多功能數(shù)字鐘電路設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)

1、信息工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告書題目: 多功能數(shù)字鐘電路設(shè)計(jì) 專 業(yè)： 電子信息科學(xué)與技術(shù) 信息工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué) 號學(xué)生姓名專業(yè)（班級）電子信息科學(xué)與技術(shù)設(shè)計(jì)題目 多功能數(shù)字鐘電路設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)1. 電阻、電容構(gòu)成的555多諧振蕩器產(chǎn)生1OOOHz的方波信號，再經(jīng)過三個(gè)分頻器產(chǎn)生1Hz的方波信號。2. 計(jì)數(shù)器74ls160和74ls161加上74ls48譯碼器構(gòu)成數(shù)字時(shí)鐘。3. 門電路構(gòu)成的校時(shí)電路能夠?qū)r(shí)、分準(zhǔn)確校時(shí)。設(shè)計(jì)要求 準(zhǔn)確計(jì)時(shí)，以數(shù)字形式顯示時(shí)、分、秒的時(shí)間。 小時(shí)的計(jì)時(shí)要求為“23翻0”，分和秒的計(jì)時(shí)要求為60進(jìn)制進(jìn)位。 校正時(shí)間。 定時(shí)鬧時(shí)。 正點(diǎn)報(bào)時(shí)。工作量1. 整體構(gòu)思

2、設(shè)計(jì)方案花了1天。2. Proteus仿真花了3個(gè)工作日。3. 課程設(shè)計(jì)報(bào)告制作花了2天。工作計(jì)劃參考資料指導(dǎo)教師簽字教研室主任簽字 年 月 日 學(xué)生姓名： 學(xué)號： 專業(yè)（班級）： 課程設(shè)計(jì)題目： 指導(dǎo)教師評語： 成績： 指導(dǎo)教師： 年 月 日信息工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)成績評定表 摘 要 數(shù)字鐘是一個(gè)對1Hz頻率進(jìn)行計(jì)數(shù)的電路。振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘信號經(jīng)過分頻器形成秒脈沖信號，秒脈沖信號輸入計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，顯示出時(shí)間。秒計(jì)數(shù)器電路計(jì)滿60后觸發(fā)分計(jì)數(shù)器電路，分計(jì)數(shù)器電路計(jì)滿60后觸發(fā)時(shí)計(jì)數(shù)器電路，當(dāng)計(jì)滿24小時(shí)后重零開始計(jì)數(shù)。一般由振蕩器、分頻器、計(jì)數(shù)器、譯碼器、數(shù)碼顯示器等幾部分組成。振蕩電路：主要用

3、來產(chǎn)生時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)信號。石英晶體振蕩器可以提高時(shí)間信號的穩(wěn)定度。分頻器：振蕩器產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)信號頻率很高，要得到“秒”信號，需一定級數(shù)的分頻器進(jìn)行分頻。計(jì)數(shù)器：有了“秒”信號，則可以根據(jù)60秒為1分，24小時(shí)為1天的進(jìn)制，分別設(shè)定“時(shí)”、“分”、“秒”的計(jì)數(shù)器，分別為60進(jìn)制，60進(jìn)制,24進(jìn)制計(jì)數(shù)器，并輸出一分，一小時(shí)，一天的進(jìn)位信號。譯碼顯示：將“時(shí)”“分”“秒”顯示出來。將計(jì)數(shù)器輸入狀態(tài)，輸入到譯碼器，產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)數(shù)碼顯示器信號，呈現(xiàn)出對應(yīng)的進(jìn)位數(shù)字字型。 關(guān)鍵詞：振蕩電路 分頻器 計(jì)數(shù)器 譯碼器 目 錄1 任務(wù)提出與方案論證11.1 設(shè)計(jì)多功能數(shù)字鐘的背景11.2 方案論證12 總體設(shè)計(jì)32.1

