具有整点报时与校时功能的数字钟系统设计说明

1、本科毕业设计论文题目：具有计时和计时功能的数字时钟系统的设计摘 要现代社会快节奏的生活，使人们对时间的概念越来越重视，对时间的准确性要求也越来越高，催生了数字电子钟的飞速发展。数字时钟是利用数字电路实现“时”、“分”、“秒”数字显示的计时装置。数字钟的准确性和稳定性优于旧的机械钟。本设计使用中等规模的器件来实现数字时钟系统。 555定时器构成多谐振荡器电路产生振荡脉冲，经计数器计数后经译码器译码产生信号驱动数显，使数显呈现“时间”对应的计时数“分”和“秒”；该电路还增加了一个校正电路和一个小时计时电路，用于校准时钟的时间和分钟，使其工作准确，并在整点发出警报。数字时钟及其应用的扩展具有非常现实

2、的意义。本设计采用Protel99se软件绘制相关电气原理图并制作PCB ，采用74LS系列芯片实现数字时钟定时和解码功能。易于使用的数字电子时钟系统。这次对数字钟的研究让我对数字电子技术有了更深入的理解和掌握，也促进了我对理论知识与实践相结合的认识，为以后的专业发展奠定了基础。关键词：数字时钟，数字电路，中型器件目录 TOC o 1-2 h z u HYPERLINK l _Toc421618595 摘要 PAGEREF _Toc421618595 h 我 HYPERLINK l _Toc421618596 摘要 PAGEREF _Toc421618596 h 一 HYPERLINK l _

3、Toc421618597 1简介 PAGEREF _Toc421618597 h 1 HYPERLINK l _Toc421618598 1.1学科背景 PAGEREF _Toc421618598 h 1 HYPERLINK l _Toc421618599 1.2选题的目的和意义 PAGEREF _Toc421618599 h 1 HYPERLINK l _Toc421618600 1.3主要工作 PAGEREF _Toc421618600 h 1 HYPERLINK l _Toc421618601 2数字时钟系统的工作原理 PAGEREF _Toc421618601 h 1 HYPERLIN

4、K l _Toc421618602 2.1数字时钟设计的基本要求 PAGEREF _Toc421618602 h 1 HYPERLINK l _Toc421618603 2.2数字时钟的工作原理 PAGEREF _Toc421618603 h 1 HYPERLINK l _Toc421618604 3数字时钟系统设计 PAGEREF _Toc421618604 h 1 HYPERLINK l _Toc421618605 3.1振荡电路设计 PAGEREF _Toc421618605 h 1 HYPERLINK l _Toc421618606 3.2分频电路设计 PAGEREF _Toc4216

5、18606 h 1 HYPERLINK l _Toc421618607 3.3时分秒计时电路的设计 PAGEREF _Toc421618607 h 1 HYPERLINK l _Toc421618608 3.4解码显示电路设计 PAGEREF _Toc421618608 h 1 HYPERLINK l _Toc421618609 3.5课时和划分电路的设计 PAGEREF _Toc421618609 h 1 HYPERLINK l _Toc421618610 3.6走时电路的设计 PAGEREF _Toc421618610 h 1 HYPERLINK l _Toc421618611 4数字时钟

6、系统的绘图、制作和调试 PAGEREF _Toc421618611 h 1 HYPERLINK l _Toc421618612 4.1数字时钟的绘制过程 PAGEREF _Toc421618612 h 1 HYPERLINK l _Toc421618613 4.2数字钟的制作流程 PAGEREF _Toc421618613 h 1 HYPERLINK l _Toc421618614 4.3数字时钟调试过程及问题总结 PAGEREF _Toc421618614 h 1 HYPERLINK l _Toc421618615 5总结与展望 PAGEREF _Toc421618615 h 1 HYPER

7、LINK l _Toc421618616 5.1设计结论和印象 PAGEREF _Toc421618616 h 1 HYPERLINK l _Toc421618617 5.2设计缺陷及前景 PAGEREF _Toc421618617 h 1 HYPERLINK l _Toc421618618 至 PAGEREF _Toc421618618 h 1 HYPERLINK l _Toc421618619 参考 PAGEREF _Toc421618619 h 1 HYPERLINK l _Toc421618620 外语翻译 PAGEREF _Toc421618620 h 11简介数字时钟是由数字集成电

8、路或专用芯片制成的定时器，即利用数字电路技术实现时、分、秒计时和控制的电子设备。与传统的机械钟相比，数字钟具有更高的准确性和直观性，由于数字集成电路的发展和相关芯片的广泛使用，而且数字钟没有机械装置，使用寿命也更长。这些优点使数字时钟的使用遥遥无期。它超越了老式时钟，大大扩展了时钟原有的计时功能，如定时自动报警功能、定时铃、节目自动控制、定时广播、定时开关电源设备，甚至对各种电气设备.自动启用计时等。钟表的数字化是实现所有这些功能的基础。钟表的数字化给人们的生产生活带来了极大的便利。如今，数字时钟广泛应用于家庭、办公室、码头、车站等许多公共场所，成为人们的日常生活。是生活中不可缺少的必需品。因

9、此，研究数字时钟系统并扩大其应用具有非常现实和深远的意义。1.1学科背景如今，在科技飞速发展和市场需求扩大的引领下，数字电子技术得到了迅速的推广和普及，数字电子技术的应用领域越来越广泛。数字电子技术的成果逐渐成为全球领先的信息化进程。数字电子技术的研究对象主要是各种集成器件和逻辑门电路的功能和应用，逻辑门电路和时序电路的分析与设计，集成芯片各引脚的功能。电子技术又可细分为数字电子技术和模拟电子技术。就所用的逻辑器件而言，它已经从1940年代的电子管、1950年代的晶体管和1960年代的小型器件发生了变化。大规模集成电路，从中型电路到大规模集成电路，一直发展到超大规模集成电路直到现在。近年来，可

