二十四小时制数字钟系统设计

1 沈阳航空航天大学沈阳航空航天大学 课课 程程 设设 计计 说明书 说明书 二十四小时制数字钟系统设计二十四小时制数字钟系统设计 班级班级 学号学号 学学 生生 姓姓 名名 mandy 指指 导导 教教 师师 徐徐 嵩嵩 2 沈阳航空航天大学沈阳航空航天大学 课课 程程 设设 计计 任任 务务 书书 课 程 名 称 数字逻辑课程设计 课程设计题目 二十四小时制数字钟系统设计 课程设计的内容及要求 一 设计说明与技术指标一 设计说明与技术指标 设计一个二十四小时制数字钟系统电路 技术指标如下 该数字钟系统要求利用二十四小时制表示时间 利用 6 位数码管进行具体时 间显示 另外要求有三个按键进行时间调节 一个调整时间功能键 按一次此键进入 调时功能 连按两次进入调分功能 连按三次进入调秒功能 另外两个按键分别为 功能与 功能 二 设计要求二 设计要求 1 在选择器件时 应考虑成本 2 根据技术指标 通过分析计算确定电路和元器件参数 3 画出电路原理图 元器件标准化 电路图规范化 三 实验要求三 实验要求 1 根据技术指标制定实验方案 验证所设计的电路 用软件仿真 2 进行实验数据处理和分析 四 推荐参考资料四 推荐参考资料 1 童诗白 华成英主编 数字电子技术基础 M 北京 高等教育出版社 2006 年 五 按照要求撰写课程设计报告五 按照要求撰写课程设计报告 成绩 指导教师 日期 3 一 概述一 概述 数字钟是采用数字电路实现 时 分 秒 数字显示的计时装置 由于数字 集成电路的发展和石英晶体振荡器的使用 使得数字钟的精度 稳定度远远超过了机 械钟表 钟表的数字化在提高报时精度的同时 也大大扩展了它的功能 诸如定时自 动报警 按时自动打铃 时间程序自动控制 定时广播 定时启闭路灯等 因此 研 究数字钟及扩大其应用 有着非常现实的意义 本设计就是关于数字钟的设计 本设计的数字钟是二十四小时制的数字钟系统 设备上配备另外有三个按键 分 别为空格键 用来控制 时 分 秒 三个分路的时间调节 W 键 用来调整时 间起到 的作用 Q 键 用来调整时间起到 的作用 操作时 按一次空格键 可以使 时 停止 通过 Q 和 W 键来调整时间 同理 按两次空格键调整 分 三 次调整 秒 四次回到正常运行状态 本报告包括方案的原理 方案的设计步骤 各部分电路的设计 性能的测试 以 及设计的心得体会 二 方案的原理二 方案的原理 本方案主要采用具有加减功能的十进制的计数器 74LS192 来实现数字钟系统的设 计 采用门电路与加法计数器 74LS160 控制各个分电路的运行 采用门电路的组合实 现时间的 调整 当调整时间的时候 按下空格键会给对应的 74LS160 片子 一个脉冲从而控制分电路 74HC160 片子的输出端连接着门电路与 74LS192 的片子 配合 按键就可以实现对数字钟的时间调整功能 原理框图如图 1 所示 图图 1 二十四小时制数字钟系统的原理框图二十四小时制数字钟系统的原理框图 译码显示电路 秒计数器分计数器时计数器 控制电路 调节电路调节电路调节电路 4 总共三条分电路 分别控制 时 分 秒 每条分路 例如控制 秒 的 分路中 又由两个显示器 两个计数器和一组利用 调整时间的门电路组成 最后通过控制电路 用按下空格键的次数来控制每条分电路的时间调整 三 电路设计三 电路设计 1 控制电路 控制电路由显示器 开关 门电路 和计数器 74LS160 组成 当按下 1 次空格 键 开关 时 会给计数器 74LS160 一个脉冲 同时显示器显示数字 1 再通过门电 路的组合 使进入控制 时 的计数器 74LS192 的 UP 和 DOWN 引脚的均为高电平 就能控制 时电路 的停止 同理 按下 2 次控制 分电路 3 次控制 秒电路 而按下 4 次空格键时 电路则正常运行 控制电路如图 2 所示 U17 74LS160N QA 14 QB 13 QC 12 QD 11 RCO 15 A 3 B 4 C 5 D 6 ENP 7 ENT 10 LOAD 9 CLR 1 CLK 2 U18A 74LS04D U19A 74LS20D U20A 74LS04D U21A 74LS04D U22 DCD HEX DIG BLUE VCC 5V S3 键 空格 U28A 74LS04D U50A 74LS04D U23A 74ALS21AN U31A 74ALS21AN U32A 74LS04D U33A 