數(shù)字電子時鐘課程設(shè)計報告剖析

1、 數(shù)字電子時鐘設(shè)計報告 目錄 一、設(shè)計任務(wù)和要求 二、設(shè)計的方案的選擇與論證 三、電路設(shè)計計算與分析 四、總結(jié)及心得 五、附錄 六、參考文獻 1 一、 設(shè)計任務(wù)和要求 （一）設(shè)計任務(wù) （1） 時鐘顯示功能，能夠以十進制顯示“時”、“分”、“秒”。 （2） 具有校準“時”、“分”的功能。 （二）設(shè)計要求 （1）用Multisim畫出整個系統(tǒng)電路圖，并列出所需器件清單。 （2）調(diào)試振蕩電路，用Multisim提供的示波器觀察其輸出波形是否復(fù)合要求。 （3）實現(xiàn)整個數(shù)字電子鐘電路各項任務(wù)的正常工作。 二、 設(shè)計的方案的選擇與論證 本次所要設(shè)計的數(shù)字電子表可以滿足使用者的一些特殊要求，輸出方式靈活，如

2、可以隨意設(shè)置時、分、秒的輸出，定點報時。由于集成電路技術(shù)的發(fā)展，特別是MOS集成電路技術(shù)的發(fā)展，使數(shù)字電子鐘具有體積小、耗電省、計時準確、性能穩(wěn)定、維護方便等優(yōu)點。 此次設(shè)計的數(shù)字時鐘電子電路分為以下6個部分：（1）振蕩電路（2）時間計數(shù)電路（3）顯示電路（4）校時電路 數(shù)字時鐘實際上是一個對標準頻率（1HZ）進行計數(shù)的計數(shù)電路，因此，時間計數(shù)電路是一個由計數(shù)器組成的時序邏輯電路。用555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器作為秒脈沖信號源，控制秒個位的信號輸入，整點報時信號輸入和鬧鐘報時信號輸入，是整個電路唯一的脈沖信號源。將計數(shù)器與顯示器相連接，可以將輸入的二進制數(shù)翻譯成可以直讀的十進制數(shù)字并顯示出來，

3、顯示管與計數(shù)器之間由譯碼器相接，作為譯碼驅(qū)動。 由于計數(shù)的起始時間不可 2 能與標準時間（如北京時間）完全一致，異或計數(shù)過程中可能出現(xiàn)誤差，固需要在電路中添加校時電路，以保證可以隨時對時間進行校正。 電路設(shè)計計算與分析 （1）振蕩電路 多諧振蕩器是一種能產(chǎn)生矩形波的自激振蕩器，也稱矩形波發(fā)生器?！岸嘀C”指矩形波中除了基波成分外，還含有豐富的高次諧波成分。多諧振蕩器沒有穩(wěn)態(tài)，只有兩個暫穩(wěn)態(tài)。在工作時，電路的狀態(tài)在這兩個暫穩(wěn)態(tài)之間自動地交替變換，由此產(chǎn)生矩形波脈沖信號，常用作脈沖信號源及時序電路中的時鐘信號。用555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器電路如圖：圖中電容C、電阻R2和R4作為振蕩器的定時元件，決

4、定著輸出矩形波正、負脈沖的寬度。定時器的觸發(fā)輸入端（2腳）和閥值輸入端（6腳）與電容相連；集電極開路輸出端（7腳）接R1、R2相連處，用以控制電容C的充、放電；外界控制輸入端（5腳）通過0.01uF電容接地。 3 定時器組成多諧振蕩55圖 輸出圖所示波形。通過仿真，示波器XSC1 多諧振蕩器輸出矩形波 圖 4 和放電時T555定時器組成的多諧振蕩器，其電容充電時間1 各為：間T2CLn2 ）（R+RT=211 CLn2 RT22=CLn2 ）（R+2R固電路的振蕩周期為：T= 21CLn2 ）R+R振蕩頻率為：f=1/（21 。從圖一中得知：R4=100K,R2=100K,C3=4.7uf,C

