電子鐘課程設計

1、電子技術課程設計報告題 目： 數(shù)字時鐘仿真設計 學生姓名： 楊栓柱 學生學號： 1414020137 年 級： 2014級 專 業(yè)： 電子信息工程 班 級： 一班 指導教師： 呂兆承 電子工程學院制2016年6月目 錄1.引言12課程設計的思路與任務12.1 課程設計的思路12.2 課程設計的任務23數(shù)字時鐘的發(fā)展前景及現(xiàn)狀24數(shù)字時鐘設計方案制定35.數(shù)字時鐘模塊設計45.1 數(shù)字時鐘秒脈沖的設計45.2 計數(shù)器的設計55.3 計時電路的設計75.4 數(shù)字電子時鐘的設計85.5 校時電路的設計85.6 整點報時105.7 課程總設計圖106.設計仿真實現(xiàn)116.1 秒脈沖信號調制仿真116.

2、2 數(shù)字鐘解調仿真117 總結及體會127.1 課程設計的總結127.2 課程設計的體會12參考文獻12 淮南師范學院 電子工程學院 電子信息工程專業(yè) 2018屆課程設計論文 數(shù)字時鐘仿真設計學生：楊栓柱指導教師：呂兆承電子工程學院 電子信息工程專業(yè)1.引言 在現(xiàn)在社會中，數(shù)字鐘已經(jīng)成為人們日常生活中的必須品。在20世紀末，電子技術有了飛快的發(fā)展，在通信技術上用數(shù)字信號代替模擬信號。數(shù)字時鐘即是在這個背景下產(chǎn)生。數(shù)字鐘相比模擬鐘能給人一種一目了然的感覺，可以同時顯示到時分秒。數(shù)字鐘具有走時準確、方面簡單等優(yōu)點，被廣泛用于個人家庭，車站，碼頭，辦公室等公共場合。由于數(shù)字集成電路的發(fā)展與石英振蕩器

3、的廣泛應用，使得其精度遠遠超過老式鐘表，與傳統(tǒng)的機械表相比，不需要經(jīng)常校時，具有較長的壽命。數(shù)字鐘的設計涉及到模擬電子與數(shù)字電子技術，其中大部分是數(shù)字部分。邏輯門、電路、數(shù)字邏輯表達式、計算真值表和邏輯函數(shù)的關系，編碼器、譯碼器顯示等基本原理?，F(xiàn)在主要用各種芯片實現(xiàn)其功能，更加方便和準確。數(shù)字鐘的發(fā)展也是越來越重要，諸如定時報警，校時自動打鈴，定時廣播，自動啟閉路燈甚至各種定時電氣的自動啟用都是以鐘表數(shù)字化為基礎的。因此研究數(shù)字鐘以及擴大其應用有著非?，F(xiàn)實的意義。2課程設計的思路與任務2.1 課程設計的思路本課程設計主要設計由555定時器構成的秒信號發(fā)生器，數(shù)字計時電路，校時電路以及整點報時電

4、路組成。其中數(shù)字計時電路又分為60進制計數(shù)器完成秒和分的計數(shù)；24進制計數(shù)器完成時的計數(shù)，采用譯碼器將計數(shù)器的輸出譯碼后送至七段數(shù)碼管顯示。譯碼器統(tǒng)一采用74LS160D，計數(shù)器為74LS160D與7413N實現(xiàn)六十進制，74LS160D與7412實現(xiàn)二十四進制。校時電路采用開關控制時、分、秒計數(shù)器的時鐘信號為校時脈沖以完成校時。整點報時電路需譯碼電路將整點時間識別出來完成報時。先設計出脈沖振蕩器輸入一定頻率的脈沖，但是現(xiàn)在不明確是否會出現(xiàn)輸入信號無法使電路工作所以，將大致的電路用原理圖表示出來，然后通過原理圖畫出電路，對出現(xiàn)的問題采用進一步的分析以及整改。1原理框圖如圖1秒顯示器譯碼器分計數(shù)