10、编程逻辑器件的衍生，为数字电路设计提供了更完整、更便捷的器件设计流程和方法，现在可编程逻辑器件还在不断发展。半导体技术的蓬勃发展促进了PC等电子设备的广泛使用。数字电子技术作为当今电子时代的支柱技术，在全球电子信息化进程中发挥着不可忽视的巨大作用。电子钟是人们日常生活中最常用的计时工具。由于数字集成电路技术的发展和采用的先进技术，数字钟具有走时准确、重量轻、结构简单、性能稳定、集成电路尺寸小、功耗低等优点。 、多功能、携带方便等优点，因此被广泛应用于众多电子设备和日常生活中。本设计是利用数字集成电路和一些简单的逻辑门电路，设计一个简单的数字时钟系统，使其具有时间显示、校对和走时计时功能。1.2

11、选题的目的和意义1.2.1实际应用意义原则上，数字时钟是一种典型的数字电路，包括组合逻辑电路和时序电路。目前，数字时钟的功能越来越强大，还开发了多种专用的中型集成电路和大型集成电路供用户选择。多功能数字时钟采用数字电路实现“时”、“分”、“秒”数字显示的计时装置。具有时间显示、校正和计时功能，具有走时准确、显示直观、精确稳定等优点。这种数字时钟的设计主要基于数字电子学。它与计时电路分开设计，再结合完成时、分、秒的显示，并具有校准和计时功能。电路主要采用74ls48、74ls90、NE555等集成芯片， LED数码管及各种门电路和基本触发器等。电路系统采用电池供电，非常适合日常使用。1.2.2学

12、习指导意义在对数字电路设计进行了系统的学习和理解之后，特别是通过组合逻辑电路和时序电路的学习，以这次设计为契机，将所学知识充分运用到实践中，真正理解了数字时钟。各种常用集成芯片的工作原理和设计方法；学习掌握各种常用集成芯片的逻辑功能、选择和使用方法；学习计数器级联设计、数字系统设计和测试方法，熟悉集成电路的管脚排列，了解更多面包板的结构和接线方法，学习使用Protel99se软件制作电气原理图和绘制PCB板，掌握基础知识的数字电子技术。1.2.3选题这个设计不仅是我对数字电子技术的初步探索和实践，也是与高新技术对接的直接途径。此外，由于结合了计时器部分，数字时钟更加现代。对于我需要设计的数字时

13、钟系统，查阅了很多相关的文献，也学到了很多关于数字电路的专业知识。对技术有了更好的理解和理解。1.3主要工作本文的主要研究内容是一种具有报时和整点报时功能的数字时钟的设计。主要工作包括以下两个方面： (1 )数字时钟电路的研究，熟悉数字时钟的原理和设计过程，学习电子元器件的选型和使用。 （2 ）学习绘制数字时钟的设计结构框图、电气原理图、 PCB布局图、元件布局图等图；从数字时钟的工作原理出发，将逻辑芯片应用到数字时钟的整体设计中，按照电路图搭建电路并进行调试。通过实验验证了数字时钟实现的功能。并将其性能与其他时钟进行比较。2数字时钟系统的工作原理2.1数字时钟设计的基本要求( 1 )具有时、

14、分、秒显示功能；( 2 )具有自动计时功能；( 3 )具有设定功能。( 4 ) 具有学时、计分功能。数字时钟是一种显示“小时”、“分钟”和“秒”的计时装置。它的计时周期是24小时，显示满刻度是23:59:59。此外，它还应具有时间校正功能和整点计时功能。因此，一个基本的数字时钟电路主要由振荡电路、“时”、“分”、“秒”计数器、译码显示、时间校正电路、走时计时电路等组成。数字时钟实际上是一个计数电路，对标准频率（ 1HZ）进行计数。通电或时钟运行时间出现误差时，需要人为干预校准时间和分度，所以电路中需要增加时间校正电路，标准1HZ时间信号必须准确并且稳定。另外，作为数字时钟，还需要一些额外的人性

15、化功能，所以增加了整点报时功能，整点通过蜂鸣器发出警报。2.2数字时钟的工作原理根据本次设计要求，绘制出数字时钟结构框图如图2-1所示。图2-1数字时钟结构框图2.2.1振荡电路由555定时器和RC电路组成的多谐振荡器向数字时钟提供稳定准确的1kHz频率的方波信号，可以保证数字时钟走时的准确性和稳定性。无论是模拟电子钟还是数显电子钟，多采用555多谐振荡器。2.2.2分频电路分频电路采用三片74LS90芯片将1k Hz的高频方波信号三分频得到1Hz方波信号用于秒计数器的计数。除法器实际上也是一个计数器。 2.2.3计数器电路计时电路由秒个位计数器和秒十位计数器、分个位计数器和分十位计数器、小时

16、个位计数器和小时十位计数器电路组成。秒计数器和分计数器分别由一个74LS20和两个74LS160芯片组成一个60位的计数器；小时计数器由一个74LS10和两个74LS160芯片组成，是一个24位的计数器。 2.2.4译码显示电路译码驱动电路采用6颗74LS48芯片将计数器输出的8421BCD码转换成数码管所需的逻辑状态，并提供足够的工作电流，保证数码管的正常工作。数码管通常包括发光二极管（ LED ）数码管和液晶（ LCD）数码管。本设计使用的七段共阴极LED数码管与74LS48配合使用。2.2.5上课时间和划分电路时间校正电路是在需要校正时间时，直接将秒脉冲送入分钟计数器或小时计数器的输入端

