數字電子技術課程設計說明書多功能數字鐘的設計1

1、目 錄1仿真軟件介紹12設計目的及要求22.1設計目的及主要任務22.1.1設計目的22.1.2設計任務及主要技術指標22.1.3初始條件23電路工作原理34電路單元模塊設計44.1秒脈沖信號發(fā)生器44.2秒、分、時計時器電路設計54.2.1 60進制計數器54.2.2 24進制計數器54.3譯碼顯示電路64.4校時電路74.5鬧鐘，整點報時電路85器件選擇95.1 74ls16195.2 lm555cm106.電路與仿真126.1電路圖126.2仿真效果展示137.元件列表158.參考文獻169.設計總結179.1 電路功能測試179.2 仿真過程中出現問題及解決辦法1710.心得體會181

2、仿真軟件介紹multisim是加拿大interactive image technologies公司推出的windows環(huán)境下的電路仿真軟件，是廣泛應用的ewb(electronics workbench，電子工作臺)的升級版，不僅可以完成電路瞬態(tài)分析和穩(wěn)態(tài)分析、時域和頻域分析、噪聲分析和直流分析等基本功能，而且還提供了離散傅里葉分析、電路零極點分析、交直流靈敏度分析和電路容差分析等電路分析方法，并具有故障模擬和數據儲存等功能。應用multisim對電路進行仿真分析的基本過程與pspice類似，只是在繪電路圖時還需要接入所需要的儀器儀表廣義的說儀器儀表也可具有自動控制、報警、信號傳遞和數據處理

3、等功能，如氣動調節(jié)儀、電動調節(jié)儀表，以及集散型儀表控制系統(tǒng)等也皆屬器儀表。儀器儀表能改善、擴展或補充人的官能。如顯微鏡、望遠鏡、聲級計、酸度計、高溫計等，可以擴展人的視、聽、嘗、摸外部事物的官能；有些儀器儀表，如磁強計、射線計數計等，可感受和測量到人所不能感受到的物理量；還有些儀器儀表可以超過人的能力去記錄、計算和計數，如高速照相機、計算機等。 全文，構成完整的實驗電路。在進行數字電路仿真或模擬電路瞬態(tài)分析時，不需要設置仿真類型和參數，只需要打開虛擬的電源開關電源 電源是向電子設備提供功率的裝置，也稱電源供應器，它提供計算機中所有部件所需要的電能全文，即可進行仿真，顯示仿真結果。 multis

4、im為用戶提供了數量眾多的元器件，被分門別類地存放在多個器件庫中。在繪制電路圖時只需打開器件庫，再用鼠標左鍵選中要用的元器件，并把它拖放到工作區(qū)即可。當光標移動到元器件的引腳時，會自動產生一個帶十字的黑點，進入到連線狀態(tài)。單擊鼠標左鍵確認后，移動鼠標即可實現連線，搭接電路原理圖既方便又快捷，就像在計算機上進行實驗一樣。2設計目的及要求2.1設計目的及主要任務2.1.1設計目的1.要求了解多功能數字鐘內部工作原理，掌握其外圍電路的設計2.要求掌握多功能數字鐘的設計方法及裝調技術2.1.2設計任務及主要技術指標1、課程設計工作量：1周內完成對多功能數字鐘的設計、仿真、裝配與調試。2、技術要求：設計

5、一個數字鐘。要求用六位數碼管顯示時間，格式為00：00：00。具有60進制和24進制（或12進制）計數功能，秒、分為60進制計數，時為24進制（或12進制）計數。有譯碼、七段數碼顯示功能，能顯示時、分、秒計時的結果。設計提供連續(xù)觸發(fā)脈沖的脈沖信號發(fā)生器，具有校時單元、鬧鐘單元和整點報時單元。確定設計方案，按功能模塊的劃分選擇元、器件和中小規(guī)模集成電路，設計分電路，畫出總體電路原理圖，闡述基本原理。3、查閱至少5篇參考文獻。按武漢理工大學課程設計工作規(guī)范要求撰寫設計報告書。全文用a4紙打印，圖紙應符合繪圖規(guī)范。2.1.3初始條件利用集成譯碼器、計數器、定時器、數碼管、脈沖發(fā)生器和必要的門電路等數

6、字器件實現系統(tǒng)設計。（也可以使用單片機系統(tǒng)設計實現） 3電路工作原理數字電子鐘由信號發(fā)生器、“時、分、秒”計數器、譯碼器及顯示器、校時電路、整點報時電路等組成。秒信號產生器是整個系統(tǒng)的時基信號，它直接決定計時系統(tǒng)的精度，一般用555構成的振蕩器加分頻器來實現。將標準秒脈沖信號送入“秒計數器”，該計數器采用60進制計數器，每累計60秒發(fā)出一個“分脈沖”信號，該信號將作為“分計數器”的時鐘脈沖?！胺钟嫈灯鳌币膊捎?0進制計數器，每累計60分，發(fā)出一個“時脈沖”信號，該信號將被送到“時計數器”。“時計數器”采用24進制計數器，可以實現一天24h的累計。譯碼顯示電路將“時、分、秒”計數器的輸出狀態(tài)經七