5、器秒計數(shù)器校時電路秒信號發(fā)生器譯碼器時顯示器譯碼器分顯示器時計數(shù)器報時圖1 原理框圖2.2 課程設計的任務（1）熟悉multisim12仿真軟件的應用。（2）設計一個具有顯時、校時、報時的數(shù)字電子時鐘，能獨立完成整個系統(tǒng)的設計。（3）用multisim12.0仿真實現(xiàn)數(shù)字時鐘的功能。3數(shù)字時鐘的發(fā)展前景及現(xiàn)狀 現(xiàn)在是一個知識爆炸的新時代。新產(chǎn)品、新技術層出不窮。電子技術的發(fā)展更是日新月異，可以毫不夸張地說，電子技術的應用無處不在。電子技術正在不斷改變我們的生活，改變著我們的世界。在這快速發(fā)展的年代，時間對于人們來說是越來越寶貴，在快節(jié)奏的生活時，人們往往忘記了時間。一旦遇到了重要的事情而忘記了

6、時間，這將會帶來很大的損失。因此我們需要一個定時系統(tǒng)來提醒這些忙碌的人。數(shù)字化鐘表帶給人極大的方便。 近些年隨著科技的發(fā)展和社會的進步，人們對數(shù)字鐘的要求也越來越高，傳統(tǒng)的時鐘已經(jīng)不能滿足人們的需求。多功能數(shù)字鐘不管在性能上還是樣式上都發(fā)生了質的變化，有電子鬧鐘、數(shù)字鬧鐘等等。人們對數(shù)字鐘的功能及工作順序都非常熟悉。但是卻很少知道它的內部結構及工作原理。所以對于探索數(shù)字鐘的結構及應用成為了首要目的。4 數(shù)字時鐘設計方案制定針通過555定時器為電路輸入1HZ的脈沖。而在計數(shù)器方面，分別為60進制計數(shù)器與24進制計數(shù)器。在60進制的設計中，統(tǒng)一采用74LS160D反饋置數(shù)法實現(xiàn)十進制與六進制的功能

7、，采用六進制與十進制串聯(lián)，而74LS160D的輸出端（0110六進制端）通過7413N與非門引到CLR端則實現(xiàn)清零作用，另一輸出端（1001十進制端）通過與非門與load端相連可實現(xiàn)清零。在分與秒的進位中,用秒計數(shù)器的Load端接分計數(shù)器的CLK端控制時鐘脈沖。脈沖在上升沿來時計數(shù)器開始計數(shù)。時計數(shù)器可由兩個十進制計數(shù)器串接并通過反饋接成二十四進制計數(shù)器。秒信號經(jīng)過秒計數(shù)器、分計數(shù)器、時計數(shù)器之后，分別得到“秒”個位、十位，“分”個位、十位以及“時”個位，十位的計時輸出信號，然后送至顯示電路，以便實現(xiàn)用數(shù)字顯示時、分、秒的要求。“秒”和“分”的計數(shù)器應為六十進制，而“時”計數(shù)器應為二十四進制。

8、采用10進制計數(shù)器74LS160來實現(xiàn)時間計數(shù)單元的計數(shù)功能。 由alldatesheet可得74ls160d的引腳圖如圖2所示：圖2 74ls160引腳圖5.數(shù)字時鐘模塊設計5.1 數(shù)字時鐘秒脈沖的設計 振蕩器可由晶振組成。也可由555與組成多諧振蕩器。由555定時器得到的脈沖，功能主要是產(chǎn)生標準脈沖信號和提供功能擴展電路所需要的信號。集成定時器555電路是一種數(shù)字、模擬混合型的中規(guī)模集成電路，輸入信號自引腳6和引腳2輸入，輸出信號至引腳3輸出。引腳4是復位端，當其為0，555輸出低電平，平時4端開路或。引腳5是控制電壓端，當其外接一個輸入電壓，即改變了比較器的參考電平，從而實現(xiàn)對輸出的另一

9、種控制，在不接外加電壓時，通常接一濾波電容，以消除外界來的干擾，并確保參考電平的穩(wěn)定。當芯片內部三極管導通時，將給接于引腳7的電容提供低阻放電通路。555定時器構成多諧振蕩器。5端口連接電容，起濾波作用。將端口6和端口2連在一起，作為輸入信號的輸入端。在電路接通電源時，由于電容還未充電，所以 (即6端口和2端口)為低電平，電路輸出(即3端口)為高電平。555芯片內部的三極管截止，通過電阻對電容充電，電路進入暫穩(wěn)態(tài)。 在暫穩(wěn)態(tài)期間，隨著電容的充電，電位不斷升高，當時，電路輸出(即3端口)反轉為低電平，電路發(fā)生一次自動翻轉。 與此同時，555芯片內部的三極管導通，電容放電，電路進入另一暫穩(wěn) 態(tài)。在