5、4=0.01uF ?？梢宰鳛殡娮訒r鐘電路的秒脈沖信號。因此其輸出頻率為1HZ ）時間計數(shù)電路（274160 、十進制計數(shù)器1脈沖進行計數(shù)的時序邏輯電路。如果組成計CP 計數(shù)器是對不是同一信號，這樣的計數(shù)器稱異步數(shù)器中的各個觸發(fā)器的CP 組成兩個六十片十進制同步計數(shù)器74160計數(shù)器。本次設(shè)計采用674160進制的計數(shù)器（分、秒）和一個二十四進制計數(shù)器（時）。有著74160是中規(guī)模集成的同步十進制加法計數(shù)器，如圖所示。 同步預(yù)置數(shù)、異步置零和保持的功能。其功能表如表所示。 表 U1 CLK R LD EP ET 工作狀態(tài) 143QAAD134QBB125QCC 116 0 置零 QDD157RC

6、OENP10 ENT 0 1 預(yù)置數(shù) 9LOAD1CLR 0 1 1 1 保持 2CLK 1 1 0 保持（C=0） 74160N 1 1 計數(shù)1 1 十進制計數(shù)器74160 圖 2、六十進制計數(shù)器和二十四進制計數(shù)器的連接 5 電子時鐘的“分”和“秒”由六十進制計數(shù)器實現(xiàn)，“時”由二十四進制計數(shù)器實現(xiàn)。因此，就需要用74160接成兩個六十進制和一個二十四進制計數(shù)器。多片計數(shù)器組合，各級之間的連接方式分串行進位方式、并行進位方式。本次設(shè)計采用串行進位的方式。 在串行進位方式中，以低位片的進位輸出信號作為高位片的時鐘輸入信號。兩片74160的EP和ET恒為1，都工作在計數(shù)狀態(tài)，第一片每計到9（10

7、01）時，C端輸出變?yōu)楦唠娖?，?jīng)反相器后使第二片的CLK端為低電平。下一個計數(shù)輸入脈沖到達后，第一片記成0(0000)狀態(tài)，C端跳回低電平，經(jīng)反相器后使第二片的輸入端產(chǎn)生跳變，于是，第二片計入1。從而，將兩片十進制計數(shù)器74160串聯(lián)成一個百進制計數(shù)器。 得到百進制計數(shù)器后，應(yīng)用整體置零的方法接成六十進制和二十四進制計數(shù)器。當計數(shù)器從全0狀態(tài)開始計數(shù)，計入60個脈沖時，經(jīng)與非門產(chǎn)生低電平信號，立即將兩片74160同時置零，于是便得到一個六十進制計數(shù)器，如圖。同理，當計入24個脈沖時，經(jīng)與非門產(chǎn)生的低電平信號立即將兩片74160同時置零，得到二十四進制計數(shù)器，如圖。 6 U2U25 11QQAU

8、2711QQ1174S03QQ11QQD11RCENENRC11ENENTLOALOACLCLRCLCL7416074160VCC 5六十進制計數(shù)圖 U26U25 141433QAAAQAU27A 134413QBQBBB12125574S03NQCQCCC111166QDQDDD 157157RCOENPRCOENP1010ENTENT 99LOADLOAD11CLRCLR22 CLKCLK74160N74160NVCC 5V 二十四進制計數(shù)器 圖 3、按“秒”、“分”、“時”的順序，將兩片六十進制計數(shù)器和一片二十四進制計數(shù)器串聯(lián)，便得到完整的電子時鐘計時電路，如圖。 7 U25U27U26

9、U28U30U29157RCOENP10ENT9LOAD1CLR2CLK143314QAAQAA131344QBBQBBU17A74S03NJ1 Key = M 電路分圖 校時 3 QAQBQCQDRCO 14 3 56 C 14 QC 31211 14 3U13A 14 56 C 3 QC 141211 3 U33A 4 AB 13 4 AB7 QAQBD 13 U32AQD 415 AB QAQB 13 474S03N AB QAQB 13 7 D U31A 4 ABQD QA13QB15 QAA4QBB 74S03N 56 C D 1211 56 CD10 QCQDENPENT 1211

