數(shù)字時鐘課程設(shè)計報告

1、課 程 設(shè) 計 報 告學(xué)生姓名: 學(xué) 號： 學(xué) 院: 班 級: 題 目:數(shù)字時鐘 指導(dǎo)教師： 職稱: 目錄l 一.設(shè)計任務(wù)和要求.1l 1.1設(shè)計要求.1l 二.設(shè)計原理及框圖.1l 2.1設(shè)計原理.1l 2.2設(shè)計原理框圖.1l 三.器件說明.2l 3.1器件名稱.2l 四.設(shè)計過程.8l 4.1程序分部解析.8l 4.2總設(shè)計圖.13l 五.仿真調(diào)試過程.14l 5.1電路測試與仿真.14l 5.2仿真過程中的困難及方案.14l 六.心得體會.15l 七.參考文獻(xiàn).16第1章 設(shè)計要求1.1設(shè)計要求：1.1.1穩(wěn)定的顯示時、分、秒。（要求二十四小時為一個計時周期）1.1.2當(dāng)電路發(fā)生走時誤

2、差時，要求電路有校時功能。1.1.3電路有整點(diǎn)報時功能。報時聲響為四低一高，最后一響高音正好為整點(diǎn)。第2章 設(shè)計原理及框圖2.1設(shè)計原理數(shù)字時鐘由振蕩器、分頻器、計數(shù)器、譯碼顯示、報時等電路組成。其中，振蕩器和分頻器組成標(biāo)準(zhǔn)秒信號發(fā)生器，直接決定計時系統(tǒng)的精度。由不同進(jìn)制的計數(shù)器、譯碼器和顯示器組成計時系統(tǒng)。將標(biāo)準(zhǔn)秒信號送入采用六十進(jìn)制的“秒計數(shù)器”，每累計六十秒就發(fā)生一個“分脈沖”信號，該信號將作為“分計數(shù)器”的時鐘脈沖。“分計數(shù)器”也采用六十進(jìn)制計數(shù)器，每累計六十分，發(fā)生一個“時脈沖”信號，該信號將被送到“時計數(shù)器”?！皶r計數(shù)器”采用二十四進(jìn)制，可實現(xiàn)對一天二十四小時的累計。譯碼顯示電路將

3、“時”、“分”、“秒”計數(shù)器的輸出狀態(tài)通過六位七段譯碼顯示器顯示出來，可進(jìn)行整點(diǎn)報時，計時出現(xiàn)誤差時，可以用校時電路校時、校分。2.2設(shè)計原理框圖第3章 器件說明3.1器件名稱3.1.1 74160N 數(shù)量：六個74160N真值表3.1.2數(shù)碼管顯示器 數(shù)碼顯示管有兩種類型：1、共陰極型2、共陽極型六位七段譯碼器來顯示時、分、秒，同時當(dāng)出現(xiàn)誤差時，通過它的顯示，可以用校時電路校時，校分。3.1.3 74192N 數(shù)量：二個74192N真值表3.1.4 與非門7400N 數(shù)量：三個7400N真值表3.1.5非門NOT 數(shù)量：六個 7404N真值表3.1.6或門 數(shù)量：一個 74ALS32N真值表

4、 3.1.7與門 數(shù)量：一個74ALS08真值表ABOUT0000101001113.1.8 100HZ 5V脈沖3.1.9四引腳或非門 數(shù)量：二個154002BD-5V真值表第4章 設(shè)計過程4.1 程序分部解析4.1.1 分、秒程序解析（六十進(jìn)制）秒計數(shù)器和分計數(shù)器各由一個十進(jìn)制計數(shù)器（個位）和一個六進(jìn)制計數(shù)器（十位）串接組成，形成兩個六十進(jìn)制計數(shù)器，其中個位計數(shù)器接成十進(jìn)制形式。十位計數(shù)器選擇QB與QC端做反饋端，經(jīng)與非門輸出至控制清零端CLR，接成六進(jìn)制計數(shù)形式（計數(shù)至0110時清零）。個位與十位計數(shù)器之間采用同步級聯(lián)復(fù)位方式，將個位計數(shù)器的進(jìn)位輸出端RCO接至十位計數(shù)器的時鐘信號輸入端

5、CLK，完成個位對十位計數(shù)器的進(jìn)位控制。將十位計數(shù)器的反饋清零信號經(jīng)非門輸出，作為六十進(jìn)制的進(jìn)位輸出脈沖信號，即當(dāng)計數(shù)器計數(shù)至60時，反饋清零的低電平信號輸入CLR端，同時經(jīng)非門變?yōu)楦唠娖?，在同步級?lián)方式下，控制高位計數(shù)器的計數(shù)。4.1.2 時程序解析（二十四進(jìn)制）時計數(shù)器需要的是一個二十四進(jìn)制轉(zhuǎn)換的遞增計數(shù)電路。個位和十位計數(shù)器均連接成十進(jìn)制計數(shù)形式，采用同步級聯(lián)復(fù)位方式。將個位計數(shù)器的進(jìn)位輸出端RCO接至十位計數(shù)器的時鐘信號輸入端CLK，完成個位對十位計數(shù)器的進(jìn)位控制。二十四進(jìn)制，十位計數(shù)器的輸出端Qb和個位計數(shù)器的輸出端Qc通過與非門控制兩片計數(shù)器的清零端CLR，當(dāng)計數(shù)器的輸出狀態(tài)為00

