数电课程设计数字钟的设计与制作.doc

题目名称：数字钟的设计与制作 姓 名： 班 级： 电气N101 学 号： 日 期： 2013/1/1 电子技术与数字逻辑课程设计任务书一设计分组：两人一组二时间安排：1周，进度要求如下序号设计内容所用时间1布置任务及调研，原理图设计（仿真选做）2天（30%）2方案确定，制作与调试2天（50%）3撰写设计报告书，答辩1天（20%）合 计5天三设计要求对本次课程设计题目-数字钟的设计与制作（一）设计指标：1.显示时、分、秒。.采用24小时制。2.具有校时功能，可以对小时和分单独校时，对分校时的时候，停止分向小时进位。校时时钟源可以手动输入或借用电路中的时钟。3.为了保证计时准确、稳定，由晶体振荡器提供标准时间的基准信号。（二）具体要求：1.画出总体设计框图，以说明数字钟由哪些相对独立的功能模块组成，标出各个模块之间互相联系，时钟信号传输路径、方向和频率变化。并以文字对原理作辅助说明。2.设计各个功能模块的电路图，加上原理说明。3.选择合适的元器件，设计、选择合适的输入信号和输出方式，在确保电路正确性同时，输入信号和输出方式要便于电路的测试和故障排除。在线路板上接线验证、调试各个功能模块的电路。4.在验证各个功能模块基础上，对整个电路的元器件和布线，进行合理布局，进行整个数字钟电路的接线调试。（三）制作要求： 自行装配、接线和调试，并能检查和发现问题，根据原理、现象和测量的数据分析问题所在，加以解决。学生要解决的问题包括元器件和电路板故障引起的问题。（四）实验仪器、工具：1. 共阴八段数码管/计数器/译码驱动集成电路。2. 导线/电阻/电容/石英晶体等四设计流程：1布置任务及查资料。2初步确定设计方案并进行必要计算，画出总体设计框图。3标出各个模块之间互相联系，时钟信号传输路径等，画出总体原理图，芯片连接总图。4. 数字系统的制作与调试后，功能验证。5. 编写设计说明书，答辩。五设计论文要求：（一） 格式要求：（见附录）（二）内容要求： 说明设计题目。 设计指标要求。 画出设计的原理框图，并要求说明该框图的工作过程及每个模块的功能。 画出各功能模块的电路图，加上原理说明（如10进制到6进制转换的原理，个位到十位的进位信号选择和变换等）。画出总布局接线图（集成块按实际布局位置画，关键的连接单独应画出，计数器到译码器的数据线、译码器到数码管的数据线可以简化画法，但集成块的引脚须按实际位置画，并注明名称。）描述设计制作的数字钟及其运行结果。总结：设计过程中遇到的问题及解决办法；课程设计中的心得体会；对课程设计内容、方式、要求等各方面的建议。元器件清单。摘要本次课程设计的主题是数字电子钟。干电路系统由秒信号发生器、“时、分、秒”计数器、显示器、整点报时电路组成。秒信号产生器是整个系统的时基信号，它直接决定计时系统的精度，这里用多谐振荡器加分频器来实现。将标准秒信号送入“秒计数器”，“秒计数器”采用60进制计数器，每累计60秒发出一个“分脉冲”信号，该信号将作为“分计数器”的时钟脉冲。“分计数器”也采用60进制计数器，每累计60分钟，发出一个“时脉冲”信号，该信号将被送到“时计数器”。“时计数器”采用24进制计时器，可实现对一天24小时的累计。译码显示电路将“时”、“分”、“秒”计数器的输出状态送到七段显示译码器译码，通过七位LED七段显示器显示出来。整点报时电路时根据计时系统的输出状态产生一脉冲信号，然后去触发一音频发生器实现报时。 目录综述11、方案设计与选择12、原理设计和功能描述22.1数字计时器的设计思想22.2数字电子钟总体框架图22.3单元电路的设计32.3.1振荡器电路32.3.2时间计数器电路32.3.3数码管42.3.4校时控制电路42.3.5数字电子钟原理效果图52.4元器件清单63、数字电子钟仿真效果图64、总结与体会75、参考文献7 综述随着科技的快速发展，数字电子钟在实际生活中的应用越来越广泛，小到普通的电子表，大到航天器等高科技电子产品中的计时设备。数字钟是一个将“时”，“分”,“秒”显示于人的视觉器官的计时装置。它的计时周期为24小时，显示满刻度为23时59分59秒，另外应有整点报时附加功能。因此，一个基本的数字钟电路主要由译码显示器、“时”，“分”，“秒”计数器、报时电路和振荡器组成。