數(shù)字鐘設(shè)計(jì)報(bào)告

1、 南 京 師 范 大 學(xué)電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院課 程 設(shè) 計(jì) 報(bào) 告（2013 2014 學(xué)年第二學(xué)期）題 目： 數(shù)字鐘 班 級(jí)： 學(xué)號(hào)： 姓 名： 專(zhuān) 業(yè)： 專(zhuān)業(yè)方向： 指導(dǎo)教師： 設(shè)計(jì)時(shí)間： 目 錄一、設(shè)計(jì)任務(wù)及要求1二、設(shè)計(jì)方案及原理框圖1三、單元電路的具體設(shè)計(jì)21.由555定時(shí)器構(gòu)成1khz信號(hào)發(fā)生器22.分頻器23.分、秒計(jì)時(shí)電路34.時(shí)計(jì)時(shí)電路45.顯示電路56.校時(shí)電路57.報(bào)時(shí)電路7四、整體電路原理圖及其仿真結(jié)果8五、心得體會(huì)10六、元器件清單10七、附錄11八、參考文獻(xiàn)161、 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求1、 具有24小時(shí)計(jì)時(shí)功能。計(jì)時(shí)脈沖為1hz，其中小時(shí)：24進(jìn)制，分鐘、秒：60進(jìn)制。

2、2、具有校時(shí)功能。校時(shí)脈沖：0.1hz。3、具有整點(diǎn)鬧時(shí)功能。二、設(shè)計(jì)方案及原理框圖1、設(shè)計(jì)方案數(shù)字時(shí)鐘主要由振蕩器、分頻器、計(jì)數(shù)器、譯碼器、校時(shí)、報(bào)時(shí)這六種電路組成。首先，由振蕩器產(chǎn)生1000hz的信號(hào)，使用分頻器產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的1hz信號(hào)。然后分別搭接實(shí)現(xiàn)二十四進(jìn)制時(shí)、六十進(jìn)制分、六十進(jìn)制秒的計(jì)數(shù)電路，把1hz的信號(hào)送入秒信號(hào)計(jì)數(shù)器。再搭接校時(shí)電路，分與時(shí)之間通過(guò)校時(shí)電路連接。分、秒信號(hào)繼續(xù)整點(diǎn)報(bào)時(shí)功能。最后，通過(guò)譯碼器連接顯示數(shù)碼管。2、 原理框圖圖1、數(shù)字鐘的原理框圖三、單元電路的具體設(shè)計(jì)1、由555定時(shí)器構(gòu)成的1khz信號(hào)發(fā)生器圖2、555引腳圖圖2、由555定時(shí)器構(gòu)成的1khz信號(hào)發(fā)生器

3、輸出頻率：f=1.43/(r1+2r2)cr2選用500的定值電阻，r1選用01k的滑動(dòng)變阻器，c選用1µf。2、分頻器74ls90計(jì)數(shù)器是一種中規(guī)模二一五進(jìn)制計(jì)數(shù)器，用三片74ls90可構(gòu)成千分頻電路，進(jìn)而產(chǎn)生1hz的脈沖信號(hào)（74ls90功能表詳見(jiàn)附錄）。圖3中：r0(1)、r0(2)為清零端，兩者同時(shí)為高電平時(shí)實(shí)現(xiàn)清零功能，清零方式為異步；r9(1)、r9(2)為置數(shù)端，兩者同時(shí)為高電平時(shí)實(shí)現(xiàn)置數(shù)功能，此時(shí)，輸出端qd、qc、qb、qa輸出為1001；cp1、cp2為脈沖輸入端，當(dāng)脈沖從cp1進(jìn)去，qa接cp2，輸出從qd、qc、qb、qa輸出時(shí)為十進(jìn)制計(jì)數(shù)，如圖4所示。 圖4

