许丹丹数字钟

1、扬州大学能源与动力工程学院本科生课程设计题 目： 数字时钟电路 课 程： 数字电子技术基础 专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 电气1101 学 号： 111704132 姓 名： 许丹丹 指导教师： 年漪蓓 蒋步军 完成日期： 2013年6月17日 总 目 录第一部分：任务书 第二部分：课程设计报告第三部分：设计图纸 第 一 部 分 任务书 数字电子技术基础课程设计任务书1、 课程设计的目的 在学完数字电子技术基础、数字电子技术实验之后，我们集中一周时间，进行了复杂程度较高综合性较强的设计课题的实践环节，通过该教学环节，要求达到以下目的：1. 使学生进一步掌握数字电子技术的理论知识，培养

2、学生工程设计能力和综合分析问题、解决问题的能力； 2. 使学生基本掌握常用电子电路的一般设计方法，提高电子电路的设计和实验能力； 3.熟悉并学会选用电子元器件，为以后从事生产和科研工作打下一定的基础。二、课程设计的要求 1、设计时要综合考虑实用、经济并满足性能指标要求；2、必须独立完成设计课题； 3、按时完成设计任务并调教设计报告。三、设计题目及内容 数字时钟电路 （1）、具有“时”“分”的数字显示时钟； （2）、“秒”不作数字显示，只使“时”和“分”之间“：”间隔闪亮； （3）、具有校分和校时功能； （4）、具有整点报时功能（59分50秒开始间歇报时）。四、设计要求1、 用中小型规模集成电路

3、设计出所要求的电路；2、 在实验箱上安装、调试出所设计的电路。3、 写出设计、调试、总结报告。五、使用仪器设备 1、稳压电源(±5V，±15V)； 2、实验电路箱； 3、低频信号发生器； 4、示波器 5、PC机6、 参考文献1、 “数字电子技术基础”教材; 2、 有关“电子技术课程设计指导书”；3、 “集成电路特性应用手册”； 4、其他。 第 二 部 分课程设计报告 目 录1设计任务及要求72系统总体设计方案82.1总体设计方案82.2方案特点83控制电路设计93.1控制电路工作原理93.2参数计算93.3器件选型94 振荡电路设计104.1振荡电路工作原理104.2参数计

4、算104.3器件选型115 计数电路设计125.1计数电路工作原理125.2参数计算145.3器件选型146 译码显示电路设计156.1译码显示电路工作原理156.2参数计算156.3器件选型157系统总体电路设计167.1系统总体电路167.2 电路说明168电路调试188.1振荡电路调试及实验结果分析188.2 计数电路调试及实验结果分析188.3 译码显示电路调试及实验结果分析188.4 控制电路调试及实验结果分析188.5 系统联调及实验结果分析189改进意见及收获体会1910器件明细清单20参 考 文 献211设计任务及要求设计任务：数字时钟电路 （1）、具有“时”“分”的数字显示时

5、钟； （2）、“秒”不作数字显示，只使“时”和“分”之间“：”间隔闪亮； （3）、具有校分和校时功能； （4）、具有整点报时功能（59分50秒开始间歇报时）。设计要求： （1）用中小型规模集成电路设计出所要求的电路； （2）在实验箱上安装、调试出所设计的电路； （3）写出设计、调试、总结报告。 2系统总体设计方案2.1总体设计方案 数字电子钟的总体框图如下图所示，它由显示、译码、计数电路、校时电路、整点报时电路五部分组成。显示、译码、计数电路是完成电子钟的基本钟表显示，进位功能。脉冲电路是产生1Hz的秒脉冲。整点报时和手动校正也是电子表的基本功能。 图1：数字钟总体框图2.2方案特点当时钟开机

6、时时、分、秒清零，数码管显示为0；脉冲电路由外部电路提供，在信号的作用下，时钟钟开始计时，秒分均为六十进制，时为二十四进制。秒闪烁六十秒产生的进位信号作为分的脉冲信号，分的进位信号作为时的脉冲信号；同时可以手动校时校分；当时间为59分时，报时电路整点报时，声音四短一长。 3控制电路设计3.1控制电路工作原理 图2 ：控制电路原理图 如图2所示，1号和2号脚，分别接上脉冲信号，5号脚接“秒”的进位信号，3号脚接“分”的时钟信号；同理，6号脚接“分”的进位信号，4号脚接“时”的时钟信号。这样一来，J1开关实现校分，J2开关实现校时。3.2参数计算 脉冲信号可以选择用函数信号发生器来给出计时脉冲，也