4、整體設(shè)計(jì)圖32.2 proteus仿真圖43 詳細(xì)設(shè)計(jì)5振蕩器設(shè)計(jì)5分頻器設(shè)計(jì)56113.5定時(shí)控制電路的的設(shè)計(jì)11124 總結(jié)13參考文獻(xiàn)14 1 任務(wù)提出與方案論證1.1 設(shè)計(jì)多功能數(shù)字鐘的背景 數(shù)字鐘是一種用數(shù)字電路技術(shù)實(shí)現(xiàn)時(shí)、分、秒計(jì)時(shí)的裝置，與機(jī)械式時(shí)鐘相比具有更高的準(zhǔn)確性和直觀性，且無機(jī)械裝置，具有更長的使用壽命，因此得到了廣泛的使用。其采用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)對時(shí)、分、秒數(shù)字顯示的計(jì)時(shí)裝置,廣泛用于個(gè)人家庭,車站, 碼頭辦公室等公共場所,成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢缮俚谋匦杵?由于數(shù)字集成電路的發(fā)展和石英晶體振蕩器的廣泛應(yīng)用,使得數(shù)字鐘的精度,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過老式鐘表, 鐘表的數(shù)字化給人們生產(chǎn)生活帶來

5、了極大的方便，而且大大地?cái)U(kuò)展了鐘表原先的報(bào)時(shí)功能 。結(jié)合以上的原因，加之對數(shù)字的愛好，最終決定做多功能數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)。1.2 方案論證 方案一：由集成邏輯門與RC組成的時(shí)鐘源振蕩器或由集成電路定時(shí)器555與RC組成的多諧振蕩器作為時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)信號源。 圖A 方案二: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(jì)時(shí)的準(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(shí)間標(biāo)準(zhǔn)信號。因此，一般采用石英晶振蕩器經(jīng)過分頻得到這一時(shí)間脈沖信號。圖B 如圖(2)所示為電子手表集成電路（如5C702）中的晶體振蕩器電路，常取晶振的頻率為32768Hz，因其內(nèi)部有15級2分頻集成電

6、路，所以輸出端正好可得到1Hz的標(biāo)準(zhǔn)脈沖。 結(jié)論：與方案一相比，方案二使用的振蕩器頻率的精度與穩(wěn)定度基本決定了數(shù)字電子鐘的質(zhì)量保證數(shù)字鐘的走時(shí)準(zhǔn)確及穩(wěn)定，故選用方案一。2 總體設(shè)計(jì)首先構(gòu)成一個(gè)555定時(shí)器產(chǎn)生振蕩周期為一秒的標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖；然后秒的個(gè)位由74LS161采用清零法完成0-9的循環(huán)顯示，同時(shí)在清零端加非門連向秒的十位CLK端完成秒的個(gè)位向十位的進(jìn)位，秒的十位由74LS160采用清零法完成0-5的循環(huán)顯示，這樣就組成了六十進(jìn)制的秒計(jì)數(shù)器；六十進(jìn)制分計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)方法跟秒計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)方法完全相同；二十四進(jìn)制時(shí)計(jì)數(shù)器由兩片74LS160采用置數(shù)法完成。使用555定時(shí)器的輸出作為秒記數(shù)器的CP脈

7、沖，把秒記數(shù)器的進(jìn)位輸出作為分記數(shù)器的CP脈沖，分記數(shù)器的進(jìn)位輸出作為時(shí)記數(shù)器的CP脈沖；譯碼器使用的是74LS48； 數(shù)碼管選擇的是普通共陰數(shù)碼管。校時(shí)電路采用按鍵與門電路實(shí)現(xiàn)對時(shí)、分的校準(zhǔn)。功能擴(kuò)展電路有定時(shí)擴(kuò)展電路和仿廣播臺正點(diǎn)報(bào)時(shí)電路。 2.1 整體設(shè)計(jì)圖譯碼驅(qū)動(dòng)譯碼驅(qū)動(dòng)時(shí)十位計(jì)數(shù)分頻器電路分頻器電路振蕩器電路譯碼驅(qū)動(dòng)譯碼驅(qū)動(dòng)譯碼驅(qū)動(dòng)譯碼驅(qū)動(dòng)時(shí)個(gè)位計(jì)數(shù)分十位計(jì)數(shù)分個(gè)位計(jì)數(shù)秒十位計(jì)數(shù)秒個(gè)位計(jì)數(shù)校時(shí)電路校分電路 圖2-1數(shù)字鐘整體設(shè)計(jì)圖2.2 proteus仿真整體圖 圖2-2整體仿真圖3 詳細(xì)設(shè)計(jì) 振蕩器是數(shù)字電子時(shí)鐘的核心部分，其作用是產(chǎn)生一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)頻率的脈沖信號，信號振蕩頻率的精度和穩(wěn)