4、、74ls90十進(jìn)制接法圖3、74ls90引腳圖圖5、由3片74ls90搭接的千分頻電路3、 分、秒計(jì)時(shí)電路（六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器）根據(jù)數(shù)字時(shí)鐘的原理框圖可知，整個(gè)計(jì)數(shù)器電路由秒計(jì)數(shù)器、分計(jì)數(shù)器和時(shí)計(jì)數(shù)器串接而成。秒脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)6級(jí)計(jì)數(shù)器，分別得到秒個(gè)位、秒十位、分個(gè)位、分十位以及時(shí)個(gè)位、時(shí)十位的計(jì)時(shí)，用6片中規(guī)模的計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)。秒計(jì)數(shù)器和分計(jì)數(shù)器都是六十進(jìn)制，選用74ls161，采用反饋清零法搭接計(jì)數(shù)器（74ls161引腳圖以及功能表詳見(jiàn)附錄）。圖6、74ls161搭接的分/秒計(jì)時(shí)電路4、 時(shí)計(jì)時(shí)電路（二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器）圖7、74ls192搭接的時(shí)計(jì)時(shí)電路 時(shí)計(jì)數(shù)器是二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器，選用bcd同步

5、可逆雙時(shí)鐘計(jì)數(shù)器74ls192搭接電路（74ls192引腳圖以及功能表詳見(jiàn)附錄）。5、 顯示電路目前國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)的led數(shù)碼顯示種類(lèi)繁多，型號(hào)各異。此設(shè)計(jì)中選用cd4511，它具有bcd轉(zhuǎn)換、消隱和鎖存控制、七段譯碼及驅(qū)動(dòng)功能的cmos電路能提供較大的拉電流，可直接驅(qū)動(dòng)共陰led數(shù)碼管（cd4511引腳圖以及功能表詳見(jiàn)附錄）。圖8、cd4511搭接的顯示電路6、 校時(shí)電路當(dāng)數(shù)字鐘接通電源或者計(jì)時(shí)出現(xiàn)誤差時(shí)，需要校正時(shí)間（或者稱(chēng)校時(shí)），校時(shí)是數(shù)字應(yīng)具備的基本功能，一般電子手表都具有時(shí)、分、秒等校時(shí)功能，而我們這里只進(jìn)行時(shí)和分的校時(shí)。在小時(shí)校正時(shí)不影響分和秒的正常計(jì)時(shí)，在分校時(shí)不影響秒和小時(shí)的正常計(jì)

6、時(shí)。校時(shí)電路具體如下：脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)計(jì)數(shù)器，分別得到：秒個(gè)位、十位，分個(gè)位、十位以及時(shí)個(gè)位、十位的計(jì)時(shí)。秒、分計(jì)數(shù)器為60進(jìn)制，小時(shí)為24小時(shí)。圖9、校時(shí)電路圖9、74ls00以及74ls04搭接的校時(shí)電路7、 報(bào)時(shí)電路一般時(shí)鐘都應(yīng)具備整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路功能,即在時(shí)間出現(xiàn)整點(diǎn)前數(shù)秒內(nèi),數(shù)字鐘會(huì)自動(dòng)報(bào)時(shí),以示提醒。本設(shè)計(jì)中，電路應(yīng)在整點(diǎn)前10秒鐘內(nèi)每隔一秒報(bào)一次時(shí)，即59分51、53、55、57、59秒進(jìn)行整點(diǎn)報(bào)時(shí)，僅需要保持時(shí)“十位、個(gè)位”、分“十位”不變分“個(gè)位”在1、3、5、7、9時(shí)即可，也就是說(shuō)當(dāng)分“個(gè)位”的q0為1時(shí)電路開(kāi)始報(bào)時(shí)，蜂鳴器從51秒開(kāi)始每隔一秒鳴響一次達(dá)到報(bào)時(shí)的目的。圖10、報(bào)時(shí)電

