图形符号要标准，图中应加适当的标注.(4)连接线应为直线，并且交叉和折弯应最少.,下一页,上一页,任务七 数字电子钟的PCB设计与制作,【知识链接1:电子电路板的设计方法