課程設(shè)計--多功能數(shù)字鐘設(shè)計報告書

1、武漢理工大學(xué)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計報告書課程設(shè)計任務(wù)書學(xué)生姓名：戴維佳專業(yè)班級：信息sy1201班指導(dǎo)教師：劉可文工作單位：信息工程學(xué)院題 目：多功能數(shù)字鐘的設(shè)計與實現(xiàn)初始條件：本設(shè)計既可以使用集成譯碼器、計數(shù)器、定時器、脈沖發(fā)生器和必要的門電路等，也可以使用單片機系統(tǒng)構(gòu)建多功能數(shù)字鐘。用數(shù)碼管顯示時間計數(shù)值。要求完成的主要任務(wù):（包括課程設(shè)計工作量及技術(shù)要求，以及說明書撰寫等具體要求）1、課程設(shè)計工作量：1周。2、技術(shù)要求：1）設(shè)計一個數(shù)字鐘。要求用六位數(shù)碼管顯示時間，格式為00: 00: 00。2）具有60進制和24進制（或12進制）計數(shù)功能，秒、分為 60進制計數(shù)，時為 24 進制（或

2、12進制）計數(shù)。3）有譯碼、七段數(shù)碼顯示功能，能顯示時、分、秒計時的結(jié)果。4）設(shè)計提供連續(xù)觸發(fā)脈沖的脈沖信號發(fā)生器，5）具有校時單元、鬧鐘單元和整點報時單元。6）確定設(shè)計方案，按功能模塊的劃分選擇元、器件和中小規(guī)模集成電路，設(shè)計分電路，畫出總體電路原理圖，闡述基本原理。3、查閱至少5篇參考文獻。按武漢理工大學(xué)課程設(shè)計工作規(guī)范要求撰寫設(shè)計報告書。全文用A4紙打印，圖紙應(yīng)符合繪圖規(guī)范。時間安排：2013年3月18日,布置課設(shè)具體實施計劃與課程設(shè)計報告格式的要求說明。2013年3月25日至2013年4月15日，方案選擇和電路設(shè)計。2013年4月16日至2013年6月5 日.電路調(diào)試和設(shè)計說明書撰寫。

3、2013年7月5日,上交課程設(shè)計成果及報告，同時進行答辯。指導(dǎo)教師簽名：年 月 日系主任（或責(zé)任教師）簽名:武漢理工大學(xué)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計報告書多功能數(shù)字鐘的設(shè)計與實現(xiàn)目錄武漢理工大學(xué)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計報告書摘要目前市場上提供的無論是機械鐘還是石英鐘在晚上無照明的情況下都是不 可見的。要知道當(dāng)前的時間，必須先開燈，故較為不便?，F(xiàn)在市場上出現(xiàn)了這樣 一類的電子鐘，它以六只LED數(shù)碼管來顯示時分秒，與傳統(tǒng)的以指針顯示秒的方 式不同，違背了人們傳統(tǒng)的習(xí)慣與理念，而且這類電子鐘一般是采用大型顯示器 件，適用于銀行、車站等公共場所。這種新型的電子鐘因其方便、直觀的特點也 得到了社會的歡迎，在

4、社會上占有相當(dāng)一部分市場。數(shù)字電子鐘是日常生活中常見的一種工具，大到機場等公共場所的時間屏 幕，小到我們的手表、鬧鐘等，而且其報時功能也給人們提供了方便，因此，了 解報時電子鐘的工作原理是很有必要的， 也很有趣，因此我選擇了這個題目一一 多功能數(shù)字鐘。數(shù)字電子技術(shù)課程的核心內(nèi)容是時序邏輯電路、 組合邏輯電路和觸發(fā)器，這 些也是我們學(xué)電子的學(xué)生最基本要掌握的知識， 通過實踐可以加深對課本知識的 理解，能夠處理一些實際中的情況，因此這次數(shù)電課程設(shè)計，我選擇了數(shù)字電子 鐘這個題目，雖然這在日常生活中很常見，看起來也比較簡單，但是其中包含的 學(xué)問很多。在這個項目中，校時是一個很重要的模塊，既要可以正常

5、校時，又不 能干擾到時間計數(shù)顯示模塊，而時間顯示比較簡單，用熟悉的芯片就可以做出來 了，老師說過，對芯片等元器件的了解程度等于將軍手中可以調(diào)動的兵力，掌握了芯片功能，也就掌握了主動權(quán)。這次課程設(shè)計的選題一一多功能數(shù)字鐘，不僅可以加深我對數(shù)字電子技術(shù)課 程的理解，也可以提高自己的動手能力以及實際問題中解決問題的能力，培養(yǎng)對數(shù)字電子技術(shù)的興趣。關(guān)鍵詞：時序邏輯電路；組合邏輯電路；觸發(fā)器；武漢理工大學(xué)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計報告書AbstractCurrently on the market to provide both mechanical clock or quartz clock at ni

