数电课设数字时钟

1、华侨大学厦门工学院 数字逻辑系统设计 课程设计报告题 目： 数字时钟设计 专业、班级： 学生姓名： 学 号： 指导教师： 分 数 : 课 程 设 计 任 务 书设计题目数字时钟设计 学生姓名詹家炜所在院系电子信息工程系专业、年级、班通信工程12级3班 设计要求： 1、时钟：24小时制； 2、能同时显示时钟、分钟和秒钟； 3、具备时、分、秒三级校时功能； 4、接入电源后，时钟能自动运行显示时间； 5、误差：优于1秒/小时 设计步骤： 1、理解数字时钟的基本原理； 2、学习proteus 软件的使用； 3、用proteus软件仿真电路图； 4、电路图仿真运行无误后，买芯片焊接电路板。参考文献阅读：

2、 1童诗白.模拟电子技术基础M.北京：高等教育出版社，2005. 2臧春华.电子线路设计与应用M.北京:高等教育出版社,2005. 3邱关源 罗先觉.电路（第五版）M.北京：高等教育出版社，2006. 4康华光.数字电子技术（第五版）M.北京：高等教育出版社，2005.课设进度安排：第12周 课设题目选定（单号题目一，双号题目二） 第13周 查阅资料，制定方案，设计系统框图第14周 设计单元电路，利用proteus进行电路 仿真，验证方案的可行性（检查运行仿真情况）第15周 制作电路板第16周 验收实物第17周 提交课设报告（按规定的格式写）任务下达日期： 2014 年 12 月 4 日任务完

3、成日期： 2015 年 1 月 4 日指导教师（签名）： 学生（签名）： 詹家炜21目 录 1. 设计目的.42.  设计要求.43. 设计方案选取与论证.54. 电路结构框图.6 5. 电路仿真.66. 制作与调试过程.177. 结果与结论.188. 收获与致谢.199. 参考文献.201、 设计目的1.1数字电路系统的定义及组成  电子技术的发展是以电子器件的发展为基础，数字电路可以分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两大类，在组合逻辑电路中，任意时刻的输出仅仅取决于该时刻的输入，与电路原来的状态无关，在时序逻辑电路中，任意时刻的输出信

4、号不仅取决于当前的输入信号，而且还取决于电路原来的状态。按有无集成元件来分，可分为分立元件数字电路和集成数字电路；按集成电路的集成度来分，可分为小规模集成数字电路（SSI）、中规模集成数字电路（MSI）、大规模集成数字电路(LSI）、和超大规模集成数字电路（VLSI）。 1.2掌握时钟电路的作用及基本构成 时钟电路用555定时器构成，555定时器是一种多用途的数字-模拟混合集成电路，利用它能极方便地构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器。时钟电路可以产生脉冲从而起到控制电路的作用，整个系统都在它的控制下按一定的规律工作。2、设计要求设计一个能在数码管上显示时、分、秒，并

5、能自动走时和手动调时的数字时钟，基本要求如下：1、时钟：24小时制；2、能同时显示时钟、分钟和秒钟；3、具备时、分、秒三级校时功能；4、接入电源后，时钟能自动运行显示时间；5、误差：优于1秒/小时 创新要求：1、能同时显示星期几。2、能够进行整点报时。3、设计方案选取与论证3.1选取该方案的目的数字钟是一种数字电路技术，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，具有更长的使用寿命，因此得到了广泛的使用。广泛用于个人家庭、码头、车站、办公室等公共场所，成为人们日常生活中不可缺少的必需品，由于数字集成电路的发展和石英晶体震荡器的广泛使用，使得数字钟的精度远远