17、，使时间校正时按秒循环而不是60秒计数。 .或六十个循环计数。通过开关控制它们的使能，可以实现上课时间和分数。2.2.6整点报时电路时电路的工作方式是在59分51秒时开始响起持续一秒的1000HZ的声音，然后每隔一秒就发出同样的声音。 ，所以最后一个声音在整点结束。那是00分00秒。选择使用不同的门电路，形成适合整点报时的逻辑设计，将1000HZ和500HZ脉冲信号送至报时信号放大电路放大，然后按设计好的报时方式推动蜂鸣器发声，然后设计完成。目的。3数字时钟系统设计如前所述，数字时钟系统的结构可分为六个部分，分别由振荡电路、分频电路、计数电路（分为秒计数电路、分钟计数电路、小时计数电路），译码

18、显示电路，以及附加的功能电路（学时分度电路，计时电路）组成。在本章中，将对每个部分进行具体设计。3.1振荡电路设计振荡电路是定时器的核心，振荡电路的稳定性和频率精度将直接影响定时器的精度和稳定性。本设计采用通用的555定时器和RC元件组成多谐振荡器，产生高频信号作为整个电路的初始信号。振荡器的频率越高，计时的精度就越高。3.1.1 555定时器部分结构及功能555定时器是一种结合了模拟电路和数字电路的中型集成电路。 555定时器组成的多谐振荡器是常用的矩形波发生器，又称非稳态触发器。加一个启动脉冲可以输出一定频率的矩形脉冲（即自激振荡）。 555定时器的引脚排列如图3-2所示，其结构如图3-3

19、所示。图3-2 555定时器引脚排列图3-3 555定时器部分结构它由一个分压器、一个比较器、一个基本的RS 触发器和一个放电晶体管组成。分压器由三个等值的5 K 电阻串联组成。分压器为比较器C1和C2提供参考电压。比较器C1的参考电压为2/3VCC，加到同相输入，比较器C2的参考电压为1/3VCC，加到反相输入。比较器由两个结构相同的集成运算放大器G1和G2组成。高电平触发信号加到G1的反相输入端，与同相输入端的参考电压进行比较，结果作为基本RS触发器RD端的输入信号；低电平触发信号加到G2的同相输入端，反相输入端的参考电压比较后，结果作为基本RS翻转SD端的输入信号。翻牌。基本RS触发器的

20、输出状态由比较器G1和G2的输出控制。 555时基电路的功能表如表3-1所示。表3-1 555时基电路功能表进入输出高电平触发端TH低电平触发端TR重置（）输出U0放电管VT状态XX00打开VCCVCCVCC10打开VCC11最后期限3.1.2多谐振荡器设计原理由555定时器组成的多谐振荡器如图所示，其中R1 、R2和电容C1 、 C2为外接元件。当电容充电时，定时器输出UO=1 ，当电容放电时，UO=0，电容不断充放电，输出端获得矩形波。多谐振荡器没有外部信号输入，但可以输出矩形波。其本质是将直流形式的电能转换成矩形波形式的电能。图3-4多谐振荡器图3-4是一个由555 定时器组成的多谐振荡

21、器。 R1 、 R2 、 R3 、 C1和C2是其外部组件。端接高电平VCC，CON脚接 0.01uF C2 电容防止滤波，THR脚直接接TRI，电源通过 R1 、 R2 、 R3电阻给C1 电容充电，然后C1通过R3向DIS端放电，使电路一旦产生振荡，就可以得到频率为1kHz的方波，如图3-5所示。在本设计中，需要一个多谐振荡器产生一个振荡频率为1kHz的方波，输出频率可以通过微调R2来调节。图3-5振荡电路产生的波形3.2分频电路设计分频器可以将高频脉冲转换为低频脉冲。它的主要功能是：一是产生标准的秒脉冲信号； 500Hz低频信号等分频可以通过计数器来完成。使用计数器作为分频器，需要根据基

22、数进行分频。在本设计中，由于振荡器产生的信号频率太高，为了得到标准的秒信号，需要对得到的信号进行多级分频。这里使用的分频电路是由3个十进制计数器74LS90组成的3级1/10分频。3.2.1 74LS90芯片部分结构与功能74LS90是一个十进制计数器，由四个主从触发器和一个额外的选通脉冲组成，用作二分频计数器和一个计数周期长度为五分频的三位二进制计数器，具有门控零复位并设置9 个输入。为了使用该计数器的最大计数长度（十进制），可以将CLK1输入连接到Q0输出，输入计数脉冲可以加到输入CLK0上， HYPERLINK C:Documents and Settingsindex.html 输出按

23、照对应功能表的要求。生成对称的第十频率方波。74LS90的引脚图和逻辑电路图分别如图3-6和图3-7所示，其引脚功能表如表3-2所示。它由四个主从JK触发器和一些附加的门电路组成。整个电路可分为两部分，其中FA触发器构成一位二进制计数器； FD 、 FC 、 FB构成异步五进制计数器，在74LS90计数器电路中，有专用的置“ 0 ”端R1 、 R2和置（置“ 9 ”）端S1 、 S2 。图3-6 74LS90引脚图图3-7 74LS90 逻辑电路图表3-2 74LS90引脚功能表别针功能别针功能1清除9复位信号2计数脉冲10使能够3设置输入11计数输出4设置输入12计数输出5设置输入13计数输

