电 子 课 程 设 计 电子时钟.doc

电子技术课程设计 121408139 罗天鹏电子技术 课程设计电气与电子工程 系 电气工程及其自动化 专业题目： 数 字 钟 学生姓名： 罗天鹏 班号： 1214081 学号： 121408239 指导教师： 葛广军 时间： 2010 年 6月 21 日 2010年6月25日 指导教师评语：成绩：一、设计目的1. 熟悉数字电路中有关计数器，RS锁存器，显示译码器，七段数码显示管，以及各种基本的逻辑元器件的综合运用。2. 了解数字电子时钟的工作原理，以及各个分电路，提高计数器功能扩展和组成的各种 进制计数电路的能力。3. 培养利用数字电路的基础知识来解决电子线路中常见实际问题的能力，以便积累实际电子制作的经验。二、设计要求1. 能显示23h59m59s，归0后重新开始。2. 具有校时，校分，校秒的功能。3. 具有整点报时的功能。三、电路的总体结构1、电路的总体原理框图整点报时24进制时计数器译码器时显示器秒显示器分显示器译码器译码器60进制分计数器60进制秒计数器校分控制电路校时控制电路 2、工作原理 由原理框图可知：数字电子时钟的主体电路是由两个60进制的计数器，一个24进制的计数器，六个显示译码器构成，附加电路还有对应的七段显示数码管，两个校时电路和一个整点报时电路。数字时钟的主要计时功能由主体电路计数器完成，当正常输入时钟信号时，用于秒计数的60进制计数器工作，当该计数器到达59时对上一级用于分计数的60进制计数器发出时钟信号，同时该秒计数器置0重新开始计数；同样，当用于分计数的60进制计数器到达59时对上一级用于时计数的24进制计数器发出时钟信号，同时该分计数器置0重新开始计数，进而完成时，分，秒的计数校时、校分、校秒和整点报时的附加电路，使数字钟更加方便实用，为进一步完善电子钟的设计，在下面会一一介绍分块电路。四、各部分电路设计 1.60进制计数器图1 60进制计数器60进制计数器由两片76LS160N十进制计数器组成，74LS 160N的U3 构成6进制计数器，利用U19芯片的进位输出端发出的信号来控制U3芯片工作。具体工作过程如下：在U19芯片的CLK端接入时钟脉冲信号，EP,ET,LD,RD端接高电平，每送入一个脉冲信号，U19芯片便计数一次，每当计到9时，便从进位输出端C输出一个信号，此信号作用于U3芯片的CLK端，在U13芯片中利用输出端和组和逻辑电路组成进位输出接到高一级计数器，每次从U19芯片C端发出一个信号，U3芯片便计数一次，如此循环，便构成了一个60进制的计数器。2.24进制计数器图 2 24进制计数器 该分路图与六十进制工作原理基本相同，当计时器计数到二十四进制计数器时，时计数器复位，即完成一个周期。因为与六十进制相似，在这里不在详细说明。 3显示译码器电路译码器显示电路如上图，可选用74LS160直接驱动共阴极数码管。图为六十进制计数器驱动显示器。4. 校时电路图 4 校时电路该电路有三级门电路和四个开关组成，分别实现对“时”、“秒”、“分”的校准，当JI、J2闭合，J3接U1C门的输入端时，U1A到U1C门均输入为1，U1D输入为0，U2B输入为1 ，秒信号经过U2A门送至秒个位计数器的输入端，计数器进行正常计时。 时校准:当开关J1打开，J2闭合，J3接U1C门的输入端,J4断开时，U1A开启，U1B关闭，U1D输出为0，U2B输出为1，秒信号直接经U2A和U2B送至个位计数器，从而使显示电路其每秒进一个数字，以实现快速的时校准，校准后J1将重新闭合。分校准：当开关J1闭合，J2打开，J3打开,J4接U1D门的输入端时，U1C输出为0，U1D输出为1，U2B输出为0，这时秒信号只能通过U2A和U1B门直接送至分个位计数器，这时分快速计数器快速计数，当分校准后J2将闭合。秒校准：当开关J1、J2闭合，J4接U1D门的输入端时，U1D门输出为1，使U2B门开启，加周期为0.5S的脉冲信，通过U2A U2B门送至秒个位计数器，使秒计数器计数速度提高一倍，加快秒计数器的校准速度。当秒显示校准后，将J3恢复与U1C输出端连接，J4打开，保证计数器的个位显示器的个位显示按校准后的时间进行正常计时。