6、超过老式钟表，钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便，而且大大地扩展了钟表原先的报时功能。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、自动启闭路灯、定时开关烘箱、通断动力设备、甚至各种定时电气的自动启用等。所有这些，都是以钟表数字化为基础的。因此，研究数字钟及扩大其应用，有着非常现实的意义。3.2可行性研究数字钟一般是由振荡器、分频器、计数器、显示器等几部分组成。这些都是数字电路中应用最广泛的基本电路，本设计直接采用由定时器设计的单稳态振荡器产生振动为1s的脉冲。并将信号送入计数器进行计算，并把累加的结果以“时”“分”“秒”的数字显示出来。秒的显示由两级计数器和译码器组成的

7、六十进制计数器实现；分的显示同秒的相同，时的显示由两级计数器和译码器组成的二十四进制电路来实现。所有的计时结果有六位数码管显示。3.3优缺点讨论 关于振荡器的选择有石英晶体振荡器和555定时器两种选择。石英晶体振荡器的特点是振荡频率准确、电路结构简单、率易调整。它具有压电效应，在晶体某一方向加电场，则在与此垂直的方向产生机械振动，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。而555定时器是一种应用极为广泛的中规模集成电路。该电路使用灵活、方便，只需外接少量的阻容

8、元件旧可以构成单稳、多谐和施密特触发器。但相对于石英晶体振荡器来说，我们对555定时器更熟悉一些。4、电路结构框图 秒显示器 秒译码器 秒计数器振荡器分显示器 分译码器 分计数器时显示器时译码器时计数器日显示器日译码器日计数器整点触发电路 图4 电路结构框图5、电路仿真5.1由555定时器构成的单稳态振荡器555 定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制RS 触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当 5 脚悬空时，则电压比较器C1的反相输入端的电压为2VCC /3，C2的同相输入端的电压为VCC /3。若触发输入端TR的电压小于VCC /3，则比较器C2的输出为0，可

9、使RS触发器置1，使输出端OUT=1。如果阈值输入端TH的电压大于2VCC/3，同时TR端的电压大于VCC /3，则C1的输出为0，C2的输出为1，可将RS 触发器置0，使输出为低电平。它的各个引脚功能如下：1脚：外接电源负端VSS或接地，一般情况下接地。2脚：低触发端TR。3脚：输出端Vo4脚：是直接清零端。当此端接低电平，则时基电路不工作，此时不论TR、TH处于何电平，时基电路输出为“0”，该端不用时应接高电平。5脚：VC为控制电压端。若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电 压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01F电容接地，以防引入干扰。6脚：高触发端TH。7脚：放电端。该端与

10、放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。8脚：外接电源VCC，双极型时基电路VCC的范围是4.5 16V，CMOS型时基电路VCC的范围为3 18V。一般用5V。在1脚接地，5脚未外接电压，两个比较器A1、A2基准电压分别为的情况下，555时基电路的功能表如下表所示。清零端高触发端TH低触发端TRQ放电管T功能0××0导通直接清零101x保持上一状态保持上一状态1101截止置11001截止置11110导通清零555定时器构成的单稳态振荡器是数字电子钟的核心部分，它的精度和稳定度决定于数字钟的质量。单稳态触发器只有一个稳定状态，一个暂稳态。在外加脉冲的作用下，单稳态触发器可

11、以从一个稳定状态翻转到一个暂稳态。由于电路中RC延时环节的作用，该暂态维持一段时间又回到原来的稳态，暂稳态维持的时间取决于RC的参数值。555定时器引脚图如图5.1.1，单稳态振荡器电路如图5.1.2所示。单稳态振荡器为计数器提供计数脉冲。本电路产生振荡信号的周期为1s。图5.1.1 555定时器引脚图图5.1.2 单稳态振荡仿真电路5.2数字显示及译码模块 数码管可以分为共阳极与共阴极两种，共阳极就是把所有LED的阳极连接到共同接点com，而每个LED的阴极分别为a、b、c、d、e、f、g及dp（小数点）；共阴极则是把所有LED的阴极连接到共同接点com，而每个LED的阳极分别为a

