數(shù)電課程設(shè)計報告數(shù)字電子時鐘的實現(xiàn)

1、-. z.課程設(shè)計報告設(shè)計題目：數(shù)字電子時鐘的設(shè)計與實現(xiàn)班級：*：*：指導(dǎo)教師：設(shè)計時間：摘要鐘表的數(shù)字化給人們生產(chǎn)生活帶來了極大的方便，大大的擴(kuò)展了原先鐘表的報時。諸如，定時報警、按時自動打鈴、時間程序自動控制等，這些，都是以鐘表數(shù)字化為根底的。功能數(shù)字鐘是一種用數(shù)字電路實現(xiàn)時、分、秒、計時的裝置，與機(jī)械時鐘相比具有更高的準(zhǔn)確性和直觀性，且無機(jī)械裝置，具有更長的使用壽命，因此得到了廣泛的使用。從原理上講，數(shù)字鐘是一種典型的數(shù)字電路，其中包括了組合邏輯電路和時序電路。因此，此次設(shè)計與制作數(shù)字鐘就是為了了解數(shù)字鐘的原理，從而學(xué)會制作數(shù)字鐘，而且通過數(shù)字鐘的制作進(jìn)一步的了解各種在制作中用到的中小規(guī)

2、模集成電路的作用及使用方法。通過此次課程設(shè)計可以進(jìn)一步學(xué)習(xí)與各種組合邏輯電路與時序電路的原理與使用方法。通過仿真過程也進(jìn)一步學(xué)會了Multisim 7的使用方法與考前須知。本次所要設(shè)計的數(shù)字電子表可以滿足使用者的一些特殊要求，輸出方式靈活，如可以隨意設(shè)置時、分、秒的輸出，定點報時。由于集成電路技術(shù)的開展，使數(shù)字電子鐘具有體積小、耗電省、計時準(zhǔn)確、性能穩(wěn)定、維護(hù)方便等優(yōu)點。關(guān)鍵詞：數(shù)字鐘，組合邏輯電路，時序電路，集成電路目錄摘要1第1章概述3第2章課程設(shè)計任務(wù)及要求4 2.1設(shè)計任務(wù)4 2.2設(shè)計要求4第3章系統(tǒng)設(shè)計6 3.1方案論證6 3.2系統(tǒng)設(shè)計6 3.2.1 構(gòu)造框圖及說明6 3.2.2

3、 系統(tǒng)原理圖及工作原理7 3.3單元電路設(shè)計8 3.3.1 單元電路工作原理8 3.3.2 元件參數(shù)選擇14第4章軟件仿真15 4.1仿真電路圖15 4.2仿真過程16 4.3仿真結(jié)果16第5章安裝調(diào)試17 5.1安裝調(diào)試過程175.2故障分析17第6章結(jié)論18第7章使用儀器設(shè)備清單19參考文獻(xiàn)19收獲、體會和建議20概述數(shù)字集成電路的出現(xiàn)和飛速開展，以及石英晶體振蕩器的廣泛應(yīng)用，使得數(shù)字鐘的精度穩(wěn)定度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了老式的機(jī)械表，用數(shù)字電路實現(xiàn)對“時、“分、“秒數(shù)字顯示的數(shù)字鐘在數(shù)字顯示方面，目前已有集成的計數(shù)、譯碼電路，它可以直接驅(qū)動數(shù)碼顯示器件，也可以直接采用才S-LED光電組合器件，構(gòu)成模塊

4、式石英晶體數(shù)字鐘。本設(shè)計主要是用中、小規(guī)模集成電路設(shè)計的一臺能顯示時、分、秒的數(shù)字電子鐘。數(shù)字電子產(chǎn)品的開展不僅是人類文明進(jìn)步的標(biāo)志，同時也是科技創(chuàng)新的必然要求。對推動社會的進(jìn)步起著不可磨滅的作用，而電子時鐘作為一種普遍的電子產(chǎn)品，更是人們生活所不可缺少的。任何精細(xì)的儀器都必須依賴時間的計量才會擁有其存在的價值。由此可知，對于電子產(chǎn)品的研究與設(shè)計就變得是那樣的必不可少，這是創(chuàng)新精神的要求，也是時代賦予我們的一份責(zé)任。因此，此次設(shè)計與制作數(shù)字鐘就是為了了解數(shù)字鐘的原理，從而學(xué)會制作數(shù)字鐘，而且通過數(shù)字鐘的制作進(jìn)一步的了解各種在制作中用到的中小規(guī)模集成電路的作用及使用方法。數(shù)字電子鐘是一個將“時，