7、路4、 整體電路原理圖及其仿真結(jié)果圖11（1）、整體電路原理圖及仿真圖圖11（2）、整體電路原理圖及仿真圖5、 心得體會(huì)本次數(shù)字鐘綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)給我們提供了一個(gè)理論聯(lián)系到實(shí)際的絕佳平臺(tái)，讓我們從實(shí)踐中加深了對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解。 在設(shè)計(jì)方案時(shí)，我與我的隊(duì)友仔細(xì)認(rèn)真地討論各個(gè)單元電路所需要的芯片，盡量用最精準(zhǔn)的方式設(shè)計(jì)出本次試驗(yàn)。為了保證正確，我們跟別的組相互討論，多做比較，集思廣益。在用prteous進(jìn)行原理圖的電子繪制時(shí)，我們遇到了一些困難，這個(gè)軟件我們從來(lái)沒(méi)有接觸過(guò)，差不多接近與自學(xué)，我們邊用邊學(xué)，有不懂的就請(qǐng)教同學(xué)或者上網(wǎng)下載教程，由于有時(shí)間的限定，經(jīng)常弄到晚上兩、三點(diǎn)鐘，但是想到學(xué)

8、習(xí)本來(lái)就是一件艱苦的事，大家一起弄一個(gè)東西時(shí)有感覺(jué)很值得。那個(gè)時(shí)候真是十分的投入。這時(shí)我才感覺(jué)這是一件艱難的事，當(dāng)初的興奮勁減了不少。 有時(shí)候可能稍微粗心一點(diǎn)，就會(huì)發(fā)生各種意想不到的錯(cuò)誤，然后要費(fèi)好久的時(shí)間去挑錯(cuò)。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，我們也學(xué)到很多的東西。加強(qiáng)了團(tuán)隊(duì)合作精神，磨練了我們的意志力。我們各人之間好好的配合，分工合作，設(shè)計(jì)過(guò)程沒(méi)有一團(tuán)亂麻。更為可貴的是，我們彼此鼓勵(lì)，同舟共濟(jì)地。此次試驗(yàn)加強(qiáng)我們對(duì)電子器件的了解，又使得我們又學(xué)會(huì)了新的軟件，讓我們從實(shí)踐中加深了對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解，提高了我們的動(dòng)手能力?？偟膩?lái)說(shuō)這次課程設(shè)計(jì)安排得很合理，并且給我們提供了另一種方式學(xué)習(xí)的平臺(tái)，希望以

9、后多多參加這樣的實(shí)踐課程。6、 元器件清單序號(hào)名稱(chēng)型號(hào)數(shù)量1振蕩器55512十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74ls9033四位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器（直接清除）74ls16144bcd同步可逆雙時(shí)鐘計(jì)數(shù)器（帶清除）74ls19225四2輸入與非門(mén)74ls00116bcd-七段鎖存/譯碼/驅(qū)動(dòng)451167七段顯示數(shù)碼管7seg-com-cat68六倒相器74ls0469雙4輸入與門(mén)74ls21210三極管npn111電阻-512滑動(dòng)變阻器-113蜂鳴器-114電容-415開(kāi)關(guān)-2 表1：元器件清單 七、附錄1、555定時(shí)器 附圖1、555定時(shí)器的引腳圖2、十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74ls90 附表1、74ls90功能表3、四位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器74ls161附圖2、74ls161引腳圖附表2、74ls161功能表4、 bcd同步可逆雙時(shí)鐘計(jì)數(shù)器74ls192附圖3、74ls192引腳圖以及邏輯圖附表3、74ls192功能表5、 bcd-七段鎖存/譯碼/驅(qū)動(dòng)cd4511附圖4、cd4511引腳圖 附表4、cd4511功能表6、四2輸入與非門(mén)74ls00 附圖5、74ls00引腳圖 7、 六倒相器74ls04 附圖6、74ls04引腳圖 8、74ls21引腳圖 附圖7、74ls21引腳圖 八