多功能數(shù)字鐘課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、石家莊經(jīng)濟(jì)學(xué)院信息工程學(xué)院電子信息工程與通信工程專業(yè)電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告題目： 多功能數(shù)字鐘 姓 名 趙競(jìng)競(jìng) 學(xué) 號(hào) 408109060119 班 級(jí) 4081090601 指導(dǎo)教師 王清 2010年 6 月 30 日要求：1指導(dǎo)教師按照課程設(shè)計(jì)大綱要求完成學(xué)生課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)工作。2課程設(shè)計(jì)任務(wù)書由指導(dǎo)教師照大綱要求填寫，內(nèi)容要全面。3課程設(shè)計(jì)報(bào)告由參加本學(xué)生填寫。課程設(shè)計(jì)結(jié)束時(shí)交指導(dǎo)教師。(打印稿一份，電子稿一份)4指導(dǎo)教師要根據(jù)每一位學(xué)生課程設(shè)計(jì)任務(wù)完成情況，認(rèn)真審核設(shè)計(jì)報(bào)告，并在課程設(shè)計(jì)結(jié)束時(shí)，給出客觀、準(zhǔn)確的評(píng)語和成績(jī)。5課程設(shè)計(jì)任務(wù)書和報(bào)告要語言流暢，圖表正確規(guī)范。6本表要用鋼筆、圓柱

2、筆填寫或打印，字跡工整。（請(qǐng)把此頁打印在封面的背面，打印時(shí)請(qǐng)刪除此句話）課程設(shè)計(jì)任務(wù)書班級(jí) 4081090601 姓名 趙競(jìng)競(jìng) 學(xué)號(hào)408109060119 課程設(shè)計(jì)題目 多功能數(shù)字鐘 課程設(shè)計(jì)起止日期 至 實(shí)習(xí)地點(diǎn) 教學(xué)實(shí)驗(yàn)樓5105 課程設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求一、設(shè)計(jì)內(nèi)容本項(xiàng)目利用中小規(guī)模集成芯片設(shè)計(jì)并制作多功能數(shù)字鐘。以同步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器為核心，結(jié)合多諧振蕩器、譯碼器、門電路及數(shù)碼管共同組成可以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確計(jì)時(shí)、校時(shí)、報(bào)時(shí)和鬧時(shí)的多功能數(shù)字鐘。二、多功能數(shù)字鐘設(shè)計(jì)要求1、準(zhǔn)確計(jì)時(shí)，以數(shù)字形式顯示時(shí)(0023)、分(0059)、秒(0059)的時(shí)間。2、具有校時(shí)功能。3、仿電臺(tái)整點(diǎn)報(bào)時(shí)。4、時(shí)控制，在2

3、4h內(nèi)以5min為單位，根據(jù)需要在若干個(gè)預(yù)定時(shí)刻(可按照作息時(shí)間表安排)發(fā)出信號(hào)并驅(qū)動(dòng)音響電路進(jìn)行“鬧時(shí)”。本方案預(yù)定8點(diǎn)鬧時(shí)，每五分鐘一次，每次一分鐘。三、課程設(shè)計(jì)的總體要求1設(shè)計(jì)電路實(shí)現(xiàn)題目要求；2電路在功能相當(dāng)?shù)那闆r下設(shè)計(jì)越簡(jiǎn)單越好；3. 注意布線，要直角連接，選最短路徑；4. 注意用電安全，所加電壓不能太高，以免燒壞芯片。 指導(dǎo)教師 王清 年 月 日一、設(shè)計(jì)原理與技術(shù)方法：包括：電路工作原理分析與原理圖、元器件選擇與參數(shù)計(jì)算、電路調(diào)試方法與結(jié)果說明；軟件設(shè)計(jì)說明書與流程圖、軟件源程序代碼、軟件調(diào)試方法與運(yùn)行結(jié)果說明。1、總體設(shè)計(jì)方案 整體電路可以分為脈沖發(fā)生電路、分頻電路、計(jì)時(shí)電路、譯