作为自动化的一名学生掌握并能够独立自主设计一个数字电子钟是必要和必须的，既可以加深对课本上理论知识的理解又能锻炼自己的思考和解决问题的能力。于是，在老师和学校的号召下，经过查阅许多相关书籍和浏览许多网络资源，我做了这款简单数字电子钟的设计。1方案设计与选择数字电子技术的复杂性和灵活性决定了数字电子钟的设计方案有多种，如下是我总结的部分方案。方案一：脉冲信号源的选择。用模电课程设计做的方波发生器，信号发生器，脉冲芯片等方式都可以作为脉冲信号源，在此我选择的是方波发生器，主要考虑的是它的易于制作和很好的稳定性，更重要的是不用分频，。方案二：1时分秒计数器的选择。时分秒计数器的选择同样有多种，74LS160和 74LS161, 74LS190和74LS191等等都可以，考虑到其简单易用和作为课本上重点内容在此我们选择的是74LS161。方案三：译码显示器的选择。DCD_HEX或7448加上SEVEN_SEG_COM_K等也是多种方案。这里我选择的是DCD_HEX。2 原理设计和功能描述2.1数字计时器的设计思想要想构成数字钟，首先应选择一个脉冲源能自动地产生稳定的标准时间脉冲信号。使用方波发生器，频率就能达到1Hz，无需再使用分频器。经过方波发生器输出的秒脉冲信号到计数器中进行计数。由于计时的规律是：60秒=1分，60分=1小时，24小时=1天，就需要分别设计60进制，24进制计数器，并发出驱动信号。各计数器输出信号经译码器、驱动器到数字显示器，是“时”、“分”、“秒”得以数字显示出来。2.2数字电子钟总体框架图时个位时十位显示秒个位秒十位分个位分十位译码驱动译码驱动译码驱动译码驱动译码驱动译码驱动个位计数十位计数十位计数个位计数十位计数个位计数校时控制电路校时控制电路方波发生器 图2-22.3单元电路的设计22.3.1振荡器电路晶体振荡器是电子钟的核心，晶体振荡器设计的质量直接影响了整个电的好坏。这里我用方波发生器制作了一个振荡器。其中Cf=1uf, Rf=1k, R1=R2=1k,则F=0.002/2Rf*Cf *Ln(1+2R1/R1 )1Hz如图： 图2-3-12.3.2时间计数器电路时间计数电路由秒个位和秒十位计数器、分个位和分十位计数器、时个位和时十位计数器电路构成，其中秒个位和秒十位计数器、分个位和分十位计数器为60进制计数器，时个位和时十位计数器为24进制计数器，其原理图如下：3 图2-3-22.3.3数码管数码管通常有发光二极管（LED）数码管和液晶（LCD）数码管，本设计提供的为LED数码管DCD_HEX，其已内含译码器功能，所以不用再另加译码器。 图2-3-32.3.4 校时控制电路在刚接通电源或者时钟走时出现误差时，则需要进行时间的校准。调节开关J2,J3分别对时、分单独计数，计数脉冲由单次脉冲或联系脉冲输入。校时电路由两个方波发生器和二个开关组成，实现时、分的校准。4 图2-3-42.3.5数字电子钟原理效果图 图2-3-552.4元器件清单元件名称数量(个)DCD_HEX74LS16174LS0474LS001k电阻5V直流电源接地1uF电容放大器导线661291133若干 表2-43、数字电子钟仿真 下图为仿真结果，仿真开始时，方波发生器产生1Hz的脉冲信号。计数器接收到脉冲信号后开始计数，计数结果显示在数码管上。当秒计数器达到59秒，然后来一个脉冲信号使分计数器进位，当分计数器达到59分，然后再来一个脉冲信号使时计数器进位，当时计数器达到24时，清零。下面为其中的一张仿真图。6 图3-1课程设计体会我很喜欢模电数电，因为感觉这些东西很绞脑汁儿、很好玩，总想着什么时候能用这些知识做点什么东西出来。当刚拿到题目时很兴奋，心想总算有机会做点东西出来了。可是当真正开始做的时候却发现不知从何下手，不能很好将书上所学连贯起来也就是从这时我才真正的明白理论知识学得好，或者说是应试能力练得好与真正的能力是有差距的。这次课程设计一路走来让我学了好多东西。首先，我想最重要的就是让我明白了理论和实践的关系。二、学会了如何使用Multisim软件。三、记住了很多元件的标准的名称。四、在实践中了解了多种元件的功能和参数。五、从仿真实践中不仅学会了如何去分析问题和解决问题，也体会到了成功的喜悦和失败的忧郁。六、提高了自己的读图和分析图还有设计图的能力。总之，这次课程设计让我学到了好多东西，这种课程设计对一个大学生是非常重要的，建议学校应该多多举办类似的学习活动。 参考文献1 清华