74LS04D U34A 74LS04D U53A 74ALS21AN U54A 74LS04D U55A 74LS04D U27A 74LS04D 时电路分电路 秒电路 图图 2 控制电路控制电路 2 调节电路 调节电路主要由开关和门电路构成 在控制电路中选择了要停止的电路后 通过 门电路的组合 给计数器 74LS192 的 UP 或 DOWN 一个低电平 就可以实现 的调节功能 调节电路如图 3 所示 5 VCC 5V S1 Key Q U10A 7408N U24A 74LS32N U25A 7408N U26A 74LS32N S5 Key W VCC 5V U29A 7408N U30A 7404N U49 100 Hz DOWN UP 图图 3 调节电路调节电路 3 计数器与显示电路 计数器与显示电路主要由加减计数器 74LS192 门电路和显示器组成 完成最基 本的数字钟的运行 将 分 和 秒 用两个 74LS192 片子接成 60 进制的计数器 将 时 接成 24 进制的计数器 60 进制计数器与显示电路如图 4 所示 24 进制计数 器与显示电路如图 5 所示 U12 74LS192N A 15 B 1 C 10 D 9 UP 5 QA 3 QB 2 QC 6 QD 7 DOWN 4 LOAD 11 BO 13 CO 12 CLR 14 VCC 5V U11 74LS192N A 15 B 1 C 10 D 9 UP 5 QA 3 QB 2 QC 6 QD 7 DOWN 4 LOAD 11 BO 13 CO 12 CLR 14 U14A 7404N U15A 74ALS21AN U16A 7404N U5 DCD HEX DIG BLUE U6 DCD HEX DIG BLUE U46A 7404N U47A 7404N VCC 5V U39A 74ALS20AN 图图 4 60 进制计数器与显示电路进制计数器与显示电路 6 U35 74LS192N A 15 B 1 C 10 D 9 UP 5 QA 3 QB 2 QC 6 QD 7 DOWN 4 LOAD 11 BO 13 CO 12 CLR 14 VCC 5V VCC 5V U36 74LS192N A 15 B 1 C 10 D 9 UP 5 QA 3 QB 2 QC 6 QD 7 DOWN 4 LOAD 11 BO 13 CO 12 CLR 14 U40 DCD HEX DIG BLUE U41 DCD HEX DIG BLUE U37A 7408N U38A 7400N U67A 74ALS20AN 图图 5 24 进制计数器与显示电路进制计数器与显示电路 四 性能的测试四 性能的测试 按电路图连接好电路 调整到 23 时 59 分 50 秒 再正常工作到 00 时 00 分 00 秒 时分秒 123XX 22359X 3235950 4000000 图图 6 测试数据表测试数据表 按照测试数据表对电路进行测试 得到如图 7 8 9 10 所示的结果 7 U12 74LS192N A 15 B 1 C 10 D 9 UP 5 QA 3 QB 2 QC 6 QD 7 DOWN 4 LOAD 11 BO 13 CO 12 CLR 14 VCC 5V U11 74LS192N A 15 B 1 C 10 D 9 UP 5 QA 3 QB 2 QC 6 QD 7 DOWN 4 LOAD 11 BO 13 CO 12 CLR 14 U13 100 Hz U14A 7404N U15A 74ALS21AN U16A 7404N U5 DCD HEX DIG BLUE U6 DCD HEX DIG BLUE U17 74LS160N QA 14 QB 13 QC 12 QD 11 RCO 15 A 3 B 4 C 5 D 6 ENP 7 ENT 10 LOAD 9 CLR 1 CLK 2 U18A 74LS04D U19A 74LS20D U20A 74LS04D U21A 74LS04D U22 DCD HEX DIG BLUE VCC 5V S3 键 空格 U28A 74LS04D U50A 74LS04D U23A 74ALS21AN U56A 7404N S2 键 Q VCC 5V U58A 7408N U57A 7408N S4 键 W VCC 5V U59A 74LS32N U60A 7408N U61A 74LS32N U1 74LS192N A 