5、“分，“秒顯示于人的視覺器官的計時裝置。它的計時周期為24小時，顯示滿刻度為23時59分59秒。通過此次課程設(shè)計可以進(jìn)一步學(xué)習(xí)與各種組合邏輯電路與時序電路的原理與使用方法。通過仿真過程也進(jìn)一步學(xué)會了Multisim 7的使用方法與考前須知。數(shù)字電子鐘是一個將“時，“分，“秒顯示于人的視覺器官的計時裝置。它的計時周期為24小時，顯示滿刻度為23時59分59秒。第2章課程設(shè)計任務(wù)及要求2.1設(shè)計任務(wù)設(shè)計一個數(shù)字鐘，具有時、分、秒計數(shù)顯示功能，以24小時循環(huán)計時，并用數(shù)碼管顯示從0時0分0秒到23時59分59秒。進(jìn)一步掌握數(shù)字電子技術(shù)課程所學(xué)的理論知識，并熟練加以應(yīng)用。在以前所學(xué)的知識的根底上提高分

6、析問題，解決問題的能力。熟悉幾種常見的數(shù)字電子器件，計數(shù)器、七段字形譯碼器等。掌握其工作原理和使用方法，并能熟練的將其組合連接，使其構(gòu)成簡單的24小時數(shù)字電子時鐘?；趍ultisim7對電路進(jìn)展仿真。主要功能：1.能顯示時、分、秒，且24小時制；2.具有開機(jī)清零功能；3.具有校時功能，可以分別對時、分進(jìn)展單獨(dú)校時，使其校正到標(biāo)準(zhǔn)時間；4.計時過程具有整點報時功能；5.設(shè)計所需的脈沖電路；6.用二進(jìn)制集成計數(shù)器設(shè)計一個分、秒鐘計數(shù)器，即六十進(jìn)制計數(shù)器；7.用二進(jìn)制集成計數(shù)器設(shè)計一個24小時計數(shù)器；8.譯碼顯示電路顯示時間；9.設(shè)計一個秒鐘發(fā)生器，輸入1Hz的時鐘10.鬧鐘功能：可按設(shè)定的時間報

7、時。2.2設(shè)計要求完成原理圖設(shè)計、模擬仿真，按要求完成設(shè)計報告。1.理論設(shè)計局部 = 1 * GB2 獨(dú)立完成系統(tǒng)的原理設(shè)計。說明系統(tǒng)實現(xiàn)的功能，應(yīng)到達(dá)技術(shù)指標(biāo)，進(jìn)展方案論證，確定設(shè)計方案。 = 2 * GB2 畫出電路圖，說明各局部電路的工作原理，初步選定所使用的各種器件的主要參數(shù)及型號，列出元器件明細(xì)表。 = 3 * GB2 系統(tǒng)中包含的中、小規(guī)模集成電路的種類至少在六種以上。2.模擬仿真 = 1 * GB2 根據(jù)理論設(shè)計用multisim 7在計算機(jī)上進(jìn)展仿真。驗證所設(shè)計方案的正確性。 = 2 * GB2 分析電路的工作原理，寫出仿真報告。3.安裝調(diào)試局部 = 1 * GB2 實現(xiàn)數(shù)字鐘

8、，并進(jìn)展單元測試和系統(tǒng)調(diào)試。完成系統(tǒng)功能。 = 2 * GB2 假設(shè)系統(tǒng)出現(xiàn)故障，排除系統(tǒng)故障，分析并記錄系統(tǒng)產(chǎn)生故障的原因，并將此局部內(nèi)容寫進(jìn)報告中。4.寫出課程設(shè)計總結(jié)報告第3章系統(tǒng)設(shè)計3.1方案論證由于集成電路技術(shù)的開展，使數(shù)字電子鐘具有體積小、耗電省、計時準(zhǔn)確、性能穩(wěn)定、維護(hù)方便等優(yōu)點。此次設(shè)計的數(shù)字時鐘電子電路分為以下6個局部：1振蕩電路2時間計數(shù)電路3顯示電路4校時電路5整點報時電路6鬧鐘功能電路。時間計數(shù)電路是一個由計數(shù)器組成的時序邏輯電路。用555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器作為秒脈沖信號源，控制秒個位的信號輸入。將計數(shù)器與顯示器相連接，可以將輸入的二進(jìn)制數(shù)翻譯成可以直讀的十進(jìn)制數(shù)字

