多功能數(shù)字時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)與制作

1、多功能數(shù)字時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)與制作課程設(shè)計(jì)報(bào)告班 級(jí)： 電子信息科學(xué)與技術(shù)2班 學(xué) 號(hào)： 20135012 姓 名： 劉 洪 巖 指導(dǎo)教師： 楊 磊 2014 年 11月 5日目 錄一、內(nèi)容摘要- 3 -二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 3 -三、設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求- 3 -1、基本功能- 3 -2、擴(kuò)展功能- 3 -四、總設(shè)計(jì)原理- 4 -1、數(shù)字電子時(shí)鐘組成原理- 4 -2、主要電路設(shè)計(jì)- 5 -1）、振蕩電路- 5 -2）、時(shí)間計(jì)數(shù)器電路- 5 -A、秒鐘、分鐘計(jì)數(shù)器- 5 -B、小時(shí)計(jì)數(shù)器- 5 -3）、校時(shí)系統(tǒng)- 6 -A、秒鐘清零- 6 -B、分鐘、小時(shí)校時(shí)- 7 -4）、整點(diǎn)報(bào)時(shí)系統(tǒng)- 7 -5）、星期系統(tǒng)

2、- 7 -6）、鬧鐘系統(tǒng)- 8 -7）、LED燈系統(tǒng)- 8 -五、總電路設(shè)計(jì)圖- 9 -六、仿真軟件- 9 -七、心得體會(huì)- 10 -八、附錄- 10 -1、所用芯片- 10 -2、參考文獻(xiàn)- 11 -多功能數(shù)字鐘的電路設(shè)計(jì)與制作一、內(nèi)容摘要數(shù)字鐘是一種用數(shù)字電路技術(shù)實(shí)現(xiàn)時(shí)、分、秒計(jì)時(shí)的裝置，與機(jī)械式時(shí)鐘相比具有更高的準(zhǔn)確性與直觀性，且無(wú)機(jī)械裝置具有更高的使用壽命，因此得到了更廣泛的使用。數(shù)字時(shí)鐘從原理上講是一種典型的數(shù)字電路，其中包括了組合邏輯電路和時(shí)序電路。此次設(shè)計(jì)數(shù)字電子鐘是為了了解數(shù)字電子鐘的原理，從而學(xué)會(huì)制作數(shù)字電子鐘。而且通過(guò)數(shù)字電子鐘的制作進(jìn)一步的了解各種在制作中用到的中小規(guī)模集

3、成電路的作用及實(shí)用方法。且由于數(shù)字電子鐘電路包括組合邏輯電路和時(shí)序電路。，通過(guò)它可以進(jìn)一步學(xué)習(xí)與掌握各種組合邏輯電路與時(shí)序電路的原理與使用方法。數(shù)字電子鐘有下幾部分組成：石英晶體振蕩器、分頻器、秒脈沖發(fā)生器、校正電路、60進(jìn)制的秒、分計(jì)時(shí)器和24進(jìn)制計(jì)時(shí)器計(jì)數(shù)器以及秒、分、時(shí)的譯碼顯示部分等。它可以實(shí)現(xiàn)普通時(shí)鐘計(jì)時(shí)功能、校時(shí)功能、整點(diǎn)報(bào)時(shí)功能、顯示星期功能及鬧鐘功能五項(xiàng)基本功能。二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 掌握組合邏輯電路、時(shí)序邏輯電路及數(shù)字邏輯電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、測(cè)試方法；2. 進(jìn)一步鞏固所學(xué)的理論知識(shí)，提高運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力；3. 提高電路布局布線及檢查和排除故障的能力；4. 培

4、養(yǎng)書(shū)寫(xiě)綜合實(shí)驗(yàn)報(bào)告的能力。三、 設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求1、基本功能：以數(shù)字形式顯示時(shí)、分、秒，小時(shí)計(jì)數(shù)器的計(jì)時(shí)要求為“24翻1”，分鐘及秒鐘都為60進(jìn)制；能手動(dòng)校時(shí)與校分，秒計(jì)數(shù)器能夠手動(dòng)歸零。2、擴(kuò)展功能：整點(diǎn)報(bào)時(shí)10秒鐘；顯示星期，要求從一到七；能夠定時(shí)和控制鬧鐘開(kāi)關(guān)；設(shè)置LED燈，每秒閃一次。四、總設(shè)計(jì)原理1、數(shù)字電子時(shí)鐘組成原理一個(gè)簡(jiǎn)單的電子鐘由振蕩器、分頻器、計(jì)秒電路、計(jì)分電路、計(jì)時(shí)電路、譯碼顯示電路等組成。本次設(shè)計(jì)直接采用脈沖發(fā)生器產(chǎn)生脈沖。首先，由時(shí)鐘脈沖發(fā)生器產(chǎn)生秒脈沖連接到時(shí)鐘輸入端。數(shù)字鐘的分、秒計(jì)數(shù)部分均為六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器（顯示0059），采用兩片74LS160來(lái)實(shí)現(xiàn)。個(gè)位為十進(jìn)制

