电子时钟课程设计

1、唐山学院课程设计说明书1 引言20世纪末，电子技术获得了飞速的发展，在其推动下，现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，同时也使现代电子产品性能进一步提高，产品更新换代的节奏也越来越快。 近年来随着数字技术的迅速发展，各种中、大规模集成电路在数字系统、控制系统、信号处理等方面都得到了广泛的应用。这就迫切要求理工科大学生熟悉和掌握常用中、大规模集成电路功能及其在实际中的应用方法，除通过实验教学培养数字电路的基本实验方法、分析问题和故障检查方法以及双踪示波器等常用仪器使用方法等基本电路的基本实验技能外，还必须培养大学生工程设计和组织实验能力。数字钟

2、已成为人们日常生活中必不可少的生活用品，广泛用于个人家庭以及办公室的公共场所，给人们的生活、学习、工作、娱乐带来了极大的方便。本次设计以数字电子为主，实现对日、时、分、秒数字显示的计时装置，周期为24小时，显示满刻度为23时59分59秒，并具有校时功能的数字电子钟。电路主要采用规模TTL集成电路。本系统的设计电路由脉冲逻辑电路模块、电源模块、校时模块、计数模块、译码显示模块等几部分组成。本设计采用555构成定时电路。集成器件555芯片是一种模拟电路和数字电 路相结合的中规模集成电路，其逻辑功能强，使用灵活，可方便组成多种逻辑功能电路，能够更加简单更加快捷的实现定时功能。数字电子钟的发展广泛，现

3、在处于集成电路控制阶段。它也可以用单片机理论来实现，现利用仿真软件Multisim10实现数字电子钟的模拟。唐山学院课程设计说明书2 数字电子钟概述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，故需要再电路上加一个校时电路，同时标准的1HZ时间信号必须做到准确稳定。通常使用振荡器电路构成数字钟。与传统的机械钟相比，它具有走时准确、显示直观、无机械传动装置等优点，因而得到广泛应用。数字电子钟是一个将“ 时”，“分”，“秒”显示于人的视觉器官的计时装置。它的计时周期为24小时，显示满刻度为23时59分59秒，另外应有校时等附加功

4、能。数字电子钟需要显示“日”“时”、“分”、“秒”，它的周期为24小时，“日”采用七进制，“时”采用二十四进制，“分”采用六十进制，“秒”采用六十进制。主电路系统由秒信号发生器、“日”，“时、分、秒”计数器、译码器及显示器、校时电路组成。秒信号产生器是整个系统的时基信号，它直接决定计时系统的精度，一般用555定时器加分频器来实现。将标准秒信号送入“秒计数器”，“秒计数器”采用60进制计数器，每累计60秒发出一个“分脉冲”信号，该信号将作为“分计数器”的时钟脉冲。“分计数器”也采用60进制计数器，每累计60分钟，发出一个“时脉冲”信号，该信号将被送到“时计数器”。“时计数器”采用24进制计时器，

5、可实现对一天24小时的累计。每累计24小时发出一个“日脉冲信号”，该信号被送到“日计数器”。译码显示电路将“时”、“分”、“秒”计数器的输出状态用七段显示译码器译码，通过七段显示器显示出来。校时电路时用来对“时”、“分”、“秒”显示数字进行校对调整。图2.1 原理方框图唐山学院课程设计说明书3 单元模块3.1信号发生模块信号发生器是指产生所需参数的电测试信号的仪器。振荡电路可选用结构较为简单的555定时器构成的多谐振荡器，555定时器能够极方便的构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器。由于使用灵活、方便，所以在施密特触发器的基础上改接成多谐振荡器。555内部结构包括两个电压比较器C1和C2

6、，一个基本RS触发器和一个集电极开路的放电三极管TD三部分构成。555定时器如图所示：图3.1 555定时器3.2计数模块模块秒信号经秒计数器、分计数器、时计数器之后。分别得到显示电路，以便实现用数字显示时、分、秒的要求。时间计数电路由秒个位和秒十位计数器、分个位和分十位计数器、时个位和时十位计数器和星期计数器电路构成，其中秒个位和秒十位计数器、分个位和分十位计数器为60进制计数器，时个位时十位计数器为24进制计数器，星期计数器为7进制计数器。计数器的实现用的是74LS161，时间计数有星期计数、时计数、分计数和秒计数4部分。计数器不仅能用于对时钟脉冲计数，还可以用于分频、定时、产生节拍脉冲和

7、脉冲序列以及进行数字运算等。但是并无法显示计算结果，一般都是要通过外接LCD或LED屏才能显示。唐山学院课程设计说明书QCQDDQARCOQBCLRLOADU2174LS161DENTENPCLKABVDD图3.2 计数器3.3译码显示模块译码是把给定的代码进行翻译, 将星期、时、分、秒计数器输出的四位二进制代码翻译为相应的十进制数, 并通过LED 显示器显示, 通常LED 显示器与译码器是配套使用的。我们选用的七段译码驱动器(74LS248) 和数码管(LED) 是共阴接法，通过计数器加到译码器，从而实现共阴极七段LED显示器的计数显示功能。译码显示电路如图所示。C图3.3 译码显示其中4