7、段顯示譯碼器譯碼，通過六位led顯示器顯示出來。整點報時電路是根據計時系統(tǒng)的輸出狀態(tài)產生一個脈沖信號，然后去觸發(fā)音頻發(fā)生器實現報時。校時電路是來對“時、分、秒”顯示數字進行校對調整。其數字電子鐘系統(tǒng)框圖如下:4電路單元模塊設計4.1秒脈沖信號發(fā)生器秒脈沖信號發(fā)生器是數字電子鐘的核心部分，它的精度和穩(wěn)定度決定了數字鐘的質量。由振蕩器與分頻器組合產生秒脈沖信號。 振蕩器：通常用555定時器與rc構成的多諧振蕩器，經過調整輸出1000hz脈沖。脈 沖 信 號 發(fā) 生 器分頻電路4.2秒、分、時計時器電路設計秒、分計數器為60進制計數器，小時計數器為24進制計數器。實現這兩種模數的計數器采用中規(guī)模集成

8、計數器74ls90構成。4.2.1 60進制計數器由74ls161n構成的60進制計數器，將一片74ls161n設計成10進制加法計數器，另一片設置6進制加法計數器。兩片74ls161按反饋清零法串接而成。秒計數器的十位和個位，輸出脈沖除用作自身清零外，同時還作為分計數器的輸入脈沖cp1。下圖電路即可作為秒計數器，也可作為分計數器。60 進 制 計 數 器4.2.2 24進制計數器由兩片74ls161n構成的二十四進制計數器，將一片74ls161n設計成10進制加法計數器，另一片設置2進制加法計數器。即個位計數狀態(tài)為qd qc qb qa = 0100十位計數狀態(tài)為qd qc qb qa =

9、0010時，要求計數器歸零。通過把個位qc、十位qb相與后的信號送到個位、十位計數器的清零端，使計數器清零，從而構成24進制計數器。電路圖如下: 24 進 制 計 數 器4.3譯碼顯示電路譯碼電路的功能是將秒、分、時計數器的輸出代碼進行翻譯，變成相應的數字。用與驅動led七段數碼管的譯碼器用的有4511bp_5v。4511bp_5v是bcd-7段譯碼器/驅動器，輸出高電平有效，專用于驅動led七段共陰極顯示數碼管。若將秒、分、時計數器的每位輸出分別送到相應七段譯嗎管的輸入端，便可以進行不同數字的顯示。譯碼顯示電路4.4校時電路校時電路是數字鐘不可缺少的部分，每當數字鐘與實際時間不符時，需要根據

10、標準時間進行校時。j6、j5分別是時校正、分校正開關。不校正時開關j5，j6置于上邊，j7閉合，電路正常運行，當要校正時，斷開j7。若要校正時，則撥動一次j6，時增加一小時；若要校正分，則撥動一次j5，分增加一分。校正完成后，閉合j7時間繼續(xù)運行。 校正電路4.5鬧鐘，整點報時電路5器件選擇5.1 74ls16174ls161是常用的四位二進制可預置的同步加法計數器，他可以靈活的運用在各種數字電路，以及單片機系統(tǒng)種實現分頻器等很多重要的功能，：管腳圖介紹：時鐘cp和四個數據輸入端p0p3清零/mr使能cep，cet置數pe數據輸出端q0q3以及進位輸出tc. (tc=q0q1q2q3cet)輸

11、 入 輸 出 cr cpld epetd3 d2 d1 d0 q3 q2 q1 q0 0 0 0 0 0 1 0 d c b a d c b a 1 1 0 q3 q2 q1 q0 1 1 0 q3 q2 q1 q0 1 1 1 1 狀態(tài)碼加1 從74ls161功能表功能表中可以知道，當清零端cr=“0”，計數器輸出q3、q2、q1、q0立即為全“0”，這個時候為異步復位功能。當cr=“1”且ld=“0”時，在cp信號上升沿作用后，74ls161輸出端q3、q2、q1、q0的狀態(tài)分別與并行數據輸入端d3，d2，d1，d0的狀態(tài)一樣，為同步置數功能。而只有當cr=ld=ep=et=“1”、cp脈

