数字钟设计报告

1、数字钟设计报告数字钟设计报告数字钟设计报告v1.0可编写可更正目录1设计目的.32设计任务.33数字电子钟的电路系统设计.3设计原理3方案确立4设计方案一.4设计方案二.5两种方案的比较.5设计方案的确定.6数字电子钟的电路设计.6电源电路的设计.6时间计数电路的设计.7正点报时电路的设计.8校时电路的设计.9秒信号发生器的设计.9译码驱动显示电路.11数字电子钟的整体电路.11设计电路的计算机模拟仿真与调试.144电路的装置过程.15电路模拟仿真调试.15电路焊接15实物的实质调试.155实验数据和偏差分析.15实验数据.15偏差分析.166元件清单.1611v1.0可编写可更正7课程设计的

2、收获、领悟和建议17致谢.19参照文件2022v1.0可编写可更正设计目的数字钟从原理上讲是一种典型的数字电路，此中包含了组合逻辑电路和时序电路。此次设计与制作数字电子钟的目的是让学生在认识数字钟的原理的前提下，运用刚刚学过的数电知识设计并制作数字钟，并且经过数字钟的制作进一步认识各种在制作顶用到的中小规模集成电路的作用及其使用方法。因为数字电子钟包含组合逻辑电路和时序电路，经过它可以进一步学习与掌握各种组合逻辑电路与时序电路的原理与使用方法，从而实现理论与实践相结合。总的来说，此次课程设计，有助于学生对电子线路知识的整合和电子线路设计能力的训练，并为后继课程的学习和毕业设计打下必定的基础。设

3、计任务设计制作一个数字电子钟设计指标：1时间计数电路采纳24进制，从00开始到23后再回到00；2各用2位数码管显示时、分、秒；3拥有自动校时、校分功能，可以分别对时及分进行单独校时，使其校订到标准时间；4计时过程拥有报时功能，当时间到达整点前10秒开始，蜂鸣器1秒响1秒停地响5次。5为了保证计时的稳固及正确，须由晶体振荡器供给时间基准信号。数字电子钟的电路系统设计下边将详细介绍整个数字电子钟的电路系统设计过程。此中包含数字电子钟的设计原理，设计方案的确定，数字电子钟的电路设计计算机仿真，电路的设计与调试几个设计部分。设计原理数字电子钟是一个对标准频率（1HZ）进行计数的计数电路。它由振荡器、

4、分配器、33v1.0可编写可更正计数器、译码器和显示器电路构成。振荡器产生的时钟信号经过分频器形成秒脉冲信号，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。经过校时电路可以对分和时进行校时，且计时过程拥有报时功能，当时间到达整点前10秒开始，蜂鸣器1秒响1秒停地响5次。方案确立经过查找资料并睁开谈论，共谈论出两个不一样的设计方案，表面上看，仿佛两个方案都符合要求，但经过屡次追究，并将两个方案加以比较，最后确立一个既符合本设计要求又拥有比较强

5、的可行性的方案作为此次设计的对象。设计方案一方案一的设计主若是由555振荡电路，时间计数电路，校时电路和译码驱动电路组成。而分频器采纳3片集成电路计数器74LS90，每片为1/10分频，3片级联则可获取所需的频率信号。而时间计数电路由74LS90构成，分为一个24进制电路和两个60进制电路。校时电路则由开关构成。设计方案一的设计原理图如图1CKCKCKCKCKCKU1U2U3U4U5U6ABCDEFGABCDEFGABCDEFGABCDEFGABCDEFGABCDEFG44v1.0可编写可更正74LS4874LS4874LS4874LS4874LS4874LS48译码译码译码译码译码译码时十时

6、个分十分个秒十秒个位计位计位计位计位计位计无消抖动校时，校分控制电路555振荡器三级分频电图1设计方案一的设计原理图设计方案二方案二的设计主要由晶体振荡电路，时间计数电路，校时电路，译码驱动电路。其中，时间计数电路用六个74LS90构成。校时电路主要由HD74KS00P构成RS触发器，而且加入消抖电路，达到了自动校时的成效。设计方案二的设计原理图以下CKCKCKCKCKCKU1U2U3U4U5U6ABCDEFGABCDEFGABCDEFGABCDEFGABCDEFGABCDEFG55v1.0可编写可更正451145114511451145114511译码译码译码译码译码译码时十时个分十分个秒十

