数字逻辑电路课程设计-数字钟

PAGE12-数字逻辑课程设计数字钟姓名：学号：班级：物联网工程131班学院：计算机学院2015年10月10日任务与要求设计任务：设计一个具有整点报时功能的数字钟要求：显示时、分、秒的十进制数字显示，采用24小时制。校时功能。整点报时。功能：计时功能：要求准确计时，以数字形式显示时、分、秒的时间。小时的计时要求为“12翻1”。2、校时功能：当数字钟接通电源或者计时出现误差时，需要校正时间（简称校时）。校时是数字钟应具备的基本功能，一般电子手表都具有时、分、秒等校时功能。为使电路简单，这里只进行分和小时的校时。对校时电路的要求是：在小时校正时不影响分和秒的正常计数；在分校正时不影响秒和小时的正常计数。校时方式有“快校时”和“慢校时”两种。“快校时”是通过开关控制，使计数器对1Hz的校时脉冲计数。“慢校时”是用手动产生单脉冲作校时脉冲。3、整点报时：每当数字钟计时快要到整点时发出声响；通常按照4低音1高音的顺序发出间断声响；以最后一声高音结束的时刻为整点时刻。

二、设计方案电路组成框图：数字钟电路是一个典型的数字电路系统，其由时、分、秒计数器以及校时和显示电路组成。其主要功能为计时、校时和报时。利用60进制和12进制递增计数器子电路构成数字钟系统，由2个60进制同步递增计数器完成秒、分计数，由12进制同步递增计数器完成小时计数。秒、分、时之间采用同步级联的方式。开关S1和S2分别是控制分和时的校时。报时功能在此简化为小灯的闪烁，分别在59分51秒、53秒、55秒、57秒及59秒时闪烁，持续的时间为1秒。三、设计和实现过程各元件功能74LS160：可预置BCD异步清除器，具有清零与置数功能的十进制递增计数器。74LS00：二输入端四与非门74LS04：六反相器74LS08：二输入端四与门74LS20：四输入端双与非门各部分电路的设计过程（1）时分秒计数器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，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，而根据设计要求，时个位和时十位计数器为12进制计数器。秒/分钟显示电路：由于秒钟与分钟的都是为60进制的，所以它们的电路大体上是一样的，都是由一个10进制计数器和一个6进制计数器组成；有所不同的是分钟显示电路中的10进制计数器的ENP和ENT引脚是由秒钟显示电路的进位信号控制的。分和秒计数器都是模M=60的计数器，其计数规律为00—01—…—58—59—00…。可选两片74LS160设计较为简单。时计数器是一个“12翻1”的特殊进制计数器，即当数字钟运行到12时59分59秒时，秒的个位计数器再输入一个秒脉冲时，数字钟应自动显示为01时00分00秒，实现日常生活中习惯用的计时规律。可选两片74LS160设计。60进制同步递增计数器12进制同步递增计数器（2）校时电路的设计S1为校“分”用的控制开关，S2为校“时”用的控制开关。校时脉冲采用1Hz脉冲，当S1或S2分别为“0”时可进行校时。分校时开关S1分计数脉冲CP10校时脉冲1秒进位脉冲时校时开关S2时计数脉冲CP20校时脉冲1分进位脉冲图快校时电路校时电路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。根据要求，数字钟应具有分校正和时校正功能，因此，应截断分个位和时个位的直接计数通路，并采用正常计时信号与校正信号可以随时切换的电路接入其中。（3）仿广播电台整点报时电路的设计设4声低音（约500Hz）分别发生在59分51秒、53秒、55秒及57秒，最后一声高音（约1kHz）发生在59分59秒，它们的持续时间均为1秒。秒个位计数器的状态CP(CP(秒)Q3S1Q2S1Q1S1Q0S1功能500000