5、，十位為六進(jìn)制，當(dāng)個(gè)位計(jì)數(shù)到9時(shí)，再來(lái)一個(gè)脈沖變成0，同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)進(jìn)位信號(hào)，給十位提供一個(gè)脈沖，使十位計(jì)數(shù)加1。而數(shù)字鐘的時(shí)計(jì)數(shù)部分為二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器（顯示0023），也是采用兩片74LS160實(shí)現(xiàn)。當(dāng)開(kāi)始計(jì)數(shù)時(shí)，個(gè)位按十進(jìn)制計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)到23時(shí)，這時(shí)再來(lái)一個(gè)脈沖，回到“零”。數(shù)字鐘的校時(shí)部分主要是通過(guò)開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)需要進(jìn)行校正時(shí)，將開(kāi)關(guān)按下即可。 當(dāng)計(jì)數(shù)器在每次計(jì)到整點(diǎn)時(shí)，進(jìn)位信號(hào)控制BUZZER完成整點(diǎn)報(bào)時(shí)。每次時(shí)計(jì)數(shù)部分由23變?yōu)?0時(shí)復(fù)位信號(hào)控制星期的CLK實(shí)現(xiàn)星期的變化。利用Multism軟件對(duì)整個(gè)電路進(jìn)行仿真檢驗(yàn)功能?，F(xiàn)給出整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖：時(shí)顯示器 分顯示器 秒顯示器時(shí)譯碼器 分譯碼

6、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)電路主體部分 振蕩器 分頻器 整點(diǎn)報(bào)時(shí) 星期 鬧鐘 LED燈擴(kuò)展部分 圖1、數(shù)字時(shí)鐘的結(jié)構(gòu)框圖 2、主要電路設(shè)計(jì)1）、振蕩電路可以直接用Multisim中的時(shí)鐘脈沖發(fā)生器產(chǎn)生。2）、時(shí)間計(jì)數(shù)器電路時(shí)間計(jì)數(shù)器電路由時(shí)、分、秒計(jì)數(shù)器構(gòu)成，它們均產(chǎn)生兩位BCD碼。A、秒鐘、分鐘計(jì)數(shù)器秒、分計(jì)數(shù)器為60進(jìn)制，分別采用兩個(gè)74LS160實(shí)現(xiàn)。秒、分計(jì)數(shù)器內(nèi)部及秒、分計(jì)數(shù)器之間均采用異步進(jìn)位方式。進(jìn)位輸出，接下個(gè)芯片的CLK圖2、異步復(fù)位實(shí)現(xiàn)60進(jìn)制B、小時(shí)計(jì)數(shù)器 小時(shí)計(jì)數(shù)器采用24小時(shí)制，小時(shí)計(jì)數(shù)器為模24計(jì)數(shù)，采用兩個(gè)74LS160實(shí)現(xiàn)，內(nèi)部及分鐘向小時(shí)進(jìn)

7、位均采用異步式，同時(shí)采用整體置零法實(shí)現(xiàn)置零。圖3、整體置零法實(shí)現(xiàn)24進(jìn)制3）、校時(shí)系統(tǒng)秒位不進(jìn)行校時(shí)，只需通過(guò)按鍵控制其清零。分鐘、小時(shí)校時(shí)，在低位進(jìn)位的基礎(chǔ)上，用開(kāi)關(guān)控制，強(qiáng)制產(chǎn)生一次脈沖。A、秒鐘清零圖4、秒鐘清零B、分鐘、小時(shí)校時(shí)接秒鐘進(jìn)位端圖5、分鐘校時(shí)4）、整點(diǎn)報(bào)時(shí)系統(tǒng)整點(diǎn)報(bào)時(shí)為在59分50秒時(shí)開(kāi)始報(bào)時(shí)，一共報(bào)時(shí)10秒鐘，到整點(diǎn)時(shí)停止報(bào)時(shí)。分鐘十位 分鐘個(gè)位 秒鐘十位圖6、整點(diǎn)報(bào)時(shí)接線圖5）、星期系統(tǒng)星期是一個(gè)74LS160接成的七進(jìn)制，從1開(kāi)始，到7結(jié)束。接小時(shí)的進(jìn)位端圖7、星期接線圖6）、鬧鐘系統(tǒng)鬧鐘需要4片74LS85比較器來(lái)實(shí)現(xiàn)。A接計(jì)數(shù)器的輸出端，B接一個(gè)開(kāi)關(guān)為人為輸入端，

