數(shù)字鐘的設(shè)計及仿真

1、成績齊魯理工學(xué)院課程設(shè)計說明書(論文)題 目 數(shù)字鐘的設(shè)計及仿真 課 程 名 稱 數(shù)字電子技術(shù) 二 級 學(xué) 院 機(jī)電工程學(xué)院 專 業(yè) 通信工程 班 級 2013級通信工程一班 學(xué) 生 姓 名 韓登志 學(xué) 號 201310537017 設(shè) 計 地 點 電氣信息工程訓(xùn)練中心 指 導(dǎo) 教 師 王迎勛 設(shè)計起止時間：2015年6月8日至2015年6月21日 機(jī)電工程學(xué)院數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計任 務(wù) 書設(shè)計（論文）名稱： 數(shù)字鐘的設(shè)計及仿真 專業(yè)： 通 信 工 程 學(xué)生姓名： 韓登志 指導(dǎo)教師： 王迎勛 下達(dá)時間： 6月8至6月21日 一、課程設(shè)計任務(wù)：1、設(shè)計一數(shù)字鐘電路，時計數(shù)器采用二十四進(jìn)制，秒和分

2、計數(shù)器采用六十進(jìn)制；2、掌握利用555多諧振蕩器產(chǎn)生1kHZ的信號的電路；并利用分頻器電路產(chǎn)生秒脈沖信號；3、設(shè)計校時電路部分；4、編寫任務(wù)報告。二、課程設(shè)計的基本要求：1.能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計任務(wù)的基本功能。2.依據(jù)要求運用數(shù)字電子技術(shù)的理論設(shè)計、制定實驗方案，并論證方案。3.學(xué)習(xí)電路仿真過程，繪制電路圖，進(jìn)行基本的仿真試驗對設(shè)計的電路進(jìn)行性能分析。4.加深對數(shù)字電子技術(shù)的理論知識的理解，結(jié)合實踐進(jìn)一步加深對單元電路基本功能的掌握和應(yīng)用。5.學(xué)會Multisim13.0的基本內(nèi)容，并且會利用其設(shè)計數(shù)字電路。6.撰寫課程設(shè)計論文要求符合模板的相關(guān)要求，字?jǐn)?shù)要求3000字以上。目錄一、設(shè)計任務(wù)與要求3二

3、、總體方案設(shè)計3三、單元電路設(shè)計與參數(shù)計算4四、總原理圖及元器件清單8五、仿真與調(diào)試8六、性能測試與分析9七、結(jié)論與心得9八、參考文獻(xiàn)9數(shù)字鐘的設(shè)計及仿真一、設(shè)計任務(wù)與要求 （一）設(shè)計任務(wù)：1、設(shè)計一數(shù)字鐘電路，時計數(shù)器采用二十四進(jìn)制，秒和分計數(shù)器采用六十進(jìn)制；2、掌握利用555多諧振蕩器產(chǎn)生1kHZ的信號的電路；并利用分頻器電路產(chǎn)生秒脈沖信號；3、設(shè)計校時電路部分；4、編寫任務(wù)報告。（二)課程設(shè)計要求：1.能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計任務(wù)的基本功能。2.依據(jù)要求運用數(shù)字電子技術(shù)的理論設(shè)計、制定實驗方案，并論證方案。3.學(xué)習(xí)電路仿真過程，繪制電路圖，進(jìn)行基本的仿真試驗對設(shè)計的電路進(jìn)行性能分析。4.加深對數(shù)字電

4、子技術(shù)的理論知識的理解，結(jié)合實踐進(jìn)一步加深對單元電路基本功能的掌握和應(yīng)用。5.學(xué)會Multisim13.0的基本內(nèi)容，并且會利用其設(shè)計數(shù)字電路。6.撰寫課程設(shè)計論文要求符合模板的相關(guān)要求，字?jǐn)?shù)要求3000字以上。二、總體方案設(shè)計主體電路是由功能部件或單元電路組成的。在設(shè)計這些電路或選擇部件時，盡量選用同類型的器件，如所有的功能部件都采用TTL集成電路或采用CMOS集成電路。首先構(gòu)成一個555定時器產(chǎn)生震蕩周期為一秒的標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖，由74LS90采用清零法分別組成六十進(jìn)制的秒計數(shù)器和分計數(shù)器以及24進(jìn)制計數(shù)器。使用74LS48為驅(qū)動器，數(shù)碼管作文顯示器。利用晶體振蕩電路與分頻器電路結(jié)合，調(diào)整相關(guān)內(nèi)