7、秒个位计位计位计位计位计位计拥有消抖动的校分，校时控制电路32768晶体振二分频电路荡电路（74LS74）1HzCD4060分频器图2设计方案二的设计原理图两种方案的比较1、在数字电路设计中，两种方案采纳了不一样的元器件，但都达到了数字时钟功能。2、第一个方案采纳了简单的开关形式进行校时，而第二个方案则采纳了由RS触发器构成的拥有消抖动的消抖校时电路，除掉了输入脉冲的不稳固性，使得在校时过程中不影响计数。3、第一个方案采纳了74LS48的译码芯片，而第二个方案则采纳了MCI4511D译码芯片，明显，前者价格昂贵，后者经济优惠。4、第一个方案采纳了555振荡器，输出脉冲既不精确也不够稳固，而第二

8、个方案则采纳了晶体振荡电路，其输出脉冲较精确，稳固。5、第一个方案采纳了3片74LS90作为分频器，而第二个方案则采纳了1片74LS74作为二级分频器，电路较前者简单。66v1.0可编写可更正设计方案的确定鉴于第一种方案有比许多的限制性，而方案二则比较方便适用，再依据本次设计的详细要求与所学的知识，确立方案二为本次设计采纳的方案。数字电子钟的电路设计下边将介绍第二个设计方案的设计电路。此中包含电源电路的设计、时间计数电路的设计、正点报时电路的设计、校时电路的设计、秒信号发生器的设计、译码驱动显示电路的设计几个部分。电源电路的设计因为本设计所用芯片的数目许多，并且数字钟需要比较稳固的电压才能使得

9、计数正常、稳固、精确。所以采纳L7805CV稳压集成块做稳压电路，并为了更好的除掉电压谐波，所以采纳了2000f的滤波电容，以此获取稳固的电压。电源电路:用7805集成块做稳压电路。如图3图3电源电路3.3.2时间计数电路的设计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及时个位和时十位计数器电路构成，此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，而依据设计要求，小时计数器为24进制计数器。用6个74LS90构成两个60进制和一个24进制计数器。分别如图4和5。77v1.0可编写可更正图460进制电路对于上图，74LS90芯片的引脚8、9、11、12分别对应QC、

10、QB、QD、QA四个输出端，而第5端和第10端分别接高电平易地，上图已默认，就不画出，下边的电路图凡涉及到芯片自己就需要接高电平易地的引脚亦不画出。当分的74LS90芯片的进位输入端11端的脉冲进位信号传到时的脉冲输入端时，时便计数一次，并且其十位和个位的进位关系与分（秒）的十位和个位的进位关系相同，此处不再重述。24进制电路图如图5。88v1.0可编写可更正298111ABCDQQ)Q)QU4)1212(74LS90DAB9900RRRR4167231298111ABCDQQ)Q)QU3)1212(74LS90DAB9900RRRR41672313V11Hz5VUA74LS00D12图524

11、进制电路正点报时电路的设计为了达到正点报时的功能，当时间的分十位为5，分个位为9，秒的十位为5时，利用与门的相与功能，使得时间在59分50秒到59分59秒时期，蜂鸣器1秒响1秒停地响5次。如图6。99v1.0可编写可更正图6正点报时电路3.3.4校时电路的设计一般状况下，数字电子钟开机时其实不马上显示当前时间，所以需要一个校时电路来调整以此来获取所需要的时间。依据设计要求，采纳自动实现对时和分的校时，为了使校时不搅乱计时，在校时电路中还加入了消抖电路，用于除掉输入脉冲的不稳固性，确保校时和计时的稳固与正确。其主要原理是：先截断正常的计数通路，而后再将频率为2Hz的方波信号加到需要校订的计数单元

