基于MUSTISM仿真的數(shù)字電子時鐘課程設(shè)計報告

1、數(shù)字電路課程設(shè)計課題：數(shù)字電子鐘學(xué) 院 機械工程學(xué)院 班 級 機電0912 成 績 指導(dǎo)老師 目 錄引言（3）一. 設(shè)計意義和要求（4） 1.1設(shè)計意義（4） 1.2設(shè)計目的（4） 1.3設(shè)計要求（4）二. 方案設(shè)計（5） 2.1設(shè)計思路（5） 2.2 方案設(shè)計 （5）三. 單元電路設(shè)計（8） 3.1 555多諧振蕩器（8） 3.2 秒脈沖發(fā)生電路（9） 3.3 秒和分計時電路 （9） 3.4 小時計時電路（11） 3.5顯示電路（12） 3.6校時電路（13） 3.7整點報時電路 （14）四 調(diào)試與檢測（15）五總結(jié)與體會（16六參考文獻(xiàn)（17）七. 附錄（17）引言所謂數(shù)字鐘，是指利用電子

2、電路構(gòu)成的計時器。相對機械鐘而言，數(shù)字鐘能實現(xiàn)準(zhǔn)確計時，并顯示時，分，秒，而且可以方便，準(zhǔn)確的對時間進(jìn)行調(diào)節(jié)。在此基礎(chǔ)上，還可以實現(xiàn)整點報時的功能。因此，數(shù)字鐘的應(yīng)用十分廣泛。我們要通過這次的課程設(shè)計掌握數(shù)字鐘的原理，學(xué)會設(shè)計簡單的數(shù)字時鐘。設(shè)計過程采用系統(tǒng)設(shè)計的方法，先分析任務(wù)，得到系統(tǒng)和要求，然后進(jìn)行總體設(shè)計，劃分子系統(tǒng)，然后進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計，確定各個功能子系統(tǒng)中的部電路，最后按照原理圖構(gòu)成實物，進(jìn)行調(diào)試和改進(jìn)。一 設(shè)計意義與要求 1.1設(shè)計意義 (1). 了解數(shù)字鐘的原理和功能 (2)學(xué)會使用555定時器構(gòu)成脈沖發(fā)生器 (3)了解和掌握計數(shù)器，譯碼器和顯示器的工作原理和使用方法 (4). 進(jìn)

3、一步學(xué)習(xí)與掌握各種組合邏輯電路與時序電路的原理與使用方法，學(xué)會利用數(shù)字電路實現(xiàn)數(shù)字鐘的功能1.2設(shè)計目的 (1). 使學(xué)生進(jìn)一步掌握數(shù)字電子技術(shù)的理論知識，培養(yǎng)學(xué)生工程設(shè)計能力和綜合 分析問題、解決問題的能力； (2). 使學(xué)生基本掌握常用電子電路的一般設(shè)計方法，提高電子電路的設(shè)計和實驗?zāi)芰Γ?(3). 熟悉并學(xué)會選用電子元器件，為以后從事生產(chǎn)和科研工作打下一定的基礎(chǔ)。1.3設(shè)計要求(1). 設(shè)計一個準(zhǔn)確計時，以數(shù)字顯示時，分，秒并能校正的時鐘。(2). 小時的計時要求為“12翻1”，分和秒要求為60進(jìn)制進(jìn)位。(3). 擴展功能：具有整點報時功能。 (4).定時控制。(5). 仿廣播電臺報整點

4、時數(shù)。(6）.觸摸整點報時。二、方案設(shè)計2.1 設(shè)計思路利用555定時器構(gòu)成多諧振蕩器，調(diào)整其電阻和電容大小，使其輸出信號頻率為1kHz，通過三個74LS90分頻即構(gòu)成了秒脈沖發(fā)生器產(chǎn)生1HZ的脈沖。用74LS92和74LS90級聯(lián)構(gòu)成60進(jìn)制計數(shù)器，用來計“秒”，其CP輸入為秒脈沖；另有74LS92和74LS90級聯(lián)構(gòu)成60進(jìn)制計數(shù)器，用來計“分”，其CP輸入為“秒”變?yōu)?時產(chǎn)生的一個下降沿信號；另外用74LS191和74LS74來計“時”，即當(dāng)數(shù)字時鐘運行到12時59分59 秒時，秒的個位計數(shù)器再輸入一個秒脈沖時，數(shù)字時鐘自動顯示為01時00分00秒。它們的輸出用六片譯碼顯示的數(shù)碼管顯示。

5、對“時”，“分”的調(diào)節(jié)采用將原來使他們計時加“1” 的信號切換為可控脈沖信號的方法。報時電路由555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器，三極管和蜂鳴器組成，這樣蜂鳴器輸出的音頻信號有高低變化。報時電路的驅(qū)動信號要在報時時間段使振蕩器工作。2.2 方案設(shè)計根據(jù)數(shù)字鐘的設(shè)計思路，可以將它分為六個單元電路：振蕩器，分頻器，校時電路，計數(shù)器，譯碼器和顯示器六部分組成。擴展電路有四部分：定時控制，仿電臺報時，整點報時，觸摸整點報時。它們之間的連接關(guān)系見原理方框圖，如圖5.5.1所示：譯碼器譯碼器譯碼器時計數(shù)器分計數(shù)器秒計數(shù)器校時電路振蕩器分頻器系統(tǒng)方框 圖1 由原理方框圖可以看出，在整個數(shù)字鐘電路中，計時電路是主體

