基于MUSTISM仿真的數(shù)字電子時鐘設(shè)計課程設(shè)計

1、數(shù)字電路課程設(shè)計課題：數(shù)字電子鐘學 院 機械工程學院 班 級 機電0912 成 績 指導(dǎo)老師 目 錄 引言（3）一. 設(shè)計意義和要求（4） 1.1設(shè)計意義（4） 1.2設(shè)計目的（4） 1.3設(shè)計要求（4）二. 方案設(shè)計（5） 2.1設(shè)計思路（5） 2.2 方案設(shè)計 （5）三. 單元電路設(shè)計（8） 3.1 555多諧振蕩器·（8） 3.2 秒脈沖發(fā)生電路···················

2、3;·········（9） 3.3 秒和分計時電路 （9） 3.4 小時計時電路·······························（11） 3.5顯示電路··

3、3;···（12） 3.6校時電路········（13） 3.7整點報時電路 （14）四 調(diào)試與檢測（15）五總結(jié)與體會（16六參考文獻（17）七. 附錄···（17）引言所謂數(shù)字鐘，是指利用電子電路構(gòu)成的計時器。相對機械鐘而言，數(shù)字鐘能實現(xiàn)準確計時，并顯示時，分，秒，而且可以方便，準確的對時間進行調(diào)節(jié)。在此基礎(chǔ)上，還可以實現(xiàn)整點報時的功能。因此，數(shù)字鐘的應(yīng)用十分廣泛。我們要通過這次的課程設(shè)計掌握數(shù)字鐘的原理，學會設(shè)計簡單的數(shù)字時鐘。設(shè)計過程采用系統(tǒng)設(shè)計

4、的方法，先分析任務(wù)，得到系統(tǒng)和要求，然后進行總體設(shè)計，劃分子系統(tǒng)，然后進行詳細設(shè)計，確定各個功能子系統(tǒng)中的內(nèi)部電路，最后按照原理圖構(gòu)成實物，進行調(diào)試和改進。一 設(shè)計意義及要求 1.1設(shè)計意義 (1). 了解數(shù)字鐘的原理和功能 (2)學會使用555定時器構(gòu)成脈沖發(fā)生器 (3)了解和掌握計數(shù)器，譯碼器和顯示器的工作原理和使用方法 (4). 進一步學習與掌握各種組合邏輯電路與時序電路的原理與使用方法，學會利用數(shù)字電路實現(xiàn)數(shù)字鐘的功能1.2設(shè)計目的 (1). 使學生進一步掌握數(shù)字電子技術(shù)的理論知識，培養(yǎng)學生工程設(shè)計能力和綜合 分析問題、解決問題的能力； (2). 使學生基本掌握常用電子電路的一般設(shè)計方

5、法，提高電子電路的設(shè)計和實驗?zāi)芰Γ?(3). 熟悉并學會選用電子元器件，為以后從事生產(chǎn)和科研工作打下一定的基礎(chǔ)。1.3設(shè)計要求(1). 設(shè)計一個準確計時，以數(shù)字顯示時，分，秒并能校正的時鐘。(2). 小時的計時要求為“12翻1”，分和秒要求為60進制進位。(3). 擴展功能：具有整點報時功能。 (4).定時控制。(5). 仿廣播電臺報整點時數(shù)。(6）.觸摸整點報時。二、方案設(shè)計2.1 設(shè)計思路 利用555定時器構(gòu)成多諧振蕩器，調(diào)整其電阻和電容大小，使其輸出信號頻率為1khz，通過三個74ls90分頻即構(gòu)成了秒脈沖發(fā)生器產(chǎn)生1hz的脈沖。用74ls92和74ls90級聯(lián)構(gòu)成60進制計數(shù)器，用來計

6、“秒”，其cp輸入為秒脈沖；另有74ls92和74ls90級聯(lián)構(gòu)成60進制計數(shù)器，用來計“分”，其cp輸入為“秒”變?yōu)?時產(chǎn)生的一個下降沿信號；另外用74ls191和74ls74來計“時”，即當數(shù)字時鐘運行到12時59分59 秒時，秒的個位計數(shù)器再輸入一個秒脈沖時，數(shù)字時鐘自動顯示為01時00分00秒。它們的輸出用六片譯碼顯示的數(shù)碼管顯示。對“時”，“分”的調(diào)節(jié)采用將原來使他們計時加“1” 的信號切換為可控脈沖信號的方法。報時電路由555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器，三極管和蜂鳴器組成，這樣蜂鳴器輸出的音頻信號有高低變化。報時電路的驅(qū)動信號要在報時時間段內(nèi)使振蕩器工作。2.2 方案設(shè)計根據(jù)數(shù)字鐘的設(shè)