4、碼器驅(qū)動(dòng)電路、數(shù)碼管顯示電路、校時(shí)電路、報(bào)時(shí)電路及鬧時(shí)電路。整體方案原理框圖如下： 圖 1-1整體原理框圖2、脈沖發(fā)生電路 本方案中脈沖發(fā)生電路采用由555定時(shí)器外接電阻電容構(gòu)成的多諧振蕩器來產(chǎn)生脈沖波。由此脈沖波充當(dāng)時(shí)鐘信號(hào)，信號(hào)周期的計(jì)算公式為T=(R1+2*R2)*C*LN2,所以產(chǎn)生秒脈沖的振蕩電路的外接電阻電容參數(shù)可設(shè)為R1=R2=48K，C1=0.01uf，C=10uf。振蕩電路圖如下：數(shù)碼管數(shù)碼管數(shù)碼管數(shù)碼管數(shù)碼管數(shù)碼管譯碼器譯碼器譯碼器譯碼器譯碼器譯碼器時(shí)十位計(jì)數(shù)時(shí)個(gè)位計(jì)數(shù)分個(gè)位計(jì)數(shù)分十位計(jì)數(shù)秒十位計(jì)數(shù)秒個(gè)位計(jì)數(shù)校時(shí)控制電路校分控制電路校秒控制電路2HZ多諧振蕩電路1HZ多諧振

5、蕩電路報(bào)時(shí)電路鬧時(shí)電路擴(kuò)展部分課程設(shè)計(jì)報(bào)告注：此表可加附頁555 圖 2-1 秒脈沖發(fā)生電路3、分頻電路 本方案中的分頻電路用于將1KHZ的脈沖信號(hào)分頻為500HZ的脈沖信號(hào)，然后用在整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路中，達(dá)到仿電臺(tái)報(bào)時(shí)的效果。分頻電路采用74LS74雙D觸發(fā)器中的其中一個(gè)觸發(fā)器，將置位輸入端和復(fù)位輸入端 接高，將數(shù)據(jù)輸出的反相端接數(shù)據(jù)輸入端D，則在時(shí)鐘信號(hào)的上升沿到達(dá)時(shí)，數(shù)據(jù)輸出端Q將翻轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)1/2分頻，輸出脈沖信號(hào)的頻率為時(shí)鐘信號(hào)頻率的一半。1KHZ的脈沖信號(hào)同樣由555定時(shí)器外接電阻電容接成多諧振蕩器來產(chǎn)生。參數(shù)設(shè)定為R1=R2=4.8K，C1=0.01uf,C=0.1uf,此時(shí)T=0.

6、001S電路圖如下：500HZ 圖3-1 分頻電路4、計(jì)時(shí)電路 計(jì)時(shí)電路分為六十進(jìn)制的計(jì)數(shù)電路和二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)電路，分秒計(jì)時(shí)電路均為六十進(jìn)制計(jì)數(shù)電路，時(shí)計(jì)時(shí)電路為二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)電路。分秒計(jì)時(shí)電路均由兩片74ls160芯片接成六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器構(gòu)成。 (1)分秒計(jì)時(shí)電路 分秒計(jì)時(shí)電路由兩片同步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器構(gòu)成，秒個(gè)位、分個(gè)位直接利用十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，不做改變，但是預(yù)置數(shù)端LD，異步置零復(fù)位端RD，工作狀態(tài)控制端EP、ET均接高電平，即始終處于計(jì)數(shù)狀態(tài)。兩片計(jì)數(shù)器的數(shù)據(jù)輸入端D0D3均接低電平。秒十位、分十位由十進(jìn)制計(jì)數(shù)器接成六進(jìn)制計(jì)數(shù)器得到，用置數(shù)法得到六進(jìn)制計(jì)數(shù)器，將74ls160的輸出端Q0、Q2接

