基于MUSTISM仿真的數(shù)字電子時(shí)鐘課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)主題：數(shù)字電子鐘目錄簡介 （三）設(shè)計(jì)意義及要求 （4）1.1 設(shè)計(jì)意義 (4)1.2 設(shè)計(jì)目的 (4)1.3 設(shè)計(jì)要求 (4)原理圖設(shè)計(jì) (5)2.1 設(shè)計(jì)思路 (5)2.2 方案設(shè)計(jì) (5)單元電路設(shè)計(jì) (8)3.1 555多諧振蕩器 （8 ）3.2 第二脈沖產(chǎn)生電路 (9)3.3 秒、分計(jì)時(shí)電路 （9）3.4 小時(shí)計(jì)時(shí)電路 . (11)3.5 顯示電路 （12 ）3.6 定時(shí)電路（ 13）3.7 整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路 (14)四。調(diào)試與測試 （15）五?？偨Y(jié)與經(jīng)驗(yàn) （16六。參考文獻(xiàn) (17)七。附錄 （十七）介紹所謂數(shù)字時(shí)鐘，是指由電子電路組成的定時(shí)器。與機(jī)械鐘相比，數(shù)字鐘可以實(shí)

2、現(xiàn)精確計(jì)時(shí)，顯示時(shí)分秒，并能輕松準(zhǔn)確地調(diào)校時(shí)間。在此基礎(chǔ)上還可以實(shí)現(xiàn)整點(diǎn)計(jì)時(shí)的功能。因此，數(shù)字時(shí)鐘的應(yīng)用非常廣泛。我們想通過本課程設(shè)計(jì)掌握數(shù)字時(shí)鐘的原理，學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)簡單的數(shù)字時(shí)鐘。設(shè)計(jì)過程采用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法，首先分析任務(wù)，得到系統(tǒng)和需求，然后進(jìn)行總體設(shè)計(jì)，劃分子系統(tǒng)，然后進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，確定各功能子系統(tǒng)中的局部電路，最后根據(jù)原理圖構(gòu)建物理對象并進(jìn)行調(diào)試。和改進(jìn)。一、設(shè)計(jì)意義及要求1.1 設(shè)計(jì)意義(1)。了解數(shù)字時(shí)鐘的原理和功能(2)。學(xué)習(xí)使用555定時(shí)器組成脈沖發(fā)生器(3)。了解并掌握計(jì)數(shù)器、解碼器、顯示器的工作原理和使用方法(4)進(jìn)一步學(xué)習(xí)和掌握各種組合邏輯電路和時(shí)序電路的原理和用法，學(xué)會用數(shù)字

3、電路實(shí)現(xiàn)數(shù)字時(shí)鐘的功能1.2 設(shè)計(jì)目的(1)。使學(xué)生進(jìn)一步掌握數(shù)字電子技術(shù)的理論知識，培養(yǎng)學(xué)生的工程設(shè)計(jì)能力和綜合分析解決問題的能力；（2）使學(xué)生基本掌握常用電子電路的一般設(shè)計(jì)方法，提高電子電路的設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ?3)。熟悉并學(xué)會選擇電子元器件，為以后的生產(chǎn)和科研打下一定的基礎(chǔ)。1.3 設(shè)計(jì)要求(1)。設(shè)計(jì)一個(gè)精確的計(jì)時(shí)時(shí)鐘，以數(shù)字顯示小時(shí)、分鐘和秒，并且可以更正。(2)。小時(shí)必須是“12 轉(zhuǎn) 1”，分鐘和秒必須是十六進(jìn)制。(3)。擴(kuò)展功能：具有整點(diǎn)計(jì)時(shí)功能。(4)。定時(shí)控制。(5)。每小時(shí)的小時(shí)數(shù)被報(bào)告為模擬廣播電臺。(6)。觸摸每小時(shí)計(jì)時(shí)。2 、方案設(shè)計(jì)2.1 設(shè)計(jì)思路用555定時(shí)器組成多