15 B 1 C 10 D 9 UP 5 QA 3 QB 2 QC 6 QD 7 DOWN 4 LOAD 11 BO 13 CO 12 CLR 14 VCC 5V VCC 5V VCC 5V U2 74LS192N A 15 B 1 C 10 D 9 UP 5 QA 3 QB 2 QC 6 QD 7 DOWN 4 LOAD 11 BO 13 CO 12 CLR 14 U3A 7404N U4A 74ALS21AN U7A 7404N U8 DCD HEX DIG BLUE U9 DCD HEX DIG BLUE S1 Key Q U10A 7408N U24A 74LS32N U25A 7408N U26A 74LS32N S5 Key W VCC 5V U29A 7408N U30A 7404N U31A 74ALS21AN U32A 74LS04D U33A 74LS04D U34A 74LS04D U35 74LS192N A 15 B 1 C 10 D 9 UP 5 QA 3 QB 2 QC 6 QD 7 DOWN 4 LOAD 11 BO 13 CO 12 CLR 14 VCC 5V VCC 5V U36 74LS192N A 15 B 1 C 10 D 9 UP 5 QA 3 QB 2 QC 6 QD 7 DOWN 4 LOAD 11 BO 13 CO 12 CLR 14 U40 DCD HEX DIG BLUE U41 DCD HEX DIG BLUE U45A 74LS32N VCC 5V VCC 5V S6 Key Q U42A 7408N U43A 74LS32N U44A 7408N S7 Key W U51A 7408N U52A 7404N U53A 74ALS21AN U54A 74LS04D U55A 74LS04D U37A 7408N U46A 7404N U47A 7404N VCC 5V U39A 74ALS20AN U48A 74ALS20AN U62A 7404N U63A 7404N U27A 74LS04D U38A 7400N U67A 74ALS20AN 图图 7 7 测试测试 1 1 结果图结果图 8 U12 74LS192N A 15 B 1 C 10 D 9 UP 5 QA 3 QB 2 QC 6 QD 7 DOWN 4 LOAD 11 BO 13 CO 12 CLR 14 VCC 5V U11 74LS192N A 15 B 1 C 10 D 9 UP 5 QA 3 QB 2 QC 6 QD 7 DOWN 4 LOAD 11 BO 13 CO 12 CLR 14 U13 100 Hz U14A 7404N U15A 74ALS21AN U16A 7404N U5 DCD HEX DIG BLUE U6 DCD HEX DIG BLUE U17 74LS160N QA 14 QB 13 QC 12 QD 11 RCO 15 A 3 B 4 C 5 D 6 ENP 7 ENT 10 LOAD 9 CLR 1 CLK 2 U18A 74LS04D U19A 74LS20D U20A 74LS04D U21A 74LS04D U22 DCD HEX DIG BLUE VCC 5V S3 键 空格 U28A 74LS04D U50A 74LS04D U23A 74ALS21AN U56A 7404N S2 键 Q VCC 5V U58A 7408N U57A 7408N S4 键 W VCC 5V U59A 74LS32N U60A 7408N U61A 74LS32N U1 74LS192N A 15 B 1 C 10 D 9 UP 5 QA 3 QB 2 QC 6 QD 7 DOWN 4 LOAD 11 BO 13 CO 12 CLR 14 VCC 5V VCC 5V VCC 5V U2 74LS192N A 15 B 1 C 10 D 9 UP 5 QA 3 QB 2 QC 6 QD 7 DOWN 4 LOAD 11 BO 13 CO 12 CLR 14 U3A 7404N U4A 74ALS21AN U7A 7404N U8 DCD HEX DIG BLUE U9 DCD HEX DIG BLUE S1 Key Q U10A 7408N U24A 74LS32N U25A 7408N U26A 74LS32N S5 Key W VCC 5V U29A 7408N U30A 