多功能數(shù)字時(shí)鐘設(shè)計(jì)報(bào)告

1、電 工電 子 綜 合 實(shí) 驗(yàn) 多功能數(shù)字時(shí)鐘設(shè)計(jì)報(bào)告 學(xué)校： 學(xué)院： 班級(jí)： 姓名： 學(xué)號(hào)： 指導(dǎo)老師：目錄1、 引言. 32、 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求.33、 設(shè)計(jì)電路的用途及原理簡(jiǎn)介.44、 單元電路設(shè)計(jì)原理.55、 仿真全圖.96、 電路的調(diào)試說(shuō)明.107、 所遇到的問(wèn)題及解決.108、 實(shí)驗(yàn)總結(jié)和體會(huì).109、 附錄（集成芯片引腳圖和功能表）.11一、引言 （一）摘要：隨著人類科技文明的發(fā)展，人們對(duì)于時(shí)鐘的要求在不斷地提高。時(shí)鐘已不僅僅被看成一種用來(lái)顯示時(shí)間的工具，在很多實(shí)際應(yīng)用中它還需要能夠?qū)崿F(xiàn)更多其它的功能。高精度、多功能、小體積、低功耗，是現(xiàn)代時(shí)鐘發(fā)展的趨勢(shì)。在這種趨勢(shì)下，時(shí)鐘的數(shù)字

2、化、多功能化已經(jīng)成為現(xiàn)代時(shí)鐘生產(chǎn)研究的主導(dǎo)設(shè)計(jì)方向。本實(shí)驗(yàn)要求設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字計(jì)時(shí)器，可以完成0分00秒11小時(shí)59分59秒的計(jì)時(shí)功能，并在控制電路的作用下有開(kāi)機(jī)清零、快速校分。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求1、功能要求： 基本功能：以數(shù)字形式顯示時(shí)、分、秒的時(shí)間，小時(shí)計(jì)數(shù)器的計(jì)時(shí)要求為“12翻1”，并要求能手動(dòng)快校時(shí)、快校分或慢校時(shí)、慢校分。擴(kuò)展功能：定時(shí)控制，其時(shí)間自定；仿廣播電臺(tái)正點(diǎn)報(bào)時(shí)自動(dòng)報(bào)正點(diǎn)時(shí)數(shù)。2、設(shè)計(jì)步驟與要求：擬定數(shù)字鐘電路的組成框圖，要求先實(shí)現(xiàn)電路的基本功能，后擴(kuò)展功能，使用的器件少，成本低；設(shè)計(jì)各單元電路，并用Multisim軟件仿真；在通用電路板上安裝電路，只要求顯示時(shí)分；測(cè)試數(shù)字

3、鐘系統(tǒng)的邏輯功能；寫(xiě)出設(shè)計(jì)報(bào)告。設(shè)計(jì)報(bào)告要求：寫(xiě)出詳細(xì)地設(shè)計(jì)過(guò)程（含數(shù)字鐘系統(tǒng)的整機(jī)邏輯電路圖）、調(diào)試步驟、測(cè)試結(jié)果及心得體會(huì)。3、給定的主要器件：74LS00（4片），74LS160（4片）或74LS161（4片），74LS03（OC，1片），74LS04（2片），74LS20（2片），74LS48（4片），數(shù)碼管BS202（4只），發(fā)光二極管（2只），555（2片）。4、儀器和設(shè)備:穩(wěn)壓電源（或數(shù)字邏輯學(xué)習(xí)機(jī)），雙蹤示波器，數(shù)字萬(wàn)用表、數(shù)字通用板、撥線鉗和電烙鐵等。5、參考文獻(xiàn):1電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)指南清華大學(xué)出版社，焦寶文主編；2電子線路設(shè)計(jì)大全華中科技大學(xué)出版社，陳碗兒主編3數(shù)字電子

