多功能數(shù)字時鐘設計報告

1、電 工電 子 綜 合 實 驗 多功能數(shù)字時鐘設計報告 學校： 學院： 班級： 姓名： 學號： 指導老師：目錄1、 引言. 32、 實驗設計內(nèi)容及要求.33、 設計電路的用途及原理簡介.44、 單元電路設計原理.55、 仿真全圖.96、 電路的調試說明.107、 所遇到的問題及解決.108、 實驗總結和體會.109、 附錄（集成芯片引腳圖和功能表）.11一、引言 （一）摘要：隨著人類科技文明的發(fā)展，人們對于時鐘的要求在不斷地提高。時鐘已不僅僅被看成一種用來顯示時間的工具，在很多實際應用中它還需要能夠實現(xiàn)更多其它的功能。高精度、多功能、小體積、低功耗，是現(xiàn)代時鐘發(fā)展的趨勢。在這種趨勢下，時鐘的數(shù)字

2、化、多功能化已經(jīng)成為現(xiàn)代時鐘生產(chǎn)研究的主導設計方向。本實驗要求設計一個數(shù)字計時器，可以完成0分00秒11小時59分59秒的計時功能，并在控制電路的作用下有開機清零、快速校分。二、實驗設計內(nèi)容及要求1、功能要求： 基本功能：以數(shù)字形式顯示時、分、秒的時間，小時計數(shù)器的計時要求為“12翻1”，并要求能手動快校時、快校分或慢校時、慢校分。擴展功能：定時控制，其時間自定；仿廣播電臺正點報時自動報正點時數(shù)。2、設計步驟與要求：擬定數(shù)字鐘電路的組成框圖，要求先實現(xiàn)電路的基本功能，后擴展功能，使用的器件少，成本低；設計各單元電路，并用Multisim軟件仿真；在通用電路板上安裝電路，只要求顯示時分；測試數(shù)字

3、鐘系統(tǒng)的邏輯功能；寫出設計報告。設計報告要求：寫出詳細地設計過程（含數(shù)字鐘系統(tǒng)的整機邏輯電路圖）、調試步驟、測試結果及心得體會。3、給定的主要器件：74LS00（4片），74LS160（4片）或74LS161（4片），74LS03（OC，1片），74LS04（2片），74LS20（2片），74LS48（4片），數(shù)碼管BS202（4只），發(fā)光二極管（2只），555（2片）。4、儀器和設備:穩(wěn)壓電源（或數(shù)字邏輯學習機），雙蹤示波器，數(shù)字萬用表、數(shù)字通用板、撥線鉗和電烙鐵等。5、參考文獻:1電子技術基礎課程設計指南清華大學出版社，焦寶文主編；2電子線路設計大全華中科技大學出版社，陳碗兒主編3數(shù)字電子

4、技術基礎清華大學出版社，閻石主編4TTL集成電路大全，電子工業(yè)出版社三、設計電路原理簡介：1、設計原理：電路由振蕩器、分頻器、計數(shù)器、譯碼器、顯示器、校時電路、和報時電路組成。振蕩器產(chǎn)生的脈沖信號經(jīng)過分頻器作為秒脈沖，秒脈沖送入計數(shù)器，計數(shù)器通過“時”、“分”、“秒”譯碼器顯示時間。校分電路實現(xiàn)對“分”上數(shù)值的控制，而不受秒十位是否進位的影響，整體電路設計方框圖：時顯示器分顯示器秒顯示器時譯碼器分譯碼器秒譯碼器時計數(shù)器分計數(shù)器秒計數(shù)器校時電路振蕩器分頻器定時控制仿電臺報時整點報時主體部分擴展 部分 四、單元電路設計原理1、秒脈沖發(fā)生器2校時電路 當剛接通電源或時鐘走時出現(xiàn)誤差時，都需要進行時間

5、的校準。校時是數(shù)字鐘應具有的基本功能，一般電子鐘都有時、分、秒校時功能。為使電路簡單，這里只進行分和小時的校準。校時可采用快校時和慢校時兩種方式。校時脈沖采用秒脈沖，則為快校時；如果校時脈沖由單次脈沖產(chǎn)生器提供則為慢校時。圖3中C1、 C2用于消除抖動。至時個位計數(shù)器至分個位計數(shù)器分十位進位脈沖秒十位進位脈沖3.3KW3.3KWC2 S2C1 S1C1=C2=0.01mF+5V校時脈沖圖3 校時電路3.用74160實現(xiàn)12進制計數(shù)器CLKD0 D1 D2 D3CLKETEPQ0 Q1 Q2 Q3CLDRD74LS160D0 D1 D2 D3CLKETEPQ0 Q1 Q2 Q3CLDRD74LS