7、二輸入與非門，與非門輸出端接預(yù)置數(shù)端LD，則當(dāng)輸出數(shù)據(jù)為0101時(shí)，預(yù)置數(shù)端為低，即當(dāng)下一個(gè)時(shí)鐘脈沖上升沿到達(dá)時(shí)，芯片開始置數(shù)，此時(shí)，由于置數(shù)端均為零，則數(shù)據(jù)輸出端均變?yōu)榱?，即得?5六進(jìn)制計(jì)數(shù)器，為了將兩片計(jì)數(shù)器接成六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，我們采用串行進(jìn)位方式，將低位計(jì)數(shù)器的進(jìn)位輸出端CO接非門，再接高位計(jì)數(shù)器時(shí)鐘信號(hào)輸入端CLK，從而構(gòu)成六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。電路圖如下：時(shí)鐘信號(hào) 圖4-1-1 六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器 (2)時(shí)計(jì)時(shí)電路 時(shí)計(jì)時(shí)電路為二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器，同樣用同步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器來接。這里，我們采用整體置數(shù)法將百進(jìn)制計(jì)數(shù)器接成24進(jìn)制計(jì)數(shù)器。高位片與低位片之間采用并行進(jìn)位輸入的方式來接成百進(jìn)制計(jì)數(shù)器，即

8、將低位片的進(jìn)位輸出端CO接高位片的狀態(tài)控制端EP、ET.數(shù)據(jù)輸入端同樣全接低，復(fù)位端接高，低位片的狀態(tài)控制端都接高。為了實(shí)現(xiàn)0023的計(jì)數(shù)功能，則將時(shí)個(gè)位的輸出端Q0、Q1和時(shí)十位的輸出端Q1接三輸入與非門（74ls10），與非門的輸出端接兩片計(jì)數(shù)器的預(yù)置數(shù)端LD，從而實(shí)現(xiàn)整體指數(shù)的功能，當(dāng)計(jì)數(shù)器從00計(jì)數(shù)到23時(shí)，計(jì)數(shù)器均工作在預(yù)置數(shù)狀態(tài)，當(dāng)下一個(gè)時(shí)鐘脈沖的上升沿到達(dá)時(shí)，兩片計(jì)數(shù)器均被置零，從而實(shí)現(xiàn)小時(shí)的24進(jìn)制計(jì)數(shù)功能。電路圖如下：時(shí)鐘信號(hào) 圖4-2-1 二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器（3）時(shí)、分、秒計(jì)時(shí)功能的實(shí)現(xiàn) 為了實(shí)現(xiàn)時(shí)、分、秒的準(zhǔn)確計(jì)時(shí)，則可將秒六十進(jìn)制計(jì)時(shí)電路、分六十進(jìn)制計(jì)時(shí)電路和時(shí)二十四進(jìn)制

9、計(jì)時(shí)電路進(jìn)行級(jí)聯(lián)。同串行進(jìn)位方式相同，將秒十位的進(jìn)位輸出接非門，再接分個(gè)位的時(shí)鐘輸入端clk，分十位的進(jìn)位輸出接非門，再接小時(shí)的時(shí)鐘輸入端CLK。由于分十位和秒十位都為六進(jìn)制計(jì)數(shù)器，則進(jìn)位輸出端可等同于計(jì)數(shù)器輸出端Q2，當(dāng)計(jì)數(shù)器由0101變?yōu)?000時(shí)可以得到進(jìn)位脈沖。整體計(jì)時(shí)電路如下：1HZ秒脈沖秒計(jì)時(shí)器時(shí)計(jì)時(shí)器分計(jì)時(shí)器 圖4-3-1 時(shí)鐘時(shí)分秒計(jì)時(shí)電路5、譯碼器驅(qū)動(dòng)電路及數(shù)碼管顯示電路 譯碼驅(qū)動(dòng)電路將計(jì)數(shù)器輸出的8421BCD碼轉(zhuǎn)換為數(shù)碼管需要的邏輯狀態(tài)，并且為保證數(shù)碼管正常工作提供足夠的工作電流。這里，我們用74ls48七段顯示譯碼器來驅(qū)動(dòng)七段陰極數(shù)碼管。用74ls48驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管時(shí)需保證