24、出6设置输入14计数输出7使能够15执行8地面16电源工作模式选择表如表3-3所示。 BCD计数顺序如表3-4所示。表3-3 74LS90工作模式选择表复位输入输出R0 ( 1 )R0 ( 2 )R9(1)R9(2)量子点质量控制QB质量保证HH大号X大号大号大号大号HHX大号大号大号大号大号XXHHH大号大号HX大号X大号柜台大号X大号X大号XX大号X大号大号XH=高电平， L=低电平， X=不确定表3-4 74LS90 的 BCD 计数序列表输出数数量子点质量控制QB质量保证大号大号大号大号0大号大号大号H1大号大号H大号2大号大号HH3大号H大号大号4大号H大号H5大号HH大号6大号HH

25、H7H大号大号大号8H大号大号H9H=高电平， L=低电平3.2.2分频器设计原理本次设计的分频器的作用是将振荡电路产生的频率为1kHz的方波分成三级分频，使其成为频率为1Hz的方波作为计数器的输入.分频器电路图如图3-8所示。振荡器的1000Hz高频信号从U2的14端输入。三个74LS90三级1/10分频后，可以从U4的11端输出标准秒。脉冲信号。分频后的波形如图3-9所示。实现分频的关键是计数后产生的上升沿触发信号触发下一个芯片，R0 ( 1 )和R0 ( 2 )为复位端，由计数端R9 ( 1 )和R9 ( 2 )控制始终接地，致信号复位时，信号应同时到达两个复位端。在复位信号传输中，AN

26、D、NOT等门电路会延迟信号，所以在这个过程中门电路是一致的。当计数较大时，级联多个74LS90即可实现。图3-8分频器电路图3-9分频后的波形3.3时分秒计时电路设计通过分频器输出时基脉冲秒信号，可将60位和24位计数器分别设置为“秒”、“分”和“小时”的计数器，输出“秒” ，“分钟”和“小时”信号分别。 .“秒”和“分”计时电路均为60-系统计数器，可以级联一级十进制计数器和十六进制系统。在本设计中，两个集成十进制计数器74LS160和一个74LS20相连，采用反馈清零方式实现60进制计数。 “小时”计时电路为24制计数器，设计方法与60制计数器电路相同；两个集成十进制计数器74LS160

27、和一个74LS10相连。3.3.1 74LS160芯片、 74LS10芯片和74LS20芯片的部分结构和功能3.3.1 （ 1 ） 74LS160同步十进制计数器（直接清零）74LS160同步可预置十进制计数器由四个D型触发器和多个门电路组成。它有一个进位位，具有计数、置位、禁止、直接（异步）清零等功能。其引脚图如图3-10所示。图3-10 74LS160 引脚图ENP 、 ENT或清除）在时钟出现之前无效。计数器的功能（无论是启用、禁用、设置还是计数）完全取决于稳态建立和保持时间所需的条件。其工作方法如下表3-5所示。表3-5 74LS160工作模式选择表进入操作模式清除集数使能够钟耳鼻喉科

28、ENP时钟大号XXXX清除H大号XX集数HHHH数数HH大号XX保持HHX大号X保持H=高电平， L=低电平， X=不确定3.3.1 （ 2 ） 74LS10与非门电路74LS10是三输入三与非门集成电路，逻辑表达式为Y= 。引脚图如图3-11所示，功能表如表3-6所示。图3-11 74LS10引脚图表 3-6 74LS10功能表进入输出一个乙C是XX大号HX大号XH大号XXHHHH大号H=高电平， L=低电平， X=不确定3.3.1 （ 3 ） 74LS20与非门电路74LS20是双四输入与非门集成电路，其逻辑表达式为Y= 。其引脚图如图3-12所示，功能表如表3-7所示。图3-12 74L

29、S20引脚图表3-7 74LS20功能表进入输出一个乙CD是XXX大号HXX大号XHX大号XXH大号XXXHHHHH大号H=高电平， L=低电平， X=不确定3.3.2定时器设计原理60秒为1分钟、 60分钟为1小时、 24小时为1天的制式分别选择“秒”、“分”、“小时”计数器。在“秒”计数器中，由于是十六进制，即有60个“秒”信号，只能输出一个“分”进位信号。如果用十进制数来表示需要两位十进制数字（个位和十位）的数字，这样“秒”应该是十进制，“秒”应该是十六进制，这样才符合人们的习惯计数习惯。今后也方便应用8421码译码显示电路。在本设计中，“秒”计数器由两个十进制计数器的集成芯片组成，然后

30、采用归零的方法将“秒”十位变成十六进制。为了使个位和十位合起来实现十六进制。个位和十位计数器之间采用同步级联，个位计数器的进位输出控制端TC与十位计数器的内容端CEP和CET相连，完成个位的进位控制。位到十位计数器。选择十位计数器Q2 、 Q0和个位计数器Q3 、 Q0作为反馈端，通过与非门的输出控制LDN设置端，连接成十六进制计数形式。当计数器状态为59时，将计数复位为00并输出一个进位。微小部分的电路与第二部分类似。当计数器的状态为59时，它会将计数重置为00并输出一位。分钟计数器的连接方法与秒计数器的连接方法相同。分钟计数器向小时计数器致一个进位脉冲。秒和分的十六进制计数器的组成如图3-

31、13所示。图3-13秒和分的六十进制计数器的组成两个74160也可以实现24位转换的同步递增计数器。一位和十位计数器均为十进制计数形式，采用同步级联方式。选择十位计数器的输出端QB和个位计数器的输出端QC作为反馈，可实现24位递增计数。十六进制计数器也是由两个74LS161 集成块实现的，所以方法与十六进制计数器略有不同，只是它要求一位为十进制，状态变为在0000和1001之间循环，十进制digit 为二进制，状态在0000到0010 之间循环变化，显示为 0 到 23小时。其原理是当分计数器发出的进位脉冲送入一位计数器时，电路在分进位脉冲的作用下按自然二进制顺序加1 。 ），小时十位输出00