6、。它不僅是顯示電路的基礎(chǔ)，還要與分頻器，校時電路，譯碼電路配合來實現(xiàn)相應(yīng)的功能。而數(shù)字鐘的準(zhǔn)確性則依賴于由多諧振蕩器構(gòu)成的秒脈沖源的準(zhǔn)確性，在連接實物時要將其輸出信號的頻率控制為1KHz。由設(shè)計思路和原理方框圖得圖 圖2. 數(shù)字時鐘整體圖三、單元電路設(shè)計3.1 555多諧振蕩電路如圖3，由555定時器和外接元件R1、R2、C構(gòu)成多諧振蕩器，腳2與腳6直接相連。電路沒有穩(wěn)態(tài)，僅存在兩個暫穩(wěn)態(tài)，電路亦不需要外接觸發(fā)信號，利用電源通過R1、R2向C充電，以與C通過R2向放電端Dc放電，使電路產(chǎn)生振蕩。電容C在2/3Vcc和1/3Vcc之間充電和放電，從而在輸出端得到一系列的矩形波。555構(gòu)成的多諧振

7、蕩電路適當(dāng)調(diào)節(jié)滑動變阻器的阻值，可求得輸出信號的T約為1mS，則輸出信號頻率約為1KHz。3.2 秒脈沖發(fā)生器由以上多諧振蕩器輸出的1ms脈沖通過三個74LS90進(jìn)行十進(jìn)制分頻經(jīng)第一片分頻后為500HZ，經(jīng)第二片分頻后為10HZ,經(jīng)第三片分頻后為1HZ,即可得到1秒脈沖，如圖4所示。 圖4. 1秒脈沖發(fā)生器3.3 秒和分計時電路由一片74LS90D和74LS92D構(gòu)成。74LS90為個位，74LS92為十位。將74LS90的輸出與7段數(shù)碼管相應(yīng)的管腳連接起來，將R01，R02，R91，R92接地,IXA接脈沖,IXB接QA。這樣數(shù)顯管就能正常顯示十進(jìn)制計數(shù)。90向92的進(jìn)位可以將90的QD接到

8、92的IXB。而后，將92的IXA接到VCC(5V),R01，R02接地。并將92的QB,QC,QD分別于數(shù)顯管的A,B,C相連，數(shù)顯管的D端接地。在用一個74LS00將92的QD引出到清零端實現(xiàn)六進(jìn)制。如此，就實現(xiàn)了00-01-02-58-59-00的轉(zhuǎn)化。電路如圖5所示圖5 秒和分計時電路3.4 小時計時電路小時計數(shù)器是一個“12”翻“01”的特殊進(jìn)制計數(shù)器。當(dāng)數(shù)字時鐘運行到12時59分59秒時，秒的個位再輸入一個脈沖時數(shù)字時鐘應(yīng)該顯示為01時00分00秒。其電路連接方式如圖6所示圖6 小時計時電路3.5 譯碼和顯示電路我所采用的譯碼和顯示器件為DCD_HEX。此器件為譯碼和顯示一體器件。

9、此處只需按照相應(yīng)的引腳連接即可。只要將以上所做好的秒和分的計時電路，以與小時的計時電路，再加上數(shù)碼管的連接電路，所有的串接起來就構(gòu)成了譯碼的顯示電路。如圖7所示圖7.顯示電路圖3.6校時電路 對校時電路的要，在小時校正時，不影響分和秒的正常計數(shù)；在分校正時，不影響秒和小時的正常計數(shù)。校時方式有“快校時”和“慢校時”兩種?？煨r是通過開關(guān)控制，使計數(shù)器對1HZ的校時脈沖計數(shù)；慢校時是通過手動產(chǎn)生單脈沖作為校時脈沖。圖8為校時，校分電路，其中S1為校分用的控制開關(guān)，S2為校時用的控制開關(guān)。他們的控制功能如表5.1.1所示。校對脈沖采用1HZ脈沖，當(dāng)S1或S2分別為“0”時，可以進(jìn)行“快校時”。 圖

10、8. 校時電路 調(diào)時調(diào)分的原理是將“時”“分”計時電路原來所接的進(jìn)位信號切換為單脈沖，各通過一個單刀雙擲開關(guān)實現(xiàn)信號切換。單脈沖由一個帶彈簧的開關(guān)模擬，把它接在與電源相連的線路中，當(dāng)開關(guān)按下去時線路連通為高電平，彈起時線路斷開為低電平，開關(guān)一次按下和彈起就是一個下降沿脈沖，可以使計時器計數(shù)加1，這樣可以通過這個開關(guān)調(diào)時和調(diào)分。電路圖如圖9 所示 ： 圖9. 校時校分電路3.7 整點報時電路整點報時電路如圖10所示。它由一個多諧振蕩器，一個NPN型三極管和一個揚聲器組成，當(dāng)振蕩器工作時，三極管驅(qū)動揚聲器發(fā)出震蕩音頻。但是這個振蕩器的4腳和VCC之間接了一個上拉電阻，那么4腳處就不一定是高電平，當(dāng)