8、作為對(duì)比對(duì)象，輸出端OAEQB接一個(gè)蜂鳴器，在輸出端與蜂鳴器之間加一個(gè)開(kāi)關(guān)，用于控制鬧鐘的開(kāi)關(guān)。圖8、鬧鐘設(shè)計(jì)圖7）、LED燈系統(tǒng)LED燈主要用74LS138譯碼器兩片，構(gòu)成4-16譯碼器，以及一個(gè)十輸入的LED燈一個(gè)，使小燈每秒鐘亮一個(gè)，一共十個(gè)小燈，每十秒鐘輪回一次。秒鐘個(gè)位圖9、LED燈接線圖五、總電路設(shè)計(jì)圖圖10、總電路設(shè)計(jì)圖六、仿真軟件本實(shí)驗(yàn)運(yùn)用Multisim軟件進(jìn)行仿真。對(duì)電路總體進(jìn)行仿真時(shí)，發(fā)現(xiàn)仿真過(guò)程中秒的跳轉(zhuǎn)要很長(zhǎng)時(shí)間，跟實(shí)際中1s的差距很大，但是秒計(jì)數(shù)脈沖是由1HZ的函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生的，后來(lái)了解到這是由于multisim中仿真步進(jìn)時(shí)間設(shè)置的關(guān)系，仿真時(shí)間與實(shí)際時(shí)間并不是同步

9、的，這并不會(huì)影響到實(shí)物的計(jì)數(shù)時(shí)間，也就是說(shuō)，實(shí)物中秒的跳轉(zhuǎn)仍是1s鐘。七、心得體會(huì)通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我對(duì)數(shù)電這門(mén)課更加熟悉，本來(lái)就很喜歡數(shù)電這門(mén)課，現(xiàn)在能夠?qū)W以致用，我很高興，特別是對(duì)Multisim的使用，讓我對(duì)電子更加感興趣。在此次的數(shù)字鐘設(shè)計(jì)過(guò)程中，更進(jìn)一步地熟悉了芯片的結(jié)構(gòu)及掌握了各芯片的工作原理和其集體的使用方法。將已學(xué)的比較零散的數(shù)字電路知識(shí)有機(jī)的、系統(tǒng)的聯(lián)系起來(lái)，培養(yǎng)綜合分析、設(shè)計(jì)綜合分析、實(shí)際電路的能力。在連接六進(jìn)制，十進(jìn)制，六十進(jìn)制的進(jìn)位及二十四進(jìn)制的接法中，要求熟悉邏輯電路及其芯片各引腳的功能，那么在電路出錯(cuò)時(shí)便能找出錯(cuò)誤所在并及時(shí)糾正了。在摸索該如何設(shè)計(jì)程序使之實(shí)現(xiàn)所需要功能的過(guò)程中，培養(yǎng)了我的設(shè)計(jì)思維，使我們?cè)谶壿嬰娐返姆治龊驮O(shè)計(jì)上有了很大的進(jìn)步，加深了我們隊(duì)計(jì)數(shù)器的認(rèn)識(shí)，進(jìn)一步增加了對(duì)一些常見(jiàn)器件的了解，我們還深刻認(rèn)識(shí)到數(shù)字電路這門(mén)課程對(duì)科學(xué)發(fā)展的重要性。同時(shí)，查閱參考書(shū)的獨(dú)立思考能力及培養(yǎng)非常重要。八、附錄1、所用芯片序號(hào)芯片編號(hào)數(shù)目1計(jì)數(shù)器74LS16072二輸入與非門(mén)74LS0033三輸入與非門(mén)74LS1214四輸入與門(mén)74LS2115八輸入與非門(mén)74LS3016比較器74LS8547LED數(shù)碼管 118譯碼器74LS13829直方數(shù)碼管110蜂鳴器