(精品论文)数字钟制作报告

电子电路课程设计报告 目录1. 数字钟的概述2. 数字钟的设计目的及要求3. 数字钟的结构原理图4. 数字钟电路的设计 4.1主体电路的设计 4.1.1秒脉冲电路的设计4.1.2时分秒计数器的设计4.1.3译码及显示电路的设计4.1.4校时电路的设计4.1.5上电复位设计4.1.6主体电路图 4.2功能扩展电路的设计5.总结 5.1设计过程中遇到的问题及解决方法 5.2课程设计中的心得体会 1. 数字钟的概述数字钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置，与机械式时钟相比具有更高的准确性和直观性，且无机械装置，具有更长的使用寿命，并且可以实现更多的功能，如：定时控制、整点报时、闹钟、触摸报整点时数等，在现实生活中，各种数字钟已得到了非常广泛的使用。数字钟的设计方法有许多种，例如,可用中小规模集成电路组成数字钟，也还可以利用单片机来实现数字钟等。这些方法都各有其特点，其中利用中小规模集成电路组建数字钟，原理简单，但由于集成电路集成度有限，对于需要实现较多功能的电路设计比较复杂，对于制作者焊接和布线有较高的要求。用单片机实现的电子钟具有结构简单，并便于功能的扩展，但需要涉及到汇编以及C语言编写程序，对设计者有较高的要求。本次设计为用中小规模集成电路组成数字钟。2. 数字钟的设计目的及要求（1） 数字钟的设计目的1) 进一步掌握电子电路设计方法及相关设计软件使用；2) 学会掌握和使用集成芯片和各种元器件，熟悉各类器件的引脚安排，掌握各芯片的逻辑功能及使用方法3) 掌握电子电路的设计制作和调试方法（2） 数字钟的设计任务与要求1) 设计数字钟电路（每人一组，独立完成） 基本功能：准确计时，以数字形式显示时、分、秒的时间；小时的计时要求为24进位，分和秒的计时要求为60进位；能快速校正时、分的时间。 扩展功能：定点闹时功能，比如在7时59分发出闹时信号，持续时间为1分钟；整点报时功能，比如计时到整点时发出声音，且几点响几声。2) 提交设计报告（书面形式） 画出所设计电路的结构方框图；分析各部分的工作原理；所含集成电路的管脚和功能说明；通过Multisim等软件对所设计电路进行仿真，提交仿真电路原理图（电子版）3) 制作数字钟（两人一组共同完成） 实现基本功能，给定统一的元器件，按照自己的设计方案在面包板上搭建实际电路，并达到设计要求。3. 数字钟的结构原理图 根据设计要求，可建立数字钟系统组成框图，如图3-1所示，数字钟电路系统由主体基本电路和扩展电路两大部分组成，其中，主体基本电路完成数字钟的基本计数计时功能，扩展电路包括数字钟的定时、整点报时等功能。 图3-1 数字钟原理框图整点报时定时控 制 扩展电路 基本工作原理：用振荡器产生的高脉冲信号经过分频器和3个十进制计数器后得到的信号（频率1Hz）作为数字钟的秒脉冲发生器，秒脉冲接入秒个位计数器，秒个位计数器计满10后向秒十位计数器进位，秒十位计数器计满6后向分个位计数器进位，分个位计数器计满10后向分十位计数器进位，分十位计数器计满6后向小时计数器个位进位，在小时计数器中按照“24小时制”的规律计数。计数器的输出经译码器送显示器（每次通电显示器置0一次）。电子钟计时与实际时间出现误差时可以通过电路进行校时、校分。4. 数字钟电路的设计4.1主体电路的设计4.1.1秒脉冲电路的设计数字电路中秒脉冲发生器是由振荡器产生的，振荡器是数字钟的核心，振荡器的稳定度及频率的精度决定了数字钟计时的准确程度。一般电路中振荡器可由石英晶体振荡器或者555振荡器构成，本次设计采用555振荡器与RC组成的多谐振荡器做为时间标准信号源。 如图4-1所示，振荡器由555与R、C组成的多些振荡器，调节滑动变阻器RP取适当的值即可得到频率为1HZ的秒脉冲。且RP具有实时微调电路工作频率的功能，可随时通过探针监测频率随时调定频率，从而使本电路获得精确的脉冲频率。图4-1 555振荡器4.1.2时分秒计数器的设计 数字钟的计数电路是用两个六十进制计数电路和24进制计数电路实现的。数字钟的计数电路的设计可以用反馈清零法：当计数器正常计数时，反馈门不起作用，只有当进位脉冲到来时，反馈信号将计数电路清零，实现相应模的循环计数。以60进制为例，当计数器从00，01，02，59计数时，反馈门不起作用，只有当第60个秒脉冲到来时，反馈信号随即将计数电路清零，实现模为60的循环计数。下面将分别介绍我设计的60进制分秒计数器和24进制小时计数器。1) 60进制计数器，电路图如4-2所示 图4-2 60进制计数器该段电路由两片74LS90D和一个与门构成，分别为10进制计数器的个位和6进制的十位，两者级联构成60进制计数器。当计数器达到59时，在下一个秒脉冲作用下实现反馈清零，电路重新开始下一轮计数。其中个位U8为十进制，十位U12为六进制，个位的最高位QD联到十位的INA端。