4、技術(shù)基礎(chǔ)清華大學(xué)出版社，閻石主編4TTL集成電路大全，電子工業(yè)出版社三、設(shè)計(jì)電路原理簡(jiǎn)介：1、設(shè)計(jì)原理：電路由振蕩器、分頻器、計(jì)數(shù)器、譯碼器、顯示器、校時(shí)電路、和報(bào)時(shí)電路組成。振蕩器產(chǎn)生的脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)分頻器作為秒脈沖，秒脈沖送入計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器通過(guò)“時(shí)”、“分”、“秒”譯碼器顯示時(shí)間。校分電路實(shí)現(xiàn)對(duì)“分”上數(shù)值的控制，而不受秒十位是否進(jìn)位的影響，整體電路設(shè)計(jì)方框圖：時(shí)顯示器分顯示器秒顯示器時(shí)譯碼器分譯碼器秒譯碼器時(shí)計(jì)數(shù)器分計(jì)數(shù)器秒計(jì)數(shù)器校時(shí)電路振蕩器分頻器定時(shí)控制仿電臺(tái)報(bào)時(shí)整點(diǎn)報(bào)時(shí)主體部分?jǐn)U展 部分 四、單元電路設(shè)計(jì)原理1、秒脈沖發(fā)生器2校時(shí)電路 當(dāng)剛接通電源或時(shí)鐘走時(shí)出現(xiàn)誤差時(shí)，都需要進(jìn)行時(shí)間

5、的校準(zhǔn)。校時(shí)是數(shù)字鐘應(yīng)具有的基本功能，一般電子鐘都有時(shí)、分、秒校時(shí)功能。為使電路簡(jiǎn)單，這里只進(jìn)行分和小時(shí)的校準(zhǔn)。校時(shí)可采用快校時(shí)和慢校時(shí)兩種方式。校時(shí)脈沖采用秒脈沖，則為快校時(shí)；如果校時(shí)脈沖由單次脈沖產(chǎn)生器提供則為慢校時(shí)。圖3中C1、 C2用于消除抖動(dòng)。至?xí)r個(gè)位計(jì)數(shù)器至分個(gè)位計(jì)數(shù)器分十位進(jìn)位脈沖秒十位進(jìn)位脈沖3.3KW3.3KWC2 S2C1 S1C1=C2=0.01mF+5V校時(shí)脈沖圖3 校時(shí)電路3.用74160實(shí)現(xiàn)12進(jìn)制計(jì)數(shù)器CLKD0 D1 D2 D3CLKETEPQ0 Q1 Q2 Q3CLDRD74LS160D0 D1 D2 D3CLKETEPQ0 Q1 Q2 Q3CLDRD74LS

6、160111圖2 用整體置零法構(gòu)成的12進(jìn)制計(jì)數(shù)器5、定時(shí)控制電路數(shù)字鐘在指定的時(shí)刻發(fā)出信號(hào)，或驅(qū)動(dòng)音響電路“鬧時(shí)”，或?qū)δ逞b置進(jìn)行控制，都要求時(shí)間準(zhǔn)確，即信號(hào)的開(kāi)始時(shí)刻與持續(xù)時(shí)間必須滿足規(guī)定的要求。例如，要求上午7點(diǎn)59分發(fā)出鬧時(shí)信號(hào)，持續(xù)時(shí)間為1分鐘。7時(shí)59分對(duì)應(yīng)數(shù)字鐘的時(shí)計(jì)數(shù)器的狀態(tài)為（Q3Q2Q1Q0）H1=0111，分十位計(jì)數(shù)器的狀態(tài)為（Q3Q2Q1Q0）M2=0101，分個(gè)位計(jì)數(shù)器的狀態(tài)為（Q3Q2Q1Q0）M1=1001。若將上述計(jì)數(shù)器輸出為“1”的所有輸出端經(jīng)過(guò)與門(mén)電路去控制音響電路可以使音響電路正好在7點(diǎn)59分響，且持續(xù)時(shí)間1分鐘停響。所以鬧時(shí)控制信號(hào)Y的表達(dá)式為：Y=（Q

7、2Q1Q0）H1（Q2Q0）M2（Q3Q0）M1如果用與非門(mén)和集電極開(kāi)路門(mén)電路實(shí)現(xiàn)，上式可改寫(xiě)為：+5VQ0Q2Q0分十位Q3Q0分個(gè)位1KY時(shí)十位Q1Q2 圖5 定時(shí)控制電路6、仿電臺(tái)正點(diǎn)報(bào)時(shí)電路仿電臺(tái)正點(diǎn)報(bào)時(shí)電路的功能要求是：每當(dāng)數(shù)字鐘計(jì)時(shí)快要到正點(diǎn)時(shí)發(fā)出聲響，通常按照4低音1高音的順序發(fā)出聲響，以最后一聲高音結(jié)束的時(shí)刻為正點(diǎn)時(shí)刻。設(shè)4聲低音（約500Hz）分別發(fā)生在59分51秒、53秒、55秒及57秒，最后一聲高音（約1kHz）發(fā)生在59分59秒，它們的持續(xù)時(shí)間為1秒。根據(jù)以上設(shè)定可得到電臺(tái)正點(diǎn)報(bào)時(shí)時(shí)的分十位狀態(tài)Q2M2Q0M2=11（0101），分個(gè)位的狀態(tài)為Q3M1Q0M1=11（1