5、部的電阻和電容大小，使其輸出信號頻率為1Hz,即構(gòu)成了秒脈沖發(fā)生器。用兩片74LS160級聯(lián)成60進(jìn)制計數(shù)器，用來計“秒”，其CP輸入為秒脈沖；另外兩片74LS160級聯(lián)成60進(jìn)制計數(shù)器，用來計“分”， 其CP輸入為“秒”變?yōu)?時產(chǎn)生的一個下降沿信號；還有兩片74LS160級聯(lián)成24計數(shù)器，用來計“時”， 其CP輸入為“分”變?yōu)?時產(chǎn)生的一個下降沿信號，這樣六片74LS160實現(xiàn)了數(shù)字鐘的計時功能。它們的輸出用六片數(shù)碼管顯示。三、單元電路設(shè)計與參數(shù)計算(一)時間脈沖產(chǎn)生電路由集成電路定時器555與RC組成的多諧振蕩器作為時間標(biāo)準(zhǔn)信號源。圖1 555定時器與RC組成的多諧振蕩器圖欲得到振蕩頻率f

6、=1KHz的矩形脈沖，電阻和電容的選取可由下面的公式估算：振蕩頻率：f=1/T設(shè)兩個暫穩(wěn)態(tài)持續(xù)的時間分別為T1和T2：振蕩周期：T=T1+T2其中：T1=0.7(R7+R8+R6)C1T2=0.7R6C5由此可得：R7=2千歐R81.9千歐R65.0千歐（二）分頻器分頻器能將高頻脈沖變換為低頻脈沖，它可由觸發(fā)器以及計數(shù)器來完成。由于一個觸發(fā)器就是一個二分頻，N 個觸發(fā)器就是2n 個分頻器。如果用計數(shù)器作分頻器，就要按進(jìn)制數(shù)進(jìn)行分頻。例如十進(jìn)制計數(shù)器就是十分頻器，M 進(jìn)制計數(shù)器就為M 分頻器。 分頻器的功能主要有兩個：一個是產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖信號；二是提供功能擴(kuò)展電路所需要的信號，如仿電臺報時用的1

7、000Hz的高音頻信號和500Hz的低音頻信號等。 本設(shè)計中，由于振蕩器產(chǎn)生的信號頻率太高，要得到標(biāo)準(zhǔn)的秒信號，就需要對所得的信號進(jìn)行分頻。這里所采用的分頻電路是由3個總規(guī)模計數(shù)器74LS160N來構(gòu)成的3級1/10分頻。其電路圖如下圖所示: 圖2 分頻器接線圖（三）計數(shù)器計時電路秒計數(shù)器和分計數(shù)器都采用74LS160N芯片接成60進(jìn)制計數(shù)器，時計數(shù)器采用74LS160N芯片接成24進(jìn)制計數(shù)器。圖3 24進(jìn)制計數(shù)器圖4 60進(jìn)制計數(shù)器（四）校時電路 校時電路由兩個相同的模塊構(gòu)成，分別校正時和分，下面以校正時的校時電路為例來闡述它的電路原理。它主要是由7451與或非門和74LS375四位雙穩(wěn)態(tài)鎖

8、存器兩部分組成的控制電路。開關(guān)S1合到1端時，74LS375置1，時脈沖信號通過7451N與或非控制門電路，而秒脈沖信號此時不可通過，數(shù)字鐘正常工作；開關(guān)S1和到2端時，74LS375置0，此時秒脈沖信號通過7451N與或非控制門電路，而正常計時的時脈沖信號卻不能通過，這樣一來，時計數(shù)器成為秒計數(shù)器實現(xiàn)快速校準(zhǔn)。圖5 校時電路四、總原理圖圖6 總電路圖五、仿真與調(diào)試（一）時鐘結(jié)果仿真圖8 時鐘結(jié)果仿真圖（二）時間脈沖波形圖9 時間脈沖波形圖六、性能測試與分析經(jīng)測試之后，電路可以實現(xiàn)設(shè)計要求，可以實現(xiàn)數(shù)字鐘的基本功能，同時校時功能也可以使用?；诜抡娼Y(jié)果可以認(rèn)定，此次多功能數(shù)字鐘的設(shè)計是成功的。

9、7、 結(jié)論與心得 通過此次課程設(shè)計，使我更加扎實的掌握了有關(guān)數(shù)字鐘設(shè)計方面的知識，在設(shè)計過程中雖然遇到了一些問題，但經(jīng)過一次又一次的思考，一遍又一遍的檢查終于找出了原因所在，也暴露出了前期我在這方面的知識欠缺和經(jīng)驗不足。實踐出真知，通過親自動手制作，使我們掌握的知識不再是紙上談兵。 過而能改，善莫大焉。在課程設(shè)計過程中，我們不斷發(fā)現(xiàn)錯誤，不斷改正，不斷領(lǐng)悟，不斷獲取。最終的檢測調(diào)試環(huán)節(jié)，本身就是在踐行“過而能改，善莫大焉”的知行觀。這次課程設(shè)計終于順利完成了，在設(shè)計中遇到了很多問題，最后在老師和同學(xué)的幫助下，終于迎刃而解。在今后社會的發(fā)展和學(xué)習(xí)實踐過程中，一定要不懈努力，不能遇到問題就想到要退縮，一定要不厭其煩的發(fā)現(xiàn)問題所在，然后一一進(jìn)行解決，只有這樣，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荊斬