5：整点报时电路图5 整点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，。选蜂鸣器为电声器件，蜂鸣器是一种压电电声器件，当其两端加上一个直流电压时酒会发出鸣叫声，两个输入端是极性的，其较长引脚应与高电位相连，图5的三极管时为了驱动蜂鸣器。五、整体电路图 见附图。六、设计总结1、设计过程中遇到的问题及解决方法在该电路的设计过程中，遇到了不少问题，在这次课程设计的最后做了如下总结（1） 计数器的连接方式 解决方法:本设计需要二十四进制计数器和六十进制计数器，按照书上的器件连接方式，仿真的时候无法正常工作，在这种情况下，我们把书上计数器仔细看了一遍，对计数器加深了了解，又查阅有关Multisim7中计数器的连接方法，才得知需要级联方式。最后按照要求，在Multisim7连接正确，仿真成功。（2） 校时电路 解决方法:在这个设计上，我们遇到设计以来最大的困难，我们在这个电路设计上不知所措。开始，我们用单次脉冲控制各个计数器的CLK信号来实现校时校分功能，经过询问和老师指导，发现这个思路是错误的，经过老师指点后，我们查阅了很多资料和下载了许多电路图，综合很多资料和电路图，发现用SR锁存器来实现校时校分的功能。在这个思路下 ，我们仔细研究，把电路图设计出来。在这种情况下我们设计了两个电路，如下图，与我们采用的校时电路的相比，此电路结构较复杂，且如果做实物图时，成本较高。所以采用在分块电路介绍的电路。（3） 整点报时电路 解决方法：在这个设计上我们开始认为很简单，想直接接上一个蜂鸣器就行了，但经过老师指导，我们意识到如果使用蜂鸣器的话，虽说也能达到发出声音的目的，但是蜂鸣器本身的功率很小，如果在实际电路中使用，可能在整点报时时发出的声音很小，这就与电子时钟的报时功能相违背。在这个思路上，我们想到模电学习时用的三极管的放大电路，利于这个电路，是发生信号变大，使音量变大，进而驱动一定功率的扬声器工作。我们在这个电路也有两种方案，如下图，与我们在分块电路采用的电路相比较，如下图，此电路图较为复杂，我们用的整点报时电路，加以改进，在该电路中由原来的只能在00分00秒报时，改进为在59分50、52、54、56、58秒发出五次低音，在00分00秒发出一次高音，而控制该报时电路的是时、分、秒计数器的输出信号。 （4） Multisim7画图 解决方法：在用Multisim7画图时，由于电路图过于复杂，线连接多，在查阅其资料时，发现可以分页，用放置偏页式连接器，可以使电路显的更加清晰。 2、设计体会通过这次课程设计，加强了我们动手能力、独立思考和解决问题的能力。我们在做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。同时我认为我们的工作是一个团队的工作，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神。某个人的离群都可能导致导致整项工作的失败。实习中只有一个人知道原理是远远不够的，必须让每个人都知道，否则一个人的错误，就有可能导致整个工作失败。团结协作是我们实习成功的一项非常重要的保证。而这次实习也正好锻炼我们这一点，这也是非常宝贵的。对我们而言，知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜。挫折是一份财富，经历是一份拥有。这次实习必将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆！此次课程设计，学到了很多课内学不到的东西，比如独立思考解决问题，出现差错的随机应变，和与人合作共同提高，都受益非浅，今后的制作应该更轻松，自己也都能扛的起并高质量的完成项目。在此，感谢于老师的细心指导，也同样谢谢其他各组同学的无私帮助！3、对设计的建议我们做的数字钟过于复杂化，没有高度集成化，特别是报时电路，用语音报时很方便。觉得在开展课程设计之前，我们对于课程设计的了解太少了，特别是对于仿真软件，直到课程设计的时候我们才开始接触，希望老师在教学过程中应该对这些内容多加介绍，这