8、001），秒十位狀態(tài)為Q2S2Q0S2=11（0101），秒個(gè)位的狀態(tài)為Q0S1=1（1、3、5、7、9）。而發(fā)低音還是高音只與秒個(gè)位有關(guān)，根據(jù)設(shè)定可列表如表1所示：由表中的狀態(tài)可總結(jié)出如下結(jié)論：秒個(gè)位的第三位Q3S1可用來(lái)作為鳴低音或高音的控制信號(hào)，即Q3s1=0時(shí)，輸入500Hz的低頻信號(hào)至音響電路Q3S1=1時(shí)，輸入1kHz的高頻信號(hào)至音響電路。表1 正點(diǎn)報(bào)時(shí)狀態(tài)功能表Q3S1 Q2S1 Q1S1 Q0S1功能CP(秒)Q3S1 Q2S1 Q1S1 Q0S1功能500 0 0 0560 1 1 0停510 0 0 1鳴低音570 1 1 1鳴低音520 0 1 0停581 0 0 0停5

9、30 0 1 1鳴低音591 0 0 1鳴高音540 1 0 0停000 0 0 0停550 1 0 1鳴低音7.顯示電路仿真全圖六、電路的調(diào)試說(shuō)明1、檢查電路對(duì)照電路圖檢查電路器件是否連接正確，器件引腳、電容極性、電源線、地線是否對(duì)接，連接是否牢靠，電源的數(shù)值與方向是否符合設(shè)計(jì)要求。2、按功能模塊分別調(diào)試 按單元電路，把每一部分單元電路調(diào)試得正常工作，才把它們連接成整機(jī)，然后在進(jìn)行整體調(diào)試。七、所遇到的問(wèn)題及解決1、 由于先前已經(jīng)計(jì)算好了脈沖，所以脈沖輸出沒(méi)有一點(diǎn)問(wèn)題，但是通電后發(fā)現(xiàn)時(shí)分針是58就進(jìn)位了，才發(fā)現(xiàn)都是接的同步清零的，而用的160是十進(jìn)制的，因此不得不把分計(jì)數(shù)改成整體置數(shù)的，因?yàn)?/p>

10、思路比較清晰，要改的地方也比較簡(jiǎn)單，所以一下子就改好了。2、 但是通電后發(fā)現(xiàn)問(wèn)題又接著來(lái)了，58的時(shí)候就進(jìn)位了，經(jīng)同學(xué)一提，才恍然大悟，原來(lái)160是下降沿觸發(fā)，現(xiàn)在小時(shí)用的是清零，分鐘是用的置數(shù)，還沒(méi)等到下一個(gè)脈沖就已經(jīng)進(jìn)位了，于是在分向時(shí)的進(jìn)位信號(hào)上再加了一個(gè)反相器，測(cè)試后發(fā)現(xiàn)問(wèn)題解決了。八、實(shí)驗(yàn)總結(jié)和體會(huì)1、 本次實(shí)驗(yàn)其實(shí)電路不是很難，原理很清楚，但是遇到問(wèn)題卻比想象中多，任何一點(diǎn)小錯(cuò)誤都會(huì)讓努力白費(fèi)，所以細(xì)心，耐心是一定要的。2、 數(shù)字電路復(fù)雜,因此需要我們連接時(shí)要有好的布局和 合理的布線規(guī)則,如將電源線,地線,傳輸線,暫時(shí)產(chǎn)生的線分別開(kāi)來(lái)，用不同的顏色,或者以單元電路的形式分開(kāi),為以后查錯(cuò)或改進(jìn)帶來(lái)極大的方便. 3、 在連接每一根線時(shí)，既要注意剝線的長(zhǎng)短要適中，