7404N U31A 74ALS21AN U32A 74LS04D U33A 74LS04D U34A 74LS04D U35 74LS192N A 15 B 1 C 10 D 9 UP 5 QA 3 QB 2 QC 6 QD 7 DOWN 4 LOAD 11 BO 13 CO 12 CLR 14 VCC 5V VCC 5V U36 74LS192N A 15 B 1 C 10 D 9 UP 5 QA 3 QB 2 QC 6 QD 7 DOWN 4 LOAD 11 BO 13 CO 12 CLR 14 U40 DCD HEX DIG BLUE U41 DCD HEX DIG BLUE U45A 74LS32N VCC 5V VCC 5V S6 Key Q U42A 7408N U43A 74LS32N U44A 7408N S7 Key W U51A 7408N U52A 7404N U53A 74ALS21AN U54A 74LS04D U55A 74LS04D U37A 7408N U46A 7404N U47A 7404N VCC 5V U39A 74ALS20AN U48A 74ALS20AN U62A 7404N U63A 7404N U27A 74LS04D U38A 7400N U67A 74ALS20AN 图图 8 8 测试测试 2 2 结果图结果图 9 U12 74LS192N A 15 B 1 C 10 D 9 UP 5 QA 3 QB 2 QC 6 QD 7 DOWN 4 LOAD 11 BO 13 CO 12 CLR 14 VCC 5V U11 74LS192N A 15 B 1 C 10 D 9 UP 5 QA 3 QB 2 QC 6 QD 7 DOWN 4 LOAD 11 BO 13 CO 12 CLR 14 U13 100 Hz U14A 7404N U15A 74ALS21AN U16A 7404N U5 DCD HEX DIG BLUE U6 DCD HEX DIG BLUE U17 74LS160N QA 14 QB 13 QC 12 QD 11 RCO 15 A 3 B 4 C 5 D 6 ENP 7 ENT 10 LOAD 9 CLR 1 CLK 2 U18A 74LS04D U19A 74LS20D U20A 74LS04D U21A 74LS04D U22 DCD HEX DIG BLUE VCC 5V S3 键 空格 U28A 74LS04D U50A 74LS04D U23A 74ALS21AN U56A 7404N S2 键 Q VCC 5V U58A 7408N U57A 7408N S4 键 W VCC 5V U59A 74LS32N U60A 7408N U61A 74LS32N U1 74LS192N A 15 B 1 C 10 D 9 UP 5 QA 3 QB 2 QC 6 QD 7 DOWN 4 LOAD 11 BO 13 CO 12 CLR 14 VCC 5V VCC 5V VCC 5V U2 74LS192N A 15 B 1 C 10 D 9 UP 5 QA 3 QB 2 QC 6 QD 7 DOWN 4 LOAD 11 BO 13 CO 12 CLR 14 U3A 7404N U4A 74ALS21AN U7A 7404N U8 DCD HEX DIG BLUE U9 DCD HEX DIG BLUE S1 Key Q U10A 7408N U24A 74LS32N U25A 7408N U26A 74LS32N S5 Key W VCC 5V U29A 7408N U30A 7404N U31A 74ALS21AN U32A 74LS04D U33A 74LS04D U34A 74LS04D U35 74LS192N A 15 B 1 C 10 D 9 UP 5 QA 3 QB 2 QC 6 QD 7 DOWN 4 LOAD 11 BO 13 CO 12 CLR 14 VCC 5V VCC 5V U36 74LS192N A 15 B 1 C 10 D 9 UP 5 QA 3 QB 2 QC 6 QD 7 DOWN 4 LOAD 11 BO 13 CO 12 CLR 14 U40 DCD HEX DIG BLUE U41 DCD HEX DIG BLUE U45A 74LS32N VCC 5V VCC 5V S6 Key Q U42A 7408N