32、10 （即2 ），小时十位计数器只有Q3端有输出，小时一位计数器只有QB端有输出，把Q3和Q2接两输入与非门，与非门输出 一种方式先送到十位计数器的清零端，再取反后送到或非门的另一输入端，输出接在清零端小时一位数计数器，每10小时清零一次，送至小时十位计数器。位脉冲，当十位输出为二，小时的一位输出为四时，整个电路清零，完成24小时显示功能。十六进制计数器的组成如图3-14所示。3-14十六进制计数器组成图3.4解码显示电路设计8421BCD码，转换成数码管所需的逻辑状态，驱动LED-7段数码管显示，保证数码管的正常工作。提供足够的工作电流。若将秒、分、时计数器的各输出端接至相应的七段译码器的输

33、出端，可在脉冲的作用下进行不同的数字显示。由于所用解码器74LS48的输出端为高电平有效，故选用共阴数码管与之匹配。解码是编码的逆过程，解码器是将输入的二进制代码翻译成相应的输出信号以表示编码时赋予的原始含义的电路。常用的集成解码器有二进制解码器、20-十进制解码器和BCD-7段解码器，显示模块用于显示定时模块的输出结果。3.4.1 74LS48芯片与七段共阴极数码管的结构与功能3.4.1 （ 1 ） 74LS48芯片74LS48译码器是一个多输入、多输出的组合逻辑电路。它的工作是将给定的代码“翻译”成相应的状态，使相应的输出通道有一个信号输出。解码器在数字系统中有广泛的用途，不仅用于代码转换

34、、终端的数字显示，还用于数字分配、存储器寻址和组合控制信号。解码器可以分为两类：通用解码器和显示解码器。电路中使用的译码器为共阴极译码器74LS48 ，它利用74LS48将输入的8421BCD码ABCD翻译成七段输出ag ，再由七段数码管显示相应的数字。 74LS48功能表如表3-8所示，其引脚如图3-15所示。表3-8 74LS48 功能表节目进入/输出/LT/打点DC乙一个一个bCdeFG10123456789101112131415HX大号大号大号大号大号大号大号大号HHHHHHHH大号大号大号大号HHHH大号大号大号大号HHHH大号大号HH大号大号HH大号大号HH大号大号HH大号H大号

35、H大号H大号H大号H大号H大号H大号HHH大号HH大号H大号HHH大号大号大号H大号大号HHHHH大号大号HHH大号大号H大号大号大号HH大号HHHHHHH大号H大号大号大号大号H大号HH大号HH大号H大号HH大号HH大号H大号H大号大号大号H大号H大号H大号大号大号H大号H大号大号大号HHH大号HH大号大号HHH大号大号大号HHHHH大号HHHHHHH大号HXHHXHHXHHXHHXHHXHHXHHXHHXHHXHHXHHXHHXHHXHHXH双XXXXXX大号大号大号大号大号大号大号大号2打点H大号大号大号大号大号大号大号大号大号大号大号大号大号3LT大号XXXXXHHHHHHHH4H=高

36、电平， L=低电平， X=不确定图3-15 74LS48引脚图3.4.1 （ 2 ）共阴极七段数码管共阴极七段发光数码管由七个发光二极管组成阿拉伯数字“ 8 ”的七个笔划，每个发光管的阳极单独引出成为七个引脚a , b , c , d , e , f , g ，所有发光管的阴极连接在一起形成一个共阴极k 。其引脚图如图3-16所示。图3-16共阴极七段数码管管脚图8个显示笔画“ abcdefgdp” ，并为每个数码管的公共极COM添加一个位选通控制电路。位门控由其独立的 I/O线控制。当输出字码时，所有的数码管接收到相同的字码，但是哪个数码管显示字码取决于位选通COM电路上解码器的控制，所以我

37、们只需要在选通时显示数字即可控制管打开，位会显示字形，没有频闪的数码管不亮。3.4.2解码显示电路设计“时”、“分”、“秒”的显示电路完全相同。均采用七段显示译码器74LS248直接驱动七段共阴极LED数码管。数显电路如下图3-17所示。将“小时”、“分钟”和“秒”计数器的每个输出连接到七段解码器的输入，以显示不同的数字。图3-17 74LS48与LED七段数码管组成的数显电路3.5课时及划分电路设计当数字时钟的指示与实际时间不同时，需要进行校准。时间校准的基本原理是将“秒”信号直接引入“分”计数器，同时将“小时”计数器置0 ，使“分”计数器快速。计数时，将“分”指示调到需要的数字后，切断“秒

38、”信号，“小时”电路也采用这种方法将“秒”信号输入“小时”计数器，在同时将“分钟”计数器设置为0 。快速更改“小时”显示，直到它等于所需的数字。对于时间校正电路，在校正小时时不影响分秒的正常计数；修正分钟时，不影响秒和小时的正常计数。本设计采用“快速计时”的形式。定时电路和分频电路采用1个74LS51芯片和2个74LS00芯片连接电阻和开关实现其功能。74LS51芯片和74LS00芯片的结构和功能3.5.1 （ 1 ） 74LS51芯片74LS51芯片有两组与非门（正逻辑），一组为3-3个输入端，另一组为2-2个输入端。它的逻辑表达式是Y= 。其引脚图如图3-18所示。图3-18 74LS51