10、其脈沖消隱輸出端RBO，脈沖消隱輸入端RBI及燈測(cè)試輸入端LT均接高電平。而七段陰極數(shù)碼管的7、6、4、2、1、9、10管腳分別對(duì)應(yīng)數(shù)碼管的ag段，即接譯碼器的13、12、11、10、15、14管腳。譯碼器的數(shù)據(jù)輸入端D0D3分別對(duì)應(yīng)計(jì)數(shù)器的數(shù)據(jù)輸出端Q0Q3。電路圖如下： 圖5-1譯碼器驅(qū)動(dòng)電路及數(shù)碼管顯示電路6、校時(shí)電路 當(dāng)重新接通電源或走時(shí)出現(xiàn)誤差時(shí)都需要對(duì)時(shí)間進(jìn)行校正。通常，校正時(shí)間的方法是：首先截?cái)嗾５挠?jì)數(shù)通路，然后再進(jìn)行人工出觸發(fā)計(jì)數(shù)或?qū)㈩l率較高的方波信號(hào)加到需要校正的計(jì)數(shù)單元的輸入端，校正好后，再轉(zhuǎn)入正常計(jì)時(shí)狀態(tài)即可。本方案中采用快校的方法，即通過校時(shí)控制電路將2HZ的校時(shí)脈沖

11、加到計(jì)數(shù)單元的輸入端，因此，應(yīng)截?cái)喾謧€(gè)位、時(shí)個(gè)位和秒個(gè)位的直接計(jì)數(shù)通路，并采用正常計(jì)時(shí)信號(hào)與校正信號(hào)可以隨時(shí)切換的電路接入其中。2HZ的校時(shí)脈沖同樣由555定時(shí)器接適當(dāng)?shù)耐饨与娮桦娙莸玫?。由脈沖周期的計(jì)算公式可知參數(shù)設(shè)定為R1=R2=24K，C=10uf，C1=0.01uf。接法同1中的秒脈沖振蕩電路接法。當(dāng)開關(guān)閉合時(shí)，計(jì)時(shí)單元接入校時(shí)脈沖，當(dāng)開關(guān)斷開時(shí)，計(jì)時(shí)電路正常計(jì)時(shí)。為了防止開關(guān)斷開閉合時(shí)發(fā)生抖動(dòng)，可在開關(guān)兩側(cè)并接一小電容，10nf電容即可。其中電路中接入電容可以防抖動(dòng)。校時(shí)電路圖如下：至秒個(gè)位計(jì)數(shù)器至分各位計(jì)數(shù)器至十個(gè)位計(jì)數(shù)器秒十位進(jìn)位信號(hào)分十位進(jìn)位信號(hào)秒脈沖 圖6-1校時(shí)控制電路 7

12、、仿電臺(tái)整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路 一般時(shí)鐘都應(yīng)具備整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路功能，即在時(shí)間出現(xiàn)整點(diǎn)前數(shù)秒內(nèi)，數(shù)字鐘會(huì)自動(dòng)報(bào)時(shí)，以示提醒。其作用方式是發(fā)出連續(xù)的或有節(jié)奏的音頻聲波，一般為4低音1高音發(fā)出間斷聲響。根據(jù)要求，電路應(yīng)在整點(diǎn)前10秒鐘內(nèi)開始整點(diǎn)報(bào)時(shí)，即當(dāng)時(shí)間在59分50秒到59分59秒期間時(shí)，報(bào)時(shí)電路控制報(bào)時(shí)信號(hào)。設(shè)4低音（約500hz）分別發(fā)生在59分51秒，59分53秒，59分55秒，59分57秒，最后一聲高音發(fā)生在59分59秒，約1KHZ。由表可知只有當(dāng)分十位為0101，分個(gè)位為1001，秒十位為0101，秒個(gè)位Q0=1時(shí)報(bào)時(shí)電路才能正常工作。秒個(gè)位Q3=0時(shí)低音，Q3=1時(shí)為高音。表1 整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路功能