9、并顯示出來，顯示管與計數(shù)器之間由譯碼器相接，作為譯碼驅(qū)動。電路中添加校時電路，以保證可以隨時對時間進(jìn)展校正。整點自動報時電路，可以使時鐘在臨近整點的時刻鳴叫提醒，并有指示燈閃爍。鬧鐘電路可以實現(xiàn)時鐘在設(shè)定時刻鳴叫報時，并有指示燈閃爍。3.2系統(tǒng)設(shè)計構(gòu)造框圖及說明校時電路60進(jìn)制秒計數(shù)器60進(jìn)制分計數(shù)器24進(jìn)制時計數(shù)器數(shù)碼管顯示器數(shù)碼管顯示器數(shù)碼管顯示器數(shù)碼管顯示器數(shù)碼管顯示器數(shù)碼管顯示器校分電路1Hz鬧鐘電路分頻器電路整點報時電路晶體振蕩器電路圖1 整體構(gòu)造框圖系統(tǒng)原理圖及工作原理圖2 整體電路設(shè)計圖工作原理： 1.首先，由555定時器組成一個多諧振蕩器得到1HZ的秒脈沖，秒脈沖發(fā)生器的輸出端

10、接到每個計數(shù)器的時鐘輸入端。2.數(shù)字鐘的分、秒計數(shù)局部均為六十進(jìn)制計數(shù)器顯示0059，采用兩片74LS160來實現(xiàn)。個位為十進(jìn)制，十位為六進(jìn)制，當(dāng)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(jìn)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)局部為二十四進(jìn)制計數(shù)器顯示0023，也是采用兩片74LS160實現(xiàn)。當(dāng)開場計數(shù)時，個位按十進(jìn)制計數(shù)，當(dāng)計到23時，這時再來一個脈沖，回到“零。所以，這里必須使個位既能完成十進(jìn)制計數(shù)，又能在上下位滿足“23這一數(shù)字后，十計數(shù)器清0，圖中采用了十位的2和個位的3相“與非后再清0。當(dāng)秒計數(shù)器計到59時，再來一個脈沖變成00，同時產(chǎn)生一個進(jìn)位信號給分

11、計數(shù)器的CP輸入端；當(dāng)分計數(shù)器計到59時，再來一個脈沖變成00，同時產(chǎn)生一個進(jìn)位信號給時計數(shù)器的CP輸入端；當(dāng)時計數(shù)器計到23時，再來一個脈沖變成00。 3.數(shù)字鐘的校正局部主要是通過開關(guān)實現(xiàn)的。當(dāng)需要進(jìn)展校正時，將開關(guān)J1翻開，J2打到+5V時為分校正,J4打到+5V,J4打到上面時為時校正。 4.當(dāng)計數(shù)器在每次計到整點時，需要提前十秒報時，這可采用譯碼電路來解決，即當(dāng)分為59時，且秒計數(shù)到50時，輸出一高電平，經(jīng)過一系列門電路驅(qū)動燈泡發(fā)光，完成整點報時。5.數(shù)字鐘采用4片74LS85和4個撥碼開關(guān)構(gòu)成鬧鐘電路。將時鐘電路顯示十進(jìn)制數(shù)對應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)A與撥碼開關(guān)所設(shè)置的鬧鐘時刻B做比擬。從時十

12、位到分個位，逐級比擬，假設(shè)均分別相等，從最低位分個位對應(yīng)的比擬器74LS85U27的OAEQB輸出高電平，完成鬧鐘功能。3.3 單元電路設(shè)計單元電路工作原理一振蕩電路多諧振蕩器是一種能產(chǎn)生矩形波的自激振蕩器，也稱矩形波發(fā)生器?！岸嘀C指矩形波中除了基波成分外，還含有豐富的高次諧波成分。多諧振蕩器沒有穩(wěn)態(tài)，只有兩個暫穩(wěn)態(tài)。在工作時，電路的狀態(tài)在這兩個暫穩(wěn)態(tài)之間自動地交替變換，由此產(chǎn)生矩形波脈沖信號，常用作脈沖信號源及時序電路中的時鐘信號。圖3 555定時器組成多諧振蕩器通過仿真，示波器輸出以下波形：圖4 多諧振蕩器輸出矩形波由各元件參數(shù)可知，其輸出頻率為1Hz，可以作為電子時鐘電路的秒脈沖信號。二