39、 引脚图3.5.1 （ 2 ） 74LS00芯片74LS00芯片为四组2输入与非门（正逻辑），逻辑表达式为Y= 。其引脚图如图3-19所示，功能表如表3-9所示。图3-19 74LS00 引脚图表3-9 74LS00 功能表进入输出一个乙是大号大号H大号HHH大号HHH大号H=高电平， L=低电平3.5.2学时分电路设计图3-20显示了校正“小时”和“分钟”的电路。其中， S1为校正“分”的控制开关，S2为校正“小时”的控制开关。定时脉冲采用555多谐振荡器输出的1HZ脉冲。当S1或S2分别为“ 0 ”时，可以调整时序。由于定时电路是由两个与非门组成的组合逻辑电路，当开关S1或S2为“ 0 ”

40、或“ 1 ”时，可能会产生抖动，连接电阻R1和R2可以缓解抖动。图3-20学校“小时”学校“分钟”电路3.6走时电路设计整点报时电路可以设计成在整点前十秒每隔1秒开始鸣叫一次，鸣叫时间为1秒，即59分51秒、 53秒、 55秒、 57秒、 59秒。在整点，它会产生5次共鸣，推文结束，正好是整点。在5条推文中，前4次是低音（500Hz） ，第五次是高音（1kHz） 。因为计时电路不涉及“小时”，只与“分”和“秒”计数器有关。 “分”十位计数器的输出端子为D4 、 C4 、 B4 、 A4 ，“分”一位数计数器的输出端子为D3 、 C3 、 B3 、 A3 ，“秒”十位计数器的输出端子分别为D2

41、、 C2 、 B2 、 A2 ，“第二个”一位数计数器的输出端为D1 、 C1 、 B1和A1 。报时期间，“分”十位、一位计数器和“秒”十位计数器的状态不变，即D4C4B4A4 = 0101 , D3C3B3A3 = 1001 , D2C2B2A2 = 0101保持不变，所以C4 = A4 = D3 =A3 = C2 = A2 = 1 。只有“秒”一位计数器正常计数，在51秒、 53秒、 55秒、 57秒， A1=1 ， D1=0 ，输出500Hz信号；在59秒时， A1 = 1 ， D1 = 1 ，输出1kHz信号。综上所述，整点报时电路如图3-21所示，报时电路采用蜂鸣器来报时。的100

42、0hz高频脉冲由独立的555多谐振荡器产生， 500hz脉冲由分频器引出。整个电路由若干个与门电路芯片组成，简单易实现。这样的结构也使得走时计时部分独立于时钟的主电路，不会相互影响。该电路采用蜂鸣器报时，简单易操作。图3-21整点时间信号电路4数字时钟系统的绘图、制作和调试4.1数字时钟的绘制过程4.1.1绘图软件Protel99se介绍本数字时钟系统的设计采用了电气行业常用的Protel99se软件。 Protel99se软件主要由原理图设计系统和PCB设计系统两部分组成： （1 ）原理图设计系统，包括电路图编辑器（简称SCH编辑器）、原理图元件编辑器、各种文本编辑器.本系统主要功能是电路原

43、理图的绘制、修改和编辑，电路图元件库的更新和修改，以及与电路图和元件库相关的各种报表的查看和编辑。正确设计原理图后，生成网表，为PCB设计打下坚实的基础。 ( 2 ) PCB设计系统，包括印刷电路板编辑器（简称PCB编辑器）、元件封装编辑器和电路板元件管理器。本系统的主要功能是印刷电路板的绘制、修改和编辑，元件封装的更新和修改，以及电路板组件的管理。最终确定用于电路板生产的PCB设计文件。4.1.2基于Protel99se软件的数字时钟系统设计4.1.2 ( 1 )示意图的绘制原理图绘制步骤： 1.创建一个新的设计数据库。 2.创建一个新的原理图。 3.创建一个新组件。 4.放置元件： ( 1

44、 ) 添加元件库。 ( 2 )放置元件。 5.调整组件布局。 6.组件标签。 7.示意图连接。完成上述所有步骤后，开始连接原理图中的组件。 8.放置电源和接地。然后在原理图中添加电源和接地符号。 9.放置网络标签。 10 、检查电气规则，最后绘制生成的原理图如图4-1所示。电气规则校验图如图4-2所示。图4-1 Protel99se中绘制的示意图图4-2电气规则检查图4.1.2 （ 2 ） PCB图纸PCB画图步骤： 1 、创建PCB文件，确定电路板尺寸。 2.画出PCB封装。 3.生成网表并导入PCB 。 4.组件布局。元件成功导入PCB后，开始元件布局。手动调整后，重新排列组件。 5 、设

45、置接线规则。组件布局完成后，需要在手动布线前设置好布线规则。 6.手动接线。 7.设置规则检查。使用设计规则检查新设计的电路板。 8.补泪珠和覆铜。覆铜的基本规则是覆铜网络必须连接到地网络。 9.生成组件列表。绘制的PCB如图4-3所示。图4-3 Protel99se中绘制的 PCB 图4.2数字钟的制作过程4.2.1面包板简介面包板（Integrated Circuit Experiment Board）是电路实验中常见的带有多孔插座的插件板，专为电子电路的无焊实验而设计制造。面包板分为上下两部分，上部一般是一排或两排插孔组成的窄条，各排之间没有电气连接。每个5列插孔为一组，插入面包板的孔针

46、或电线的铜芯直径为0.4-0.6mm 。进行电路实验时，可根据实验电路的连接要求，将电子元器件的引脚插入相应的孔中与连接线等连接，使其与电路的弹性接触簧片接触。孔。摩擦阻力，当面包板倒置时，元件可以被簧片夹住而不脱落，从而接入所需的实验电路。各种电子元件可随意插入或拔出，省去焊接，节省电路组装时间，元件可重复使用，非常适合电子电路组装、调试和培训。4.2.2数字时钟的实物制作本设计采用面包板搭建电路，方便快捷，后期更容易调试和改进。使用面包板搭建的电路如图4-4所示。图4-4使用面包板构建的数字时钟电路4.3数字时钟调试过程及问题总结4.3.1数字时钟调试过程在本次设计中，为了设计的顺利进行，

