數(shù)字電子鐘課程設計報告

1、<p><b>　　數(shù)字電子課程設計</b></p><p><b>　　《數(shù)字電子鐘》</b></p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　引言┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅３</p><p>　　第一章　設計意義與目的┅┅┅┅

2、┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅３</p><p>　　1.1　設計意義┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅３</p><p>　　1.２　設計目的┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅４</p><p>　　1.３　設計指標┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅４</p><p>　　1.４　設計要求┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅４</p

3、><p>　　第二章　方案設計┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅５</p><p>　?。?1設計思路┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅５</p><p>　　2.2、方案設計┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅５</p><p>　　第三章　單元電路的設計┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅６</p><p>

4、;　　3.1、振蕩電路┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅６</p><p>　　3.2、分頻器┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅７</p><p>　　3.3、計數(shù)器┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅８</p><p>　　3.4、譯碼器和顯示電路┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅１０</p><p>　　3.5、校時電路

5、┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅１１</p><p>　　3.6、整點報時電路┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅１２</p><p>　　第四章 電路的的調試與總體圖┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅１２</p><p>　　第五章 設計總結與心得┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅１３</p><p>　　附錄┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅

6、┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅１５</p><p>　　元件清單┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅１９</p><p><b>　　引言：</b></p><p>　　數(shù)字鐘是一個將“ 時”，“分”，“秒”顯示出來的計時裝置。它的計時周期為24小時，顯示滿刻度為23時59分59秒。一個基本的數(shù)字鐘電路主要由秒信號發(fā)生器、“時、分、

7、秒、”計數(shù)器、譯碼器及顯示器組成，還有校時功能和整點報時功能。由于采用純數(shù)字硬件設計制作，與傳統(tǒng)的機械表相比，它具有走時準，顯示直觀，無機械傳動裝置等特點。</p><p>　　本設計中的數(shù)字時鐘采用數(shù)字電路實現(xiàn)對“時” 、“分”、“秒”的顯示和調整。通過采用各種集成數(shù)字芯片搭建電路來實現(xiàn)相應的功能。具體用到了555震蕩器，74LS190及與非，異或等門集成芯片等。該電路具有計時和校時的功能。</p>

8、<p>　　在對整個模塊進行分析和畫出總體電路圖后，對各模塊進行仿真并記錄仿真所觀察到的結果。</p><p>　　實驗證明該設計電路基本上能夠符合設計要求！</p><p>　　第一章 設計意義目的與要求</p><p><b>　　1.1、設計意義：</b></p><p>　　A、熟悉數(shù)字鐘的原理與

9、功能；</p><p>　　B、掌握數(shù)字電路的功能，學會如何用石英晶振設計制作時沖脈沖；</p><p>　　C、熟悉掌握計數(shù)器、譯碼器、顯示器的功能與原理；</p><p>　　D、了解時序電路與邏輯電路的功能與應用。</p><p><b>　　1.2、設計目的：</b></p><p>　　

10、A、掌握組合邏輯電路、時序邏輯電路及數(shù)字邏輯電路系統(tǒng)的設計、安裝、測試方法；</p><p>　　B、進一步鞏固所學的理論知識，提高運用所學知識分析和解決實際問題的能力；</p><p>　　C、提高電路布局﹑布線及檢查和排除故障的能力；</p><p>　　D、培養(yǎng)書寫綜合實驗報告的能力。</p><p><b>　　1.3、設計

11、指標：</b></p><p>　　A、時間以24小時為一個周期；</p><p>　　B、顯示時、分、秒；</p><p>　　C、有校時功能，可以分別對時及分進行單獨校時，使其校正到標準時間；</p><p>　　D、計時過程具有報時功能，當時間到達整點前5秒進行蜂鳴報時；</p><p>　　E、為了

12、保證計時的穩(wěn)定及準確須由晶體振蕩器提供表針時間基準信號。</p><p><b>　　1.4、設計要求：</b></p><p>　　A、畫出電路原理圖（或仿真電路圖）；</p><p>　　B、元器件及參數(shù)選擇；</p><p>　　C、電路仿真與調試。</p><p>　　第二章 方案設計

13、</p><p><b>　　2.1、設計思路：</b></p><p>　　利用晶體振蕩電路，再加上合適的電阻與電容，便可以產(chǎn)生一個32768Hz的頻率，再用一個4060BD分頻器和二進制74LS74分頻器就可以得到一個1Hz的頻率脈沖。在用6片74LS190可組成秒秒計時器、分計時器、時計時器。秒計時器的CP輸入脈沖為秒脈沖，分計時器的CP輸入脈沖為秒信號變?yōu)椤?

