数电课设：数字时钟

扬州大学电气与能源动力工程学院本科生课程设计题目：数字时钟电路课程：数字电子系统设计专业：电气工程及其自动化班级：学号：姓名：指导教师：年漪蓓完成日期：2024年6月16TOC\o"1-3"\h\u31511扬州大学电气与能源动力工程学院 1151891.设计任务及要求 3315601.1课程设计的目的： 349521.2课程设计的要求： 3301162系统总体设计方案 4309082.1总体设计方案 4136112.2方案特点 591263控制电路设计 6199843.1控制电路工作原理 624793.2参数计算 643373.3器件选型 6196464振荡电路设计 7258084.1振荡电路工作原理 7147504.2参数计算 796864.3器件选型 772235计数电路设计 8223095.1计数电路工作原理 87830根据设计要求，分别设计六十进制和二十四进制的电路再设计两者间的进位电路 9103105.2参数计算 9207715.3器件选型 948506译码显示电路设计 10117146.1译码显示电路工作原理 10154376.2参数计算 10134826.3器件选型 10237557系统总体电路设计 11310267.1系统总体电路 11195357.2电路说明 11260978电路调试 12318228.1软件实验调试 12314518.2硬件实验调试 14143299.改进意见及收获体会 15748910器件明细清单 17694参考文献 1812883附录 191.设计任务及要求1.1课程设计的目的：1.了解与课题有关的电子电路以及元器件的工程技术规范、能按设计任务书的要求完成设计任务、编写设计说明书、正确地反映设计与实验的成果、正确地绘制电路图等；2.使我们进一步掌握数字电子技术的理论知识，培养学生工程设计能力和综合分析问题、解决问题的能力；3.熟悉并学会选用电子元器件，为以后从事生产和科研工作打下一定的基础。4.巩固和加深对课堂上学到的原理知识，提高综合运用本课程所学知识的能力；培养综合应用所学知识来指导实践的能力5.通过独立思考，深入钻研有关问题,学会自己分析并解决问题的方法；通过电路方案的分析、论证和比较，设计计算和选取元器件；培养严肃、认真的工作作风和科学态度。1.2课程设计的要求：（1）设计时要综合考虑实用、经济并满足性能指标要求；（2）必须独立完成设计课题；（3）合理选用元器件；（4）按时完成设计任务并提交设计报告。2系统总体设计方案2.1总体设计方案它由主控电路、计数器模块和扫描显示模块三部分组成，主控电路完成基本的控制功能，即开始计时后，通过加入的时钟脉冲对计数模块产生输入，也可以进行复位和模式选择。计数模块通过六十进制和二十四进制来实现时间的迭代。最后通过显示电路来实现时间的可视化。该方案的具体功能如下：（1）具有“时”“分”的数字显示时钟；（2）“秒”不作数字显示，只使“时”和“分”之间“：”间隔闪亮；（3）具有校分和校时功能；（4）具有整点报时功能（59分50秒开始间歇报时）。2.2方案特点数字电子钟由信号发生器、“时、分、秒”计数器、LED数码管、校时电路、整点报时电路等组成。工作原理为时钟源用以产生稳定的脉冲信号，作为数字种的时间基准，要求震荡频率为1HZ，为标准秒脉冲。将标准秒脉冲信号送入“秒计数器”，该计数器采用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，发出一个“时脉冲”信号，该信号将被送到“时计数累计60分，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进制计数器，可以实现24小时的累计。LED数码管将“时、分、秒”计数器的输出状态显示。校时电路是来对“时、分、秒”显示数字进行校对调整。主要部分为计数器模块，要注意六十进制和二十四进制的连接。3控制电路设计3.1控制电路工作原理（当接入时钟脉冲后，保持开关闭合，计数器模块呈进位功能，实现由六十进制的分计数器向二十四进制的计数器的进位。将开关断开，计数模块进位功能消失，六十进制和二十四进制独立运行。3.2参数计算开关闭合，7400输入端呈低电平，输出高电平，保持进位功能；开关断开，7400输入端呈高电平，输出低电平，进位功能消失；3.3器件选型四2输入与非门74LS004振荡电路设计4.1振荡电路工作原理振荡电路工作原理秒信号发生电路由集成电路555定时器与RC组成的多谐振荡器构成。需要的芯片有集成电路555定时器，还有电阻和电容。本实验用用multisim中的矩形波频率发生器代替

