《數(shù)字電子技術》課程設計說明書多功能數(shù)字鐘的設計1

1、武漢理工大學數(shù)字電子技術課程設計說明書目 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(shù)器54.2.2 24進制計數(shù)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(xiàn)

2、問題及解決辦法1710.心得體會181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(shù)據(jù)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儀器儀表 廣義的說儀

3、器儀表也可具有自動控制、報警、信號傳遞和數(shù)據(jù)處理等功能，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(shù)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(shù)，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(shù)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(shù)，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

4、全文，即可進行仿真，顯示仿真結果。 multisim為用戶提供了數(shù)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(chǎn)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(xiàn)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(shù)字鐘內(nèi)部工作原理，掌握其外圍電路的設計2.要求掌握多功能數(shù)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(nèi)完成對多功能數(shù)

5、字鐘的設計、仿真、裝配與調試。2、技術要求：設計一個數(shù)字鐘。要求用六位數(shù)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(shù)功能，秒、分為60進制計數(shù)，時為24進制（或12進制）計數(shù)。有譯碼、七段數(shù)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(shù)

6、器、定時器、數(shù)碼管、脈沖發(fā)生器和必要的門電路等數(shù)字器件實現(xiàn)系統(tǒng)設計。（也可以使用單片機系統(tǒng)設計實現(xiàn)） 3電路工作原理數(shù)字電子鐘由信號發(fā)生器、“時、分、秒”計數(shù)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(chǎn)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(xiàn)。將標準秒脈沖信號送入“秒計數(shù)器”，該計數(shù)器采用60進制計數(shù)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(shù)器”的時鐘脈沖?！胺钟嫈?shù)器”也采用60進制計數(shù)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(shù)器”。“時計數(shù)器”采用24進制計數(shù)器，可以實現(xiàn)一天24h的累計。

7、譯碼顯示電路將“時、分、秒”計數(shù)器的輸出狀態(tài)經(jīng)七段顯示譯碼器譯碼，通過六位led顯示器顯示出來。整點報時電路是根據(jù)計時系統(tǒng)的輸出狀態(tài)產(chǎn)生一個脈沖信號，然后去觸發(fā)音頻發(fā)生器實現(xiàn)報時。校時電路是來對“時、分、秒”顯示數(shù)字進行校對調整。其數(shù)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(shù)字電子鐘的核心部分，它的精度和穩(wěn)定度決定了數(shù)字鐘的質量。由振蕩器與分頻器組合產(chǎn)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(jīng)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(shù)器為60進制計數(shù)器，小時計數(shù)器為24

8、進制計數(shù)器。實現(xiàn)這兩種模數(shù)的計數(shù)器采用中規(guī)模集成計數(shù)器74ls90構成。4.2.1 60進制計數(shù)器由74ls161n構成的60進制計數(shù)器，將一片74ls161n設計成10進制加法計數(shù)器，另一片設置6進制加法計數(shù)器。兩片74ls161按反饋清零法串接而成。秒計數(shù)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(shù)器的輸入脈沖cp1。下圖電路即可作為秒計數(shù)器，也可作為分計數(shù)器。60 進 制 計 數(shù) 器4.2.2 24進制計數(shù)器由兩片74ls161n構成的二十四進制計數(shù)器，將一片74ls161n設計成10進制加法計數(shù)器，另一片設置2進制加法計數(shù)器。即個位計數(shù)狀態(tài)為qd qc qb qa = 0

9、100十位計數(shù)狀態(tài)為qd qc qb qa = 0010時，要求計數(shù)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(shù)器的清零端，使計數(shù)器清零，從而構成24進制計數(shù)器。電路圖如下: 24 進 制 計 數(shù) 器4.3譯碼顯示電路譯碼電路的功能是將秒、分、時計數(shù)器的輸出代碼進行翻譯，變成相應的數(shù)字。用與驅動led七段數(shù)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(shù)碼管。若將秒、分、時計數(shù)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(shù)字的顯示。譯碼顯示電路4.4校時電路校時電路是數(shù)字鐘不可

10、缺少的部分，每當數(shù)字鐘與實際時間不符時，需要根據(jù)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(shù)器，他可以靈活的運用在各種數(shù)字電路，以及單片機系統(tǒng)種實現(xiàn)分頻器等很多重要的功能，：管腳圖介紹：時鐘cp和四個數(shù)據(jù)輸入端p0p3清零/mr使能cep，cet置數(shù)pe數(shù)據(jù)輸出端q0q3以及進

11、位輸出tc. (tc=q0q1q2q3cet)輸 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(shù)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(shù)據(jù)輸入端d3，d2，d1，d0的狀態(tài)一樣，為同步置數(shù)功能

12、。而只有當cr=ld=ep=et=“1”、cp脈沖上升沿作用后，計數(shù)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(shù)器的清零功能和置數(shù)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?shù)碾娮韬碗娙菰嫵啥嘀C振蕩器，再選擇元件參數(shù)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

13、的參考電壓為1/3。若觸發(fā)端 的輸入電壓21/3,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”?？刂齐妷憾送饧与妷嚎筛淖儍蓚€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

14、。只要在555定時器電路外部配上兩個電阻及兩個電容元件,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, u14ip

15、c-2221a/2222sot-38z674ls, 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, 74ls08nu

16、38, u39, u40, u41ipc-2221a/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(shù)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(shù)字電子基礎北京 高等教育出版社 1

17、9994.傅曉林 電子技術課程設計實用教程 重慶 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(shù)字鐘計數(shù)功能測試：接通電源，在秒脈沖的作用下，電路開始計數(shù)，且時、分、秒分別為24、60、60進制。計數(shù)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(shù)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(shù)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(xiàn)問題及解決辦法1）操作時鐘調校正按鈕時，顯示器顯示數(shù)據(jù)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