數(shù)電課程設(shè)計報告-數(shù)字電子鐘東北大學(xué)

課程設(shè)計報告設(shè)計題目：數(shù)字電子鐘設(shè)計與實(shí)現(xiàn)班級：**：**：指導(dǎo)教師：設(shè)計時間：摘要數(shù)字時鐘已成為人們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚谋匦杵?，廣泛于個人家庭以及辦公室等公共場所，給人們的生活、學(xué)習(xí)、工作、娛樂帶來了極大的方便。由于數(shù)字集成電路技術(shù)的開展采用了先進(jìn)的三石英技術(shù)，使數(shù)字時鐘具有走時準(zhǔn)確、性能穩(wěn)定、攜帶方便等優(yōu)點(diǎn)，它還用于計時、自動報時及自動控制等各個領(lǐng)域。盡管目前市場上已有現(xiàn)成的數(shù)字時鐘電路芯片出售，價格廉價、使用也方便，但鑒于數(shù)字時鐘電路的根本組成包含了數(shù)字電路的組成局部，因此進(jìn)展數(shù)定時鐘的設(shè)計是必要的。在這里我們將已學(xué)過的比擬零散的數(shù)字電路的知識有機(jī)的、系統(tǒng)的聯(lián)系起來用于實(shí)際，來增養(yǎng)我們的綜合分析和設(shè)計電路的能力。本次設(shè)計以數(shù)字時鐘為主，實(shí)現(xiàn)對時、分、秒數(shù)字顯示的計數(shù)器計時裝置，周期為24小時，顯示滿為23時59分59秒并具４有校時功能的數(shù)電子時鐘。電路主要采用中規(guī)模的集成電路，本電路主要脈沖產(chǎn)生模塊、校時模塊、兩個六十進(jìn)制模塊〔分、秒〕、一個二十四進(jìn)制模塊〔時〕和一個報時邏輯電路組成。時、分、秒再通過BCD-7段譯碼顯示屏顯示出來。關(guān)鍵詞：計數(shù)器譯碼器校時目錄1概述22課程設(shè)計任務(wù)及要求2.1設(shè)計任務(wù)42.2設(shè)計要求43理論設(shè)計3.1方案論證43.2系統(tǒng)設(shè)計53.2.1構(gòu)造框圖及說明53.2.2系統(tǒng)原理圖及工作原理63.3單元電路設(shè)計秒脈沖電路設(shè)計7時、分、秒計數(shù)器電路8校時電路10譯碼顯示電路11定時電路設(shè)計134.軟件仿真4.1仿真電路圖154.2仿真過程154.2仿真結(jié)果165.結(jié)論186.使用儀器設(shè)備清單197.參考文獻(xiàn)。198.收獲、體會和建議。202.課程設(shè)計及要求2.1設(shè)計任務(wù)數(shù)字電子時鐘是一種用數(shù)字電路技術(shù)實(shí)現(xiàn)“時〞、“分〞、“秒〞計時的裝置。其中，時間以24小時為一個周期；顯示時、分、秒；具有校時功能，可以分別對時、分進(jìn)展單獨(dú)校時，使其校正到標(biāo)準(zhǔn)時間；時鐘具有鬧鐘功能；具有開機(jī)清零功能；設(shè)計所需的脈沖電路。2.1設(shè)計要求獨(dú)立完成系統(tǒng)的原理設(shè)計。說明系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能，應(yīng)到達(dá)技術(shù)指標(biāo)，進(jìn)展方案論證，確定設(shè)計方案。畫出電路圖，說明各局部電路的工作原理，初步選定所使用的各種器件的主要參數(shù)及型號，列出元器件明細(xì)表。系統(tǒng)中包含的中小規(guī)模集成電路的種類至少在六種以上。根據(jù)理論設(shè)計用multisim7在計算機(jī)上進(jìn)展仿真。驗(yàn)證所設(shè)計方案的正確性。3.