12、的输入端，校订好后，再转入正常计时状态即可。依据要求，数字钟应拥有自动分校订和时校订功能，所以，应截断分个位和时个位的直接计数通路，并采纳正常计时信号与校订信号可以随时切换的电路接入此中。图7所示即为带有基本RS触发器的校时电路。图7校时电路对于上图，与非门74LS00的U1C片中的第9端为晶体振荡器所产生的2Hz的信号脉冲，而第U1D片的第13端则接进位信号（若为小时校订电路，则为分的进位信号，同理，分的校时电路则为秒的进位信号，当不校时的时候，计时电路将正常计数）。第U2B片的第6端则为分也许小时的个位脉冲输入端。1010v1.0可编写可更正秒信号发生器的设计振荡器是数字钟的核心，振荡器的

13、稳固度及频率的精确度决定了数字钟计时的正确程度。由集成电路准时器555与RC可构成多谐振荡器，其振荡频率只有1KHz。所认为了达到设计要求，获取更高的计时精度，采纳晶体振荡器构成振荡器电路。一般来说，振荡器的频率越高，计时精度越高。此次设计采纳R14532的晶体振荡器，其频率为32768Hz，再经过分频芯片4060BD，其内部有15级2分频集成电路，所以可以此中一个输出端获取2Hz的信号脉冲。再经过二次分频，方可获取1Hz的标准信号脉冲，即秒脉冲。至于分频电路，实质上就是由计数器构成的，所以，还可采纳3片集成电路计数器74LS90，每片为1/10分频，3片级联则可获取所需的频率信号。但为了节约

14、芯片及开销，所以采纳前者。其原理图和电路图分别入图8和图9。图8秒信号原理图1111v1.0可编写可更正X1R145-32.768kHzU1121110RSRTC9CTCU2A1274O3MR1PRR1510MohmO42541D1QO5C1C230pF30pF6O636141QO7131O8151CLRO9174LS74DO112O123O134060BD图9晶体振荡电路译码驱动显示电路译码驱动电路将计数器输出的8421BCD码变换为数码管需要的逻辑状态，并且为保证数码管正常工作供给足够的工作电流。本设计采纳MCI4511译码器和LED数码管。译码驱动显示电路如图10。1212v1.0可编写

15、可更正图10译码驱动显示电路数字电子钟的整体电路图11为数字电子钟的整体电路主模块部分，图12，图13，图14为数字电子钟的整体电路副模块部分。1313v1.0可编写可更正图11电路主模块部分1414X1R145-32.768kHzU1121110RSRTC9CTC127MRO3R1510MohmO44O5C1C2630pF30pFO614O713O815O91O112O123O134060BD图12晶体振荡电路图13校时电路图14正点报时电路v1.0可编写可更正U2A41PR251D1Q361Q11CLR74LS74D1515v1.0可编写可更正设计电路的计算机模拟仿真与调试本次设计后的方案

16、分电源电路、时间计数电路、正点报时电路、校时电路、秒信号发生器电路和译码驱动显示电路等几个模块，设计后分别送到计算机模拟软件和Multisim2001中进行模拟调试。此次模拟仿真调试是在实物调试前睁开的，可以及时发现设计方案中存在的问题并进行分析与修正，方便购买器件，也为下一步的实物调试和线路板制作供给正确可行的电路模块。比方时间计数电路的仿真模拟调试如图15。图15时间计数电路的仿真模拟调试图又如晶振电路的仿真波形图如图16。1616v1.0可编写可更正图16晶振电路的仿真波形图电路的装置过程经过电路的模拟仿真调试后，进入实质组装置置过程。此中包含电路模拟仿真调试、电路焊接和实物的实质调试三

17、个阶段。电路模拟仿真调试经过电路的电脑模拟仿真调试后，将芯片插入实验室的实验箱再一次进行调试，第一调试秒计时电路，再接着调试分计时电路，这样一步一步伐试下去，一发现问题可以及时分析并更正，并且边调试边焊接，节约了大批时间。电路焊接在实质组装置置即焊接电路板的过程中，对于裸露在空气中的电线也许芯片引脚，因为受氧化，表层附有一次很薄的氧化物，会以致其导电能力大大降落，所以须用砂纸擦去氧化层。每焊接完一部分电路，就马上进行调试，测试无误后方可进心下一阶段的焊接。焊接时要主要布线和焊点的合理分布，尽量做到雅观。实质焊接过程中，要保证焊笔不要遇到已经焊好的线，不然焊好的线很简单零落。实物的实质调试达成焊