4.2参数计算

代入R1，R2和C的值得，T=1s，占空比q=1/2。即其输出频率为1Hz的矩形波信号。4.3器件选型

双上升沿D触发器74LS74反相器74LS04石英晶体4MHz电阻1KΩ电容10PF，0.01UF5计数电路设计5.1计数电路工作原理根据设计要求，分别设计六十进制和二十四进制的电路再设计两者间的进位电路5.2参数计算该进位采用置数法。在六十进制中，数字达到59时产生进位，使得二十四进制中生成1，当二十四进制中达到23时再产生进位，计数器产生复位，变为00：00.5.3器件选型十进制计数器CD4029四2输入与非门74LS00双4输入与非门74LS20六反相器74LS046译码显示电路设计6.1译码显示电路工作原理译码是把给定的代码进行翻译，变成相应的状态。用于驱动液晶数字显示屏的CMOS七段液晶显示译码器，只要在它的输入端输入8、4、2、1码，七段液晶显示器就能显示十进制数字。6.2参数计算数码管有效6.3器件选型LED共阴数码管BS207译码器CD45117系统总体电路设计7.1系统总体电路7.2电路说明工作原理为时钟源用以产生稳定的脉冲信号，作为数字种的时间基准，要求震荡频率为1HZ，为标准秒脉冲。将标准秒脉冲信号送入“秒计数器”，该计数器采用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，发出一个“时脉冲”信号，该信号将被送到“时计数累计60分，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进制计数器，可以实现24小时的累计。LED数码管将“时、分、秒”计数器的输出状态显示。校时电路是来对“时、分、秒”显示数字进行校对调整。主要部分为计数器模块，8电路调试8.1软件实验调试开关闭合，有进位开关断开，无进位8.2硬件实验调试9.改进意见及收获体会本次课程设计给我留下了很深刻的印象，在准备阶段我们首先了解了各个芯片的原理以及接法，在进行仿真实验测试时，首先就发现了一些问题，在第一次接线抢答器部分电路时，当接线成功后，进行仿真测试，我们发现我们所搭的电路，在对开关进行闭合打开的过程中，数码管并不能显示对应开关的数字，在经过多次测验后，我们对电路进行的重新搭建，再重新搭建的之后我们发现还是无法实现对应的功能，于是我们经过对电路线路的反复检查，确认电路搭建没有问题后，我们认为是元器件的选择出现了某些问题，经过对多个元器件的排查与更换，在最终的测试中，我们的抢答器仿真模型成功实现了预期的结果。在仿真实验中，我们首先懂得了对电路分析排查的重要性，以及明白了，在对某一电路设计中，元器件的选择也十分重要，准确选择合适的元器件，对设计的实现具有事半功倍的效果。在完成仿真测试后我们开始进行实物电路的搭建，我负责搭建计数电路，我的同伴负责搭建抢答器电路，实物电路的搭建远比仿真搭建有难度，在密密麻麻的线路之中很容易看错，并且不易发现错误线路的位置，在实物搭建的过程中，我们小队受尽了磨难。首先在搭完抢答器部分电路后，我们便先开始对抢答器电路进行测试，当我们信心满满加上电时，发现数码管并不能够发光，在经过换试验箱，检查电路等一系列措施之后数码管依旧不会发光，于是我们认为是数码管的问题，我们单独对数码管进行测试，发现确实数码管烧坏了，于是我们通过测试更换了好的数码管，但接入电路之后依然不会发光，在对电路线路仔细排查过后，我们决定先完成所有电路的搭建再进行测试。第二天在搭建完所有电路之后，我们又开始了紧张刺激的测试环节，又一次当我们信心满满的接入电源之后，数码管又为我们浇了一盆凉水，三个数码管一个都没有发光，我们此时的心情跌入了谷底，不知道是哪里出现了问题，我们开始猜测，会不会是公共端的问题，于是我们将公共端取消，在每个需要加高电平或者接地的端子直接与实验箱相连，我们发现在经过改线以后，数码管确实可以发光，能够正常工作，于是我们将问题锁定在面包板上，为了对面包板测试，我们拿了一块新的面包板，将公共端全部转移到新的面包板之上，果然，在开关打开之后，数码管发光了，虽然过程很曲折，也很辛苦，但是我们为找到了问题而高兴，于是，我们更换了新的面包板进行重新搭线，在加班加点的搭线之后，我们将新的板子带到实验室开始测试，终于，在打开开关以后，数码管开始发光了，当主持人开关接地时，抢答器数码管显示零，在主持人开关接高电平时，打开A开关抢答器数码管显示1，但是在测试其他开关时，我们发现数码管显示不正常，在经过很多次排查，换线测试之后依然没有发现问题，时间仓促，这些问题只能在之后去探索。通过本次课程设计，虽然最终并没有完美的成功，但是，我从中学到了很多，在不断有新的问题产生并被我们解决的过程中，我们收获了宝贵的经验，也收获了解决问题的喜悦，这都是十分可贵的东西，对于我们未来进行电路开发与设计提供了经验，这难忘的一次经历将是我们永远的宝藏。

10器件明细清单LED共阴数码管BS2074片BCD七段译码器CD4511