13、時間計數(shù)電路1、十進(jìn)制計數(shù)器74LS160表1 74LS160計數(shù)器功能表CLKRDLDEPET工作狀態(tài)0置零10預(yù)置數(shù)1101保持110保持C=01111計數(shù)圖5 74LS160十進(jìn)制計數(shù)器2、六十進(jìn)制計數(shù)器和二十四進(jìn)制計數(shù)器的連接電子時鐘的“分和“秒由六十進(jìn)制計數(shù)器實現(xiàn)，“時由二十四進(jìn)制計數(shù)器實現(xiàn)。因此，就需要用74160接成兩個六十進(jìn)制和一個二十四進(jìn)制計數(shù)器。多片計數(shù)器組合，各級之間的連接方式分串行進(jìn)位方式、并行進(jìn)位方式。本次設(shè)計采用串行進(jìn)位的方式。六十進(jìn)制計數(shù)器，由兩塊中規(guī)模集成十進(jìn)制計數(shù)器74LS160，一塊組成十進(jìn)制，另一塊組成六進(jìn)制。組合起來就構(gòu)成六十進(jìn)制計數(shù)器，二十四進(jìn)制時計數(shù)

14、器，它由兩塊中規(guī)模集成十進(jìn)制計數(shù)器74LS160，一塊組成四進(jìn)制，另一塊組成二進(jìn)制。組合起來就構(gòu)成二十四進(jìn)制計數(shù)器，同理，各片均采用置零法。圖6 六十進(jìn)制計數(shù)器圖7 二十四進(jìn)制計數(shù)器3、整體連接將兩片六十進(jìn)制計數(shù)器和一片二十四進(jìn)制計數(shù)器串聯(lián)，便得到完整的電子時鐘計時電路。圖8 數(shù)字鐘時間計數(shù)電路三顯示電路七段共陰極LED數(shù)碼管：表2七段顯示譯碼器74LS48的功能表十進(jìn)制數(shù)A3A2A1A0abcdefg 說明0 1 1 1 1 1 1 1 1 測試燈0 0 0 0 0 0 0 0 熄滅1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 滅0 0 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1

15、1 0 顯示0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 顯示1 2 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 0 1 顯示2 3 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 顯示3 4 1 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 1 顯示4 5 1 0 1 0 1 1 1 0 1 1 0 1 1 顯示5 6 1 0 1 1 0 1 0 0 1 1 1 1 1 顯示6 7 1 0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 顯示7 8 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 顯示8 9 1 1 0 0 1 1 1 1 1 0 0 1 1 顯示9 10 1

16、 1 0 1 0 1 0 0 0 1 1 0 1 無效11 1 1 0 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 無效12 1 1 1 0 0 1 0 1 0 0 0 1 1 無效13 1 1 1 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 無效14 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1 1 1 1 無效15 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 無效七段共陰極LED數(shù)碼管的功能：1.正常譯碼顯示。=1， =1時，對輸入為十進(jìn)制數(shù)l15的二進(jìn)制碼00011111進(jìn)展譯碼，產(chǎn)生對應(yīng)的七段顯示碼。2.滅零。當(dāng)=1，而輸入為0的二進(jìn)制碼0000時，只有當(dāng)=1時，才產(chǎn)生0的七段顯示碼,如果此

17、時輸入=0 ，則譯碼器的ag輸出全0，使顯示器全滅，所以稱為滅零輸入端。3.試燈。當(dāng)=0時，無論輸入怎樣，ag輸出全1，數(shù)碼管七段全亮。由此可以檢測顯示器七個發(fā)光段的好壞。稱為試燈輸入端。4.特殊控制端?？梢宰鳛檩斎攵?，也可以作為輸出端。圖9 七段LED數(shù)碼管四校時電路數(shù)字鐘應(yīng)具有分校正和時校正功能，因此，應(yīng)截斷分十位和時十位的直接計數(shù)通路，并采用正常計時信號與校正信號可以隨時切換的電路接入其中。本設(shè)計的校時電路的關(guān)鍵，是通過開關(guān)，控制電路中“秒到“分、“分到“時的進(jìn)位輸入端的上下電平的變化，從而實現(xiàn)手動調(diào)節(jié)“分和“時。下面以分校時為例：圖10 分校時電路五整點報時電路電路應(yīng)在整點前10秒開場

18、報時，即在59分50秒到59分59秒期間時，報時電路控制信號。當(dāng)時間59分50秒到59分59秒期間時，分十位、分個位和秒十位保持不變，分別為5、9和5，因此可將計數(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。圖11 整點報時電路六鬧鐘功能電路1、4位數(shù)值比擬器74LS85圖12 4位數(shù)值比擬器74LS852、鬧鐘電路鬧鐘電路要完成對所設(shè)置鬧鐘時刻與時鐘顯示時刻的比擬。比擬的數(shù)值包括時十位、是個位、分十位、分個位，并按從高到低的順序逐級比擬。因此，本次設(shè)計采用4片74LS85和4個撥碼開關(guān)構(gòu)成鬧鐘電路。圖13 鬧鐘功能電路元件參數(shù)選擇4V，0.5W燈