个位十进制计数器经过十个脉冲循环一次，每当第十个脉冲来到时，QD由1变为0形成一个下降沿，使其触发，使十位以此计数，经过个位的六十个脉冲，十位的74LS90D输出为0110，QB和QC此时同为1，通过与门后接通其置0端R01、R02，显示器立即清零，个位和十位计数器都恢复为0000。达到六十进制计数的效果。2) 24进制计数器如图4-3所示。设计24进制电路与60进制电路原理基本相同，只是把原来60清零改为目前24清零即可。只是当计数器达到23时，在下一个分进位脉冲作用下实现反馈清零，重新开始下一轮计数 图4-3 24进制电路4.1.3 译码及显示电路的设计 译码电路的功能是将“秒”、“分”、“时”计数器的输出代码进行翻译，变成相应的数字。用于驱动LED七段数码管的译码器常用的有74LS48。74LS48是BCD-7段译码器/驱动器，其输出是OC门输出且低电平有效，专用于驱动LED 七段共阳极显示数码管。在本次试验中选用了74LS248D译码器。SEVEN_SEG_COM_K型号LED显示数码管的一端为七根“A/B/C/D/E/F/G”输入线接阳极端，另一端CK则接地，从而形成闭合回路。七根输入信号线对应LED显示数码管相应区域的亮暗，比如当“A/B/C/D/E/F”得电信号，而“G不得电时，则数码显示管中则显示“0”，因为G控制中间段区域的亮暗，而其余六根则控制周边电信号，以此显示数字。 74LS248D译码器在Multisim软件中的符号表示如左所示。其中译码输入端口为：A/B/C/D共四个，译码输出端口为：OA/OB/OC/OD/OE/OF/OG共七个，剩余三个为使能端，一般情况下接入高电位，它们共同决定了译码器当前是否被允许工作。因而译码器的作用就是将一组输入信号转换为在某一时刻有一个确定的输出信号，即确定的数值。通常在译码器与数码管之间还加上一定阻值的电阻以起到保护的作用。4.1.4校时电路的设计校时电路的作用是：当数字钟接通电源或者计时过程中出现误差时，校正时间。校时是数字钟应具有的基本功能。此电子种具有时、分等校时功能。校时电路下图所示。 其中选用了可复位开关，型号为PB_DPST，在上图中为J1,J2，在不控制的状况下自动处于图中的连接位置，与上接口保持闭合状态安全接地，工作时按下开关使得下接口连通，放开后回到图示位置。或门的输出端分别接分针个位和时针个位的INA端，这相当于认为增加一次脉冲使得分钟个位或者时钟个位数值加1。以此达到校时或者校分的效果。4.1.5上电复位的设计上电复位总图如右所示：上电复位的作用：每次开始进行模拟实验时，LED数码显示管的开始时刻始终从0时0分0秒开始计时，起到了复位清零的作用，不然每次开始计时实验都将从上一次计时记录中开始或是显示乱码。元器件：VCC5V电源、100欧姆电阻、电压控制开关、非门和或门。原理：如右图所示电压控制开关J3，它不通电时保持图中的连线状态，当通电一时，开关瞬间断开，然后又复位闭合，使得35号线上传过一个 低电平脉冲，通过非门得到一高电平脉冲，通过37号线连接各个数码管置0端，是个数码管显示“0”4.1.6主体电路图4.2功能扩展电路的设计 对于整点报时就是分种和秒钟都为0的时候，即对于计数器的输出都为0，将其全部通过或门最后连入蜂鸣器的低电平口，使蜂鸣器高电平口接5V电压源即可。5. 总结 5.1设计过程中遇到的问题及解决方法 1.很多元器件的找不到 其原因是：l 对软件的使用不熟练，无法迅速寻得所需元器件l 对电子学相关知识的缺失专业英语不达标 2.LED数码显示管在选用时一开始选用四管脚型，但多次使用发现容易乱码，后换为八管脚数码显示器并添加译码器则可显示正常数字。 其原因可能是：l 未添加译码器的四管脚LED数码显示器的工作应用范围有限l 输入的电压超过其工作范围l 线路连接错误解决方案：换用八脚管SEVEN_SEG_COM_K型号的显示器，添加译码器，认真连接线路，并加上集成电阻降压3. 数码管刚刚开始运行时偶尔会显示01 01 00原因：可能是软件模拟不真实，使得显示出错或者跳跃解决方法：再次运行4. 在连接线路时，555定时器组成的多谐振荡器产生1KHZ信号，其后串联三个十进制计数器7490N，理论上应该输出1HZ的电信号，但在Multisim软件模拟实验时，始终无法得到1HZ，往往LED数码显示管经过一两分钟才能显示一次。 其原因可能是：对计数器的工作原理和内部结构了解不够，导致选用的计数器不合理解决方法：暂时将主电路的秒计数器输入端口直接连接555多谐振荡器的输出端口。5.2 课程设计中的心得体会在此次的数字钟设计过程中，是我对先前学过的电工电子技术相关知识有了复习巩固，更进一步的熟悉了各类芯片的结构，掌握了各芯片的工作原理、具体使用方法和接线要领。在连接六进制、十进制的进位和十二进制的接法中，熟悉了逻辑电路及芯片各引脚的功能，并且在电路出错时能自己快速较