14、”時的下降沿信號，時計數(shù)器的CP輸入脈沖為分計數(shù)器的下降沿信號,6片74LS190就可以正常計數(shù)，在經(jīng)6個7段譯碼器74LS248和顯示管相連，就可以顯示時間了。報時電路在輸出脈沖為1時，也就是說當8個輸入全為1時，蜂鳴器響，同時還加上了校時電路。</p><p><b>　　2.2、方案設計：</b></p><p>　　根據(jù)數(shù)字鐘的設計思路，可以將它分為六個單元電

15、路：秒脈沖電路，計時電路，譯碼電路，顯示電路，調時調分控制電路，整點報時電路，清零控制電路。它們之間的連接關系見原理方框圖，如下圖所示：</p><p>　　由原理方框圖可以看出，在整個數(shù)字鐘電路中，計時電路是主體。它不僅是顯示電路的基礎，還要與調時調分控制電路，整點報時電路，清零控制電路配合來實現(xiàn)相應的功能。而數(shù)字鐘的準確性則依賴于由多諧振蕩器構成的秒脈沖源的準確性，在連接實物時要將其輸出信號的頻率控制為100

16、Hz。</p><p>　　第三章 單元電路的設計</p><p><b>　　3.1、振蕩電路：</b></p><p>　　秒發(fā)生電路---振蕩器是計時器的核心，振蕩器的穩(wěn)定度和頻率的精確度決定了計時器的準確度。一般來說，振蕩器的頻率越高，計時精度就越高，但耗電量將越大。所以，在設計電路時要根據(jù)需要而設計出最佳電路。</p

17、><p>　　在本設計中，采用的是精度不高的，由石英晶振與RC組成的多諧振蕩器。其具體電路如下圖1所示；</p><p>　　通過此電路即可得到一個32768Hz的頻率。</p><p><b>　　3.2、分頻器：</b></p><p>　　分頻器的作用是將振蕩器產(chǎn)生的高頻信號分頻成基時鐘脈沖信號和擴展部分所需的頻率。在

18、此電路中，分頻器的功能主要有兩個：一是產(chǎn)生標準脈沖信號；二是功能擴展電路所需的信號，如仿電臺用的1KHz的高頻信號和500Hz的低頻信號等. 要將32768Hz經(jīng)4060BD變頻后變?yōu)?Hz,在經(jīng)過二分頻74LS74D變?yōu)?Hz。</p><p><b>　　3.3、計數(shù)器：</b></p><p>　　3.3.1、六十進制計數(shù)器：</p><p&

19、gt;　　分和秒都是六十進制計時器，六十進制計數(shù)器由一個十進制和六進制計數(shù)器組成。是通過兩塊74LS190組成。電路如圖3所示：</p><p>　　由圖3可知，U4是十進制計數(shù)器，U4的QD=1時進位，進位信號從13端發(fā)出，74LS190D計數(shù)器是十進制異步計數(shù)器，用反饋清零法來實現(xiàn)十進制計數(shù)，U3和與非門組成六進制計數(shù)。74LS190D是在CP信號的下降沿觸發(fā)下進行計數(shù)，U3的QA和QC相與0101的下降沿，

20、作為“分（時）”計數(shù)器的輸入信號。U3的輸出0110高電平1分別送到計數(shù)器的R01、R02端清零，74LS190D內(nèi)部的R01、R02與非后清零而使計數(shù)器歸零，完成六進制計數(shù)。由此可見，U3和U4串接實現(xiàn)了六十進制計數(shù)。</p><p>　　3.3.2、二十四進制譯碼器：</p><p>　　時采用的是二十四進制計數(shù)器，由一個十進制計數(shù)器和一個二進制計數(shù)器組成，十進制的編碼最大為1010，