10、 RCO 74S03N 56 CD QCQD 1211 56 CD QCQD 1211 10 ENPENT 74S03N 56 CDRCO 12QC11QD 5QCC6QDD 7 ENP 15 7 ENP9 RCOLOAD 15 7 ENP RCO 15 7 ENP RCO 15 9 LOAD 7 ENP RCO 15 7RCOENP 10 ENT 10 ENT1 CLR 10 ENT 10 ENT 1 CLR 10 ENT 10ENT 91 LOAD 91 LOAD2 CLK 91 LOAD 91 LOAD 2 CLK 91 LOAD 9LOAD1 CLR CLR CLR CLR CLR C

11、LR 2 CLK 2 CLK 74160N 2 CLK 2 CLK 74160N 2 CLK VCC 2CLK 74160N 74160N 74160N 74160N 74160N 74160N U19A74S04N 3456R61k ABCD QAQBQCQD 14131211 5V 11111VCC 5V 電子時鐘計時電路 圖 （3）顯示電路數(shù)碼管按照其發(fā)光二極管的連接方式不同，可分為共陽極和共陰極兩種。共陰極是指數(shù)碼管中所有發(fā)光二極管的陰極連在一輸入信號驅(qū)動，g、ab、c、d、ef、起接低電平，而陽極分別由當某個輸入為高電平時，相應(yīng)的發(fā)光二極管點亮；共陽極數(shù)碼管則相反，它的所有發(fā)光二極管

12、的陽極連在一起接高電平，而陰極輸入信號驅(qū)動，當某個輸入為低電d、ge、fca分別由、b、 平時，相應(yīng)的發(fā)光二極管點亮。碼，數(shù)碼管不能直接顯示成數(shù)8421BCD由于計數(shù)器輸出的是字，為了讓數(shù)數(shù)碼管顯示人們能看懂的數(shù)字，就需要把計數(shù)器輸這就需要譯碼器出的8421BCD碼轉(zhuǎn)換成數(shù)碼管顯示的阿拉伯數(shù)字， 的翻譯。DCD_HEXDCD_HEX七段發(fā)光二極管譯碼顯示器。本設(shè)計采用該數(shù)碼管。為共陽極LED顯示器引腳從右到左依次為：1,2,3,4。顯示包含了譯碼功能，所以無需專門的譯碼器。正確的引腳連接 接，接，接方式為：QA1QB2QC34接，DQ。如圖。 8 的連接74160譯碼顯示器與 DCD_HEX圖

13、 4（）校時電路數(shù)字鐘應(yīng)具有分校正和時校正功能，因此，應(yīng)截斷分十位和時十位的直接計數(shù)通路，并采用正常計時信號與校正信號可以隨 時切換的電路接入其中。本設(shè)計的校時電路的關(guān)鍵，是通過開關(guān)，控制電路中“秒”到“分”、“分”到“時”的進位輸入端的高低電平的變化，從 而實現(xiàn)手動調(diào)節(jié)“分”和“時”。 現(xiàn)以分校時電路為例，如圖。另一端接秒十位的進與非門正常時刻，U17的一端接高電平，若秒十位的進位輸出端輸出低電平，則U13位輸出端，即。此時，若秒十位的進位輸出有低電平信號輸入，CLK分個位的得到進位。 因此，有高電平信號輸入，CLK則分個位的端輸出高電平，無進位。，與非門一端接地，即為低電平，另一端還是當接

14、通開關(guān)J1 9 接到秒十位的進位輸出端。此時，無論秒十位的進位輸出端輸出高電平還是低電平，經(jīng)與非門U17輸出的均為高電平，經(jīng)非門U19得到低電平，并輸入到分個位的CLK，使其得到進位，實現(xiàn)“分”加1。J1為單刀雙擲的跳變開關(guān)，即按下M鍵開關(guān)閉合，松開M鍵開關(guān)隨之斷開。所以，可以通過連續(xù)按下M鍵連續(xù)增加“分”。時校時與分校時同理，連續(xù)按下H鍵（控制開關(guān)J2的閉合與斷開）便可連續(xù)增加“時”。因此，通過控制開關(guān)J1和J2的斷開與閉合，便可得到想要校正的時刻。要強調(diào)的是，此種校時方法是可以實現(xiàn)進位的。即，當“分”顯示為59時，再按M，“時”顯示便會加1，同時“分”顯示清零。但當“時”顯示為23時，再按