理論設(shè)計3.1方案論證數(shù)字時鐘是一個將“時〞、“分〞、“秒〞顯示于人的視覺器官的計時裝置。電路由秒信號發(fā)生器、“時、分、秒〞計數(shù)器、譯碼器、顯示電路、校準(zhǔn)電路、定時電路等組成。秒、分、時分別為60、60和24進(jìn)制計數(shù)器。分、秒均為60進(jìn)制，顯示00—59，個位為十進(jìn)制，十位為六進(jìn)制；時為24進(jìn)制，對于24進(jìn)制來說個位為十進(jìn)制，十位為三進(jìn)制。用74LS161和74LS160均可實(shí)現(xiàn)六十進(jìn)制和二十四進(jìn)制計數(shù)器，再通過LED六段顯示器將具體信號顯示出來。整點(diǎn)報時電路是根據(jù)計時系統(tǒng)的輸出狀態(tài)產(chǎn)生一個脈沖信號，然后去觸發(fā)觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)報時。校時電路是通過改變時計數(shù)器和分計數(shù)器的輸入脈沖來實(shí)現(xiàn)校時功能。3.2系統(tǒng)設(shè)計構(gòu)造框圖及說明原理框圖如圖1所示圖1該系統(tǒng)的工作原理是：由石英晶體多諧振蕩器和分頻器產(chǎn)生1HZ標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖?！懊腚娐法?、“分電路〞均為00—59的六十進(jìn)制計數(shù)、譯碼、顯示電路；“時電路〞為00—23的二十四進(jìn)制計數(shù)、譯碼、顯示電路。校時電路分別控制對時和分的校正。3.2.2系統(tǒng)原理圖及工作原理系統(tǒng)具體電路連接情況如圖2圖23.3單元電路設(shè)計秒脈沖電路設(shè)計圖3由555構(gòu)成的多諧振蕩器電路圖如圖3所示，由555定時器、電容和電阻組成震蕩電路，產(chǎn)生秒脈沖信號。它是數(shù)字電子鐘的核心局部，它的精度和穩(wěn)定度決定于數(shù)字中的質(zhì)量。通常晶體振蕩器發(fā)出的脈沖經(jīng)過整形、分頻獲得1Hz的秒脈沖。555定時器與RC組成的系統(tǒng)接通電源后，電容C1被充電，vc上升，當(dāng)vc上升到大于2/3VCC時，觸發(fā)器被復(fù)位，放電管T導(dǎo)通，此時v0為低電平，電容C1通過R2和T放電，使vc下降。當(dāng)vc下降到小于1/3VCC時，觸發(fā)器被復(fù)位，v0翻轉(zhuǎn)為高電平。電容器C1放電完畢，所需時間為：T1=0.7R2C當(dāng)C1放電完畢時，T截止，VCC將通過R1、R2向電容器C1充電，vc由1/3VCC上升到2/3VCC所需的時間為：T2=0.7〔R1+R2〕C當(dāng)vc上升到2/3VCC時，觸發(fā)器又被復(fù)位發(fā)生翻轉(zhuǎn)，如此周而復(fù)始，在輸出端就得到一個周期性的方波，其頻率為：1.43/〔R1+2R2〕C本設(shè)計中頻率可通過以上公式計算出來，f=1Hz時、分、秒計數(shù)器電路一般采用10進(jìn)制計數(shù)器來實(shí)現(xiàn)時間計數(shù)單元計數(shù)功能，要實(shí)現(xiàn)這一要求，可選用的中規(guī)模集成計數(shù)器較多，這里我們選擇使用74LS160。圖474LS160引腳圖如果采用反應(yīng)清零方式時在計數(shù)一遍后進(jìn)入重新計數(shù)時時間間隔不是一個時間脈沖而是兩個，會造成計數(shù)不準(zhǔn)，例如十進(jìn)制從0000—0001—0010—……1001—1010〔此狀態(tài)雖不會顯示但已經(jīng)出來〕—0000。