数字电子钟课程设计.doc

一、课程设计题目数字电子钟二、课程设计题目描述和要求（1）设计一个有“时”、“分”、“秒”（23小时59分59秒）显示，且有手动校时功能的电子钟；（2）用中小规模集成电路组成电子钟，并在实验箱上进行组装、调试；（3）画出框图和逻辑电路图，写出设计、实验总结报告；（4）整点报时。在59分50秒开始，每2s报时一次至整点三课程设计报告内容3.1实验名称数字电子钟3.2实验目的掌握数字电子钟的设计、组装与调试方法；熟悉集成电路的使用方法。3.3实验器材及主要器件（1）74LS160（ 6片）（2）74LS00（4片）（3）74LS02（1片）（4）74LS04（1片）（5）74LS30（1片）（6）数字电路实验箱（7）导线若干3.4数字电子钟基本原理数字电子钟是一种用数字显示秒、分、时、日的计时装置。它主要由石英晶体振荡器、分频器、计数器、译码器和校时电路分等部分组成，石英晶体振荡器产生的信号经过分频器作为秒脉冲，秒脉冲送入计数器，计数结果经过时、分、秒译码器显示时间，如下图所示。图1 数字电子钟的电路组成方框图3.5数字电子钟单元电路设计、参数计算和器件选择1.振荡器、分频器本设计采用数字电路实验箱所提供的1Hz脉冲信号。2.计数器本设计所采用的是十进制计数器74SL160，根据时分秒各个部分的的不同功能，设计成不同进制的计数器。秒的个位，需要10进制计数器，十位需6进制计数器（计数到59时清零并进位），秒部分设计与分钟的设计完全相同；时部分的设计为当时钟计数到24时，使计数器的小时部分清零，从而实现整体循环计时的功能。74LS160功能表如下所示： 输入 输出CRLDCTTCTPCPD0D1D2D3Q0Q1Q2Q30000010D0D1D2D3D0D1D2D31111 计数110触发器保持，CO=0110 保持计数部分：利用74LS160芯片和74LS00芯片组成的计数器，它们采用异步连接，利用外接标准1Hz脉冲信号进行计数。显示部分： 将六片74LS160的Q0Q1Q2Q3脚分别接到实验箱上的数码显示管上，根据脉冲的个数显示时间。秒信号经过计数器之后分别得到显示电路，以便实现用数字显示时、分、秒的要求，计时电路共分三部分：计秒、计分和计时。其中，计秒和计分都是60进制，而计时为24进制，可以采用74LS160实现24进制、60进制计数器。（1）六十进制计数由分频器来的秒脉冲信号，首先送到“秒”计数器进行累加计数，秒计数器应完成一分钟之内秒数目的累加，并达到60秒时产生一个进位信号，所以，选用2片74LS160和一片74LS00组成六十进制计数器，采用反馈归零的方法来实现六十进制计数。其中，“秒”十位是六进制，“秒”个位是十进制。 秒部分具体设计如图所示： 图1 秒的个位部分为逢十进一，十位部分为逢六进一，从而共同完成60进制计数器，当计数到59时清零并重新开始计数。如图所示个位1脚接高电平，7脚、9脚及10脚接1，当7脚和10脚同时为1时计数器处于计数工作状态。个位11脚和秒的十位的2脚相接，十位的9脚、10脚、7脚分别和个位的1脚相接。个位计数器由Q3Q2Q1Q0（0000）2增加到（1001）2时产生进位，从而实现10进制计数和进位功能，秒的十位在计数至0110时由与非门反馈清零实现6进制。分钟部分设计与秒完全相同。 （2）二十四进制计数器：选用2片74LS160和一片74LS00组成24进制计数器，采用反馈归零的方法来实现24进制计数。当十位为0010且个位为0100时使两芯片异步清零。小时部分具体设计如图所示： 图23.译码器、显示器译码是指把给定的代码进行翻译的过程。计数器采用的码制不同，译码电路也不同。