多功能數(shù)字時鐘電路設計與制作

1、多功能數(shù)字時鐘電路設計與制作多功能數(shù)字時鐘電路設計與制作課程設計報告班 級： 電子信息科學與技術2班 學 號： 20135012 姓 名： 劉 洪 巖 指導教師： 楊 磊 2014 年 11月 5日目 錄一、內(nèi)容摘要- 3 -二、實驗目的- 3 -三、設計內(nèi)容及要求- 3 -1、基本功能- 3 -2、擴展功能- 3 -四、總設計原理- 4 -1、數(shù)字電子時鐘組成原理- 4 -2、主要電路設計- 5 -1）、振蕩電路- 5 -2）、時間計數(shù)器電路- 5 -A、秒鐘、分鐘計數(shù)器- 5 -B、小時計數(shù)器- 5 -3）、校時系統(tǒng)- 6 -A、秒鐘清零- 6 -B、分鐘、小時校時- 7 -4）、整點報時

2、系統(tǒng)- 7 -5）、星期系統(tǒng)- 7 -6）、鬧鐘系統(tǒng)- 8 -7）、LED燈系統(tǒng)- 8 -五、總電路設計圖- 9 -六、仿真軟件- 9 -七、心得體會- 10 -八、附錄- 10 -1、所用芯片- 10 -2、參考文獻- 11 -多功能數(shù)字鐘的電路設計與制作一、內(nèi)容摘要數(shù)字鐘是一種用數(shù)字電路技術實現(xiàn)時、分、秒計時的裝置，與機械式時鐘相比具有更高的準確性與直觀性，且無機械裝置具有更高的使用壽命，因此得到了更廣泛的使用。數(shù)字時鐘從原理上講是一種典型的數(shù)字電路，其中包括了組合邏輯電路和時序電路。此次設計數(shù)字電子鐘是為了了解數(shù)字電子鐘的原理，從而學會制作數(shù)字電子鐘。而且通過數(shù)字電子鐘的制作進一步的了解

3、各種在制作中用到的中小規(guī)模集成電路的作用及實用方法。且由于數(shù)字電子鐘電路包括組合邏輯電路和時序電路。，通過它可以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。數(shù)字電子鐘有下幾部分組成：石英晶體振蕩器、分頻器、秒脈沖發(fā)生器、校正電路、60進制的秒、分計時器和24進制計時器計數(shù)器以及秒、分、時的譯碼顯示部分等。它可以實現(xiàn)普通時鐘計時功能、校時功能、整點報時功能、顯示星期功能及鬧鐘功能五項基本功能。二、實驗目的1. 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；2. 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；3. 提高電路布局布線及檢

4、查和排除故障的能力；4. 培養(yǎng)書寫綜合實驗報告的能力。三、 設計內(nèi)容及要求1、基本功能：以數(shù)字形式顯示時、分、秒，小時計數(shù)器的計時要求為“24翻1”，分鐘及秒鐘都為60進制；能手動校時與校分，秒計數(shù)器能夠手動歸零。2、擴展功能：整點報時10秒鐘；顯示星期，要求從一到七；能夠定時和控制鬧鐘開關；設置LED燈，每秒閃一次。四、總設計原理1、數(shù)字電子時鐘組成原理一個簡單的電子鐘由振蕩器、分頻器、計秒電路、計分電路、計時電路、譯碼顯示電路等組成。本次設計直接采用脈沖發(fā)生器產(chǎn)生脈沖。首先，由時鐘脈沖發(fā)生器產(chǎn)生秒脈沖連接到時鐘輸入端。數(shù)字鐘的分、秒計數(shù)部分均為六十進制計數(shù)器（顯示0059），采用兩片74L

5、S160來實現(xiàn)。個位為十進制，十位為六進制，當個位計數(shù)到9時，再來一個脈沖變成0，同時產(chǎn)生一個進位信號，給十位提供一個脈沖，使十位計數(shù)加1。而數(shù)字鐘的時計數(shù)部分為二十四進制計數(shù)器（顯示0023），也是采用兩片74LS160實現(xiàn)。當開始計數(shù)時，個位按十進制計數(shù)，當計到23時，這時再來一個脈沖，回到“零”。數(shù)字鐘的校時部分主要是通過開關實現(xiàn)的。當需要進行校正時，將開關按下即可。 當計數(shù)器在每次計到整點時，進位信號控制BUZZER完成整點報時。每次時計數(shù)部分由23變?yōu)?0時復位信號控制星期的CLK實現(xiàn)星期的變化。利用Multism軟件對整個電路進行仿真檢驗功能?，F(xiàn)給出整體結構設計圖：時顯示器 分顯示