故現(xiàn)在采用反應(yīng)置數(shù)法實(shí)現(xiàn)，以十進(jìn)制為例0000——0001——0010——……1001——0000〔不會出現(xiàn)1010狀態(tài)，故很準(zhǔn)〕其接法電路如圖5圖6。秒信號經(jīng)秒計數(shù)器、分計數(shù)器、時計數(shù)器之后。分別得到顯示電路，以便實(shí)現(xiàn)用數(shù)字顯示時、分、秒的要求?！懊毹暫汀胺吱曈嫈?shù)器應(yīng)為六十進(jìn)制，而“時〞計數(shù)器應(yīng)為二十四進(jìn)制。圖5兩塊74LS160構(gòu)成的六十進(jìn)制計數(shù)器采用置數(shù)法74LS160的3、4、5、6引腳接地，低位的7、10、1引腳和高位1引腳接高電平，高位7、10引腳接低位15引腳。其14—11引腳接顯示譯碼器的7、1、2、6引腳。圖6兩塊74LS160構(gòu)成的二十四進(jìn)制計數(shù)器〔1〕六十進(jìn)制計數(shù)器。它由兩塊中規(guī)模集成十進(jìn)制計數(shù)器74LS160，一塊組成十進(jìn)制，另一塊組成六進(jìn)制。采用置數(shù)法時，當(dāng)高位出現(xiàn)0101狀態(tài)，低位為1001狀態(tài)，即計到59〔第60個脈沖〕，如圖5所示六十進(jìn)制計數(shù)器。〔2〕二十四進(jìn)制計數(shù)器。它由兩塊中規(guī)模集成十進(jìn)制計數(shù)器74LS160構(gòu)成。當(dāng)高位出現(xiàn)0010狀態(tài)，低位為0011狀態(tài)，即計到第24個來自“分〞計數(shù)器的進(jìn)位信號時，產(chǎn)生反應(yīng)置數(shù)信號，如圖6所示為二十四進(jìn)制計數(shù)器。校時電路在剛接通電源或者時鐘走時出現(xiàn)誤差時，則需要進(jìn)展時間的校準(zhǔn)。因此，應(yīng)截斷時分的直接計數(shù)通路，并采用正常計數(shù)信號與校時信號可以切換的電路接入其中。故我們設(shè)計了對時、分、秒各自校時的電路。設(shè)計原理是：將74ls160的兩個使能端接在一起后接到單刀雙擲開關(guān)的公共端，再將進(jìn)位端和高電平分別接到另外兩端。當(dāng)開關(guān)按下時接入高電平，反之便會接到進(jìn)位端。圖7校時局部電路原理圖通過一個單刀雙擲開關(guān)控制接入“時〞計數(shù)電路的脈沖信號。假設(shè)要校時，將校時脈沖信號引入“時〞計數(shù)器，讓其快速計數(shù)，在時計數(shù)器顯示到需要的數(shù)字后再切掉校時信號，引入正常脈沖信號，完成校時功能。校分的原理和校時一樣。校時電路的連接情況如圖8所示圖8校時電路連接譯碼顯示電路選用器件時應(yīng)當(dāng)注意譯碼器和顯示器件相互配合。一是驅(qū)動功率要足夠大，二是邏輯電平要匹配秒計數(shù)器、分計數(shù)器、和時計數(shù)器的計數(shù)分別輸送給各自的顯示譯碼器74LS48，在數(shù)送給各自的數(shù)碼管，顯示出時、分、秒的計時。電路如圖9所示為計數(shù)、譯碼顯示電路。圖9譯碼顯示電路圖1074LS48引腳圖這里采用74LS48作為顯示譯碼器，A0~A3接74LS160的QA~QD端3、4、5引腳都接高電平，9~15端接七段數(shù)碼管。七段數(shù)碼管引腳圖如下列圖11〔共陰極〕圖11七段數(shù)碼管引腳圖譯碼顯示電路在仿真中的連接情況如圖12圖12定時電路設(shè)計每當(dāng)數(shù)字時鐘計時與所設(shè)定的時間一樣時開場發(fā)出5s的響聲，響聲是從第1s開場到第6s,響聲的頻率一樣，即所發(fā)出的聲音是一樣的沒有變化。定時電路即邏輯見下列圖13。圖13定時響5s真值表由卡諾圖可以計算出定時響5s的邏輯，其邏輯電路連接見下列圖14圖14響5s邏輯電路連接4.