8、定度決定了數(shù)字鐘的質(zhì)量。本實(shí)驗(yàn)中采用555集成芯片與RC構(gòu)成多諧振蕩器產(chǎn)生脈沖信號（如圖2），信號從“3”腳輸出，。調(diào)節(jié)Rp可以改變脈沖信號的頻率。一般來說，振蕩頻率越高，產(chǎn)生信號的精確度越高，但是，同時(shí)振蕩頻率增大耗電量也會增加。試驗(yàn)中，微調(diào)Rp使信號的輸出頻率為1kHZ。（若要對精確度具有更高要求的時(shí)候，可以采用石英晶體振蕩器產(chǎn)生脈沖信號） 由于振蕩器產(chǎn)生的頻率很高（f=1kHZ），要得到標(biāo)準(zhǔn)的秒脈沖信號，需要分頻電路。本實(shí)驗(yàn)由集成電路定時(shí)器555與RC組成的多諧振蕩器，產(chǎn)生1KHz的脈沖信號。因此，可以采用三片74LS90集成芯片（二五十分頻器）來實(shí)現(xiàn)分頻。計(jì)數(shù)脈沖從輸入，若為輸出時(shí)實(shí)現(xiàn)

9、二分頻；當(dāng)與相連，作為輸出端時(shí)，電路實(shí)現(xiàn)十分頻。三片74LS90均采用十分頻連接，從而得到需要的1HZ標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖信號。電路如圖3.。 3-2 分頻器設(shè)計(jì) 3.3.1 60進(jìn)制計(jì)數(shù)器60進(jìn)制計(jì)數(shù)器由一片74LS161，一片74LS160和兩片74LS00，兩片NOT門連接而成。74LS00是2輸入與非門，其仿真管腳圖如圖4。74LS00在此電路中是為了到10，59或23以后再進(jìn)位時(shí)進(jìn)行置零或置數(shù)，用于置數(shù)法和清零法的反饋。NOT門在此電路中接在74LS00（清零）后是為了到10，59后作為秒十位，分十位的CLK脈沖而設(shè)計(jì)的，其仿真管腳圖如圖5所示：圖4 74LS00仿真管腳圖 3.3.1 NOT

10、門仿真管腳圖74LS161是一種典型的高性能，低功耗4位同步加計(jì)數(shù)器，可以用置數(shù)法和清零法的反饋完成十進(jìn)制計(jì)數(shù)。74LS161引腳圖如下圖所示： 74LS161仿真引腳圖 74LS161功能表如下表1所示： 表1 74LS161功能表CLKENPENT工作狀態(tài)×0×××置零10××預(yù)置數(shù)×1101保持×11×0保持1111計(jì)數(shù)74LS160的功能表跟74LS16的完全相同，所不同的僅在于74LS160是十進(jìn)制而74LS161是十六進(jìn)制。利用74LS161，74LS160，74LS00和非門即可以組成60進(jìn)

11、制分和秒計(jì)數(shù)器，60進(jìn)制計(jì)數(shù)器接線如下圖7所示。其中輸出的脈沖經(jīng)過74LS00和非門后到下一個(gè)計(jì)數(shù)器的脈沖輸入，采用的是清零法連接電路。圖7 60進(jìn)制計(jì)數(shù)器接線圖60進(jìn)制原理第1片的74LS161的輸出Q1，Q3經(jīng)74LS00反向后接清零端,在74LS00后接上非門NOT后接秒的十位CLK端，當(dāng)?shù)?片的計(jì)數(shù)完9后,Q1，Q3同時(shí)為高電平1經(jīng)74LS00后立刻清零,同時(shí)74LS00后的非門NOT接第2片計(jì)數(shù)器CLK端，在清零的同時(shí)就完成了向秒的十位的進(jìn)位；第2片計(jì)數(shù)器的輸出Q1，Q3接第2片的計(jì)數(shù)器的清零端,，當(dāng)秒的十位計(jì)到5后并且當(dāng)?shù)?片的計(jì)數(shù)完9后，第2片計(jì)數(shù)器的Q1，Q3同時(shí)為高電平1經(jīng)7