19、泡2個5V直流電源電阻：100K(1個) 40K1個 1K2個電容：0.1uf1個 0.01uf1個第4章軟件仿真4.1 仿真電路圖圖14 數(shù)字電子鐘的仿真電路圖4.2 仿真過程1、按照實驗的設(shè)計圖在multisim7的工作臺上連接仿真電路。2、檢查設(shè)計思路以及電路，按照設(shè)計框圖原理，查看仿真電路與原理圖是否吻合。不吻合則需要進(jìn)展修改，反之就可以進(jìn)展下一步。3、單擊運(yùn)行按鈕運(yùn)行仿真。4、根據(jù)仿真情況與課程設(shè)計任務(wù)比照，對于不能實現(xiàn)的任務(wù)修改并調(diào)試程序，重新裝載并重新運(yùn)行調(diào)試仿真，直到實現(xiàn)能完全實現(xiàn)所要求的功能為止。5、進(jìn)一步改良和簡化程序再進(jìn)展調(diào)試仿真。4.3 仿真結(jié)果圖15 時鐘正確顯示00

20、:00:59圖16 時鐘正確顯示00:59:59圖17 時鐘正確顯示23:59:59經(jīng)觀察檢測，仿真結(jié)果符合預(yù)定要求。第5章安裝調(diào)試5.1安裝調(diào)試過程可以先將系統(tǒng)劃分為多諧振蕩器、計數(shù)器、校準(zhǔn)電路、譯碼顯示等局部。單元電路安裝好后，應(yīng)該先認(rèn)真進(jìn)展通電前的檢查，通電后，檢查每片集成電路的工作電壓是否正常TTL型集成電路電源電壓為50.25V，這是電路有效工作的根本保證。調(diào)試該單元電路直至正常工作。調(diào)試可分為靜態(tài)調(diào)試和動態(tài)調(diào)試兩種，一般組合電路應(yīng)靜態(tài)調(diào)試，時序電路應(yīng)動態(tài)調(diào)試。統(tǒng)調(diào)主電路的方法是將已調(diào)試好的假設(shè)干單元電路連接起來，然后跟蹤信號流向，由輸入到輸出，由簡單到復(fù)雜，依次測試，直至正常工作。

21、因此時控制電路尚未安裝，需人為地給受控電路加以特定信號使其正常工作。調(diào)試控制電路分為兩步：第一步單獨(dú)調(diào)試控制電路本身，施加于控制電路的各個信號可以人為設(shè)定為*種狀態(tài)，直至正常工作。第二步將控制電路與系統(tǒng)主電路中各個功能部件聯(lián)接起來，進(jìn)展電路統(tǒng)調(diào)。5.2 故障分析由于連線較多較復(fù)雜，常出現(xiàn)連線錯誤、刪除多余線導(dǎo)致斷點等問題，需要反復(fù)檢查才能發(fā)現(xiàn)，給電路正常運(yùn)行造成一定困擾。第6章結(jié)論設(shè)計了一個數(shù)字鐘，具有時、分、秒計數(shù)顯示功能，以24小時循環(huán)計時，并用數(shù)碼管顯示從0時0分0秒到23時59分59秒。進(jìn)一步掌握了數(shù)字電子技術(shù)課程所學(xué)的理論知識，并能熟練加以應(yīng)用。在以前所學(xué)的知識的根底上提高了分析問題

22、，解決問題的能力。熟悉了幾種常見的數(shù)字電子器件，計數(shù)器、七段字形譯碼器等。掌握了其工作原理和使用方法，并能熟練的將其組合連接，使其構(gòu)成簡單的24小時數(shù)字電子時鐘。并能夠基于multisim7對電路進(jìn)展仿真。電路完成了預(yù)期主要功能：1.能顯示時、分、秒，且24小時制；2.具有開機(jī)清零功能；3.具有校時功能，可以分別對時、分進(jìn)展單獨(dú)校時，使其校正到標(biāo)準(zhǔn)時間；4.計時過程具有整點報時功能；5.設(shè)計所需的脈沖電路；6.用二進(jìn)制集成計數(shù)器設(shè)計一個分、秒鐘計數(shù)器，即六十進(jìn)制計數(shù)器；7.用二進(jìn)制集成計數(shù)器設(shè)計一個24小時計數(shù)器；8.譯碼顯示電路顯示時間；9.設(shè)計一個秒鐘發(fā)生器，輸入1Hz的時鐘10.鬧鐘功能：可按設(shè)定的時間報時。第7章使用儀器設(shè)備