軟件仿真4.1仿真電路圖4.2仿真過程按下仿真開場開關(guān)，觀測時鐘是否正常計時。鍵盤上的A和B分別控制著校時和校分，按下A開場校時，再次按下，校時停頓；按下B開場校分，再次按下，校分停頓。讓鐘表計時到整點(diǎn)，觀測整點(diǎn)指示燈是否點(diǎn)亮。4.3仿真結(jié)果按下仿真開關(guān)后，數(shù)字鐘可以正常計時，從左至右依次是“時〞十位，“時〞個位，“分〞十位，“分〞個位，“秒〞十位，“秒〞個位。按下校時開關(guān)和校分開關(guān)后，可以正常校時和校分。時鐘計時到23點(diǎn)59分59秒后，會全部清零，重新開場新的一天。5.結(jié)論通過這次對數(shù)字鐘的設(shè)計與制作，對電子技術(shù)有了一些初步了解，但那都是一些理論的東西。通過這次數(shù)字電子鐘的課程設(shè)計，我們才把學(xué)到的知識與實(shí)踐相結(jié)合。從而對我們學(xué)的知識有了更進(jìn)一步的理解，使我們進(jìn)一步加深了對所學(xué)知識的記憶。在此次的數(shù)字鐘設(shè)計過程中，我更進(jìn)一步地熟悉了芯片的構(gòu)造及掌握了各芯片的工作原理和其具體的使用方法。也鍛煉了自己獨(dú)立思考問題的能力和通過查看相關(guān)資料來解決問題的習(xí)慣。雖然這只是一次簡單的課程設(shè)計，但通過這次課程設(shè)計我們了解了課程設(shè)計的一般步驟，和設(shè)計中應(yīng)注意的問題，同時我們也掌握了做設(shè)計的根本流程，為我們以后進(jìn)展更復(fù)雜的設(shè)計奠定了堅(jiān)實(shí)的根底。6.使用儀器設(shè)備清單1.555定時器2.74LS1603.74LS1614.6段譯碼顯示器脈沖發(fā)生器74LS4874LS2074LS0474LS08單刀雙擲開關(guān)7.參考文獻(xiàn)1.馬學(xué)文，李景宏.電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教程.：科學(xué).20132.李景宏，王永軍編著.數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng).：電子工業(yè)，20123.高桔祥，易凡編著.電子技術(shù)根底實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計.：電子工業(yè)，20024.王義軍.數(shù)字電子技術(shù)根底.：中國電力，20075.黃培根，任清褒.Multisim7&電路分析根底實(shí)驗(yàn).**：**大學(xué),20026.賈更新.電子技術(shù)根底實(shí)驗(yàn)，設(shè)計與仿真.**：**大學(xué)，20067.趙淑*.電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計.：清華大學(xué),20068.收獲、體會和建議十多天的數(shù)字電子課程設(shè)計馬上就要畫上圓滿的句號，在這期間的收獲很多，快樂過沮喪過，當(dāng)電路終于能夠符合設(shè)計指標(biāo)和要求的時候，心情無比的舒暢。但是mutisim本身的一個缺陷使得無法在仿真的時候使用晶振加上4060產(chǎn)生1赫茲的方波，但是在現(xiàn)實(shí)的情況下，這樣是完全能夠產(chǎn)生的。所以在做仿真的時候就用了555多諧振蕩電路來代替，以檢驗(yàn)其他功能模塊是否符合設(shè)計的要求。在這次課設(shè)期間是我更加熟練的掌握了仿真軟件multisim的一些用法，原來沒有發(fā)現(xiàn)的功能在這次做課設(shè)的時候?qū)W會了，我想這