4、諧振蕩器，調(diào)節(jié)其阻值和電容，使輸出信號頻率為1kHz，組成第二個(gè)脈沖發(fā)生器，通過3個(gè)74LS90分頻產(chǎn)生1HZ脈沖。 74LS92和74LS90級聯(lián)組成60系統(tǒng)計(jì)數(shù)器，用于計(jì)數(shù)“秒”，其CP輸入為秒脈沖；另外74LS92和74LS90級聯(lián)組成60系統(tǒng)計(jì)數(shù)器，用于計(jì)數(shù)“分”，其CP輸入為“秒”變?yōu)?時(shí)產(chǎn)生下降沿信號；另外，74LS191和74LS74用于計(jì)數(shù)“小時(shí)”，即當(dāng)數(shù)字時(shí)鐘運(yùn)行到12:59:59時(shí)，秒的一位數(shù)計(jì)數(shù)器再輸入一個(gè)秒脈沖。 ，數(shù)字時(shí)鐘自動顯示 01:00:00。 .它們的輸出用六片數(shù)碼管解碼顯示。 “時(shí)”、“分”的調(diào)整，采用將原來時(shí)間加“1”的信號切換為可控脈沖信號的方法。計(jì)時(shí)電

5、路由555定時(shí)器、三極管和蜂鳴器組成的多諧振蕩器組成，使蜂鳴器輸出的音頻信號有高低變化。鳴響電路的驅(qū)動信號應(yīng)使振蕩器在鳴響期間工作。2.2 方案設(shè)計(jì)按照數(shù)字時(shí)鐘的設(shè)計(jì)思想，可以分為六個(gè)單元電路：振蕩器、分頻器、時(shí)間校正電路、計(jì)數(shù)器、譯碼器和顯示。擴(kuò)展電路有四個(gè)部分：定時(shí)控制、仿電波報(bào)時(shí)、整點(diǎn)報(bào)時(shí)、觸摸整點(diǎn)報(bào)時(shí)。它們之間的連接關(guān)系如原理框圖所示，5.5.1如圖：譯碼器譯碼器譯碼器譯碼器時(shí)計(jì)數(shù)器分計(jì)數(shù)器秒計(jì)數(shù)器校時(shí)電路振蕩器分頻器系統(tǒng)方框 圖1從原理框圖可以看出，在整個(gè)數(shù)字時(shí)鐘電路中，計(jì)時(shí)電路是主體。它不僅是顯示電路的基礎(chǔ)，還與分頻器、定時(shí)電路和譯碼電路配合，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。數(shù)字時(shí)鐘的精度取決于多

6、諧振蕩器形成的秒脈沖源的精度，連接實(shí)物時(shí)輸出信號的頻率應(yīng)控制在1KHz。借鑒設(shè)計(jì)思路和原理框圖圖 2. 數(shù)字時(shí)鐘總體示意圖3.單元電路設(shè)計(jì)3.1 555多諧振蕩器電路如圖3所示，多諧振蕩器由555定時(shí)器和外接元件R 1 、R 2 、C組成。引腳2和引腳6直接相連。連接的。電路沒有穩(wěn)態(tài)，只有兩個(gè)臨時(shí)穩(wěn)態(tài)，電路不需要外部觸發(fā)信號。電源通過R 1和R 2 給C充電，并用C通過R 2向放電端D c放電，使電路振蕩。電容器 C 在2/3V cc和1/3V cc之間充電和放電，從而在輸出端產(chǎn)生一系列方波。555多諧振蕩器電路通過適當(dāng)調(diào)整滑動變阻器的阻值，可以得到輸出信號的T約為1mS，輸出信號的頻率約為1

7、KHz。第二脈沖發(fā)生器上述多諧振蕩器輸出的1ms脈沖被三個(gè)74LS90分成小數(shù)。第一次分頻后為500HZ，第二次分頻后為10HZ，第三次分頻后為1HZ。獲得一個(gè) 1 秒的脈沖，如圖 4 所示。圖 4. 1 秒脈沖發(fā)生器秒分計(jì)時(shí)電路由一塊 74LS90D 和 74LS92D 組成。 74LS90是個(gè)位，74LS92是十位。將74LS90的輸出與7段數(shù)碼管的相應(yīng)引腳相連，將R01、R02、R91、R92接地，IXA接脈沖，IXB接QA。這樣，數(shù)碼管就可以正常顯示十進(jìn)制數(shù)。從 90 到 92 的進(jìn)位將 90 的 QD 連接到 92 的 IXB。然后，將 92 的 IXA 連接到 VCC (5V)，R