6、器 秒顯示器時譯碼器 分譯碼器 秒譯碼器時計數(shù)器 分計數(shù)器 秒計數(shù)器 校時電路主體部分 振蕩器 分頻器 整點報時 星期 鬧鐘 LED燈擴展部分 圖1、數(shù)字時鐘的結構框圖 2、主要電路設計1）、振蕩電路可以直接用Multisim中的時鐘脈沖發(fā)生器產(chǎn)生。2）、時間計數(shù)器電路時間計數(shù)器電路由時、分、秒計數(shù)器構成，它們均產(chǎn)生兩位BCD碼。A、秒鐘、分鐘計數(shù)器秒、分計數(shù)器為60進制，分別采用兩個74LS160實現(xiàn)。秒、分計數(shù)器內(nèi)部及秒、分計數(shù)器之間均采用異步進位方式。進位輸出，接下個芯片的CLK圖2、異步復位實現(xiàn)60進制B、小時計數(shù)器 小時計數(shù)器采用24小時制，小時計數(shù)器為模24計數(shù)，采用兩個74LS1

7、60實現(xiàn)，內(nèi)部及分鐘向小時進位均采用異步式，同時采用整體置零法實現(xiàn)置零。圖3、整體置零法實現(xiàn)24進制3）、校時系統(tǒng)秒位不進行校時，只需通過按鍵控制其清零。分鐘、小時校時，在低位進位的基礎上，用開關控制，強制產(chǎn)生一次脈沖。A、秒鐘清零圖4、秒鐘清零B、分鐘、小時校時接秒鐘進位端圖5、分鐘校時4）、整點報時系統(tǒng)整點報時為在59分50秒時開始報時，一共報時10秒鐘，到整點時停止報時。分鐘十位 分鐘個位 秒鐘十位圖6、整點報時接線圖5）、星期系統(tǒng)星期是一個74LS160接成的七進制，從1開始，到7結束。接小時的進位端圖7、星期接線圖6）、鬧鐘系統(tǒng)鬧鐘需要4片74LS85比較器來實現(xiàn)。A接計數(shù)器的輸出端

8、，B接一個開關為人為輸入端，作為對比對象，輸出端OAEQB接一個蜂鳴器，在輸出端與蜂鳴器之間加一個開關，用于控制鬧鐘的開關。圖8、鬧鐘設計圖7）、LED燈系統(tǒng)LED燈主要用74LS138譯碼器兩片，構成4-16譯碼器，以及一個十輸入的LED燈一個，使小燈每秒鐘亮一個，一共十個小燈，每十秒鐘輪回一次。秒鐘個位圖9、LED燈接線圖五、總電路設計圖圖10、總電路設計圖六、仿真軟件本實驗運用Multisim軟件進行仿真。對電路總體進行仿真時，發(fā)現(xiàn)仿真過程中秒的跳轉(zhuǎn)要很長時間，跟實際中1s的差距很大，但是秒計數(shù)脈沖是由1HZ的函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生的，后來了解到這是由于multisim中仿真步進時間設置的關系，

9、仿真時間與實際時間并不是同步的，這并不會影響到實物的計數(shù)時間，也就是說，實物中秒的跳轉(zhuǎn)仍是1s鐘。七、心得體會通過這次課程設計，我對數(shù)電這門課更加熟悉，本來就很喜歡數(shù)電這門課，現(xiàn)在能夠?qū)W以致用，我很高興，特別是對Multisim的使用，讓我對電子更加感興趣。在此次的數(shù)字鐘設計過程中，更進一步地熟悉了芯片的結構及掌握了各芯片的工作原理和其集體的使用方法。將已學的比較零散的數(shù)字電路知識有機的、系統(tǒng)的聯(lián)系起來，培養(yǎng)綜合分析、設計綜合分析、實際電路的能力。在連接六進制，十進制，六十進制的進位及二十四進制的接法中，要求熟悉邏輯電路及其芯片各引腳的功能，那么在電路出錯時便能找出錯誤所在并及時糾正了。在摸索該如何設計程序使之實現(xiàn)所需要功能的過程中，培養(yǎng)了我的設計思維，使我們在邏輯電路的分析和設計上有了很大的進步，加深了我們隊計數(shù)器的認識，進一步增加了對一些常見器件的了解，我們還深刻認識到數(shù)字電路這門課程對科學發(fā)展的重要性。同時，查閱參考書的獨立思考能力及培養(yǎng)非常重要。八、附錄1、所用芯片序號芯片編號數(shù)目1計數(shù)器74LS16072二輸入與非門74LS0033三輸入與非門74LS1214四輸入與門74LS2115八輸入與非門74LS3016比較器74LS8547LED數(shù)碼管 118譯碼器74LS13829直方數(shù)碼管110蜂鳴器211非門