510001鸣低音520010停530011鸣低音540100停550101鸣低音560110停570111鸣低音581000停591001鸣高音000000停整点报时电路报时电路一般时钟都具备整点报时的功能，即在时间出现整点前数秒内，数字钟会自动报时，以示提醒。其作用方式是发出连续的或有节奏的音频声波。根据要求，电路应在整点前10秒钟内开始整点报时。即当时间在59分50秒到59分59秒期间时，报时电路报时控制信号。分计数器显示“59”，即分计数器的输出为01011001；秒计数器的十位显示“5”，即秒计数器的十位的输出为0101时，只需要控制秒个位计数器，就能实现仿电台整点报时。3.部分电路的仿真图（1）秒向分产生进位时，秒计数器输出及进位信号的波形图中60.000m之前为秒计数器输出的波形，60.000m时刻为秒向分进位，24由低电平变为高电平，其余还为低电平，说明此时分位为01分。（2）时计数器（12进制）的输出波形图中58.000m时刻为12进制清零波形之后为01-02-…-12循环的计数。（3）进行分校时时，分校时开关S1和分计数脉冲的波形图中为开关S1波形图，CPMI为分计数脉冲的波形，S1的开关均为手动。（4）整点时，报时输出信号的波形图中由低电平变为高电平的时刻为分钟59秒钟为51的时刻，53，55，57，59时刻均为高电平，意为报警显示。4.实物电路组装调试的方法、调试过程及遇到的问题：根据电路图进行实物的连接。首先分别进行秒、分、时电路的连接，进行调试，实现成功后再进行校时电路的连接，检验分校时的开关是否正确，然后检验时校时的开关。最后连接报时电路。连接完成将分调到59分，观察当秒为51，53，55，57，59时是否发光报警。调试分、秒时，如果到59后立刻清零则表示运行正常。调试小时部分时，如果在计数到12，下一时刻就清零则表示运行正常。校时电路的调试为按下逻辑开关后，所对应的校时部分和秒同步，再按下后则停止。报时电路的调试为：先将分调到59分，在秒到51，53，55，57，59的时候会有发光二极管发光报警。整体电路的调试为将小时调到12，分调到59，当秒为51，53，55，57，59时发光二极管发光，然后变为01时00分00秒。电路连接好后，打开电源有时会出现LED数码显示不稳定的现象，可能是数字电子技术试验箱接触不良的问题。电路连接在没有问题的情况下，出现秒和分40进位的情况。将秒和分的输出取反后再连接，这种情况就消失了。5.设计结论此次的数字钟设计需要先进行仿真，再将电路连接出来，只有熟悉逻辑电路及其芯片各引脚的功能，那么在电路出错时便能准确地找出错误所在并及时纠正了。四、经验、体会总结在此次的数字钟设计过程中,更进一步地熟悉了74LS160、74LS00、74LS04、74LS08、74LS20等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.在连接六进制,十进制,六十进制的进位及十二进制的接法中,要求熟悉逻辑电路及其芯片各引脚的功能.此次的数字钟设计重在于仿真和接线。总的来说，通过这次的设计实验更进一步地增强了实验的动手能力并学到了很多以前不了解的知识。基于C8051F单片机直流电动机反馈控制系统的设计与研究基于单片机的嵌入式Web服务器的研究MOTOROLA单片机MC68HC（8）05PV8/A内嵌EEPROM的工艺和制程方法及对良率的影响研究基于模糊控制的电阻钎焊单片机温度控制系统的研制基于MCS-51系列单片机的通用控制模块的研究基于单片机实现的供暖系统最佳启停自校正（STR）调节器单片机控制的二级倒立摆系统的研究基于增强型51系列单片机的TCP/IP协议栈的实现基于单片机的蓄电池自动监测系统基于32位嵌入式单片机系统的图像采集与处理技术的研究基于单片机的作物营养诊断专家系统的研究基于单片机的交流伺服电机运动控制系统研究与开发基于单片机的泵管内壁硬度测试仪的研制基于单片机的自动找平控制系统研究基于C8051F040单片机的嵌入式系统开发基于单片机的液压动力系统状态监测仪开发模糊Smith智能控制方法的研究及其单片机实现一种基于单片机的轴快