21、 二進制最大為0010，股組成如下電路圖4</p><p>　　由圖可見，計數(shù)器U1和U2的CRL’1=CRL’1=0，置位（置“9”）被封鎖，U1、U2的接到各自的Q0端，使兩級計數(shù)器按BCD碼計數(shù)。當計數(shù)器計到24時，高位U2的輸出端Q3Q2Q1Q0= 0010，低位U1的輸出端Q3Q2Q1Q0=0100，此時使得高位和低位的CRL’1=CRL’1=1，計數(shù)器復位，使計數(shù)器清零，從而實現(xiàn)二十四進制計數(shù)。U１的

22、端接分計數(shù)器的進位端，</p><p>　　當個位的進位脈沖到十位時，開始計數(shù)，當十位為2個位為3時，若分在進位就清零。進位時，由于74LS90的時鐘脈沖是下降沿觸發(fā)的，可將低位計數(shù)器的輸出最高位與高位計數(shù)器的時鐘脈沖相連，當?shù)臀挥嫈?shù)器的輸出最高位由高電平變?yōu)榈碗娖綍r觸發(fā)高位計數(shù)器計數(shù)。</p><p>　　3.4、譯碼器和顯示電路： </p><p>　　用七段發(fā)

23、光二極管來顯示譯碼器輸出的數(shù)字，顯示器有兩種：共陰極和共陽極顯示器。74LS248譯碼器譯碼的是高電平，所以對應的顯示器應為共陰極顯示器。在本設計中用的是解碼七段排列顯示器，即包含譯碼器的七段顯示器。其圖形管腳如下圖5所示：</p><p>　　74LS248是4線—七段譯碼/驅動器，集電極開路輸出，以高電平“1”驅動，用于共陰極顯示器。74LS248內(nèi)部接有2K上拉電阻，在連接LED數(shù)碼管時無需外接電阻。其中端

24、為試燈輸入端，用于檢查七段顯示器各字段是否能正常發(fā)光，當時，顯示器應該顯示出“8”字形，借此判斷各段工作是否正常。端為滅燈輸入/動態(tài)滅零輸出端，滅燈輸入端的功能與恰好相反，在=0時可以使七段顯示器各字段均熄滅；動態(tài)滅零輸出端與公用一個端子，它的作用是使小數(shù)點兩邊的數(shù)字即使是零也顯示出來，以便看到小數(shù)點的位置和檢查無信號輸入時顯示器有無故障。端為動態(tài)滅零輸入端，它的作用是使顯示器按照人們需要將所顯示的零予以熄滅，而在顯示1……9時則不受影

25、響。正常使用時，，=1。</p><p><b>　　3.5、校時電路：</b></p><p>　　校時電路的作用是：當數(shù)字鐘接通電源或者出現(xiàn)誤差時，校正時間。校時是數(shù)字鐘應具有的基本功能。一般電子表都具有時、分、秒等校時功能。為了使電路簡單，在此設計中只進行分和小時的校時。圖中S1校分用的控制開關，S2（總圖）為校時用的控制開關，它們的控制功能如表4所示，校時脈沖

26、采用分頻器輸出的2Hz脈沖，校時電路如圖6：功能表如表1</p><p><b>　　表1</b></p><p>　　3.6、整點報時電路：</p><p>　　數(shù)字鐘在指定的時刻發(fā)出信號，或驅動音響電路“鬧時”；或對某裝置的電源進行接通或斷開“控制”。不管是鬧時還是控制，都要求時間準確，即信號的開始時刻與持續(xù)時間必須滿足規(guī)定的要求。<

27、/p><p>　　當時間到達59分59秒時蜂鳴器響，此時四個位置上的5,9,5,9對應的編碼為0101,1001,0101,1001.當全都滿足條件時，蜂鳴器響起。</p><p>　　第四章 電路的的調試與總體圖</p><p>　　調試過程中遇到的問題主要是開關校時問題。當把“時”，“分”原來所接的進位信號切換為按鍵脈沖時，本想是作為一個控制開關來實現(xiàn)主這樣的功能