7、計思路，可以將它分為六個單元電路：振蕩器，分頻器，校時電路，計數(shù)器，譯碼器和顯示器六部分組成。擴展電路有四部分：定時控制，仿電臺報時，整點報時，觸摸整點報時。它們之間的連接關(guān)系見原理方框圖，如圖5.5.1所示：譯碼器譯碼器譯碼器時計數(shù)器分計數(shù)器秒計數(shù)器校時電路振蕩器分頻器系統(tǒng)方框 圖1 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(chǔ)，還要與分頻器，校時電路，譯碼電路配合來實現(xiàn)相應(yīng)的功能。而數(shù)字鐘的準確性則依賴于由多諧振蕩器構(gòu)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1khz。由設(shè)計思路和原理方框圖得圖 圖2. 數(shù)字時鐘整體圖三、單元電路設(shè)計3

8、.1 555多諧振蕩電路 如圖3，由555定時器和外接元件r1、r2、c構(gòu)成多諧振蕩器，腳2與腳6直接相連。電路沒有穩(wěn)態(tài)，僅存在兩個暫穩(wěn)態(tài)，電路亦不需要外接觸發(fā)信號，利用電源通過r1、r2向c充電，以及c通過r2向放電端dc放電，使電路產(chǎn)生振蕩。電容c在2/3vcc和1/3vcc之間充電和放電，從而在輸出端得到一系列的矩形波。555構(gòu)成的多諧振蕩電路適當調(diào)節(jié)滑動變阻器的阻值，可求得輸出信號的t約為1ms，則輸出信號頻率約為1khz。3.2 秒脈沖發(fā)生器由以上多諧振蕩器輸出的1ms脈沖通過三個74ls90進行十進制分頻經(jīng)第一片分頻后為500hz，經(jīng)第二片分頻后為10hz,經(jīng)第三片分頻后為1hz,

9、即可得到1秒脈沖，如圖4所示。 圖4. 1秒脈沖發(fā)生器3.3 秒和分計時電路 由一片74ls90d和74ls92d構(gòu)成。74ls90為個位，74ls92為十位。將74ls90的輸出與7段數(shù)碼管相應(yīng)的管腳連接起來，將r01，r02，r91，r92接地,ixa接脈沖,ixb接qa。這樣數(shù)顯管就能正常顯示十進制計數(shù)。90向92的進位可以將90的qd接到92的ixb。而后，將92的ixa接到vcc(5v),r01，r02接地。并將92的qb,qc,qd分別于數(shù)顯管的a,b,c相連，數(shù)顯管的d端接地。在用一個74ls00將92的qd引出到清零端實現(xiàn)六進制。如此，就實現(xiàn)了00-01-02-·&#

10、183;····58-59-00的轉(zhuǎn)化。電路如圖5所示 圖5 秒和分計時電路3.4 小時計時電路 小時計數(shù)器是一個“12”翻“01”的特殊進制計數(shù)器。當數(shù)字時鐘運行到12時59分59秒時，秒的個位再輸入一個脈沖時數(shù)字時鐘應(yīng)該顯示為01時00分00秒。其電路連接方式如圖6所示 圖6 小時計時電路3.5 譯碼和顯示電路 我所采用的譯碼和顯示器件為dcd_hex。此器件為譯碼和顯示一體器件。此處只需按照相應(yīng)的引腳連接即可。只要將以上所做好的秒和分的計時電路，以及小時的計時電路，再加上數(shù)碼管的連接電路，所有的串接起來就構(gòu)成了譯碼的顯示電路。如圖7所示 圖7.顯示

11、電路圖3.6校時電路 對校時電路的要求是，在小時校正時，不影響分和秒的正常計數(shù)；在分校正時，不影響秒和小時的正常計數(shù)。校時方式有“快校時”和“慢校時”兩種?？煨r是通過開關(guān)控制，使計數(shù)器對1hz的校時脈沖計數(shù)；慢校時是通過手動產(chǎn)生單脈沖作為校時脈沖。圖8為校時，校分電路，其中s1為校分用的控制開關(guān)，s2為校時用的控制開關(guān)。他們的控制功能如表5.1.1所示。校對脈沖采用1hz脈沖，當s1或s2分別為“0”時，可以進行“快校時”。 圖8. 校時電路 調(diào)時調(diào)分的原理是將“時”“分”計時電路原來所接的進位信號切換為單脈沖，各通過一個單刀雙擲開關(guān)實現(xiàn)信號切換。單脈沖由一個帶彈簧的開關(guān)模擬，把它接在與電源