6、ght without lighting conditions are not visible. To know the current time, you must first turn on the lights, it is inconvenience. Now appearing on the market of electronic clock such, it takes six LED digital tube to display when the minutes and seconds, and the traditional to the pointer display s

7、econds in different ways, contrary to the traditional habit and idea of people, and this kind of electronic clock is generally used for large display, Yu Yin line, railway stations and other public places. This new type of electronic clock because of its convenient, intuitive also got social welcome

8、, occupies a considerable part of the market in the community.Digital electronic clock is a common tool in the daily life, large airports and other public places time screen, small to our watches, alarm clocks and timekeeping function, but also has provided convenience for people, therefore, to unde

9、rstand the working principle of the time electronic clock is very necessary, but also very interesting, so I choose this subject - the whole point timekeeping digital clock.Road and trigger, these are our most basic electronic students to master the knowledge, through practice can deepen the underst

10、anding of textbook knowledge, can deal with the real situation, so the number of electrical design courses, I chose this topic of digital electronic clock, although this is very common in our daily life, seemed more simple, but contains a lot of learning. In this project, the school is a very import

11、ant module, not only to be the normal school, but not the disturbance to the time counting display module, and the time display is relatively simple, familiar with the chip can be done, the teacher said, on chip and other components of the understanding to the general hands to mobilize force, master

12、 chip function, will have the initiative.In the curriculum design topic - the whole point timekeeping digital clock, can not only deepen our understanding of the digital electronic technology course, ability can also solve the problem to improve their practical ability and practical problems, toII武漢

13、理工大學(xué)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計報告書cultivate interest in digital electronic technology.Keywords:Sequential logic circuit;Combinational logic circuit;The trigger;ii武漢理工大學(xué)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計報告書1設(shè)計目的數(shù)字鐘是一種用數(shù)字電路技術(shù)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(zhǔn)確性和直觀性，且無機械裝置，具有更更長的使用壽命，因此得 到了廣泛的使用。 數(shù)字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。因此，我們此次設(shè)計與

14、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 成電路的作用及實用方法.且由于數(shù)字鐘包括組合邏輯電路和時敘電路 .通過它 可以進一步學(xué)習(xí)與掌握各種組合邏輯電路與時序電路的原理與使用方法。武漢理工大學(xué)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計報告書2設(shè)計要求D設(shè)計一個數(shù)字鐘。要求用六位數(shù)碼管顯示時間，格式為00： 00： 00。2）具有60進制和24進制（或12進制）計數(shù)功能，秒、分為60進制計數(shù)，時 為24進制（或12進制）計數(shù)。3）有譯碼、七段數(shù)碼顯示功能，能顯示時、分、秒計時的結(jié)果。4）設(shè)計提供連續(xù)觸發(fā)脈沖的脈沖信號發(fā)生器，5）具有校時單

15、元、鬧鐘單元和整點報時單元。6）確定設(shè)計方案，按功能模塊的劃分選擇元、器件和中小規(guī)模集成電路，設(shè)計分電路，畫出總體電路原理圖，闡述基本原理。武漢理工大學(xué)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計報告書3仿真軟件Multisim 介紹Multisim 概述Multisim是美國國家儀器(NI)有限公司推出的以 Windows為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于板級的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計工作。它包含了電路原理圖的圖形 輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。工程師們可以使用Multisim交互式地搭建電路原理圖，并對電路進行仿真。 Multisim 提煉了 SPICE仿真的復(fù)雜內(nèi)容，這樣工程師無需懂得深入的S

16、PICE技術(shù)就可以很快地進行捕獲、仿真和分析新的設(shè)計，這也使其更適合電子學(xué)教育。通過Multisim 和虛擬儀器技術(shù)，PCB設(shè)計工程師和電子學(xué)教育工作者可以完成 從理論到原理圖捕獲與仿真再到原型設(shè)計和測試這樣一個完整的綜合設(shè)計流程。Multisim 10 功能簡介1、NI Multisim 10是美國國家儀器公司(NI,National Instruments )推出的目前Multisim中運用最廣泛版本。2、目前美國NI公司的EWB的包含有電路仿真設(shè)計的模塊 Multisim、PCB 設(shè)計軟件Ultiboard、布線引擎Ultiroute 及通信電路分析與設(shè)計模塊Commsin4 個部分，能