12、4LS00后立刻清零，,同時(shí)74LS00后的非門NOT接分個(gè)位計(jì)數(shù)器CLK端，這樣就完成了六十的計(jì)數(shù)，同時(shí)完成了向分的進(jìn)位。分的六十進(jìn)制所運(yùn)到的芯片及計(jì)數(shù)原理跟秒計(jì)數(shù)的完全相同。3.3.2 24進(jìn)制計(jì)數(shù)器24進(jìn)制計(jì)時(shí)器是由2片74LS160和與門AND及74LS00連接而成。74LS160和74LS00的功能、管腳圖和上面60進(jìn)制計(jì)數(shù)器的一樣。24進(jìn)制計(jì)數(shù)器接線如下圖所示： 24進(jìn)制計(jì)數(shù)器接線圖24進(jìn)制原理24進(jìn)制計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)時(shí), 第一片的74LS160的輸出RC0接第二片的EPT和EPN,當(dāng)?shù)?片的計(jì)數(shù)到9時(shí),C輸出高電平,此時(shí)第2片計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù),當(dāng)下一個(gè)秒脈沖到達(dá)時(shí)第1片變?yōu)?,第2片變?yōu)?/p>

13、1,這樣一直計(jì)數(shù)下去但當(dāng)計(jì)到23時(shí),下一脈沖到達(dá)時(shí)由于時(shí)計(jì)數(shù)器個(gè)位輸出的Q0，Q1相與和時(shí)十位的Q1接74LS00,對應(yīng)的輸出同時(shí)接了兩片的LOAD置數(shù)端,在要變成24的瞬間兩片都變?yōu)?,實(shí)現(xiàn)對一天24小時(shí)的累計(jì)。時(shí)間計(jì)數(shù)器電路 時(shí)間計(jì)數(shù)電路由秒個(gè)位和秒十位計(jì)數(shù)器,分個(gè)位和分十位計(jì)數(shù)器及時(shí)個(gè)位和時(shí)十位計(jì)數(shù)器電路構(gòu)成,其中秒個(gè)位和秒十位計(jì)數(shù)器,分個(gè)位和分十位計(jì)數(shù)器為60進(jìn)制計(jì)數(shù)器,而根據(jù)設(shè)計(jì)要求,時(shí)個(gè)位和時(shí)十位計(jì)數(shù)器為24進(jìn)制計(jì)數(shù)器。3.3.4.譯碼顯示器 譯碼顯示器電路由譯碼器74LS48和LED數(shù)碼管組成。譯碼器74LS48管腳圖如下圖9所示，數(shù)碼管通常有發(fā)光二極管(LED)數(shù)碼管和液晶(L

14、CD)數(shù)碼管,本設(shè)計(jì)采用的為普通共陰LED數(shù)碼管，LED數(shù)碼管引腳圖如下圖所示74LS48仿真引腳圖 LED數(shù)碼管引腳圖74LS48BCD七段譯碼驅(qū)動(dòng)器真值如表2所示 表2 74LS48BCD七段譯碼驅(qū)動(dòng)器真值表數(shù)字輸      入輸      出DCBAabCdefg0000011111101000101100002001011011013001111110014010001100115010110110116011000111117011111100008100011111119100111

15、10011101010000110111101100110011211000100011131101100101114111000011111511110000000 3V，驅(qū)動(dòng)電流為幾十毫安。74LS47譯碼驅(qū)動(dòng)器輸出是低電平有效，所以配接的數(shù)碼管必須采用共陽極接法；而74LS48譯碼驅(qū)動(dòng)器輸出是高電平有效，所以，配接的數(shù)碼管必須采用共陰極接法。數(shù)碼管常用型號有BS201、BS202等。使用時(shí)，公共陰極接地，7個(gè)陽極a到g由相應(yīng)的BCD七段譯碼器來驅(qū)動(dòng)。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。校時(shí)是數(shù)字鐘應(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。為使電路簡單