12、相連的線路中，當開關(guān)按下去時線路連通為高電平，彈起時線路斷開為低電平，開關(guān)一次按下和彈起就是一個下降沿脈沖，可以使計時器計數(shù)加1，這樣可以通過這個開關(guān)調(diào)時和調(diào)分。電路圖如圖9 所示 ： 圖9. 校時校分電路3.7 整點報時電路 整點報時電路如圖10所示。它由一個多諧振蕩器，一個npn型三極管和一個揚聲器組成，當振蕩器工作時，三極管驅(qū)動揚聲器發(fā)出震蕩音頻。但是這個振蕩器的4腳和vcc之間接了一個上拉電阻，那么4腳處就不一定是高電平，當它為低電平時振蕩器不工作，只有當它為高電平時振蕩器才工作，那么只要找到合適的信號接到4腳，當需要報時此信號為高電平，其他時間為低電平，就可以實現(xiàn)報時功能。我想把報時

13、功能設(shè)置成整點前十秒蜂鳴器開始鳴叫，十秒后停止鳴叫即為整點。注意到某點59分50秒后的十秒鐘內(nèi)，“5”“9”“5”對應(yīng)的8421bcd碼為0101 1001 0101，將3塊芯片上對應(yīng)的輸出為“1”的輸出端相與輸出為高電平，把它接到振蕩器4腳上，在整點前十秒蜂鳴器會報時。在其它時間這六個輸出端不可能同時為“1”，即他們相與的輸出為低電平，振蕩器不會工作，不會報時。如此可以實現(xiàn)整點報時功能。圖 10.報時電路圖四、 調(diào)試與檢測 調(diào)試過程中遇到的問題主要是開關(guān)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(guān)來實現(xiàn)主這樣的功能，但是實際上在切換開關(guān)的過程中也會使

14、時鐘進位。這是因為在扳動開關(guān)的過程中產(chǎn)生了信號的高低電平轉(zhuǎn)換，進而形成了進位信號，導(dǎo)致當調(diào)整好電路后扳回開關(guān)時繼續(xù)進一。因此我對調(diào)時電路作了改進，改為調(diào)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(guān)的抖動問題。當時間調(diào)好時，只要將cp信號切換回原來的進位信號即可恢復(fù)正常計時。五、體會和總結(jié) 課程設(shè)計是我們運用所學知識，動手實踐的一個很好的機會。它既可以幫助我們加深對所學知識的理解，又能提高我們運用知識，聯(lián)系實際，動手實踐的能力。而且在設(shè)計過程中可能用到我們沒學過的知識，需要我們?nèi)ゲ殚嗁Y料獲取相關(guān)信息，這又提高了我們查找信息和學習新知識的能力。

15、在實物的調(diào)試與檢測過程中，又會遇到許多意想不到的問題，需要我們?nèi)シ治鲈蚝徒鉀Q問題。有些現(xiàn)象能夠證明我們所學知識的正確性，有些現(xiàn)象有說明理論和現(xiàn)實是有差異的。在整個課程設(shè)計完后，總的感覺是：有收獲。以前上課都是上一些最基本的東西，而現(xiàn)在卻可以將以前學的東西作出有實際價值的東西。在這個過程中，我的確學得到很多在書本上學不到的東西，如：如何利用現(xiàn)有的元件組裝得到設(shè)計要求，如何找到錯誤的原因，如何利用multisim仿真軟件來仿真電路圖等等。但也遇到了不少的挫折，有時遇到了一個錯誤怎么找也找不到原因所在，找了老半天結(jié)果卻是芯片的管腳接錯了，有時更是忘接電源了。在學習中的小問題在課堂上不可能犯，在動手

16、的過程中卻很有可能犯。特別是在接電路時，一不小心就會犯錯，而且很不容易檢查出來。但現(xiàn)在回過頭來看，還是挺有成就感的。六參考文獻：1.李景宏，馬學文.電子技術(shù)實驗教程.沈陽：東北大學出版社.20022.王永軍，李景華編著.數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng).北京：電子工業(yè)出版社，20023.高吉祥，易凡編著.電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗與課程設(shè)計.北京：電子工業(yè)出版社，20024.陳大欽編著. 電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗. 北京：高等教育出版社，20005.李晶皎，李景宏，曹陽編著. 邏輯與數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計.北京：清華大學出版社，20096.楊志忠編著.數(shù)字電子技術(shù)m .北京：高等教育出版社、2003、12七附錄 部分芯片功能參數(shù)表555555定時器（又稱時基電路）是一個模擬與數(shù)字混合型的集成電路。555定時器是一種應(yīng)用極為廣泛的中規(guī)模集成電路。該電路使用靈活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以構(gòu)成單穩(wěn)、多諧和施密特觸發(fā)器。因而廣泛用于信號的產(chǎn)生、變換、控制與檢測。    目