15、H，“時”清零，但“分”顯示會繼續(xù)按原狀態(tài)計數(shù)。 10 秒十位分個位 U2U3 3（） 完整電路仿真電路Multisim含有以上所述功能的完整的數(shù)字電子鐘 （詳細見附圖）13圖如圖所示。 11 仿真電路總圖Multisim 數(shù)字電子鐘13 圖 三、總結(jié)及心得 12 一次設(shè)計非常難得的理論與實際相結(jié)合的機會，通過這次比較完整的數(shù)字電子鐘設(shè)計，我擺脫了單純的理論知識學(xué)習(xí)狀態(tài)，和實際設(shè)計的結(jié)合鍛煉了我的綜合運用所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)知識，解決實際工程問題的能力，同時也提高我查閱文獻資料、設(shè)計手冊、設(shè)計規(guī)范以及電腦制圖等其他專業(yè)能力水平而且通過對整體的掌控，對局部的取舍，以及對細節(jié)的斟酌處理，都使我的能力得到

16、了鍛煉，經(jīng)驗得到了豐富，并且意志品質(zhì)力，抗壓能力及耐力也都得到了不同程度的提升。這是我們都希望看到的也正是我們進行課程設(shè)計的目的所在。 通過這次對數(shù)字鐘的設(shè)計與制作，讓我了解了設(shè)計電路的程序，也讓我了解了關(guān)于數(shù)字鐘的原理與設(shè)計理念，要設(shè)計一個電路總要先用仿真軟件進行試驗，仿真成功之后才實際接線的。設(shè)計中曾遇到諸多問題，由于器件較多，線路錯綜，很容易在連線過程中出現(xiàn)錯接，漏接的情況。即使連接正確，也不一定會實現(xiàn)最初目標，達到功能。還要針對錯誤現(xiàn)象，排查原因，在連線正確的基礎(chǔ)上，可能是元器件的故障，采用示波器進行觀察，然后進行更換，逐步調(diào)整，最終實現(xiàn)計時、校時等功能。 通過這次課程設(shè)計，讓我對數(shù)字

17、電子時鐘的各部分電路都有了大概的了解，所以說，坐而言不如立而行，對于這些電路還是應(yīng)該自己動手實際操作才會有深刻理解。雖然畢業(yè)設(shè)計內(nèi)容繁多，過程繁瑣但我的收獲卻更加豐富。提高是有限的但提高也是全面的，正是這一次設(shè)計讓我積累了無數(shù)實際經(jīng)驗，使我的頭腦更好的被知識武裝了起來，也必然會讓我在未來的工作學(xué)習(xí)中表現(xiàn)出更高的應(yīng)變能力，更強的溝通力和理解力。 13 附錄四、 ，元器件明細表（主要用于列出本次課程設(shè)計中所用的全部元器件） 紙計算機繪制電路原理圖并打印。附圖要求用A3 元器件列表） （1 4片）、數(shù)據(jù)選擇器（1、計數(shù)器74160 （6片） 2 U24U1 515143OAGTBA3QAA61OAE

18、QBB3134QBB713OALTBA2125QCC14B2 116QDD12A115711RCOENPB1 1010ENTA09B09LOAD41 AGTBCLR3AEQB2ALTB2CLK 74LS85N74160N 6片） 33、555定時器（1片）、顯示器（U178 VCC 34OUTRST7DIS 6LM555CMTHR2TRI 5CON GNDJ11 42個）、跳變開關(guān)（Key = M J3 1mV 0mV 2電壓控制開關(guān)（個） 14 個）撥碼開關(guān)（4J4 U13A74S03N （5個）5、與非門74S03 U22A74S04N 非門74S04（個）2 U18AU20A 1個） 74LS21（74LS08與門（2個）74LS21N74LS08D X1 燈泡（2個）6、4V，0.5W4V_0.5WVCC 5V 5V直流電源7、 個）個） 1K（2（