28、，但是實際上在切換開關的過程中也會使時鐘進位。這是因為在扳動開關的過程中產(chǎn)生了信號的高低電平轉換，進而形成了進位信號，導致當調整好電路后扳回開關時繼續(xù)進一。因此我對調時電路作了改進，改為調節(jié)“時”，“分”時，將它們原來所接的進位信號切換為秒脈沖信號，這個信號是比較穩(wěn)定的，避免了機械開關的抖動問題。當時間調好時，只要將CP信號切換回原來的進位信號即可恢復正常計時。</p><p>　　對其中的一個單一電路，在仿真軟

29、件中加上信號源和示波器檢查運行情況是否正常，如有問題的在加以解決，最后確保每個單元都正確，最后再把整體連在一起，組成一個整體電路。 電路總體圖：如圖8</p><p>　　第五章 設計總結與心得</p><p>　　A、數(shù)字鐘的設計里面包含了各方面的知識，通過此次設計過程，讓我更好的了解了數(shù)字電路的特點與特性，為以后在這方面更好的應用打下夯實的基礎。</p><p&g

30、t;　　B、存在的問題：a、設計時若使用石英晶振在軟件中運行時會出現(xiàn)不少錯誤；</p><p>　　b、在實際操作中如若使用8接口的顯示管，會出現(xiàn)無法顯示的現(xiàn)象；</p><p>　　c、設計好的振蕩器在實際運行時經(jīng)常不能達到預想的結果；</p><p>　　d、multisim仿真軟件在操作過程中會遇到各種各樣的問題。</p><p>　　

31、C、解決方案：a、可以把石英晶振換成自己做的555振蕩器；</p><p>　　b、顯示管可以換成四接頭的，同時就要去掉74LS248七段譯碼器；</p><p>　　c、在實際仿真過程中可以適當改變振蕩器的阻值；</p><p>　　d、可以考慮更換軟件，來減少系統(tǒng)優(yōu)化問題。</p><p><b>　　D、心得體會：</b

32、></p><p>　　在這次的設計過程之中雖然說是比較累，在其中也遇到了不少的難題，但都在大家共同的探討之下，問題最終得到了解決。這個經(jīng)歷讓我懂得了做任何事都必須嚴謹認真，絲毫都馬虎不得。</p><p>　　通過這次的設計，我學會了multisim的使用，掌握了一項新的知識，也鞏固了電工知識，鍛煉了自己。</p><p>　　附錄 部分芯片功能參數(shù)表&l

33、t;/p><p>　　6.1、4060BD</p><p>　　"4060"集成塊管腳及功能如下: </p><p><b>　　圖9</b></p><p><b>　　真值表：</b></p><p><b>　　表2</b>&

34、lt;/p><p><b>　　功能簡介：</b></p><p>　　4060為一個分頻集成塊，Q4---Q14為各個頻率輸出端，MR為清除端，RTC為時鐘輸出端，RS為時鐘輸入端?？梢赃_到214分頻</p><p>　　6.2、74LS74：</p><p>　　4. 74LS74 真值表：</p>&

35、lt;p><b>　　表3</b></p><p>　　"74LS74"集成塊管腳及功能如下:</p><p><b>　　74LS74引腳圖</b></p><p>　　功能簡介："74LS74"實際是一個2輸入的D觸發(fā)器,它的輸入與D有關,當D為一時輸出為1,它可以起分頻

36、的作用.由真值表可以看出他是一個二分頻。</p><p>　　6.3、74LS190</p><p>　　“74LS190”二-十進制同步計數(shù)器集成快管腳及功能如下: </p><p><b>　　真值表:</b></p><p><b>　　功能簡介:</b></p><p

37、>　　74LS190是十進制同步加/減計數(shù)器,圖中LOAD’為異步置數(shù)控制端,CTEN’為計數(shù)控制端,A,B,C,D為并行數(shù)據(jù)輸入端,QA-QD為輸出端,U’/D為加減計數(shù)方式控制端.RCO’為進位/借位輸出端,CLK為時鐘輸入端。</p><p>　　6.4、74LS248：</p><p>　　“74LS248”集成塊管腳及功能如下: </p><p>