12、、b、c、d、e、f、g及dp（小数点）。七段显示译码器CD4511是一种与共阴极数字显示器配合使用的集成显示译码驱动器，是一种以CMOS制成的中规模集成电路(Medium-Scale Integrated Circuit,简称MSI），它的功能是将输入的4位二进制BCD码转换成显示器所需要的七段驱动信号a-g,它与共阴极数码显示管配合使用。其引脚分布如下图所示：图5.2.1 CD4511引脚图图5.2.2 CD4511真值表图5.2.3 数字显示及译码模块仿真电路5.3六十进制计数器74LS90为中规模TTL集成计数器，可实现二分频、五分频和十分频等功能，它由一个二进制计数器和一个五进制计数

13、器构成，它既可以作二进制加法计数器，又可以作五进制十进制加法计数器。其引脚排列图及功能表如下所示图5.3.1 74LS90的管脚图图5.3.2 74LS90功能表GEWEI是十进制计数器，Q0和Q3与运算的结果作为十进制的进位信号，74LS90计数器是十进制异步计数器，用反馈归零方法实现十进制计数，SHIWEI和与非门组成六进制计数。74LS90是在CP信号的下降沿翻转计数，Q0和Q2相与0101的下降沿，作为“分”计数器的输入信号。Q1和Q2高电平1分别送到计数器。清零R0(1)和R0(2)，74LS90内部的R0(1)和R0(2)与非后清零而使数器归零，完成六进制计数。由此可见GEWEI和

14、SHIWEI串联实现了六十进制。图5.3.3 六十进制计数器仿真电路5.4二十四进制计数器二十四进制技术器所用芯片与六十进制计数器相同，都是74LS90以及与非门。当“时”个位GEWEI计数输入端CKA来到第10个触发信号时，GEWEI计数器复零，进制端Q3向SHIWEI“时”十进制计数器输出进位信号，当第24个“时”（来自“分”计数器输出的进位信号）脉冲到达时，GEWEI计数器的状态为“0100”，SHIWEI计数器的状态为“0010”，此时“时”个位计数器的Q2和“时”十位计数器的Q1输出为“1”。把它们分别送到GEWEI和SHIWEI计数器的清零端R0(1)和R0(2)，通过74LS90

15、内部的R0(1)和R0(2)与非后清零。计数器复零，完成24进制计数。图5.4 二十四进制计数器仿真电路5.5星期计数模块74LS160为可预置的十进制同步计数器，其功能表以及管脚图如下图所示管脚介绍： RCO 进位输出端 ENP 计数控制端 QA-QD 输出端 ENT 计数控制端 CLK 时钟输入端 CLR 异步清零端（低电平有效） LOAD 同步并行置入端（低电平有效）图5.5.1 74LS160管脚图根据题目要求星期电路为七进制计数电路构成，并由七进制电路可知图5.5所示的转换关系。需要实现000101110001循环的输出，这就需要在0111时置入0001。所以需要利用基本门使得电路在

16、状态0111时能给端一个低电平信号（即“0”）使其置数。因为要实现三个信号到来时均能置数，所以三个信号要接一个三输入与非门送到置数控制端。因为与门的工作特点是“有0出0”，所以即=。0111图5.5.2 状态图图5.5.3 七进制计数器仿真电路5.6整点报时电路整点报时功能是通过四路与非门将“分”和“秒”位的个位与十位连接在一起，当分和秒的个位变为9并且十位变为5时，输出低电平信号，再通过与非门门变为高电平信号，非门连接在NPN型三极管的基极，当基极为高电平时三极管导通，蜂鸣器工作。在其他时刻蜂鸣器不工作。整点报时电路图如图所示。图5.6 整点报时仿真电路5.7整体仿真电路图数字时钟的整体仿真