16、，這里只進(jìn)行分和小時(shí)的校時(shí)。對校時(shí)電路的要求是：在小時(shí)校正時(shí)不影響分和秒的正常計(jì)數(shù)；在分校正時(shí)不影響秒和小時(shí)的正常計(jì)數(shù)，由與非門構(gòu)成的組合邏輯電路，開關(guān)S1、S2或S3為“0”或“1”時(shí)，可能產(chǎn)生抖動(dòng)，接電容C1、C2、C5可以緩解抖動(dòng)。下圖所示的為?！皶r(shí)”?！胺帧彪娐?。其中S1為校“分”個(gè)位用的控制開關(guān)，S2校“分”的十位用的控制開關(guān)，S3為校“時(shí)”個(gè)位用的控制開關(guān)。 3-4校時(shí)電路圖設(shè)計(jì)要求：電路具有顯示鬧鐘定時(shí)時(shí)間功能，當(dāng)電路到達(dá)設(shè)定的時(shí)刻時(shí)發(fā)出鬧鐘信號，持續(xù)時(shí)間為一分鐘，一分鐘過后，鬧鐘停止，數(shù)字鐘繼續(xù)記時(shí)。且具有電路止鬧功能，即鬧鐘時(shí)可以是鬧鐘停止，也可提前將停止鬧鐘功能，使電路不再

17、鬧時(shí)。設(shè)計(jì)思路：定時(shí)電路的控制應(yīng)有三部分組成，一部分由計(jì)數(shù)器在外界人工操作下設(shè)置鬧鐘時(shí)刻，一部分由鎖存電路構(gòu)成，鎖存計(jì)數(shù)器設(shè)置的時(shí)刻，第三部分由比較報(bào)時(shí)電路構(gòu)成，由設(shè)計(jì)要求可知，當(dāng)比較器輸入的鬧鐘的時(shí)分與數(shù)字鐘基本電路的時(shí)分時(shí)刻相同時(shí)比較發(fā)出鬧鐘信號。仿廣播電臺正點(diǎn)報(bào)時(shí)電路的功能要求是：每當(dāng)數(shù)字鐘計(jì)時(shí)快要到正點(diǎn)時(shí)發(fā)出聲響，通常按照4低音1高音的聲音發(fā)出間斷聲響，以最后一聲高音結(jié)束時(shí)刻為正點(diǎn)時(shí)刻。電路圖如下所示： 設(shè)4聲低音分別發(fā)生在59分51秒、53秒、57秒，最后一聲高音發(fā)生在59分59秒，它們的持續(xù)時(shí)間約為1秒。 4 總結(jié)由于這次設(shè)計(jì)是獨(dú)立完成的，所以在各模塊之間的銜接上，以及某些參數(shù)的確

18、定上可能還存在一定的問題。但通過這次設(shè)計(jì)，收獲也頗多?？傮w上來說這次設(shè)計(jì)電路原理其實(shí)不難，但是在設(shè)計(jì)過程雖然很多東西自己明白該那么做，但是在真正的運(yùn)用中卻是實(shí)在是無從下手，遇到的很多小問題比自己想象中的要復(fù)雜得很多，讓自己懷疑是不是考慮錯(cuò)了或者是走錯(cuò)了方向。在設(shè)計(jì)中，很多芯片的功能是自己不是很熟悉的，不同芯片之間的銜接更是讓自己感到陌生。比如多諧振蕩器產(chǎn)生1Hz的脈沖信號，要用分頻器對1000Hz分頻，分頻的原理對當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)自己來說是很模糊的，但是通過詢問同學(xué)和老師后讓自己對分頻的原理有了了解。在計(jì)數(shù)器的選擇上，雖然自己對這部分比較熟悉，但是當(dāng)真正的接觸它時(shí)，才知道很多的東西不是自己想象中的那樣容易，很多的小錯(cuò)誤就讓自己感到寸步難行。通過不斷的查閱資料了解選擇了十進(jìn)制的74LS160和161實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)確的計(jì)數(shù)功能。在按鍵部分，這是整個(gè)設(shè)計(jì)讓我受益最多的部分，按鍵部分是自己在設(shè)計(jì)最后才做的部分，剛開始真的是無從下手，感覺考慮的東西很多，而且很多的東西自己又不會。在老師和同學(xué)的幫助下才讓自己有了一個(gè)比較清晰的思路，在設(shè)計(jì)中將計(jì)數(shù)器74LS160和譯碼器74LS48有機(jī)的結(jié)合來實(shí)現(xiàn)了三個(gè)按鍵的基本功能。通過這次的設(shè)計(jì)讓自己熟悉了很多東西，學(xué)