74LS48驱动器是与8421BCD编码计数器配合用的七段译码驱动器。74LS48配有灯测试LT、动态灭灯输入RBI，灭灯输入/动态灭灯输出BI/RBO,当LT=0时，74LS48出去全1。本系统用七段发光二极管来显示译码器输出的数字，显示器有两种：共阳极显示器或共阴极显示器。74LS48译码器对应的显示器是共阴极显示器。本实验采用实验箱中的74LS48译码器和共阴极显示器组成的显示系统。6.校时电路当数字钟走时出现误差时，需要校正时间。校时电路实现对“时”“分”“秒”的校准。在电路中设有正常计时和校对位置。本实验实现“时”“分”的校对。对校时的要求是，在小时校正时不影响分和秒的正常计数；在分校正时不影响秒和小时的正常计数。需要注意的时，校时电路是由与非门构成的组合逻辑电路，开关S1或S2为“0”或“1”时，可能会产生抖动，为防止这一情况的发生我们接入一个由RS触发器组成的防抖动电路来控制。电路如下 图3如图所示，当校时开关接地时，计数器正常计数和进位；当校时开关接高电位时，电子钟处于校时状态，此时计数器由秒到分、由分到时的进位脉冲被屏蔽，此时可对分钟或小时进行手动校对，通过单次脉冲使计数器进位。7.整点报时电路 整点报时，只报时不报分。从59分50秒起，每隔2s发出一次信号，连续五次，最后一次结束时即达到正点。其原理图如下所示： 图4电路图如下 图5综合以上多个电路，将其连接起来，就组成了一个具有时、分、秒计时功能，能够手动校时、校分，并且整点报时的数字电子钟。3.6数字电子钟电路图 图63.7数字电子钟的组装与调试6.1 计分、计秒电路的调试按照图1所示电路图连接电路，构成60进制计数器，把74LS90的QA、QB、QC、QD分别接上指示电平，以便观测计数器计数情况，再将数字试验箱的单脉冲接到74LS160的个位，然后接通电，再按动脉冲按钮计数，观察数码管及电平指示是否按加法计数显示。6.2 计时电路的调试按照图2所示电路图连接电路，构成24进制计数器。用调试计分、计秒电路的方法进行调试。6.3.完整时分秒电路的调试 按照图6所示电路，将两个60进制计数器和一个24进制计数器连接起来，再用上述调试计时电路的方法进行调试，确保每个计数器间的进位正常。6.4 校时电路的调试 按照图3所示电路连接电路，构成校时电路，观察是否可以进行校时，并注意在断开开关后是否会存在时间跳变。 6.5 整点报时电路的调试按照图5所示电路连接电路，构成整点报时电路。接通电路观察从59分50秒起，是否每隔2s指示灯闪动一次，最后一次闪动结束时达到正点。四 结论经过实验数据和误差分析可知，该设计方案具有可行性。根据此方案能做出符合设计要求的电路 。五 课程设计的收获、体会通过数电课程的学习使我们对电子技术有了一些初步了解，但都是一些理论知识。通过这次数字电子钟的课程设计，我们才把学到的东西与实践相结合。从而对我们学的知识有了更进一步的理解。本次课程设计使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通过查看相关资料来解决问题的能力。最重要的是，使我明白了理论和实际的差异。在这次课程设计过程中，我遇到了很多实际问题，这是我事先所没有预料到的。从电路设计到计算机仿真都没有遇到什么问题，然而在实验室实际连接电路时却出了很多问题。比如，我用multisim仿真时，74LS160芯片的时钟是下降沿触发，而实验时74LS160芯片是上升沿触发，这就导致了多用一个非门芯片。还有，在开关校时电路时，电路会产生抖动，这是我所没有设计到的一个很实际的问题，最终在老师的启发下，我们采用一个RS触发器来控制校时开关，终于消