10、這一暫穩(wěn)態(tài)期間，隨著電容的放電，使電位逐步下降。當下降至時，使電路輸出(即3端口)翻轉為高電平，電路又一次自動發(fā)生翻轉。此后，重復上述電容的充電過程，如此反復，形成多諧振蕩。由上述分析，在電容充電時，暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時間為 （1）在電容放電時，暫穩(wěn)態(tài)持續(xù)時間為 （2）因此，電路輸出矩形脈沖的周期為 （3）振蕩頻率為 （4）令占空比為 （5）為，則求出,約為。則數(shù)字時鐘秒脈沖如圖3所示：圖3 數(shù)字時鐘秒脈沖設計圖5.2 計數(shù)器的設計 60進制計數(shù)器 用兩片74LS160再加上一片74LS13，從而即可構成60進制計數(shù)器，如圖4：圖4 60進制計數(shù)器的設計二十四進制計數(shù)器 時計時電路與分、秒計時電路相

11、比，首先就是觸發(fā)信號來源于分計時電路的進位，其計時范圍為0-23，如圖5所示：圖5 二十四進制計數(shù)器5.3 計時電路的設計秒計時電路的設計秒計時電路周期計時為60s，觸發(fā)信號由秒信號發(fā)生器提供。當計數(shù)值為59s時，下一次觸發(fā)信號輸入時，向前進位并對計數(shù)值清零同時開始進入到下一個計數(shù)周期。設計圖如圖6所示：圖6 秒計時電路時計時電路的設計在數(shù)字時鐘的設計中，時計時的周期都為24h，當觸發(fā)信號輸入時，計數(shù)器計數(shù)1，累計到23后，下一秒開始清零并向前進位。當計數(shù)值達到23時，下一個觸發(fā)信號輸入時，計數(shù)器清零同時進入下一個計數(shù)周期。設計圖如圖7所示：圖7 時計時電路的設計5.4 數(shù)字電子時鐘的設計由6

12、0進制與24進制組合而成的系統(tǒng)如圖8所示：圖8 數(shù)字電子時鐘5.5 校時電路的設計數(shù)字鐘應具有分校正和時校正功能，因此，應該截斷分個位和時個位的直接計數(shù)通路，并采用正常計時信號與校正信號隨時切換的電路接入其中。校正信號可直接取自信號發(fā)生器產(chǎn)生信號，輸出端則與分或時個位計時輸入端相連。當開關打到一端時，正常輸入信號可以順利通過，故校時電路處于正常計時狀態(tài)，當開關打到一端時，信號產(chǎn)生校時電路處于校時狀態(tài)。校時電路采用開關控制時、分、秒計數(shù)器的時鐘信號為校時脈沖以完成校時。如圖，當開關A,B閉合，C,D斷開時，電路進行正常的計時工作；當開關A,B斷開，C,D閉合時，就可以自動進行校時。當然也可以手動

13、校準時間，這是需要不斷閉合、斷開開關，每次只改變一個數(shù)。其中C是校時開關，D是校分開關，開關E用來控制秒的校準，斷開時，秒顯示為0?？紤]到開關電路中到59秒及開始向前進位，故添加反向器，從而實現(xiàn)開關校時電路。如圖9所示：圖 9 校時電路將開關校時加入到時鐘電路中，時鐘出現(xiàn)誤差，需要校準。當數(shù)字鐘接通電源或者計時出現(xiàn)誤差時，需要校正時間。校時是數(shù)字鐘應具備的基本功能。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。快校時是，通過開關控制，使計數(shù)器對1HZ的校時脈沖計數(shù)。慢校時是用手動產(chǎn)生單脈沖作校時脈沖下圖所示為校時電路和

14、校分電路。其中S1是校分用的控制開關，S2為校時用的控制開關，他們的控制功能下表所示。校時脈沖采用分頻器輸出的1HZ的脈沖，當S1或S2分別為0時可進行快校時。如果校時脈沖由單脈沖產(chǎn)生器提供，則可進行慢校時。Multisim 12.0仿真軟件校時的具體設計方法是：用一個單刀雙擲開關切換技術功能與校時功能，另一端接計數(shù)器的脈沖輸入端，開關置于函數(shù)發(fā)生器這一端便可以校時，置于計數(shù)器的進位端便是計時。不校正時間時開關都應打在與非門的那一端。5.6 整點報時電路應在整點前十秒鐘內開始整點報時，即當時間在59分50秒到59分59秒期間時，報時電路報時控制信號。當時間在59分50秒到59分59秒期間時，分