17、电路如下图所示：时分秒星 期图5.7 数字时钟整体仿真电路6、制作及调试过程6.1万能板前的准备：在焊接万能板之前你需要准备足够的细导线或锡线用于走线。洞洞板具有焊盘紧密等特点，这就要求我们的烙铁头有较高的精度，建议使用功率30瓦左右的尖头电烙铁。同样，焊锡丝也不能太粗，建议选择线径为0.50.6mm的。在开始安装以前，首先要按照清单检查有无缺少器件，然后按照图开始安装器件，（特别要注意不能把芯片装反）然后开始焊接，焊的时候要非常小心。6.2万能板的焊接：对于洞洞板的焊接方法，一般是利用前面提到的细导线进行飞线连接，尽量做到水平和竖直走线，整洁清晰。现在网上流行一种方法叫锡接走线法，工艺不错，

18、性能也稳定，但比较浪费锡，在这边我把这两种方法一起应用。但是当我开始焊时，焊的板子很不稳定，容易短路或断路，结果出不来。除了布局不够合理和焊工不良等因素外，缺乏技巧是造成这些问题的重要原因之一。掌握一些技巧可以使电路反映到实物硬件的复杂程度大大降低，减少飞线的数量，让电路更加稳定。我用了下面的方法后就又快又准确的焊好板了。电源贯穿电路始终，合理的电源布局对简化电路起到十分关键的作用。你首先需要对的布局有个初步的规划。由于计数报警器要连的地线和电源线比较多，可以先把电源线、地线焊接好。洞洞板的焊接需要大量的跨接、跳线等，不要急于剪断元器件多余的引脚，有时候直接跨接到周围待连接的元器件引脚上会事半

19、功倍。另外，本着节约材料的目的，可以把剪断的元器件引脚收集起来作为跳线用材料。特别要强调这一点，多设置跳线不仅可以简化连线，而且要美观得多。因为排针有许多灵活的用法。比如两块板子相连，就可以用排针和排座，排针既起到了两块板子间的机械连接作用又起到电气连接的作用。用锡线焊的时候，要使焊的锡线大小均匀，不要太细也不要太粗。焊好之后，按照电路图逐一检查电路有没有漏焊的问题，接下来用万用表逐一检查有没有虚焊或线路断路或线路短路。在线路没有问题的情况下连接电源调试，之后用电源逐个模块进行检查。7、结论电路进行仿真后，能够满足设计的要求，利用六片74LS90和一片74LS160级联构成计数电路，用七片CD

20、4511BC和两个七段共阴极数码管构成显示电路，用555定时器、蜂鸣器和与非门电路构成报警电路。经过仿真，我们得到了一个能够显示时分秒和星期几的电路，将计数电路的输出与显示电路的输入相连，数码管就能显示出输出的数字；利用555定时器、电阻、电容来设计报警电路。当时间为59分59秒时，蜂鸣器开始发出声音，时间为一秒，实现了整点报时功能。刚开始做第一块电路板时，因为是第一次尝试用万用板，所以不是很熟悉，就从网上了解到别人的焊接技术，然后就自己开始焊接了，焊接完后，接上电源时数码管不会显示出数字，经检查原来是我的芯片还没插上去。插上之后，接上电源，数码管就显示00字样，通过按按键，计数却是偶数的2、

21、4、6、8，经检查后，觉得都没有问题，后来经过上网查资料，原来是输入端A与电源线接到了一起。通过这次的数电课设，即使做坏掉了，也要不气馁，只要保持耐心，坚持就会成功的。8、收获与致谢我们学习了数字电子电路和模拟电子电路，对电子技术有了一些初步了解，但那都是一些理论的东西。通过这次数字电子钟的课程设计，我们才把学到的知识与实践相结合。从而对我们学的知识有了更进一步的理解，使我们进一步加深了对所学知识的记忆。在此次的数字钟设计过程中，我更进一步地熟悉了芯片的结构及掌握了各芯片的工作原理和其具体的使用方法。也锻炼了自己独立思考问题的能力和通过查看相关资料来解决问题的习惯。虽然这只是一次简单的课程设计