12、沖上升沿作用后，計數器加1。74ls161還有一個進位輸出端co，其邏輯關系是co= q0q1q2q3cet。合理應用計數器的清零功能和置數功能，一片74ls161可以組成16進制以下的任意進制分頻器。5.2 lm555cm振蕩器由555定時器構成。在555定時器的外部接適當的電阻和電容元件構成多諧振蕩器，再選擇元件參數使其發(fā)出標準秒信號。555定時器的功能主要由上、下兩個比較器1、2的工作狀況決定。比較器的參考電壓由分壓器提供,在電源與地端之間加上電壓,且控制端懸空,則上比較器1的反相端“-”加上的參考電壓為2/3,下比較器2的同相端“+”加上的參考電壓為1/3。若觸發(fā)端 的輸入電壓21/3

13、,下比較器2輸出為“1”電平,觸發(fā)器的輸入端接受“1”信號,可使觸發(fā)器輸出端為“1”,從而使整個555電路輸出為“1”;若閾值端的輸入電壓62/3,上比較器1輸出為“1”電平,觸發(fā)器的輸入端接受“1”信號,可使觸發(fā)器輸出端為“0”,從而使整個555電路輸出為“0”。控制電壓端外加電壓可改變兩個比較器的參考電壓,不用時,通常將它通過電容(0.01左右)接地。放電管1的輸出端為集電極開路輸出,其集電極最大電流可達50,因此,具有較大的帶灌電流負載能力。若復位端 加低電平或接地,可使電路強制復位,不管555電路原處于什么狀態(tài),均可使它的輸出為“0”電平。只要在555定時器電路外部配上兩個電阻及兩個電

14、容元件,并將某些引腳相連,就可方便地構成多諧振蕩器。6.電路與仿真6.1電路圖 仿真電路圖6.2仿真效果展示 秒效果 分效果 時效果 最大計時7.元件列表descriptionrefdespackage474ls, 74ls85nu1, u2, u3, u4ipc-2221a/2222no16174ls, 74ls20nu5ipc-2221a/2222no14374ls, 74ls32nu6, u44, u45ipc-2221a/2222no146cmos_5v_ic, 4511bp_5vu9, u10, u11, u12, u13, u14ipc-2221a/2222sot-38z674ls

15、, 74ls161nu18, u19, u20, u21, u22, u23ipc-2221a/2222no16574ls, 74ls08du7, u8, u15, u16, u17ipc-7351do14674ls, 74ls00du24, u25, u26, u27, u28, u29ipc-7351do14674ls, 74ls04du30, u32, u33, u34, u35, u36ipc-7351do14474ls, 74ls00nu31, u37, u42, u43ipc-2221a/2222no14474ls, 74ls08nu38, u39, u40, u41ipc-222

16、1a/2222no141timer, lm555cmu46ipc-7351m08a4dswpk_4j1, j2, j3, j4ultiboarddipsw4h2switch, spdtj5, j6genericspdt1dipsw1j7ultiboarddipsw1h1buzzer, buzzer 200 hz u53genericbuzzer8.參考文獻1. 康華光主編 電子技術基礎數字部分第五版 高等教育出版社2008.42.姚福安 著 電子電路設計與實踐 山東 山東科學技術出版社 20023.康華光主編 數字電子基礎北京 高等教育出版社 19994.傅曉林 電子技術課程設計實用教程 重慶

17、 重慶交通學院電工電子教研室 20065.路勇主編 電子電路實驗及仿真 北京 清華大學出版社 20049.設計總結9.1 電路功能測試按照設計要求，逐項測試電路功能1）數字鐘計數功能測試：接通電源，在秒脈沖的作用下，電路開始計數，且時、分、秒分別為24、60、60進制。計數功能符合設計要求。2）校時功能測試：在顯示時鐘時間時，按動時鐘調時、時鐘調分按鈕開關時，時、分均可以調節(jié)，且不按動時，計數電路能正常工作，校時功能符合設計要求。3）整點報時功能測試：電路基數時，當時鐘到達59分50秒時，電路發(fā)出整點報時信號，頻率為1hz，持續(xù)10秒鐘后，報時停止。整點報時功能符合設計要求。4)鬧鐘功能測試：切換顯示開關，使顯示器顯示鬧鐘時刻，通過定時開關調節(jié)定時的時和分，當時鐘到達定時時刻時，揚聲器響起，發(fā)光二極管發(fā)光，頻率均為1hz。鬧鐘時間為1分鐘。斷開鬧鐘控制開關，鬧鐘停止。切換顯示開關至時鐘部分，時鐘部分能繼續(xù)正常工作。鬧鐘功能符合設計要求。 9.2 仿真過程中出現問題及解決辦法1）操作時鐘調校正按鈕時，顯示器顯示數據不改變，且到60秒時分位依然不改變，解決辦法：此時顯示器顯示的時間為鬧鐘時間應切換顯示開關，再調節(jié)校正按鈕即可。2）顯示開關已切換至時鐘顯示，操作時鐘調