8、01、R02 接地。將92的QB、QC、QD分別接到數(shù)碼管的A、B、C，數(shù)碼管的D端接地。用一個(gè)74LS00將92的QD引到清零端，實(shí)現(xiàn)十六進(jìn)制。這樣就實(shí)現(xiàn)了-58-59-00的轉(zhuǎn)化。00-01-02電路如圖5所示圖5 秒分計(jì)時(shí)電路3.4小時(shí)計(jì)時(shí)電路小時(shí)計(jì)數(shù)器是一個(gè)特殊的基礎(chǔ)計(jì)數(shù)器，它會將“12”變?yōu)椤?1”。當(dāng)數(shù)字時(shí)鐘運(yùn)行到 12:59:59 時(shí)，當(dāng)另一個(gè)脈沖輸入到秒的一位數(shù)時(shí)，數(shù)字時(shí)鐘應(yīng)顯示 01:00:00。其電路連接如圖6所示圖6小時(shí)定時(shí)器電路3.5解碼顯示電路我使用的解碼和顯示設(shè)備是 DCD_HEX。本設(shè)備為解碼顯示一體設(shè)備。只需按照相應(yīng)的引腳在此處連接即可。只要將上面制作的秒、分計(jì)

9、時(shí)電路與小時(shí)計(jì)時(shí)電路連接起來，再加上數(shù)碼管的連接電路，就全部串聯(lián)起來，構(gòu)成解碼顯示電路。如圖7所示圖 7. 顯示電路圖3.6 定時(shí)電路對于時(shí)間校正電路，小時(shí)校正不影響分秒的正常計(jì)數(shù)；修正分鐘后，不影響秒和小時(shí)的正常計(jì)數(shù)。上學(xué)時(shí)間有兩種：“快學(xué)時(shí)間”和“慢學(xué)時(shí)間” ?？焖俣〞r(shí)由開關(guān)控制，使計(jì)數(shù)器對1HZ的定時(shí)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)；慢速定時(shí)是手動產(chǎn)生的單脈沖作為定時(shí)脈沖。圖8為定時(shí)分頻電路，其中S1為定時(shí)用控制開關(guān)，S2為定時(shí)用控制開關(guān)。它們的控制功能5.1.1如表所示。校準(zhǔn)脈沖采用1HZ脈沖，當(dāng)S1或S2分別為“0”時(shí)，可以進(jìn)行“快速校準(zhǔn)”。圖 8. 時(shí)序電路調(diào)時(shí)分調(diào)的原理是將原來連接“時(shí)”、“分”計(jì)時(shí)

10、電路的進(jìn)位信號切換為單脈沖，每個(gè)信號通過單刀雙擲開關(guān)切換。單個(gè)脈沖由帶有彈簧的開關(guān)模擬，該開關(guān)連接到與電源相連的線路上。按下開關(guān)時(shí)，線路接高電平，彈起時(shí)，線路斷開低電平。開關(guān)被按下并彈起一次。它是一個(gè)下降沿脈沖，可以使定時(shí)器加1，這樣就可以通過這個(gè)開關(guān)來調(diào)節(jié)時(shí)間和分鐘。電路圖如圖9所示：圖 9.課時(shí)和劃分電路3.7 整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路計(jì)時(shí)電路如圖10所示。它由一個(gè)多諧振蕩器、一個(gè)NPN晶體管和一個(gè)揚(yáng)聲器組成。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，三極管驅(qū)動揚(yáng)聲器振蕩音頻。但是，振蕩器的第4腳和VCC之間連接了一個(gè)上拉電阻，所以第4腳不一定是高電平。當(dāng)它為低時(shí)，振蕩器不工作。只有當(dāng)它為高時(shí)才是振蕩器。如果工作正常，那么只要

11、找到合適的信號，接在4腳，當(dāng)需要報(bào)時(shí)，信號為高電平，其他時(shí)間為低電平，即可實(shí)現(xiàn)報(bào)時(shí)功能。我想設(shè)置計(jì)時(shí)功能，使蜂鳴器在整點(diǎn)前十秒開始鳴叫，在整點(diǎn)整點(diǎn)后十秒停止鳴叫。注意，在某點(diǎn)59分50秒后十秒，“5”“9”“5”對應(yīng)的8421BCD碼為0101 1001 0101，三個(gè)芯片對應(yīng)的輸出為“1”。高電平時(shí)，接振蕩器的4腳，蜂鳴器會在整點(diǎn)前十秒報(bào)時(shí)。其他時(shí)候，這六個(gè)輸出端不可能同時(shí)為“1”，即它們與的輸出為低電平，振蕩器不工作，不報(bào)時(shí)間。這樣就可以實(shí)現(xiàn)整點(diǎn)計(jì)時(shí)功能。圖 10. 計(jì)時(shí)電路圖四、調(diào)試和測試調(diào)試過程中遇到的問題主要是開關(guān)時(shí)序的問題。將原本連接“時(shí)”、“分”的進(jìn)位信號切換為按鍵脈沖時(shí)，原本是