11、它為低電平時振蕩器不工作，只有當(dāng)它為高電平時振蕩器才工作，那么只要找到合適的信號接到4腳，當(dāng)需要報時此信號為高電平，其他時間為低電平，就可以實現(xiàn)報時功能。我想把報時功能設(shè)置成整點前十秒蜂鳴器開始鳴叫，十秒后停止鳴叫即為整點。注意到某點59分50秒后的十秒鐘，“5”“9”“5”對應(yīng)的8421BCD碼為0101 1001 0101，將3塊芯片上對應(yīng)的輸出為“1”的輸出端相與輸出為高電平，把它接到振蕩器4腳上，在整點前十秒蜂鳴器會報時。在其它時間這六個輸出端不可能同時為“1”，即他們相與的輸出為低電平，振蕩器不會工作，不會報時。如此可以實現(xiàn)整點報時功能。圖 10.報時電路圖四、 調(diào)試與檢測調(diào)試過程中

12、遇到的問題主要是開關(guān)校時問題。當(dāng)把“時”，“分”原來所接的進(jìn)位信號切換為按鍵脈沖時，本想是作為一個控制開關(guān)來實現(xiàn)主這樣的功能，但是實際上在切換開關(guān)的過程中也會使時鐘進(jìn)位。這是因為在扳動開關(guān)的過程中產(chǎn)生了信號的高低電平轉(zhuǎn)換，進(jìn)而形成了進(jìn)位信號，導(dǎo)致當(dāng)調(diào)整好電路后扳回開關(guān)時繼續(xù)進(jìn)一。因此我對調(diào)時電路作了改進(jìn)，改為調(diào)節(jié)“時”，“分”時，將它們原來所接的進(jìn)位信號切換為秒脈沖信號，這個信號是比較穩(wěn)定的，避免了機械開關(guān)的抖動問題。當(dāng)時間調(diào)好時，只要將CP信號切換回原來的進(jìn)位信號即可恢復(fù)正常計時。五、體會和總結(jié)課程設(shè)計是我們運用所學(xué)知識，動手實踐的一個很好的機會。它既可以幫助我們加深對所學(xué)知識的理解，又能提

13、高我們運用知識，聯(lián)系實際，動手實踐的能力。而且在設(shè)計過程中可能用到我們沒學(xué)過的知識，需要我們?nèi)ゲ殚嗁Y料獲取相關(guān)信息，這又提高了我們查找信息和學(xué)習(xí)新知識的能力。在實物的調(diào)試與檢測過程中，又會遇到許多意想不到的問題，需要我們?nèi)シ治鲈蚝徒鉀Q問題。有些現(xiàn)象能夠證明我們所學(xué)知識的正確性，有些現(xiàn)象有說明理論和現(xiàn)實是有差異的。在整個課程設(shè)計完后，總的感覺是：有收獲。以前上課都是上一些最基本的東西，而現(xiàn)在卻可以將以前學(xué)的東西作出有實際價值的東西。在這個過程中，我的確學(xué)得到很多在書本上學(xué)不到的東西，如：如何利用現(xiàn)有的元件組裝得到設(shè)計要求，如何找到錯誤的原因，如何利用Multisim仿真軟件來仿真電路圖等等。但

14、也遇到了不少的挫折，有時遇到了一個錯誤怎么找也找不到原因所在，找了老半天結(jié)果卻是芯片的管腳接錯了，有時更是忘接電源了。在學(xué)習(xí)中的小問題在課堂上不可能犯，在動手的過程中卻很有可能犯。特別是在接電路時，一不小心就會犯錯，而且很不容易檢查出來。但現(xiàn)在回過頭來看，還是挺有成就感的。六參考文獻(xiàn)：1.景宏，馬學(xué)文.電子技術(shù)實驗教程.：東北大學(xué).20022.王永軍，景華編著.數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng).：電子工業(yè)，20023.高吉祥，易凡編著.電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗與課程設(shè)計.：電子工業(yè)，20024.大欽編著. 電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗. ：高等教育，20005.晶皎，景宏，陽編著. 邏輯與數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計.：清華大學(xué)，20096.志忠編著.數(shù)字電子技術(shù)M .：高等教育、2003、12七附錄 部分芯片功能參數(shù)表555555定時器（又稱時基電路）是一個模擬與數(shù)字混合型的集成電路。555定時器是一種應(yīng)用極為廣泛的中規(guī)模集成電路。該電路使用靈活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以構(gòu)成單穩(wěn)、多諧和施密特觸發(fā)器。因而廣泛用于信號的產(chǎn)生、變換、控制與檢測。目前生產(chǎn)的定時器有雙極型和CMOS兩種類型，其型號分別有NE55