47、我在面包板上进行了调试。因为电路太复杂，在一步步调试之后，我又对电路整体进行了进一步的调试，以保证最后能好。来完成它的各种功能。调试完成后，开始绘制PCB图，用于制作印制板。因为先画PCB图，再经过反复考虑，对部分电路和整体布局做了一些修改，比较适合实际应用和调试后的改进。调试步骤为： 1 、按照原理图和安装图如图3-8-11所示，用常规技术安装电路。 2 .确认安装无误后，打开电源，逐步调试：用示波器测量振荡器的输出频率，调整微调电阻R2 ，使振荡频率达到1000Hz 。然后逐步检测分频器输出的波形频率。 3. 将秒脉冲送入秒计数器，检查10秒和60秒是否有单位和十秒。分钟和小时计数器的检查

48、方式相同。 调试好时、分、秒计数器后，通过时间校准开关依次校准秒、分、小时。数字时钟正常运行。 利用校时开关加快数字时钟的运行时间，调试走时计时电路。在当前电路的调试中，振荡器的输出频率为1kHz ，用3个74LS90组成一个三级十频电路。在调试过程中，我依次测试了振荡器输出的波形和各级的分频支路。第一级分频后出现的脉冲信号为100Hz，第二级分频后得到10Hz的标准脉冲。这样，经过第三级分频后，就得到了标准的1Hz脉冲信号。计数电路部分在调试过程中遇到了一些问题： ( 1 )第二计数电路部分调试成功，第二计数器的一位数能以十进制形式准确计数；第二个计数器的十位也可以准确计数，因为它是以十六进

49、制的形式计数的；当第二个计数器的一位数达到9时，它会自动计数到第二个计数器的十位。 ( 2 )分钟定时器电路调试结果为：这部分的结果与秒计数器电路部分的结果相同。 ( 3 )计时部分，这部分电路比较复杂，在第一次焊接完成后的调试显示中，发现小时的十位数字没有变化。经过分析检查，发现74LS160的接地处理不当，将5、6脚全部接地后问题解决。在调试时序电路部分时，因为在整个电路的设计中，需要用到两个时序电路。两个定时电路的功能是一样的。它们之间的区别在于连接到电路设计的输入和输出。不同的是，这部分长线经过加固处理，避免电路接触不良造成不必要的失误。调试结果为：切换到1档时，分计电路和时计电路正常

50、计数；当切换到2档时，时间校正电路将校正时间。只是有时松开按钮时，时间会发生一些错误的变化。经过仔细分析，确定是按键按下时抖动造成的，于是接了两个10k电阻消除抖动。4.3.2调试数字时钟时遇到的问题总结由于对本设计的电路结构不熟悉，经常会出现一些误操作，导致无法获得想要的结果。以下是一些常见问题及其解决方案。 ( 1 )调试时钟校正电路时，显示数据不变化，分钟位置直到60秒才变化。解决方法：此时显示屏上显示的时间为闹钟时间，应切换显示开关，然后调整校正按钮。 ( 2 )显示开关已切换到时钟显示，显示数据仍然没有变化，分钟和小时电路不能携带。解决方法：检查携带部分的连接线，尤其是接地和供电部分

51、。 ( 3 )计时电路可以正常计时，时钟电路也可以正常计时，但是当时钟到达计时时间时，没有报警信号，喇叭没有声音，报时不工作。解决方法：此时报警控制开关处于打开状态，关闭开关的问题就解决了。5总结与展望5.1设计结论和印象这次的数字时钟设计侧重于理论设计，熟悉各种集成芯片的应用和电路本身的原理，以及电路的仿真和实际的连接，让我收获颇丰。也让我明白了，实际操作和纯课本知识是有很大区别的。这次在设计数字时钟的过程中，进一步熟悉了芯片的结构，掌握了各个芯片的工作原理及其具体使用方法。在连接十六进制及其进位输出和使用555定时器组成多谐振荡器的连接方法中，熟悉逻辑电路及其芯片的功能，在电路出错时能准确

52、找出错误并纠正。它进一步增强了实验的大脑和动手能力。它让我意识到在学习知识时理论联系实际的重要性，也让我知道一个项目的设计涉及到很多方面的知识。上网查查相关书籍资料，不仅让我对数字时钟的设计有了很多了解，还让我进一步掌握了时序逻辑电路的功能，学会了理解课程设计的一般步骤和问题在设计中应该注意。 .另外，我也逐渐熟悉了Protel99se软件的各种功能。在电脑制作文档的过程中，我也对办公软件有了进一步的了解和掌握。这个设计让我明白，无论是在设计中，还是在未来的学习中，都应该有一个坚定的信念，目标不会停止，只有这样，我才能达到自己的最终目标。成功是通过不断的探索取得的。遇到问题时，不要气馁、烦躁、

53、放弃。我们要静下心来仔细思考，查清分歧，找出最终原因，进行整改。只有这样，我们才能进步，迈出一步。离你的目标更近一步，你就会获得你想要追求的成功。5.2设计的弱点和前景在课程设计过程中，由于对理论的掌握不够熟练或操作过程中出现失误，最终的结果都会失败。在这个过程中，我不断地发现错误，不断地改正，不断地领悟，不断地获得。最终的检验调试过程本身就是实践“及格、提高、伟大”的知行理念。通过课程设计，我也更明白了一个道理。如今，课程设计已经基本完成，只有当我们意识到“实践是检验真理的唯一标准”时，我们才意识到实践带来真知。因为在课本中，数字时钟只由计数器和解码显示器组成，所以没有必要搭建电路图。导致电