18、接后，即进入实物的调试阶段。实质调试中出现了许多问题，如显示不正常，秒计时中满六十后不进位等等。仔细检测后发现主若是电路的某些线零落和自制电源的电压谐波太大所致。今后还发现校时电路中的一个消抖电路设计出现错误，须重新设计。经过仔细的分析与纠错后，最后调试成功。1717v1.0可编写可更正实验数据和偏差分析实验数据在组装器件达成后，用实验室的秒表进行测试数字钟的精确度，测试结果如表1表1数字钟时间与秒表时间的比较表秒表时间(单位：秒)数字钟时间偏差（单位：秒）0000：00：0003000：00：30000：01：009000：01：30012000：02：00000：02：3000：03：00

19、偏差分析从表1可看出，偏差凑近于0，并且理论上，偏差原来是积累的，但实质上不然，该表的数据已显示数字钟走了90秒和120秒时的偏差与走了60秒的偏差其实不相关系，亦即偏差不积累。所以易得出此偏差值为人的反应时间（包含视觉反应时间和手的反应时间），其实不是数字钟自己的偏差。所以，此数字钟的精确度相当高，满足设计要求。元件清单本次设计所用的元器件如表2所示。表2元器件清单一览表元器件数目SN74LS90N6HD74KS00P31818v1.0可编写可更正MCI45116CD40601CD4081BE374LS741LM7805110M电阻51000F电容433F电容2R14532晶体振荡器3276

20、8HZ1数字IC插座（双列直插式）20单刀双掷开关29V-12W变压器1蜂鸣器（双引脚）1电路板2双引脚导线若干电源插头1数码管6稳压管L7805CV1整流桥RS2071课程设计的收获、领悟和建议收获与领悟：1、增强了团队合作精神。很难想象，假如我们各人之间没有好好的配合，设计过程将成为一团乱麻。正是因为各人做好了应该做的工作，整个过程才能一气呵成。更为可贵的是，我们相互鼓舞，齐心戮力地办理每个问题。这类团队精神将是我们美好的回忆。2、提升了对芯片的认识。为了在实验室里做好测试工作，我们一定对所用到的芯片1919v1.0可编写可更正认识得清清楚楚。经过查阅手册，也许咨询老师，我们终于对芯片的引

21、脚功能熟透，这样不仅测试起来靠谱，对今后的学习也是有极大的帮助。3、增强了对元件市场的认识。为了获取我们需要的元件，我们要亲身去电子城购买元件，看到电子应用繁荣的一面，我们对电子方面的知识更有兴趣了。4、磨练了我们的意志力。我们花了好多心血来做这个课程设计，凡是事不是一帆风顺的，我们遇到了好多困难。有些困难甚至看进来难于解决，的确也是打击了我们的信心。但我们绝不灰心，仔细地检查电路，检查焊接的利害。比方在做电源这一部分时，我们不停地修正方案，示波器也显示出了很完满的波形，但还是没法让电路正常运转。在我们非常绝望之际，我们没有放弃，最后找出问题的根本，换了两个大电容，达到了除掉电压谐波，终于解决这大问题。5、提升了我们使用电脑对电路进行仿真的能力。在这从前，我们用电脑软件达成了自动控制的课程设计。相同地，我们又要学会新的软件Multisim和来画电路图，并用它进行仿真。这又让我们的知识增加了。6、增强我们对电子器件的认识。向来以来，我们都对电路板感觉奇异，对电子应用感觉好奇。此次我们亲身制作一个电子器件，固然原理其实不太复杂，但我们在这一个过程，认识电子应用的巧妙之处。7、加深了“项目”这一词汇的理解。理解这近似这样的一个设计，我们其实可以把它看作一