17、完成從電路的仿真設(shè)計到電路版圖生成的全過程。Multisim、Ultiboard、Ultiroute 及Commsin4個部分相互獨立，可以分別使用。Multisim、 Ultiboard Ultiroute 及 Commsim4 個部分有增強專業(yè)版(Power Professional )、 專業(yè)版(Professional )、個人版(Personal )、教育版(Education )、學(xué)生版(Student)和演示版(Demo等多個版本，各版本的功能和價格有著明顯的差 異。3、NI Multisim 10 用軟件的方法虛擬電子與電工元器件，虛擬電子與電工 儀器和儀表，實現(xiàn)了 “軟件即元

18、器件”、“軟件即儀器。NI Multisim 10 是一個 原理電路設(shè)計、電路功能測試的虛擬仿真軟件。4、NI Multisim 10 的元器件庫提供數(shù)千種電路元器件供實驗選用，同時也 可以新建或擴充已有的元器件庫，而且建庫所需的元器件參數(shù)可以從生產(chǎn)廠商的 產(chǎn)品使用手冊中查到，因此也很方便的在工程設(shè)計中使用。武漢理工大學(xué)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計報告書5、NI Multisim 10 的虛擬測試儀器儀表種類齊全，有一般實驗用的通用儀 器，如萬用表、函數(shù)信號發(fā)生器、雙蹤示波器、直流電源；而且還有一般實驗室 少有或沒有的儀器，如波特圖儀、字信號發(fā)生器、邏輯分析儀、邏輯轉(zhuǎn)換器、失 真儀、頻譜分析儀和網(wǎng)

19、絡(luò)分析儀等。6、NI Multisim 10 具有較為詳細的電路分析功能，可以完成電路的瞬態(tài)分 析和穩(wěn)態(tài)分析、時域和頻域分析、器件的線性和非線性分析、電路的噪聲分析和失真分析、離散傅里葉分析、電路零極點分析、交直流靈敏度分析等電路分析 方法，以幫助設(shè)計人員分析電路的性能。7、NI Multisim 10 可以設(shè)計、測試和演示各種電子電路，包括電工學(xué)、模 擬電路、數(shù)字電、射頻電路及微控制器和接口電路等?？梢詫Ρ环抡娴碾娐分械脑骷O(shè)置各種故障，如開路、短路和不同程度的漏電等，從而觀察不同故障情 況下的電路工作狀況。在進行仿真的同時，軟件還可以存儲測試點的所有數(shù)據(jù)， 列出被仿真電路的所有元器件清單

20、，以及存儲測試儀器的工作狀態(tài)、顯示波形和 具體數(shù)據(jù)等。8、NI Multisim 10 有豐富的Help功能，其Help系統(tǒng)不僅包括軟件本身的 操作指南，更要的是包含有元器件的功能解說，Help中這種元器件功能解說有利于使用EWBft彳TCAI教學(xué)。另外，NI Multisim10還提供了與國內(nèi)外流行的印 刷電路板設(shè)計自動化軟件Protel及電路仿真軟件PSpice之間的文件接口，也能 通過Windows的剪貼板把電路圖送往文字處理系統(tǒng)中進行編輯排版。支持 VHDL 和Verilog HDL語言的電路仿真與設(shè)計。9、利用NI Multisim 10可以實現(xiàn)計算機仿真設(shè)計與虛擬實驗，與傳統(tǒng)的電

21、子電路設(shè)計與實驗方法相比，具有如下特點：設(shè)計與實驗可以同步進行，可以邊 設(shè)計邊實驗，修改調(diào)試方便；設(shè)計和實驗用的元器件及測試儀器儀表齊全，可以完成各種類型的電路設(shè)計與實驗；可方便地對電路參數(shù)進行測試和分析； 可直接 打印輸出實驗數(shù)據(jù)、測試參數(shù)、曲線和電路原理圖；實驗中不消耗實際的元器件， 實驗所需元器件的種類和數(shù)量不受限制，實驗成本低，實驗速度快，效率高；設(shè) 計和實驗成功的電路可以直接在產(chǎn)品中使用。10、NI Multisim 10 易學(xué)易用，便于電子信息、通信工程、自動化、電氣 控制類專業(yè)學(xué)生自學(xué)、便于開展綜合性的設(shè)計和實驗，有利于培養(yǎng)綜合分析能力、武漢理工大學(xué)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計報告書