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于双单片机冲床数控系统的研究基于CYGNAL单片机的在线间歇式浊度仪的研制基于单片机的喷油泵试验台控制器的研制基于单片机的软起动器的研究和设计基于单片机控制的高速快走丝电火花线切割机床短循环走丝方式研究基于单片机的机电产品控制系统开发基于PIC单片机的智能手机充电器基于单片机的实时内核设计及其应用研究基于单片机的远程抄表系统的设计与研究基于单片机的烟气二氧化硫浓度检测仪的研制基于微型光谱仪的单片机系统单片机系统软件构件开发的技术研究基于单片机的液体点滴速度自动检测仪的研制基于单片机系统的多功能温度测量仪的研制基于PIC单片机的电能采集终端的设计和应用基于单片机的光纤光栅解调仪的研制气压式线性摩擦焊机单片机控制系统的研制基于单片机的数字磁通门传感器基于单片机的旋转变压器-数字转换器的研究基于单片机的光纤Bragg光栅解调系统的研究单片机控制的便携式多功能乳腺治疗仪的研制基于C8051F020单片机的多生理信号检测仪基于单片机的电机运动控制系统设计Pico专用单片机核的可测性设计研究基于MCS-51单片机的热量计基于双单片机的智能遥测微型气象站MCS-51单片机构建机器人的实践研究基于单片机的轮轨力检测基于单片机的GPS定位仪的研究与实现基于单片机的电液伺服控制系统用于单片机系统的MMC卡文件系统研制基于单片机的时控和计数系统性能优化的研究基于单片机和CPLD的粗光栅位移测量系统研究单片机控制的后备式方波UPS提升高职学生单片机应用能力的探究基于单片机控制的自动低频减载装置研究基于单片机控制的水下焊接电源的研究基于单片机的多通道数据采集系统基于uPSD3234单片机的氚表面污染测量仪的研制基于单片机的红外测油仪的研究96系列单片机仿真器研究与设计基于单片机的单晶金刚石刀具刃磨设备的数控改造基于单片机的温度智能控制系统的设计与实现基于MSP430单片机的电梯门机控制器的研制基于单片机的气体测漏仪的研究基于三菱M16C/6N系列单片机的CAN/USB协议转换器基于单片机和DSP的变压器油色谱在线监测技术研究基于单片机的膛壁温度报警系统设计基于AVR单片机的低压无功补偿控制器的设计基于单片机船舶电力推进电机监测系统基于单片机网络的振动信号的采集系统基于单片机的大容量数据存储技术的应用研究基于单片机的叠图机研究与教学方法实践基于单片机嵌入式Web服务器技术的研究及实现基于AT89S52单片机的通用数据采集系统基于单片机的多道脉冲幅度分析仪研究机器人旋转电弧传感角焊缝跟踪单片机控制系统基于单片机的控制系统在PLC虚拟教学实验中的应用研究基于单片机系统的网络通信研究与应用基于PIC16F877单片机的莫尔斯码自动译码系统设计与研究基于单片机的模糊控制器在工业电阻炉上的应用研究基于双单片机冲床数控系统的研究与开发基于Cygnal单片机的μC/OS-Ⅱ的研究基于单片机的一体化智能差示扫描量热仪系统研究基于TCP/IP协议的单片机与Internet互联的研究与实现变频调速液压电梯单片机控制器的研究基于单片机γ-免疫计数器自动换样功能的研究与实现基于单片机的倒立摆控制系统设计与实现单片机嵌入式以太网防盗报警系统基于51单片机的嵌入式Internet系统的设计与实现单片机监测系统在挤压机上的应用MSP430单片机在智能水表系统上的研究与应用基于单片机的嵌入式系统中TCP/IP协议栈的实现与应用单片机在高楼恒压供水系统中的应用基于ATmega16单片机的流量控制器的开发基于MSP430单片机的远程抄表系统及智能网络水表的设计基于MSP430单片机具有数据存储与回放功能的嵌入式电子血压计的设计基于单片机的氨分解率检测系统的研究与开发锅炉的单片机控制系统基于单片机控制的电磁振动式播种控制系统的设计基于单片机技术的WDR-01型聚氨酯导热系数测试仪的研制一种RISC结构8位单片机的设计与实现基于单片机的公寓用电智能管理系统设计HYPERLINK"/detail.h