13、表CP(秒)Q3Q2Q1Q0功能500000510001鳴低音520010停530011鳴低音540100停550101鳴低音560110停570111鳴低音581000停591001鳴高音000000停報(bào)時(shí)控制電路如下：音響電路500HZ1KHZ分十位Q2分十位Q0分個(gè)位Q3分個(gè)位Q0秒十位Q2秒十位Q0秒個(gè)位Q0 秒個(gè)位Q3 圖 7-1 仿電臺(tái)整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路（其中，500hz脈沖可由分頻電路得到，詳見2）8、鬧時(shí)電路 時(shí)鐘在指定的時(shí)刻驅(qū)動(dòng)音響電路鬧時(shí)，本方案設(shè)定鬧時(shí)時(shí)間為8時(shí)00分，持續(xù)時(shí)間為一分鐘，若不斷開鬧時(shí)開關(guān)，則五分鐘后繼續(xù)鬧時(shí)，同樣持續(xù)一分鐘。所以可采用與非門、或非門、非門等門電路

14、組成鬧時(shí)控制電路，由計(jì)數(shù)單元的數(shù)據(jù)輸出端的高低電平控制鬧時(shí)與否，然后再接音響電路，從而實(shí)現(xiàn)鬧時(shí)功能。具體方案為：當(dāng)時(shí)分位=0000，時(shí)個(gè)位=0001，分個(gè)位=0000或者0101時(shí)可驅(qū)動(dòng)音響電路進(jìn)行鬧時(shí)。這里我們用到74ls10（三輸入與非門）、74ls00（與非門）、74ls04（非門）、74ls02（或非門）。具體電路圖如下： 時(shí)十位Q0時(shí)十位Q1時(shí)個(gè)位Q3時(shí)個(gè)位Q0分個(gè)位Q0分個(gè)位Q1分個(gè)位Q2分個(gè)位Q3分個(gè)位Q0分個(gè)位Q2分個(gè)位Q1分個(gè)位Q3 圖 8-1 鬧時(shí)電路9、整體電路圖 圖 9-1 設(shè)計(jì)方案整體電路10、使用元件 （1）設(shè)計(jì)所需元件： 555定時(shí)器-3個(gè) 74ls160（同步十

15、進(jìn)制計(jì)數(shù)器）-6個(gè) 74ls48（BCD七段顯示譯碼器）-6個(gè) 74ls74（雙D觸發(fā)器）-1個(gè) 74ls10（三輸入與非門）-1個(gè) 74ls30（八輸入與非門）-1個(gè) 74ls00（二輸入與非門）-8個(gè) 74ls04（非門）-1個(gè) 74ls02（二輸入或非門）-2個(gè) 七段陰極數(shù)碼管-6個(gè) 電阻1K-5個(gè) 3K-3個(gè) 20-1個(gè) 47K-2個(gè) 20K-2個(gè) 4.7K-2個(gè) 100-2個(gè) 200-4個(gè) 電容0.01uf-6個(gè) 0.1uf-1個(gè) 10uf-2個(gè) 蜂鳴器-1個(gè) 萬用表一個(gè) 電路板2塊 導(dǎo)線若干 焊錫若干（2）工具 鑷子、鉗子、電烙鐵各一個(gè)。 (3）各芯片管腳圖及功能表 1、555定時(shí)

16、器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖（a）所示。它由分壓器、兩個(gè)電壓比較器、基本RS觸發(fā)器、晶體管及緩沖器組成。 1腳是接地端GND，2腳是低電平觸發(fā)端，3腳是輸出端OUT,四腳是復(fù)位端FT，5腳是電壓控制端，6腳是高電平觸發(fā)端，7腳是放電端，8腳是電源端VCC。 555定時(shí)器功能見表1，其中4腳為復(fù)位端，當(dāng)RD為低電平時(shí)，不管其他輸入端的狀態(tài)如何，輸出UO為低電平。只有當(dāng)RD接高電平時(shí)，輸出的狀態(tài)將由2腳低電平觸發(fā)端和6腳高電平觸發(fā)端電壓的大小來決定，因此，在正常工作時(shí)，應(yīng)將4腳接高電平。 當(dāng)ui1<(2/3)VCC,ui2<(1/3)VCC時(shí)，放電晶體管VT截止，輸出端仍為高電平。 當(dāng)ui1>