U43A 74LS32N U44A 7408N S7 Key W U51A 7408N U52A 7404N U53A 74ALS21AN U54A 74LS04D U55A 74LS04D U37A 7408N U46A 7404N U47A 7404N VCC 5V U39A 74ALS20AN U48A 74ALS20AN U62A 7404N U63A 7404N U27A 74LS04D U38A 7400N U67A 74ALS20AN 图图 9 9 测试测试 3 3 结果图结果图 10 U12 74LS192N A 15 B 1 C 10 D 9 UP 5 QA 3 QB 2 QC 6 QD 7 DOWN 4 LOAD 11 BO 13 CO 12 CLR 14 VCC 5V U11 74LS192N A 15 B 1 C 10 D 9 UP 5 QA 3 QB 2 QC 6 QD 7 DOWN 4 LOAD 11 BO 13 CO 12 CLR 14 U13 100 Hz U14A 7404N U15A 74ALS21AN U16A 7404N U5 DCD HEX DIG BLUE U6 DCD HEX DIG BLUE U17 74LS160N QA 14 QB 13 QC 12 QD 11 RCO 15 A 3 B 4 C 5 D 6 ENP 7 ENT 10 LOAD 9 CLR 1 CLK 2 U18A 74LS04D U19A 74LS20D U20A 74LS04D U21A 74LS04D U22 DCD HEX DIG BLUE VCC 5V S3 键 空格 U28A 74LS04D U50A 74LS04D U23A 74ALS21AN U56A 7404N S2 键 Q VCC 5V U58A 7408N U57A 7408N S4 键 W VCC 5V U59A 74LS32N U60A 7408N U61A 74LS32N U1 74LS192N A 15 B 1 C 10 D 9 UP 5 QA 3 QB 2 QC 6 QD 7 DOWN 4 LOAD 11 BO 13 CO 12 CLR 14 VCC 5V VCC 5V VCC 5V U2 74LS192N A 15 B 1 C 10 D 9 UP 5 QA 3 QB 2 QC 6 QD 7 DOWN 4 LOAD 11 BO 13 CO 12 CLR 14 U3A 7404N U4A 74ALS21AN U7A 7404N U8 DCD HEX DIG BLUE U9 DCD HEX DIG BLUE S1 Key Q U10A 7408N U24A 74LS32N U25A 7408N U26A 74LS32N S5 Key W VCC 5V U29A 7408N U30A 7404N U31A 74ALS21AN U32A 74LS04D U33A 74LS04D U34A 74LS04D U35 74LS192N A 15 B 1 C 10 D 9 UP 5 QA 3 QB 2 QC 6 QD 7 DOWN 4 LOAD 11 BO 13 CO 12 CLR 14 VCC 5V VCC 5V U36 74LS192N A 15 B 1 C 10 D 9 UP 5 QA 3 QB 2 QC 6 QD 7 DOWN 4 LOAD 11 BO 13 CO 12 CLR 14 U40 DCD HEX DIG BLUE U41 DCD HEX DIG BLUE U45A 74LS32N VCC 5V VCC 5V S6 Key Q U42A 7408N U43A 74LS32N U44A 7408N S7 Key W U51A 7408N U52A 7404N U53A 74ALS21AN U54A 74LS04D U55A 74LS04D U37A 7408N U46A 7404N U47A 7404N VCC 5V U39A 74ALS20AN U48A 74ALS20AN U62A 7404N U63A 7404N U27A 74LS04D U38A 7400N U67A 74ALS20AN 图图 1010 测试测试 4 4 结果图结果图 11 五 结论五 结论 本次测试结果和要求的数据完全一样 任务书的要求是该数字钟系统要利用 二十四小时制表示时间 利用 6 位数码管进行具体时间显示 另外要求有三个按键进 行时间调节 