12、打算作為控制開關(guān)來實(shí)現(xiàn)主機(jī)的功能，但實(shí)際上時(shí)鐘會在切換開關(guān)的過程。這是因?yàn)樵谟|發(fā)開關(guān)的過程中會產(chǎn)生信號的高-低電平跳變，進(jìn)而形成進(jìn)位信號，從而導(dǎo)致在電路調(diào)整后開關(guān)回位時(shí)會持續(xù)超前。因此，我對時(shí)間調(diào)整電路進(jìn)行了改進(jìn)，改為調(diào)整“小時(shí)”和“分鐘”時(shí)間，并將它們原來連接的進(jìn)位信號切換為秒脈沖信號。這個(gè)信號比較穩(wěn)定，避免了機(jī)械開關(guān)的抖動問題。時(shí)間調(diào)整后，只要將CP信號切換回原來的進(jìn)位信號，就可以恢復(fù)正常的時(shí)序。五、經(jīng)驗(yàn)總結(jié)課程設(shè)計(jì)對我們來說是一個(gè)很好的機(jī)會，可以應(yīng)用我們所學(xué)并在實(shí)踐中進(jìn)行。它不僅可以幫助我們加深對所學(xué)知識的理解，還可以提高我們應(yīng)用知識、聯(lián)系實(shí)際、動手實(shí)踐的能力。而且，我們沒有學(xué)過的知識可

13、能會用到設(shè)計(jì)過程中，需要查閱資料來獲取相關(guān)信息，提高了我們查找信息和學(xué)習(xí)新知識的能力。在對實(shí)物進(jìn)行調(diào)試和測試的過程中，我們會遇到很多意想不到的問題，需要分析原因，解決問題。有些現(xiàn)象可以證明我們所學(xué)知識的正確性，有些現(xiàn)象則說明理論與現(xiàn)實(shí)存在差異。整個(gè)課程設(shè)計(jì)完成后，總體感覺是：有收獲。以前上課都是最基礎(chǔ)的東西，現(xiàn)在我可以把以前學(xué)到的東西做一些有實(shí)用價(jià)值的東西。在這個(gè)過程中，我確實(shí)學(xué)到了很多書本上學(xué)不到的東西，比如：如何利用已有的元器件組裝得到設(shè)計(jì)要求，如何查找錯(cuò)誤原因，如何使用Multisim仿真軟件進(jìn)行電路仿真圖表等。但我也遇到了很多挫折。有時(shí)我遇到錯(cuò)誤，我找不到原因。找了半天，原來是芯片的管

14、腳接錯(cuò)了，有時(shí)候忘記接電源了。學(xué)習(xí)中的小問題是不可能在課堂上做出來的，但很有可能是在動手的過程中做出來的。尤其是在連接電路的時(shí)候，一不小心就會出錯(cuò)，而且不容易查出來。不過現(xiàn)在回想起來，還是挺有成就感的。六。參考資料：1.景紅，馬學(xué)文。電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)課。 : 東北大學(xué)。 200 22.王永軍，景華主編。數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng)：電子工業(yè)， 20023.高繼祥，易帆主編。電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)：電子工業(yè)， 20024.大秦編輯。電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)。 : 高等教育， 20005.景嬌，景紅，楊主編。邏輯與數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì).: 清華大學(xué), 20096. 志忠主編。數(shù)字電子技術(shù)M.：高等教育，2003，12七。附錄部分芯片功能參數(shù)表555555定時(shí)器（又稱時(shí)基電路）是一種模數(shù)混合集成電路。 555定時(shí)器是一種應(yīng)用廣泛的中型集成電路。該電路使用靈活方便，只需連接少量阻容元件即可構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)、多諧波和施密特觸發(fā)器。因此，它被廣泛應(yīng)用于信號的產(chǎn)生、轉(zhuǎn)換、控制和檢測。目前生產(chǎn)的定時(shí)器有雙極型和CMOS型兩