多功能数字时钟实验报告.doc

重庆交通大学开放实验设计重庆交通大学开放性实验报告（A类）项目名称： 多功能数字钟电路设计 专业班级： 电子2班 学生姓名： 何昕泽 小组成员： 何聪、范瑞 目录多功能数字时钟设计3摘要31.系统原理框图42.单元电路设计与仿真52.1时间脉冲产生电路52.2时间计数器电路62.3 十二与二十四小时的切换82.4校时电路82.5报时电路92.6电路总图93.PCB板的制作103.1 原理图的绘制103.2 PCB的制作113.3 PCB图124.心得与体会12附录 原件清单13附件1 仿真电路图14附件2 电路原理图14附件3 PCB图14多功能数字时钟设计摘要数字电子钟实际上是一个对标准频率（ 1Hz）进行计数的计数电路。由振荡电路形成秒脉冲信号，秒脉冲信号输入计数器进行计数，并把累计结果以“时”、 “分”、“秒”的数字显示出来。秒计数器电路计满 60 后触发分计数器电路，分 计数器电路计满 60 后触发时计数器电路， 当计满 24 小时后又开始下一轮的循环 计数。一般由振荡电路、计数器、数码显示器等几部分组成。 振荡电路：主要用来产生时间标准信号，由 NE555 组成的多谐振电路产生， 但是因为时钟的精度主要取决于时间标准信号的频率及稳定度，所以一般采用石 英晶体振荡器。分频器：因为振荡器产生的标准信号频率很高，要是要得到“秒”信号，需 一定级数的分频器进行分频。 计数器：有了“秒”信号，则可以根据 60 秒为 1 分， 24 小时为 1 天的进制， 分别设定“时”、“分”、“秒”的计数器，分别为 60 进制， 60 进制,24 进制计数 器，并输出一分，一小时的进位信号。 校时器：由于计数的起始时间不可能与标准时间（如北京时间）一致，故需要在电路 上加一个校时电路可以对分和时进行校时。报时器：计时过程要具有报时功能，当 时间到达整点前 10 秒开始，蜂鸣器开始鸣叫。1. 系统原理框图数字电子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。本设计采用 74LS160、带有译码器的数码管和适当的门电路构成,可实现对时、分、秒等时间信息的采集和较时功能地实现。设计一个数字计时器，可以完成 00:00:00 到 23:59:59 的计时功能，并在控制电路的作用下具有快速校时、快速校分功能。 能进行正常的时分秒计时功能。分另由六个数码管实现时分秒的计时。同时实现报时和闹钟的功能。通过 Multisim10 软件平台，设计含小时，分钟，秒钟显示功能的数字时钟。2.单元电路设计与仿真2.1时间脉冲产生电路直接用NE555产生1HZ的秒脉冲，由计算公式可知如果R1=15k,R2=68K,c=10uF,就可以产生秒脉冲，电路如图利用NE555多谐振荡器，优点： 555内部的比较器灵敏度较高，而且采用差分电路形式，它的振荡频率受电源电压和温度变化的影响很小。缺点：要精确输出1Hz脉冲，对电容和电阻的数值精度要求很高，所以输出脉冲既不够准确也不够稳定。所以在实际应用中多用石英晶体产生32768HZ的频率，然后经过CD4060的十四分频，再用74LS74二分频，就可以产生1HZ精准的脉冲。但是在仿真时， 1HZ 的频率太慢了，在实际中得到的时间不是 1S 计数一次，所以仿真都是用函数发生器代替，所以在数字电子钟的电路图中没有振荡器。2.2时间计数器电路秒信号经秒计数器、分计数器、时计数器之后，分别得到“秒”个位、十位、 “分”个位、十位以及“时”个位、十位的计时输出信号，然后送至显示电路，以便实现用数字显示时、分、秒的要求。 “秒”和“分”计数器应为六十进制，而“时”计数器应为二十四进制和十二进制。采用10进制计数器74LS160来实现时间计数单元的计数功能。60进制计数器如图所示，分、秒计数电路由 U1 和 U2 俩部分组成。当时十位 U1计数为 5， U2计数为 9 时，两片 74LS160复零，再加上一片74LS13,从而构成 60 进制计数。24进制计数器如图所示，24进制计数电路由 U1 和 U2 俩部分组成。当时个位 U2计数为 3， U1计数为 2 时，两片 74LS160复零,从而构成 24 进制计数。同理可得12进制计数电路。12小时计数器2.3 十二与二十四小时的切换12/24进制得转换用的是一个单刀双掷开关，开关向上是12进制，开关向下是24进制，该设计的缺点是每当12/24进制转换后要重新启动2.4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。校正信号可直接取自信号发生器产生的信号；输出端则与分或时个位计时输入端相连。当开关打到一端时，正常输入信号可以顺利通过，故校时电路处于正常计时状态；当开关打到一端时，信号产生校时电路处于校时状态。如图：2.5报时电路电路应在整点前 10 秒钟内开始整点报时，即当时间在 59 分 50 秒到 59 分59 秒期间时，报时电路报时控制信号。当时间在 59 分 50 秒到 59 分 59 秒期间时，分十位、分个位和秒十位均保持不变，分别为 5、9 和 5，因此可将分计数器十位的 Qc 和 Qa 、个位的 Qd 和 Qa及秒计数器十位的 Qc 和 Qa 相与，从而产生报时控制信号。报时电路可选74HC30来构成。74HC30为8输入与非门。2.6电路总图见附件13.PCB板的制作3.1 原理图的绘制根据Multisim的仿真图，在protel99se上画出Sch原理图。3.2 PCB的制作在protel99se里先画好各个元件的封装，然后更新PCB图。检查各条线路的连接，注意VCC和GND的连接，然后自动布线，得到PCB图。3.3 PCB图见附件2和附件34.心得与体会通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。 总的来说，这次设计的数字时钟还是比较成功的，在设计中遇到了很多问题，最后在老师的辛勤的指导下，终于游逆而解，有点小小的成就感，终于觉得平时所学的知识有了实用的价值，达到了理论与实际相结合的目的，不仅学到了不少知识，而且锻炼了自己的能力，使自己对以后的路有了更加清楚的认识，同时，对未来有了更多的信心。最后，对给过我帮助的组员和老师表示忠心的感谢！附录 原件清单Part TypeDesignatorFootprintDescriptionCAPACITORC1RB.2/.410uFCAPACITORC2RB.2/.410uFDPY_7-SEGDS10.36DPY_7-SEGDS20.36DPY_7-SEGDS30.36DPY_7-SEGDS40.36DPY_7-SEGDS50.36DPY_7-SEGDS60.36SPEAKERLS11/4WRESISTANCER1AXIAL0.468kRESISTANCER2AXIAL0.415kSW-SPDTS1SIP3SW-SPDTS2SIP3SW-SPDTS3SIP374L46U1DIP1674L46U2DIP1674160U3DIP1674160U4DIP1674LS10U5DIP1474L46U6DIP1674L46U7DIP1674L46U8DIP1674L46U9DIP1674160U10DIP1674160U11DIP1674160U12DIP1674160U13DIP1474LS10U14DIP1474LS30U15DIP1474LS00U20DIP1474L04U21DIP14课程设计与报告成绩评定题目 多功能数字