17、;(2/3)VCC,ui2>(1/3)VCC時(shí)，放電晶體管VT導(dǎo)通，輸出端UO為低電平。 當(dāng)ui1<(2/3)VCC,ui2>(1/3)VCC時(shí)，電路亦保持原來狀態(tài)不變。如果在電壓控制端施加一個(gè)外加電壓，比較器的參考電壓將發(fā)生變化，電路相應(yīng)的閾值、觸發(fā)電平也將隨之變化，進(jìn)而影響電路的工作狀態(tài)。 圖10-3-1（b）邏輯符號(hào)圖10-3-1（a） 555定時(shí)器內(nèi)部結(jié)構(gòu) 表2 555定時(shí)器功能表輸入輸出高電平觸發(fā)端Ui1低電平觸發(fā)端Ui2復(fù)位端RD輸出Uo晶體管VT的狀態(tài)XX00導(dǎo)通< (2/3) VCC< (1/3) VCC11截止>(2/3)VCC>(1

18、/3)VCC10導(dǎo)通<(2/3)VCC>(1/3)VCC1不變不變2、同步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74ls160功能表及引腳圖。74ls160 圖10-3-2 74ls160引腳圖 表3 74LS160功能表輸    入輸    出CPEPETQ××0××全“L”01××預(yù)置數(shù)據(jù)1111計(jì)數(shù)×110×保持×11×0保持 3、BCD七段顯示譯碼器74ls48功能表及管腳圖。 圖10-3-3 74ls48管腳圖表4 74ls48功能表 11

19、、電路調(diào)試方法及結(jié)果說明 整體電路分為計(jì)時(shí)模塊，脈沖發(fā)生模塊，校時(shí)模塊，報(bào)時(shí)及音響模塊，鬧時(shí)模塊。調(diào)試時(shí)分模塊在數(shù)字電路試驗(yàn)箱上進(jìn)行調(diào)試，逐個(gè)檢查各模塊的功能及解決出現(xiàn)的問題。 計(jì)時(shí)模塊調(diào)試時(shí)，為秒個(gè)位計(jì)時(shí)單元加秒脈沖，觀察計(jì)數(shù)器是否按要求工作。 脈沖發(fā)生模塊調(diào)試時(shí)將脈沖輸出端接示波器，觀察波形周期是否為所需周期。 校時(shí)電路調(diào)試時(shí)，須將校時(shí)控制部分與計(jì)時(shí)單元放在一起調(diào)試，加上2HZ校時(shí)脈沖，觀察各校時(shí)開關(guān)閉合時(shí)，時(shí)鐘是否正確校時(shí)。 報(bào)時(shí)及音響電路的調(diào)試也與計(jì)時(shí)部分和校時(shí)部分一起調(diào)試，利用校時(shí)電路將計(jì)時(shí)器的輸出設(shè)定為接近整點(diǎn)的時(shí)間，然后觀察整點(diǎn)時(shí)，報(bào)時(shí)電路是否正常工作。 鬧時(shí)電路的調(diào)試方法同校時(shí)電路。二、課程設(shè)計(jì)工作記錄：(1)設(shè)計(jì)步驟與時(shí)間安排2010年6月12日到2010年6月18日開始設(shè)計(jì)電路，先是在圖書館、網(wǎng)上查找各種資料為設(shè)計(jì)電路做準(zhǔn)備，接著設(shè)計(jì)電路并用仿真軟件對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行可行性驗(yàn)證。2010年6月21日開始學(xué)習(xí)焊接知識(shí)，練習(xí)一些簡(jiǎn)單的電路，從而掌握這門技術(shù)。2010年6月22日到2010年6月25日開始焊接電路,按電路原理圖分級(jí)安裝連接；并且在每焊接一部時(shí)進(jìn)行檢驗(yàn)是否虛焊漏焊。(2)調(diào)試步驟與時(shí)間安排2010年6月26日到2010年6月27日進(jìn)行調(diào)試1