數(shù)字鐘設(shè)計報告

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

2、2、具有校時功能。校時脈沖：0.1hz。3、具有整點鬧時功能。二、設(shè)計方案及原理框圖1、設(shè)計方案數(shù)字時鐘主要由振蕩器、分頻器、計數(shù)器、譯碼器、校時、報時這六種電路組成。首先，由振蕩器產(chǎn)生1000hz的信號，使用分頻器產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的1hz信號。然后分別搭接實現(xiàn)二十四進(jìn)制時、六十進(jìn)制分、六十進(jìn)制秒的計數(shù)電路，把1hz的信號送入秒信號計數(shù)器。再搭接校時電路，分與時之間通過校時電路連接。分、秒信號繼續(xù)整點報時功能。最后，通過譯碼器連接顯示數(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1、由555定時器構(gòu)成的1khz信號發(fā)生器圖2、555引腳圖圖2、由555定時器構(gòu)成的1khz信號發(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的滑動變阻器，c選用1µf。2、分頻器74ls90計數(shù)器是一種中規(guī)模二一五進(jìn)制計數(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（74ls90功能表詳見附錄）。圖3中：r0(1)、r0(2)為清零端，兩者同時為高電平時實現(xiàn)清零功能，清零方式為異步；r9(1)、r9(2)為置數(shù)端，兩者同時為高電平時實現(xiàn)置數(shù)功能，此時，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輸出時為十進(jìn)制計數(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、秒計時電路（六十進(jìn)制計數(shù)器）根據(jù)數(shù)字時鐘的原理框圖可知，整個計數(shù)器電路由秒計數(shù)器、分計數(shù)器和時計數(shù)器串接而成。秒脈沖信號經(jīng)過6級計數(shù)器，分別得到秒個位、秒十位、分個位、分十位以及時個位、時十位的計時，用6片中規(guī)模的計數(shù)器實現(xiàn)。秒計數(shù)器和分計數(shù)器都是六十進(jìn)制，選用74ls161，采用反饋清零法搭接計數(shù)器（74ls161引腳圖以及功能表詳見附錄）。圖6、74ls161搭接的分/秒計時電路4、 時計時電路（二十四進(jìn)制計數(shù)器）圖7、74ls192搭接的時計時電路 時計數(shù)器是二十四進(jìn)制計數(shù)器，選用bcd同步

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

6、時。校時電路具體如下：脈沖信號經(jīng)過計數(shù)器，分別得到：秒個位、十位，分個位、十位以及時個位、十位的計時。秒、分計數(shù)器為60進(jìn)制，小時為24小時。圖9、校時電路圖9、74ls00以及74ls04搭接的校時電路7、 報時電路一般時鐘都應(yīng)具備整點報時電路功能,即在時間出現(xiàn)整點前數(shù)秒內(nèi),數(shù)字鐘會自動報時,以示提醒。本設(shè)計中，電路應(yīng)在整點前10秒鐘內(nèi)每隔一秒報一次時，即59分51、53、55、57、59秒進(jìn)行整點報時，僅需要保持時“十位、個位”、分“十位”不變分“個位”在1、3、5、7、9時即可，也就是說當(dāng)分“個位”的q0為1時電路開始報時，蜂鳴器從51秒開始每隔一秒鳴響一次達(dá)到報時的目的。圖10、報時電

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、 心得體會本次數(shù)字鐘綜合設(shè)計實驗給我們提供了一個理論聯(lián)系到實際的絕佳平臺，讓我們從實踐中加深了對所學(xué)知識的理解。 在設(shè)計方案時，我與我的隊友仔細(xì)認(rèn)真地討論各個單元電路所需要的芯片，盡量用最精準(zhǔn)的方式設(shè)計出本次試驗。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，我們遇到了一些困難，這個軟件我們從來沒有接觸過，差不多接近與自學(xué)，我們邊用邊學(xué)，有不懂的就請教同學(xué)或者上網(wǎng)下載教程，由于有時間的限定，經(jīng)常弄到晚上兩、三點鐘，但是想到學(xué)

8、習(xí)本來就是一件艱苦的事，大家一起弄一個東西時有感覺很值得。那個時候真是十分的投入。這時我才感覺這是一件艱難的事，當(dāng)初的興奮勁減了不少。 有時候可能稍微粗心一點，就會發(fā)生各種意想不到的錯誤，然后要費好久的時間去挑錯。在整個實驗過程中，我們也學(xué)到很多的東西。加強(qiáng)了團(tuán)隊合作精神，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)計過程沒有一團(tuán)亂麻。更為可貴的是，我們彼此鼓勵，同舟共濟(jì)地。此次試驗加強(qiáng)我們對電子器件的了解，又使得我們又學(xué)會了新的軟件，讓我們從實踐中加深了對所學(xué)知識的理解，提高了我們的動手能力?？偟膩碚f這次課程設(shè)計安排得很合理，并且給我們提供了另一種方式學(xué)習(xí)的平臺，希望以

9、后多多參加這樣的實踐課程。6、 元器件清單序號名稱型號數(shù)量1振蕩器55512十進(jìn)制計數(shù)器74ls9033四位二進(jìn)制計數(shù)器（直接清除）74ls16144bcd同步可逆雙時鐘計數(shù)器（帶清除）74ls19225四2輸入與非門74ls00116bcd-七段鎖存/譯碼/驅(qū)動451167七段顯示數(shù)碼管7seg-com-cat68六倒相器74ls0469雙4輸入與門74ls21210三極管npn111電阻-512滑動變阻器-113蜂鳴器-114電容-415開關(guān)-2 表1：元器件清單 七、附錄1、555定時器 附圖1、555定時器的引腳圖2、十進(jìn)制計數(shù)器74ls90 附表1、74ls90功能表3、四位二進(jìn)制計數(shù)器74ls161附圖2、74ls161引腳圖附表2、74ls161功能表4、 bcd同步可逆雙時鐘計數(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cd4511附圖4、cd4511引腳圖 附表4、cd4511功能表6、四2輸入與非門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