7、可以接在实验箱上的P1或者P2端子进行手动调节。3.3器件选型 两个开关。4 振荡电路设计4.1振荡电路工作原理 晶体振荡器是构成数字式时钟的核心，它保证了时钟的走时准确及稳定。石英晶体振荡振荡器的特点是振荡频率准确、电路结构简单、频率易调整。它还具有压电效应，在晶体某一方向加一电场，则在与此垂直的方向产生机械振荡，有了机械振动，就会在相应的垂直面上产生电场，从而使机械振动和电场互为因果，这种循环过程一直持续到晶体的机械强度限制时，才达到最后稳定，这种压电谐振的频率即为晶体振荡器的固有频率。用反相器与石英晶体构成的振荡电路，利用两个非门G1和G2自我反馈，使它们工作在线性状态，然后利用石英晶体

8、JU来控制振荡频率，同时用电容C1来作为两个非门之间的耦合，两个非门输入和输出之间并联的电阻R1和R2作为负反馈元件用，由于反馈电阻很小，可以近似认为非门的输出输入压降相等。电容C2是为了防止寄生振荡。例如：电路中的石英晶体振荡频率是4MHz时，则电路的输出频率为4MHz。通常，数字钟的晶体振荡器输出频率较高，为了得到1Hz的秒信号输入，需要对振荡器的输出信号进行分频。振荡器输出4MHz信号，先送到10分频计数器（74LS160），经过6次10分频而获得4Hz的脉冲信号，再通过D触发器（74LS74）进行4分频变成1Hz。 图3：振荡电路原理图 4.2参数计算两个1K的电阻、一个1F和一个0.

9、01F的电容,一个4MHz的石英晶振。4.3器件选型一片74LS04、六片74LS160、一片74LS74。5 计数电路设计5.1计数电路工作原理 秒脉冲信号经过6级计数器，分别得到“秒”个位、十位，“分”个位、十位及“时”个位、十位的计时。“秒”、“分”计数为60进制，小时为24进制。 （1）60进制计数：“秒”计数器电路和“分”计数器电路都是60进制，采用整体置数方式。首先将两片74160接成百进制计数器。然后将电路的59状态译码产生置数端为0的信号，同时加到两片74160上，在下个计数脉冲（第60个输入脉冲）到达时，将0000同时置入两片74160中，从而得到六十进制计数器。进位信号直接

10、有与非门的输出端引出。 “秒”进制原理图： 图4：60进制秒计数器原理图“分”进制原理图： 图5：60进制分计数器原理图 （2）24进制计数：“时”计数器电路是二十四进制，采用整体置零的接法。首先将两片74160连成一个一百进制计数器。当计数器从全0状态开始计数，计入24个脉冲时，经与非门译码产生低电平信号立刻将两片74160同时置零，于是便得到了二十四进制计数器。 “时”进制原理图： 图6：24进制时计数器原理图5.2参数计算见原理部分。5.3器件选型 6片74LS160、3片74LS20。6 译码显示电路设计6.1译码显示电路工作原理 译码是将给定的代码进行翻译。计数器实现了对时间的累计以

11、8421BCD码形式输出，为了将计数器输出的8421BCD码显示出来，需用显示译码电路将计数器的输出数码转换为数码显示器件所需要的输出逻辑和一定的电流，一般这种译码器通常称为7段译码显示驱动器。 74LS48译码器对应的显示器是共阴（接地）显示器。 图7：译码显示电路的单元电路图6.2参数计算高电压5V。6.3器件选型七段译码器74LS48 4片；LED共阴七段数码管BS207 4片。7系统总体电路设计7.1系统总体电路 图8：系统总体电路原理图7.2 电路说明1、秒计数器到六十进一位，进位接在分的时钟端，分就计一次数；分也如此；时计数器从0到23循环技数。2、秒不显示输出数字，而是将秒作为单

12、独的点，以闪烁计时3、功能键不按时，时钟正常工作，按一次校时工作，按两次校分工作。4、校时校分状态时，按一次校准脉冲，时或者分就相应的加一，直至到相应时间为止，再按功能键使它正常工作。5、校时校分状态时，闪烁电路工作，相应的显示数码管根据秒脉冲闪烁。6、当达到59分时，整点报时电路工作，到50秒开始间歇发声报时。 8电路调试8.1振荡电路调试及实验结果分析 振荡电路的输出端接一个发光二极管看是否得到理想的秒脉冲信号。一开始，发光二极管只亮不闪，经过从后往前逐级检查发现集成块74LS74有问题及振荡电路漏插一根线。接上线之后，发现发光二极管闪的频率过快，我们认为应该是74LS74不正常的缘故，所

