数字时钟基础课程设计.doc

物理与电气工程学院课程设计报告数字钟设计姓 名 秦东各 学 号 111102098 专业 电气工程及其自动化指导教师 李艾华 成 绩 日期 2013.4.26 数字钟设计秦东各（安阳师范学院 物电学院, 河南 安阳 455002）摘要：数字钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的显示装置，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，具有更更长的使用寿命，因此得到了广泛的使用。数字钟从原理上讲是一种典型的数字电路，其中包括了组合逻辑电路和时序电路。目前，数字钟的功能越来越强，并且有多种专门的大规模集成电路可供选择。数字钟适用于自动打铃、自动广播，也适用于节电、节水及自动控制多路电器设备。它是由数子钟电路、定时电路、放大执行电路、电源电路组成。为了简化电路结构，数字钟电路与定时电路之间的连接采用直接译码技术。具有电路结构简单、动作可靠、使用寿命长、更改设定时间容易、制造成本低等优点。从有利于学习的角度考虑，这里主要介绍以中小规模集成电路设计数字钟的方法。关键词：计时 自动 译码 显示 1引言：近年来随着数字技术的迅速发展，各种中、大规模集成电路在数字系统、控制系统、信号处理等方面都得到了广泛的应用。本次课程设计的目的在于培养学生对基本电路的应用和掌握，使学生在实验原理的指导下，初步具备基本电路的分析和设计能力，并掌握其应用方法；自行拟定实验步骤，检查和排除故障 、分析和处理实验结果及撰写实验报告的能力。综合实验的设计目的是培养学生初步掌握小型数字系统的设计能力，包括选择设计方案，进行电路设计、安装、调试等环节，运用所学知识进行工程设计、提高实验技能的实践。2方案论证： 2.1方案一 以石英晶体振荡器为核心的数字钟设计，结构比较复杂，原理图如下:2.2 方案二 以555定时器为核心的数字钟设计，结构比较简单，原理图如下:从以上两种方案，很容易看出，采用方案二，电路比较简单，软件设计也比较简单，故采用了方案二。3 结果与讨论3.1 元器件介绍3.11 与非74LS00输入输出A B Y0 010 1110 11103.12 十进制计数器74LS160 3.13 译码器74LS48 3.14 共阴极7段数码管阴极接地，在相应段的阳极接上正电源，该段即会发光。LED的电流通常较小，一般均需在回路中接上限流电阻。3 .2 数字钟总体设计 数字电子钟需要显示“时”、“分”、“秒”，它的周期为24小时，“时”采用二十四进制，“分”采用六十进制，“秒”采用六十进制。由555定时器构成的多谐振荡电路，为“秒”计时器的个位提供周期为1s的方波脉冲，“秒”计时器通过串联进位方式与“分”位、“时”位进行连接，计时器芯片为74LS160,再通过译码芯片74LS48，与数码管进行连接，对数据进行显示，总框图如图3.3 数字钟原理设计3.3.1 脉冲产生电路由555多谐振荡器电路产生，两个电阻均为47K，电容分别为0.01uF，10uF3.3.2 时间计数电路 一般采用10进制计数器如74HC290、74HC390、74LS160等来实现时间计数单元的计数功能。本次设计中选择74LS160。 秒个位计数单元为10进制计数器，无需进制转换1Hz秒输入即可。 秒十位计数单元为6进制计数器，需要进制转换。将10进制计数器转换为6进制计数器的电路连接方法如图所示 十进制-六进制转换电路 分与秒计数单元相同；但是，整个时计数单元应为24进制计数器，不是的整数倍，因此需将个位和十位计数单元合并为一个整体才能进行24进制转换。3.3.3 校时电路数字钟应具有分校正和时校正功能，因此，应截断分个位和时个位的直接计数通路，并采用正常计时信号与校正信号可以随时切换的电路接入其中。即为用COMS与或非门实现的时或分校时电路，In1端与低位的进位信号相连；In2端与校正信号相连，校正信号可直接取自分频器产生的1HZ或2HZ（不可太高或太低）信号；输出端则与分或时个位计时输入端相连。当开关打向上时，因为校正信号和0相与的输出为0，而开关的另一端接高电平，正常输入信号可以顺利通过与或门，故校时电路处于正常计时状态；当开关打向下时，情况正好与上述相反，这时校时电路处于校时状态。实际使用时，因为电路开关存在抖动问题，所以一般会接一个RS触发器构成开关消抖动电路，所以整个较时电路如下图带有消抖电路的校正电路3.4 完整的原理图如下3.5 电路板制作 先在multisim上仿真，确认无误后。用Protel99se画出SCH和PCB，完成后把PCB原理图打印出来，然后把板子放到三氯化铁溶液里氧化，等氧化完成后，接下来就开始打孔，打完孔后，用去污粉洗净板子，完成后，就可以进行焊接了。3.6 电路安装、测试与调试3.6.1 安装1）按原理图连飞线，集成块引脚方向预先弯好对准板子的金属孔，再小心插入。导线的剥线长度与板子的厚度相适应。焊接的时候注意不要与铜线接通。2）导线的裸线部分不要露在板子的上面，以防短路，导线要插入金属孔中央。3）按照原理图接线时首先确保可靠的电源和接地。4）注意芯片的控制引脚必须正确接好。3.6.2 调试1）检查故障时除测试输入、输出信号外，要注意电源、接地和控制引脚。2）要注意芯片引脚上的信号与板子上插座上信号是否一致（集成块引脚与板子常接触不良）。3） 显示管不亮，检查各处接电源接地的地方是否有接。显示管显示不全，检查显示管和74LS48否有坏，检查有无短接。4）有显示，不跳，检查秒脉冲发生器，检查74LS48和74LS160是否有错。5）检查是否进位。当计数器不进位时，应检查各部分级联是否正确，以及连线是否正确。如果级联出现问题，则会导致计数器不进位。在这部分应注意级联时，应使上一个计数器产生的信号恰好对当前的计数器产生一个脉冲，这样计数器才会产生进位。6）校正时，如果不能明显的区分原来的计数和校正后的计数时，应检查开关与所加信号是否经过与非门与非的合适。如果不恰当，应及时改正。4 课程设计体会 我们学习了数字电子电路和模拟电子电路，对电子技术有了一些初步了解，但那都是一些理论的东西。通过这次数字电子钟的课程设计，我们才把学到的知识与实践相结合。从而对我们学的知识有了更进一步的理解，使我们进一步加深了对所学知识的记忆。在此次的数字钟设计过程中，我更进一步地熟悉了芯片的结构及掌握了各芯片的工作原理和其具体的使用方法。也锻炼了自己独立思考问题的能力和养成了通过查看相关资料来解决问题的习惯。虽然这只是一次简单的课程设计，但通过这次课程设计我们了解了课程设计的一般步骤，和设计中应注意的问题，同时我们也掌握了做设计的基本流程，为我们以后进行更复杂的设计奠定了坚实的基础。设计本身并不是有很重要的意义，而是同学们对待问题时的态度和处理事情的能力。至于设计的成绩无须看的太过于重要，而是设计的过程，设计的思想和设计电路中的每一个环节，电路中各个部分的功能是如何实现的。各个芯片能够完成什么样的功能，使用芯片时应该注意那些要点。同一个电路可以用那些芯片实现，各个芯片实现同一个功能的区别。另外，我们设计要从市场需求出发，既要有强大的功能，又要在价格方面比同等档次的便宜。在这次设计过程中，我也对word、protel等软件有了更进一步的了解，这使我在以后的学习做课程设计中更加得心应手。5 参考文献1阎石.数字电子技术 M.第五版.北京:高教出版社,20