6、100100時，立即反饋清零，從而實現(xiàn)二十四進(jìn)制遞增計數(shù)。4.1.3 校時、校分電路校對時間一般在選定的標(biāo)準(zhǔn)時間到來之前進(jìn)行，可分為4個步驟：首先把時計數(shù)器置到所需的數(shù)字；然后再將分計數(shù)器置到所需的數(shù)字；與此同時或之后應(yīng)將秒計數(shù)器清零，時鐘暫停計數(shù)，處于等待啟動階段；當(dāng)選定的標(biāo)準(zhǔn)時刻到達(dá)的瞬間，按啟動按鈕，電路則從所預(yù)置時間開始計數(shù)。由此可知，校時、校分電路應(yīng)具有預(yù)置小時、預(yù)置分、等待啟動、計時4個階段。在設(shè)計電路時既要方便可靠地實現(xiàn)校時校分的功能，又不能影響時鐘的正常計時，通常采用邏輯門切換。當(dāng)Q=1時，輸入的預(yù)置信號可以傳到時計數(shù)器的CLK端，進(jìn)行校時工作，而分進(jìn)位信號被封鎖。例如，當(dāng)Q=

7、0時，分進(jìn)位信號可以傳到時計數(shù)器的CLK端，進(jìn)行計時工作，而輸入的預(yù)置信號分進(jìn)位信號被封鎖。4.1.4 報時電路報時電路由報時計數(shù)電路、停止報時控制電路和蜂鳴器三部分電路組成。其中，報時計數(shù)電路由兩個可逆十進(jìn)制計數(shù)器74192組成（功能見表），在分進(jìn)位信號觸發(fā)下，從計時電路保持當(dāng)前小時數(shù)，并開始遞減計數(shù)，一直減到0為止，停止計數(shù)控制電路經(jīng)過邏輯電路判斷給出低電平，封鎖與門，阻止蜂鳴器工作，停止報時。創(chuàng)建如上圖所示電路，兩個計數(shù)器采用同步級聯(lián)方式連接，即將個位報時計數(shù)器的借位端BO接至十位報時計數(shù)器的減計數(shù)控制端DOWN。Io1Io4將時計數(shù)器的個位輸出引進(jìn)作為報時計數(shù)器個位的預(yù)置數(shù)，Io5Io

8、8將時計數(shù)器的十位輸出引入作為報時計數(shù)器十位的預(yù)置數(shù)。同時根據(jù)74192的功能表，Io9接電源，給兩個芯片的加計數(shù)控制端提供高電平。Io10接地，給兩個芯片的清零控制端提供低電平。Io11連接分計數(shù)器的分進(jìn)位信號輸出端。兩片報時計數(shù)器的輸出通過兩個4輸入的或非門輸出一個信號給輸出端口Io12，當(dāng)兩個計數(shù)器都減為0時，可以向外輸出低電平以關(guān)閉使蜂鳴器工作的與門。與門的輸出反饋給端口Io13，給報時計數(shù)電路提供計數(shù)脈沖，從而實現(xiàn)蜂鳴器每響一次報時計數(shù)器正好減1，完成整點(diǎn)點(diǎn)數(shù)的報時。4.1.5 秒脈沖產(chǎn)生電路秒脈沖產(chǎn)生電路在此例中的主要功能有兩個：一是產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)脈沖信號，二是可供整點(diǎn)報時所需要的頻率信

9、號。這里為了簡化電路，脈沖產(chǎn)生電路用1HZ的秒脈沖時鐘信號源。4.2 總設(shè)計圖第5章 仿真調(diào)試過程5.1電路測試與仿真5.1.1 啟動仿真電路，可觀察到數(shù)字時鐘的秒位開始計時，計數(shù)到60后復(fù)位為0，并進(jìn)位到分計時電路。5.1.2 觀察到數(shù)字時鐘的分位開始計時，計數(shù)到60后復(fù)位為0，并進(jìn)位到時計時電路。5.1.3 開關(guān)K1可控制時計時電路的二十四進(jìn)制計數(shù)方式的選擇。單擊控制鍵“C”，可實現(xiàn)計數(shù)方式的轉(zhuǎn)換。5.1.4 控制鍵“C”“B”可控制將秒脈沖直接引入時、分計數(shù)器，從而實現(xiàn)校時和校分功能。5.1.5 出現(xiàn)整點(diǎn)，即時計數(shù)器出現(xiàn)變化時，蜂鳴器會發(fā)出相應(yīng)點(diǎn)數(shù)的報時（為得到短促響亮的聲響，一般將蜂鳴

10、器的頻率設(shè)為100HZ）。5.2 仿真過程中的困難及方案(1)軟件使用問題。由于我們并沒有接觸過Mulitisim 10軟件，故而對軟件的使用方面存在著一定的困難。另外，由于軟件為英文版，所以給仿真過程中的調(diào)試也帶來了極大的困難。為了克服這些比便，我們到圖書館查閱了大量的資料，并及時的向老師咨詢，從而順利的完成了仿真過程。（2）無法驗證定時器產(chǎn)生1Hz脈沖和驗證蜂鳴器是否正常工作。為了解決這一問題，我們將示波器接到定時器輸出端口檢驗波形是否為所需頻率的波形，然后將示波器接在蜂鳴器兩端，對照時鐘聽聲音的快慢，從而調(diào)整電阻、電容的數(shù)值。（3）調(diào)整整點(diǎn)報時的聲響（四低一高）。由于報時時要求四低一高，我們報時時間間隔太短，變頻也不易實現(xiàn)，發(fā)聲區(qū)別不明顯，最后經(jīng)過調(diào)試，使之達(dá)到要求，最終實現(xiàn)了整點(diǎn)報時功能。第6章 心得體會 第7章、參考文獻(xiàn)序號.作者.書名.版本(第1版可省略).出版地:出版者,出版年;1、（20