一个调整时间功能键 空格 按一次空格键进入调时功能 连按两次 进入调分功能 连按三次进入调秒功能 另外两个按键 W 和 Q 分别为 功能与 功能 本设计符合任务书的基本要求 可以实现任务书中要求的功能 并可以 完美的运行该数字钟 六 性价比六 性价比 根据电路实现的功能来看 该二十四小时制数字钟系统的性价比还是比较好的 本设计电路主要应用了显示器 74LS192 计数器 74LS160 计数器 门电路还有开关 这五种器件 尽量节省元器件以实现所要求的功能 各个元件间紧密联系 数字钟的 实现原理清楚简洁 思路清晰 接法简单 不繁杂 所用原件均为常用的数字电路原 件 成本低廉 用此设计可以节约成本 利于生产 并且所设计的电路的功能较为贴 近我们日常的生活 较为符合普通市面上所生产出售的数字手表的功能 综合还说此 设计性价比较高 七 课设体会及合理化建议七 课设体会及合理化建议 经过两周的二十四小时制数字钟系统的数电课程设计 我深入学习了时序逻辑部 件的相关知识 查阅了相关图书资料 并借助互联网对该问题的原理进行细致的研究 由于课题比较复杂 设计涉及到加减计数器 74LS192 等元器件 所以我特别对他们 的工作原理进行了较深刻的学习 同时也对他们的实际应用产生了一定的了解 在课程设计的过程中 也出现了一些困扰我的问题 在书籍与互联网都无法解答 我困惑的时候 老师给了我许多的讲解与提示 因此 这次的课程设计也离不开老师 的帮助 因为对于 74LS192 这个计数器还不够熟悉 在实现调节功能中的 功能 时 对于 时 进行 00 1 的操作时因电路还未完善 会显示 99 而非 23 通过老师对原理的讲解以及提示 最终 本设计被较为完美的实现了 通过本次课设 我对数字电子技术基础的知识有了进一步的理解 并且学习使用 了一款从未接触过的软件 Multisim 在开始时 对此软件还不够熟悉 而在此刻 完成了此次数电课设时 我已经可以较为熟练的应用此软件 并根据所设计的电路进 行仿真处理 通过此次的课设 我学习到了许多在课堂上没有学习到的知识 同时也提高了自 己的动手能力 设计出了较为实用 贴近现实的系统 把在课本上与自学到的理论融 12 入到了实际中 最后再次感谢老师这些天耐心的指导 使我在本次课设过程之中收获 良多 此次的课程设计所带给我的所有的东西也必将在我以后的学习生活道路上起到 不可替代的作用 参考文献参考文献 1 阎石主编 数字电子技术 M 北京 高等教育出版社 2006 年 2 陈振官等编著 新颖高效声光报警器 M 北京 国防工业出版社 2005 年 3 谢自美编 电子线路设计 实验 测试 M 武汉 华中理工大学出版社 2000 年 4 付家才 电子实验与实践 M 北京 高等教育出版社 2004 年 5 杨兴瑶主编 新编实用电子电路 500 例 M 北京 化学工业出版社 2006 年 6 南新志 刘计训主编 数字电路实验教程 M 济南 山东大学出版社 2003 年 7 童诗白 华成英主编 模拟电子技术基础 M 北京 高等教育出版社 2006 年 8 华满清主编 电子技术实验与课程设计 M 北京 机械工业出版社 2005 年 9 梁宗善编著 电子技术基础课程设计 M 武汉 华中科技大学出版社 2009 年 10 戴伏生主编 基础电子电路设计与实践 M 北京 国防工业出版社 2002 年 13 附录附录 I 总电路图总电路图 U12 74LS192N A 15 B 1 C 10 D 9 UP 5 QA 3 QB 2 QC 6 QD 7 DOWN 4 LOAD 11 BO 13 CO 12 CLR 14 VCC 5V U11 74LS192N A 15 B 1 C 10 D 9 UP 5 QA 3 QB 2 QC 6 QD 7 DOWN 4 LOAD 11 BO 13 CO 12 CLR 14 U13 100 Hz U14A 7404N U15A 74ALS21AN U16A 7404N U5 DCD HEX DIG BLUE U6 DCD HEX DIG BLUE U17 74LS160N QA 14 QB 13 QC 12 QD 11 RCO 15 A 3 B 4 C 5 D 6 ENP 7 ENT 10 LOAD 9 CLR 1 CLK 2 U18A 74LS04D U19A 74LS20D U20A 74LS04D U21A 74LS04D U22 DCD HEX DIG BLUE VCC 5V S3 键 空格 U28A 74L