13、以我们又加了一级二分频电路，终于得到理想的秒脉冲。8.2 计数电路调试及实验结果分析将1秒信号分别送人“时”、“分”计数器，通过译码显示电路，检查各级计数器的工作情况。8.3 译码显示电路调试及实验结果分析刚开始调试时，发现24进制小时显示从23时59分59秒到24时00分00秒时发生错误，直接跳变为60小时00分00秒，经过反复检测，74LS160端子的3、4、5、6管脚连接一起没有分开接地，修改之后电路显示恢复正常了。继续调试，各级计数显示电路工作正常。8.4 控制电路调试及实验结果分析闭合开关K1对“分”进行校时，闭合开关K2对“时”进行校时。刚开始，闭合开关K1或K2中的任何一个都对“

14、分”和“时”同时校时，后来我们又加了一个电阻使校“时”电路和校“分”电路完全独立，得到了满足要求的校时电路。8.5 系统联调及实验结果分析 在实验箱上组装电子钟，注意器件管脚的连接一定要准确，“悬空端”、“清零端”、“置1端”要正确处理。当所有器件调试正常以后，观察电子钟是否准确正常工作。结果表明得到了满足要求的数字钟。9改进意见及收获体会 本周，在年老时的带领下，我们进行了为期一周的数字电路课程设计。我和刘玉芹、缪利蓉、陈思瑾一起共同设计一个数字时钟。第一天上午老师给我们讲解了一下课程设计的要求及技术要领。并要求我们用multisim软件先在电脑上搭建电路图，然后在软件上仿真，得到符合要求的

15、电路图。下午回到宿舍，我们就跃跃欲试在电路上进行搭建电路图。我先是在网上查阅资料，设计出电路总体框图，然后一级一级进行搭建。结果由于知识水平的限制，我怎么也搭建不出满意的电路图。然后在第二天老师检查的时候也没有搭建出满意的电路。后来回到宿舍，我拿起数电课本以及数电实验书进行查阅，并对照此课程设计的要求，重新对电路进行了搭建。我先是对60进制秒电路图进行搭建，结果仿真结果出来大大令我失望，刚开始的秒还算比较正常，但是当秒到达59秒时，它没有跳变为00秒，而是条变成了60，这令我想到我在秒脉冲跳变到59的时候没有在置数端子置入0000的信号。我改正了这个错误之后，得到了正确的结果，60进制分计数器

16、的搭建和秒的大同小异，我也顺利的搭建了出来。又经过一番琢磨和查阅资料，我也搭建出来了24进制时计数器。将三部分连接在一起，就得到了图8所示系统总电路图。端午的时候回家了，回来之后，刘玉芹已将按照我们搭建出来的电路图进行了一小部分的连接。然后我们小组又同时来到实验室对其他部分进行连接。只用了一个上午，我们就连接完成该了电路图。我们对电路进行了调试，刚开始时对分钟进行调试，我们的指示灯代表秒信号，每亮60下的时候分显示器进位1，调试结果显示我们的这部分电路搭建正确。然而当调试到小时的时候，却出现了问题，每当显示器显示到23时59分的时候，接下来没有跳变为00时00分，而是跳变到了60时00分，这让

17、我们大为诧异，于是对24进制计数器部分进行了仔细的检查，最终也没有检查出什么结果。下午的时候，我和刘玉芹怀疑是23进位的地方连接出现了错误，结果没跟先都仔细进行检查，也没有发现错误，最后，我们打电话找来李富龙同学，在他的帮助下，我们发现74LS160的地线连接错误，经过改正之后，我们终于调试成功了，真可谓是一波三折。最后顺利通过了老师的验收。还是蛮有成就感的。 通过这次课程设计，我学会了把课本上的知识应用到实践中，并第一次设计出了一个成品，还是很有自豪感的。同时，我也知道没有小组中其他同学的协助，是万万不可能完成的，所以我会更注重团队合作。然而，我也认识到自己知识水平的有限，只有掌握充足的知识，才能更好的连接处符合要求的电路图。这次的课程设计真的使我受益匪浅。10器件明细清单LED共阴数码管BS2074片BCD七段译码器74LS484片十进制计数器74LS16012片四2输入与非门74LS003片双4输入与非门74LS201片六反相器74LS041片双上升沿D触发器74LS741片石英晶体4MHz1个发光二极管2只开关K1、K22只电阻1千欧5只电容001微法1只电容10皮法1只参 考 文 献1 阎石主编数字电子技术基础（第四版）北京：高教出版社， 20002吕思忠、施齐云主编数字电路实验与课程设计哈尔滨：哈尔滨工程大学出