15、十位、分個位和秒十位均保持不變，分別為5,9和5。因此可將分計數(shù)器十位的Qc和Qa、個位的Qd和Qa及秒計數(shù)器十位的Qc和Qa相與。從而產(chǎn)生報時控制信號。報時電路可選74HC30來構成。74HC30為8輸入與非門。整點報時的功能要求時，每當數(shù)字時鐘計時快到整點時發(fā)出聲響。由原理可知當分鐘計數(shù)到一個周期向前進位時，蜂鳴器開始工作。如圖10所示：圖10 整點報時電路5.7 課程總設計圖圖11數(shù)字電子時鐘6.設計仿真實現(xiàn)6.1 秒脈沖信號調制仿真圖12秒脈沖信號調制波形輸出6.2 數(shù)字鐘解調仿真圖13數(shù)字鐘數(shù)字輸出7 總結及體會7.1 課程設計的總結由振蕩器、秒計數(shù)器、分計數(shù)器、時計數(shù)器、顯示數(shù)碼管

16、設計了數(shù)字時鐘電路，經(jīng)過仿真得出較理想的結果，說明電路圖是正確的，可以實現(xiàn)所要求的基本功能：計時、顯示精確到秒、時分秒校時，整點報時的功能。測試時有的器件在理論上可行，但是在實際運行中就無法看到結果，所以得換不少器件，有時無法找出錯誤便更換器件重新接線以使電路正常運行。Multisim12.0軟件有時會出問題，在理論上可行的電路在調試中未必能顯示出來，這就需要耐心，仔細的分析和解決問題，不斷地嘗試才能得出正確的答案。7.2 課程設計的體會這一個月以來一直在搞課程設計，本來好多試驗報告或者課堂作業(yè)啥的，就需要利用更多時間去完成了。不僅僅是對multisim的學習更是對word的學習。首先，我之前

17、不了解multisim，但是經(jīng)過自己的琢磨后畫圖、連線、找元器件什么的已經(jīng)很熟練了，而且我現(xiàn)在加上我的已經(jīng)完成了六個人的布線，仿真等，而且同學遇到仿真圖無法仿真什么的問題大都是我給他們解決，所以覺得時間花的很值！在一個，是對于word的學習，自從搞了課程設計后，我發(fā)現(xiàn)以前不明白的如何不在目錄添加頁眉頁腳的設置，如何排版，如何利用公式編輯器，引腳，參考文獻的分類都有所了解，所以我覺得這次課程設計的學習中，學了很多很充實。 經(jīng)過對Multisim12.0的學習和使用，進一步加深了對數(shù)字電路的認識。在仿真過程中遇到許多困難，但通過自己的努力和同學的幫助都一一克服了。首先，連接電路圖過程中，數(shù)碼管不能

18、顯示，后經(jīng)圖形放大后才發(fā)現(xiàn)是電路斷了。其次，布局的時候因元器件較多，整體的布局比較困難，因子電路不如原電路直觀，最后在不斷努力下，終于不用子電路布好整個電路。調試的時候有的元器件在理論上可行，但是在實際運行中就無法看到效果，所以得換不少器件，有時候無法找出錯誤便更換器件重新接線以使電路正常運行。在整個設計中，74LS160的接線比較困難，反復修改了多次。在認真學習其方法后采用歸零法和置數(shù)法設計出60進制和24進制的計數(shù)器。同時，在最后仿真時，預置的頻率一開始用的就是1HZ，結果仿真結果很慢，后把頻率加大，這才在短時間內就看到全部結果?？傊?，通過這次對數(shù)字時鐘的設計與仿真，為以后的電路的設計打下良好的基礎。一些經(jīng)驗和教訓，將成為寶貴的學習財富。參考文獻1梁宗善. 電子技術基礎課程設計M.華中科技大學出版社，2009.03。2余孟嘗.數(shù)字電子技術基礎（簡明教程）M.高等教育出版社，2006.03。3劉舜奎.電子技術實驗J.廈門日報，2008.01。4毛哲等主編.電路計算機設計仿真與測試M.華中科技大學出版社，2008.01。5卿太全等主編.常用數(shù)字集成電路原理與應用M.人民郵電大學出版社，2003.04。6閻石.數(shù)字電子技術基礎M.高等教育出版社，2008.05。7阮秉濤等主編.電子技術基礎實驗