8、BI/RBI、5 RBI、3 LI引脚具有消隐、输入/串引消隐输出、串行消引输入、灯测试的功能，且为使74LS248正常工作，须将控制信号端BI/RBO、RBI、LT的引脚全部高电平。它们分别对星期、时、分、秒计数器的输出进行译码，与LED数码器连接。LED数码器采用共阴接法，阴极采用接地设备作为发光二极管的接地。3.4时钟校准模块当重新接通电源或走时出现误差时都需要对时间进行校正.通常,校正时间的唐山学院课程设计说明书方法是:首先截断正常的计数通路,然后再进行人工出触发计数或将频率较高的方波信号加到需要校正的计数单元的输入端,校正好后,再转入正常计时状态即可。 在实验实现过程中使用的是通过开

9、关（普通开关）来实现高低电平的切换，手动赋予需要的高低电平来实现脉冲的供给，将脉冲提供到所需要的输入端口，实现校时，仿真过程中能够正常校时并且在校时的时候达到了预定的效果；而在我们进入实际电路连接的时候，利用开关（手控导线点触实现）来实现校时再不像仿真那样的精确了，原因分析是由于使用的是普通的开关同时利用的是手动的对输入端口赋予脉冲信号，在实现手动生成脉冲信号的过程中产生了扰动，即相当于产生了多个的脉冲信号对需要的数码管进行校时，如此，并没有达到仿真的精确效果，但是在实验中通过改进电路的校时方式，不是用手触开关产生脉冲信号（如若需用手触则需要使用一个锁存器实现去抖动，才能够在脉冲生成时候不产生

10、干扰的脉冲，实现正常的校时），而是使用信号发生器实现信号的提供，对需要校时的数码管在相对应的输入端口提供脉冲信号实现校时，利用此方式实现校时则比手触开关方式效果要好。时钟校准电路如图所示。图 3.4校准电路图3.5电源模块电源有电池供电和整流供电两种。电源核心器件7805固定三端集成稳压器的外形，它将调整器、取样放大器等环节集于一体，内部包含限流电路、过载保护电路，基本上可防止任何情况的过载，具有较高的稳定度和可靠性。这样连接便能得到5V直流稳定电压，但由于其输出电压固定不变，固此极大地限止了它的应甩范围。7805属串联型集成稳压器，其输出电压由内部决定。如果将7805的公共端与地断开，通过一

11、只电位器接到负5V左右的电源上，这样在改变电位器阻值的同时，集成稳压器的取样电压也随之发生了改变，于是输出电压也唐山学院课程设计说明书发生了变化。电源电路如图所示。图 3.5电源唐山学院课程设计说明书4 电路仿真与调试Multisim 10概述通过直观的电路图捕捉环境, 轻松设计电路通过交互式SPICE仿真, 迅速了解电路行为借助高级电路分析, 理解基本设计特征通过一个工具链, 无缝地集成电路设计和虚拟测试通过改进、整合设计流程, 减少建模错误并缩短上市时间Multisim10是一个电路原理设计、电路功能测试的虚拟仿真软件，其元器件库提供数千种电路元器件供实验选用，同时也可以新建或扩充已有的元

12、器件库。有超强板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。Multisim10软件进行设计仿真分析的基本步骤为:设计创建仿真电路、原理图电路图、选项的设置、使用仿真仪器、设定仿真分析方法，启动Multisim10仿真。仿真分析开始前可双击仪器图标打开仪器面板。准备观察被测试波形。按下程序窗口右上角的启动停止开关状态为1，仿真分析开始。若再次按下，启动停止升关状态为0，仿真分析停止。电路启动后，需要调整示波器的时基和通道控制，使波形显示正常。用仿真软件实现其功能：运用的是MULISIM仿真软件，该软件是一个完成原理电路设计、电

13、路功能测试的虚拟仿真软件，它具有较为先进的电路分析功能，可以完成电路的瞬态，稳态分析，时域，频域分析等；可以设计测试和演示各种电子电路，包括模拟电路，数字电子路等。电路的连接与仿真是我们这次课程设计的主要任务之一，也是整个过程的最难的阶段。仿真这部分工作在multisim仿真软件上进行。对于电路的仿真分为几个部分，分别对电路各个部分的功能都进行仿真调试之后，每连接一部分都要调试一次，才能确保最后的成功。Multisim这个仿真软件以前用的很少，对它的基本仿真过程不是很了解，而且有些器件的位置也不是很明确，只能一边学习，一边仿真，过程很慢但收获很多。基本过程：按照电路原理图僵仿真分为几部分依次连

14、接电路并测试;连接晶体振荡电路并调试，观察发出的是否为1KHZ的信号；连接7、60、24进制的计数器电路并调试，观察是否符合要求;将输出信号连接到计数电路，观察时钟是否正常运行。在仿真过程中出现了许多错误，在处理错误的过程中必须一步一步进行检唐山学院课程设计说明书查，而且在调试过程中必须认真，将“日”“时”“分”“秒”逐一进行调试。利用信号发生器，示波器进行信号分析，逐一排除故障。唐山学院课程设计说明书5 设计总结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。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

15、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，但通过这次课程设计我们了解了课程设计进行更复杂的设计奠定了坚实的基础。在此次设计过程中，我充分运用了电子技术课程中所学的基本电子知识和所有数字电路的内容，在此基础上，通过查阅相关资料，结合设计任务，参考先人经验，设计出最终产品。通过几天的数字钟设计过程，将从书本上学到的知识应用于实践，学会了初步的电子电路仿真设计,虽然过程中遇到了一些困难，但是在解决这些问题的过程无疑也是对自己自身专业素质的一种提高。当最终调试成功的时候也是对自己的一种肯定。在此过程中我学会了仿真Multisim软件的使用，正确的设计出了电子钟仿真电路，更学到了课本上没有