54、路出现短路、断路等问题，引脚浮空不工作。无为导致无知，实践导致真知。在这个设计中遇到了很多问题，最后在老师的辛勤指导和自己的努力下，终于解决了。同时，作为电气工程专业的学生，我也学到了很多实用知识。这不仅是一个毕业设计，更是一次课本知识与实践相结合的探索。通过这样的设计，我找到了自己的情况和实际需要的差距，以后会补充相关知识，为求职和正式工作准备充足的知识和能力，从而缩短从校园到社会的心理过渡预计。至首先感谢本次课程设计导师金泉教授给予的指导和帮助；刚拿到设计任务的时候还不能开始，但是经过老师的讲解和指导，我找到了设计思路，明白了要找什么材料；当我遇到不明白的问题时，老师的指导让我找到了解决办

55、法；在搭建电路的过程中，老师细心指导，不厌其烦；然后老师也给了我很多关于论文格式的更正，并指出它教会了我很多写论文要注意的问题，教我如何写和修改论文。也很感谢老师提供的资料，省了我很多找资料的时间。在此，我要向老师表示深深的敬意和感谢。其次，我也很感谢同学们的提醒和建议，让我少走弯路。最后，我要感谢我用于课程设计的材料的作者。我从这些材料中学到了很多专业知识，对以前学过的东西有了更深入的了解，同时也学会了如何学以致用。参考1何一鸣.电子技术基础课M .：电子工业， 2006，6.138-227 .2晋.电子设计工程师之路M . : 电子工业， 2014。3王宇.通用电路模块分析与设计指南第2版

56、M ：清华大学，2007。4黄继昌.数字集成电路应用300例M : 人民邮电， 2004。5康华光.电子技术基础（数字部分） M : 高等教育， 1999 年。6臧春华.电子电路设计与应用M : 高等教育， 2004 年。7王永华.数字逻辑与数字系统M .：电子工业， 2006，7 .8胡向军.电路基础简明教程 M 高等教育， 2004 年。9胡彦儒.模拟电子技术第二版M .：高等教育， 2004。10小文.电子电路课程设计M .：电子工业， 2004。11志忠.数字电子技术第二版M .：高等教育， 2003。12廖贤云.电子技术实践与培训M .：高等教育， 2004。13闫友云电子技术实践课

57、M.：中国矿业大学， 2007 。14 哈里斯，DM 数字设计与计算机体系结构M。 2009 年，5。15 Scherz, P. 发明家实用电子学 M。 2014, 4附录1电气原理图附录2 PCB布局英文翻译原来的：从 SCADA 数据测量传输线参数GL Kusic 和 DL 加里森摘要输电线路等效电路参数与 SCADA 系统测量的值相比，误差通常为 25% 到 30%。这些错误导致经济调度错误，并导致成本增加或计费错误。参数误差还会影响应急分析、短路分析、距离中继、机器稳定性计算、传输规划和状态估计分析。一个经济的例子被用来说明传输线错误的影响。来自多个公用事业的 SCADA 测量值用于计

58、算传输线参数的“真实世界”值。使用估计参数的状态估计与使用理论值的计算进行比较。索引词SCADA 测量、状态估计、传输线参数估计一、引言在大多数情况下，公用事业公司使用根据理想线路几何形状计算的线路参数理论值，例如导体在平坦、恒定电阻接地之上的高度。接地电阻率随地形而变化。在丘陵地带无法估计导体下垂效应。通常屏蔽线在每个塔上接地，而不是在整个线路长度上浮动。线路电阻随电流、环境温度和风的影响而变化。需要断电测量线路充电等效电容，前提是单侧励磁不会导致开路端电压升高过大。构建具有相互耦合的新平行线会影响旧数据库值。传输线的串联电抗很少被测量，因此使用的值是用于理想的换位线。由于每 1/3 距离以

59、机械方式改变导体相对于支撑杆的位置，因此不会调换线路，因为增加了建筑成本。由于理想条件下的所有这些变化以及很少的实际测量结果，与“现实世界”值相比，公用事业公司的数据库参数中的误差通常高达 25% 到 30%。公用事业公司使用 MW 和 MVAR 计量来获取收入。输电线路损耗通常不到总发电量的 3%。但是，理论数据库中的线路参数用于计算损耗系数或确定增量损耗因子，以便设置发电机的调度点（输出功率）。如果线路参数的准确值重新分配发电机功率，并将传输损耗降低 0.1%，这将转化为电力系统多年运行的巨大能源节约。例如，在节省 0.1% 的情况下，一家大型公用事业公司每年传输 10000 GWh、负载

60、系数为 0.6、燃料价格为 20 美元/MBTU 和 1050 万美元，每年可为美国东部的大容量电力节省 1100 万美元监控电力系统的状态是公用事业中央控制中心（调度中心）使用的计算机系统的主要安全功能。电力系统控制区内的线路和母线的电压和潮流每 2 秒监测一次。如果测量数据超出安全运行容限，则调度员必须通过切换线路补偿器（如电容器组和并联电抗器）、调整可变抽头变压器或传输发电机输出等来“清除”产生的警报。因此，调度员的行动可以基于可靠和完整的信息，电压和功率流的测量由状态估计器处理，该估计器检测有故障的测量传感器（坏数据）并在远程终端单元 (RTU) 中断时“填充”丢失的测量值信号。状态估