22、開發(fā)和創(chuàng)新的能力武漢理工大學(xué)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計報告書4設(shè)計方案方案一：采用小規(guī)模集成電路實現(xiàn)采用集成邏輯電路設(shè)計具有能實現(xiàn)，時分 秒計時功能和多點定時功能,計時數(shù)據(jù)的更新每秒自動進行一次，不需程序干預(yù)。方案二：ED世術(shù)實現(xiàn)采用EDA乍為主控制外圍電路進行電壓，時鐘控制鍵盤和LED空制，止匕方案 邏輯電路復(fù)雜，且靈活性較低，不利于各種功能的擴展，在對電路進行檢測比較 困難。方案三：單片機編程實現(xiàn)在按鍵較少的情況下，采用獨立式4個按鍵，經(jīng)軟件設(shè)計指定的I/O ，送 出邏輯電平，控制數(shù)碼管顯示，根據(jù)數(shù)字電子鐘的設(shè)計要求與原理以及特性， 本 系統(tǒng)采用單片機AT89C52串口輸出的形式來設(shè)計電路，

23、使功能及效果更完美。結(jié)論：比較以上三種方案的優(yōu)缺點，方案一簡潔靈活可擴展性好，能完全達到設(shè)計 要求，同時符合本次課程設(shè)計的要求，故采用第一種方案。設(shè)計思路總括圖4-1設(shè)計思路網(wǎng)絡(luò)圖武漢理工大學(xué)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計報告書5各模塊電路分析1Hz標(biāo)準(zhǔn)脈沖發(fā)生器設(shè)計方案方案一：振蕩器是數(shù)字鐘的核心。振蕩器的穩(wěn)定度及頻率的精確度決定了數(shù) 字鐘計時準(zhǔn)確程度，通常選用石英晶體構(gòu)成振蕩器電路。石英晶體振蕩器的作用 是產(chǎn)生時間標(biāo)準(zhǔn)信號。因此，一般采用石英晶體振蕩器經(jīng)過分頻得到這一時間脈 沖信號。圖5-1石英晶體振蕩器方案一：由集成邏輯門與 RC組成的時鐘源振蕩器或由集成電路定時器 555與RC組成的多諧振蕩

24、器作為時間標(biāo)準(zhǔn)信號源，如圖3所示。武漢理工大學(xué)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計報告書圖5-2 1Hz標(biāo)準(zhǔn)脈沖發(fā)射器555定時器1) 555定時器是一種模擬和數(shù)字功能相結(jié)合的中規(guī)模集成器件。555定時器成本低，性能可靠，只需要外接幾個電阻、電容，就可以實現(xiàn)多諧振蕩器、單 穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變換電路。2)引腳圖：圖5-3 555定時器構(gòu)成多謝振蕩器電路圖引腳功能：1腳：外接電源負端VSSE接地，一般情況下接地。8腳：外接電源VCG雙極型時基電路 VCC勺范圍是4.5 16V , CMO型時武漢理工大學(xué)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計報告書基電路VCC勺范圍為3 18V。一般用5V。3腳：輸出端V

25、o2腳：低觸發(fā)端6腳：TH高觸發(fā)端4腳：是直接清零端。當(dāng)此端接低電平，則時基電路不工作，此時不論TRTH處于何電平，時基電路輸出為“ 0”，該端不用時應(yīng)接高電平。5腳：VC為控制電壓端。若此端外接電壓，則可改變內(nèi)部兩個比較器的基準(zhǔn) 電壓，當(dāng)該端不用時，應(yīng)將該端用入一只 0.01 pF電容接地，以防引入干擾。7腳：放電端。該端與放電管集電極相連，用做定時器時電容的放電。在1腳接地，5腳未外接電壓，兩個比較器 A1、A2基準(zhǔn)電壓分別為的情況 下，555定時器電路的功能表如表1示。表5-1 555定時器功能表譯碼顯示電路數(shù)字鐘的譯碼顯示電路由譯碼器 4511BP和共陰極LED七段顯示數(shù)碼管組成， 為

26、避免譯碼器輸出的電壓過高，在譯碼器的輸出和數(shù)碼管的輸入之間串聯(lián)一個 100。的電阻。譯碼驅(qū)動電路將計數(shù)器輸出的8421BC則轉(zhuǎn)換為數(shù)碼管需要的邏輯狀態(tài)，并 且為保證數(shù)碼管正常工作提供足夠的工作電流。4511BP是一個用于驅(qū)動共陰極LED （數(shù)碼管）顯示器的BCD碼一七段碼譯碼器，特點如下：具有 BCD專換、武漢理工大學(xué)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計報告書消隱和鎖存控制、七段譯碼及驅(qū)動功能的 CMO跑路能提供較大的拉電流?？芍?接驅(qū)動LED顯示器。圖5-5譯碼顯示電路4511BP的邏輯功能表如表2所示：表5-2 4511譯碼器功能表計數(shù)電路設(shè)計計數(shù)電路采用異步二-五-十進制計數(shù)器74LS29Q功能表如