6、160111圖2 用整體置零法構成的12進制計數(shù)器5、定時控制電路數(shù)字鐘在指定的時刻發(fā)出信號，或驅動音響電路“鬧時”，或對某裝置進行控制，都要求時間準確，即信號的開始時刻與持續(xù)時間必須滿足規(guī)定的要求。例如，要求上午7點59分發(fā)出鬧時信號，持續(xù)時間為1分鐘。7時59分對應數(shù)字鐘的時計數(shù)器的狀態(tài)為（Q3Q2Q1Q0）H1=0111，分十位計數(shù)器的狀態(tài)為（Q3Q2Q1Q0）M2=0101，分個位計數(shù)器的狀態(tài)為（Q3Q2Q1Q0）M1=1001。若將上述計數(shù)器輸出為“1”的所有輸出端經(jīng)過與門電路去控制音響電路可以使音響電路正好在7點59分響，且持續(xù)時間1分鐘停響。所以鬧時控制信號Y的表達式為：Y=（Q

7、2Q1Q0）H1（Q2Q0）M2（Q3Q0）M1如果用與非門和集電極開路門電路實現(xiàn)，上式可改寫為：+5VQ0Q2Q0分十位Q3Q0分個位1KY時十位Q1Q2 圖5 定時控制電路6、仿電臺正點報時電路仿電臺正點報時電路的功能要求是：每當數(shù)字鐘計時快要到正點時發(fā)出聲響，通常按照4低音1高音的順序發(fā)出聲響，以最后一聲高音結束的時刻為正點時刻。設4聲低音（約500Hz）分別發(fā)生在59分51秒、53秒、55秒及57秒，最后一聲高音（約1kHz）發(fā)生在59分59秒，它們的持續(xù)時間為1秒。根據(jù)以上設定可得到電臺正點報時時的分十位狀態(tài)Q2M2Q0M2=11（0101），分個位的狀態(tài)為Q3M1Q0M1=11（1

8、001），秒十位狀態(tài)為Q2S2Q0S2=11（0101），秒個位的狀態(tài)為Q0S1=1（1、3、5、7、9）。而發(fā)低音還是高音只與秒個位有關，根據(jù)設定可列表如表1所示：由表中的狀態(tài)可總結出如下結論：秒個位的第三位Q3S1可用來作為鳴低音或高音的控制信號，即Q3s1=0時，輸入500Hz的低頻信號至音響電路Q3S1=1時，輸入1kHz的高頻信號至音響電路。表1 正點報時狀態(tài)功能表Q3S1 Q2S1 Q1S1 Q0S1功能CP(秒)Q3S1 Q2S1 Q1S1 Q0S1功能500 0 0 0560 1 1 0停510 0 0 1鳴低音570 1 1 1鳴低音520 0 1 0停581 0 0 0停5

9、30 0 1 1鳴低音591 0 0 1鳴高音540 1 0 0停000 0 0 0停550 1 0 1鳴低音7.顯示電路仿真全圖六、電路的調試說明1、檢查電路對照電路圖檢查電路器件是否連接正確，器件引腳、電容極性、電源線、地線是否對接，連接是否牢靠，電源的數(shù)值與方向是否符合設計要求。2、按功能模塊分別調試 按單元電路，把每一部分單元電路調試得正常工作，才把它們連接成整機，然后在進行整體調試。七、所遇到的問題及解決1、 由于先前已經(jīng)計算好了脈沖，所以脈沖輸出沒有一點問題，但是通電后發(fā)現(xiàn)時分針是58就進位了，才發(fā)現(xiàn)都是接的同步清零的，而用的160是十進制的，因此不得不把分計數(shù)改成整體置數(shù)的，因為

10、思路比較清晰，要改的地方也比較簡單，所以一下子就改好了。2、 但是通電后發(fā)現(xiàn)問題又接著來了，58的時候就進位了，經(jīng)同學一提，才恍然大悟，原來160是下降沿觸發(fā)，現(xiàn)在小時用的是清零，分鐘是用的置數(shù)，還沒等到下一個脈沖就已經(jīng)進位了，于是在分向時的進位信號上再加了一個反相器，測試后發(fā)現(xiàn)問題解決了。八、實驗總結和體會1、 本次實驗其實電路不是很難，原理很清楚，但是遇到問題卻比想象中多，任何一點小錯誤都會讓努力白費，所以細心，耐心是一定要的。2、 數(shù)字電路復雜,因此需要我們連接時要有好的布局和 合理的布線規(guī)則,如將電源線,地線,傳輸線,暫時產(chǎn)生的線分別開來，用不同的顏色,或者以單元電路的形式分開,為以后查錯或改進帶來極大的方便. 3、 在連接每一根線時，既要注意剝線的長短要適中，