27、表3所示:10武漢理工大學(xué)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計報告書表5-3 74LS290功能表它由一個一位二進制計數(shù)器和一個異步五進制計數(shù)器組成。如果計數(shù)脈沖由端CP0俞入，輸出由&端引出，即得二進制計數(shù)器；如果計數(shù)脈沖由CP惴輸入， 輸出由必必0引出，即是五進制計數(shù)器；如果將 &與CP相連，計數(shù)脈沖由CP0 輸入，輸出由0。自烏引出，即得8421碼十進制計數(shù)器。由表可以看出，當(dāng)復(fù)位輸入 R0(1)=R0(2)=1 ,且置位輸入 S9(1) - S9(2)=0 時，74LS290勺輸出被直接置零；只要置位輸入 S9(1) S9(2)=1 ,則74LS290勺 輸出將被直接置9,即自&。=1001；只有

28、同時滿足R0(1) R0(2)=0和 S9(1) S9(2)=0時，才能在計數(shù)脈沖(下降沿)作用下實現(xiàn)二-五-十進制加法計 數(shù)。秒計數(shù)電路7HE?&3-N7 4 K工TH , USOEi1vccUS * *，-i S 4 f 0 .fit 三工 = d G11武漢理工大學(xué)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計報告書圖5-6秒計數(shù)電路分計數(shù)電路圖5-7分計數(shù)電路時計數(shù)電路圖5-8時計數(shù)電路校時電路12武漢理工大學(xué)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計報告書 U34A圖5-9校時電路當(dāng)閉合如圖J9開關(guān)時，輸入信號所在與門U34A被“鎖”，U34B外接校時單 脈沖信號源（按鍵開關(guān)），通過U36AM時（分）電路進行校時。整點報時

29、電路整點報時的功能要求是，每當(dāng)數(shù)字鐘計時快到整點時發(fā)出聲響。當(dāng)時鐘還有 十秒到整點時，蜂鳴器開始響，持續(xù)時間為十秒。此電路是通過五個與門和一個蜂鳴器來實現(xiàn)的，每當(dāng)分鐘的十位為5,個位為9,并且秒鐘的十位為5時，蜂鳴器接高電平，開始工作，直到到達整點停止。整點報時電路如圖11所示：圖5-10整點報時電路鬧鐘電路13武漢理工大學(xué)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計報告書在指定的時刻發(fā)出信號，或驅(qū)動音響電路“鬧時”；或?qū)δ逞b置的電源進行 接通或斷開“控制”。不管時鬧時還是控制，都要求時間準(zhǔn)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。在本數(shù)字鐘設(shè)計中，選用了四片74LS85E位比較器實現(xiàn)。圖5-11鬧鐘電

30、路電路中，采用四個四位撥盤開關(guān)進行鬧鐘時間設(shè)定， 同時采用四個數(shù)值比較 器將鬧鐘時間與數(shù)碼管顯示的時、分數(shù)據(jù)進行比較，只有當(dāng)兩者的時、分四位數(shù) 均相同時，通過四輸入與門（圖中使用四輸入與非門和非門串聯(lián)代替） 對蜂鳴器 施加高電位，使蜂鳴器發(fā)聲，從而實現(xiàn)鬧鐘電路的設(shè)計。6仿真調(diào)試6.1總體仿真圖14武漢理工大學(xué)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計報告書6.2 1Hz標(biāo)準(zhǔn)脈沖發(fā)生器仿真15武漢理工大學(xué)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計報告書圖6-1 1Hz標(biāo)準(zhǔn)脈沖發(fā)生器仿真結(jié)果校時電路仿真1）如圖6-2和圖6-3所示，現(xiàn)在的時間是00:08:06 ,且此時“分”校時開關(guān)處 于斷開狀態(tài)，說明現(xiàn)在是處于正常計數(shù)狀態(tài)；一 S-H&圖6-2現(xiàn)時刻時鐘顯示示數(shù)武漢理工大學(xué)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計報告書圖6-3 “分”校時電路現(xiàn)狀態(tài)2）如圖6-4所示，現(xiàn)將“分”校時電路開關(guān)閉合1141 5V-U54CU34D15S157-U36B74S32TI155 圖6-4 “分”校時電路現(xiàn)狀態(tài)3）按動按鍵開關(guān)三次，結(jié)果如圖6-517武漢理工大學(xué)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計報告書圖6-5現(xiàn)時刻時鐘顯示示數(shù)整點報時仿真圖6-6整點報時