數(shù)字時鐘數(shù)字硬件綜合設計-本科論文

PAGE武漢工程大學計算機科學與工程學院綜合設計報告設計名稱：基礎硬件綜合設計設計題目：數(shù)字時鐘學生學號：專業(yè)班級：學生姓名：學生成績：指導教師（職稱）：（講師）完成時間：武漢工程大學計算機科學與工程學院制說明：1、報告中的第一、二、三項由指導教師在綜合設計開始前填寫并發(fā)給每個學生；四、五兩項（中英文摘要）由學生在完成綜合設計后填寫。2、學生成績由指導教師根據(jù)學生的設計情況給出各項分值及總評成績。3、指導教師評語一欄由指導教師就學生在整個綜合設計期間的表現(xiàn)、設計完成情況、報告的質(zhì)量及答辯等方面，給出客觀、全面的評價。4、所有學生必須參加綜合設計的答辯環(huán)節(jié)。凡不參加答辯者，其成績一律按不及格處理。答辯小組成員應由2人及以上教師組成。5、報告正文字數(shù)一般應不少于5000字，也可由指導教師根據(jù)本門綜合設計的情況另行規(guī)定。6、平時表現(xiàn)成績低于6分的學生，其綜合設計成績按不及格處理。7、此表格式為武漢工程大學計算機科學與工程學院提供的基本格式（適用于學院各類綜合設計），各教研室可根據(jù)本門綜合設計的特點及內(nèi)容做適當?shù)恼{(diào)整，并上報學院批準。答辯記錄表學生姓名：學號：班級：答辯地點：J321數(shù)字邏輯實驗室答辯內(nèi)容記錄：答辯成績合計分值各項分值評分標準實際得分合計得分備注2510在規(guī)定時間內(nèi)能就所設計的內(nèi)容進行闡述，言簡意明，重點突出，論點正確，條理清晰。15在規(guī)定時間內(nèi)能準確、完整、流利地回答教師所提出的問題。答辯小組成員（簽字）：年月日成績評定表學生姓名：學號：班級：類別合計分值各項分值評分標準實際得分合計得分備注平時表現(xiàn)1010按時參加綜合設計，無曠課、遲到、早退、違反實驗室紀律等情況。完成情況3020按設計任務書的要求完成了全部任務，能完整演示其設計內(nèi)容，符合要求。10能對其設計內(nèi)容進行詳細、完整的介紹，并能就指導教師提出的問題進行正確的回答。報告質(zhì)量3510報告文字通順，內(nèi)容翔實，論述充分、完整，立論正確，結(jié)構(gòu)嚴謹合理；報告字數(shù)符合相關(guān)要求，工整規(guī)范，整齊劃一。5課題背景介紹清楚，綜述分析充分。5設計方案合理、可行，論證嚴謹，邏輯性強，具有說服力。5符號統(tǒng)一；圖表完備、符合規(guī)范要求。5能對整個設計過程進行全面的總結(jié)，得出有價值的結(jié)論或結(jié)果。5參考文獻數(shù)量在3篇以上，格式符合要求，在正文中正確引用。答辯情況2510在規(guī)定時間內(nèi)能就所設計的內(nèi)容進行闡述，言簡意明，重點突出，論點正確，條理清晰。15在規(guī)定時間內(nèi)能準確、完整、流利地回答教師所提出的問題?？傇u成績指導教師評語指導教師：（簽字）日期：年月日一、綜合設計目的、條件、任務和內(nèi)容要求：1）設計目的數(shù)字鐘是一種用數(shù)字電路技術(shù)實現(xiàn)時、分、秒計時的裝置，與機械式時鐘相比具有更高的準確性和直觀性，且無機械裝置，具有更更長的使用壽命，因此得到了廣泛的使用。通過本次設計，要求同學們掌握數(shù)字鐘的工作原理、設計方法，完成簡單數(shù)字電路的設計；復習鞏固邏輯電路及時序電路相關(guān)原理、應用知識；進一步學習、掌握各種常用芯片的邏輯功能及使用方法；學習計數(shù)器級聯(lián)設計、數(shù)字系統(tǒng)的設計、測試方法。2）條件本次設計在數(shù)字邏輯實驗室進行，為每個小組準備獨立的試驗臺、電源、面包板（可以選用數(shù)字邏輯課程實驗箱）、萬用表、鑷子、剪刀、拔線銓、導線若干；提供設計需要的芯片，包括：晶體震蕩器、分頻器、計數(shù)器、段碼管、段碼管驅(qū)動譯碼芯片及各種門電路芯片、聲光報警芯片及相應的電阻、電容等。教師提供設計思路概要（見附件9_1綜合設計詳細指導說明）3）任務和要求（1）設計指標① 以12/24小時計時制顯示時、分、秒；為了保證計時的穩(wěn)定及準確須由晶體振蕩器提供表針時間基準信號；② 具有校時功能，可以分別對時及分進行單獨校時，使其校正到標準時間；③ 計時過程具有報時功能，當時間到達整點前10秒進行報時（選做）。（2）設計要求① 畫出電路原理圖；② 元器件及參數(shù)選擇；③ 系統(tǒng)設計、調(diào)試與分析。（3）制作要求1-4人為一個小組，設計、裝配系統(tǒng)，完成設計題目，并能發(fā)現(xiàn)問題和解決問題。（4）編寫設計報告依照給定模板完成設計報告，要求體現(xiàn)自己的工作、收獲和思考。二、進度安排：14周周一自由分組、查閱資料，確定初步設計計劃。14周周二~周三學生學習相關(guān)知識，確定設計方案，完成秒計時的顯示。14周周四~周五完成分、時計時顯示。15周周一~周二完成校時、校分電路及鬧鐘電路的設計15周周三~周四系統(tǒng)總體測試、改進。寫報告15周周五答辯三、應收集資料及主要參考文獻：《數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng)》，王永軍、李景華主編，電子工業(yè)出版社《數(shù)字邏輯》，歐陽星明主編，華中科技大學出版社《數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng)》，白中英編著，科學出版社《電子技術(shù)基礎》，康華光編著，華中科技大學出版社《數(shù)字電子技術(shù)基礎》閻石主編，清華大學電子學教研組編四、摘要：電子鐘作為一種定時工具被廣泛的使用在生產(chǎn)生活的各方面。人類最初依靠太陽的角度來進行定時，所以受天氣的影響比較大，為了克服依靠自然現(xiàn)象定時的缺點人們發(fā)明的機器鐘表，電子鐘表一系列的定時工具。而電子鐘表具有價格便宜，質(zhì)量輕，定時誤差小等優(yōu)點，被廣泛的應用在生產(chǎn)，生活的各個方面。由于電子鐘的能提供精確又被廣泛的運用在測量之中。此數(shù)字電子鐘采用74160集成塊作為計時模塊，用7448作為譯碼器，8段數(shù)碼顯示管作為顯示工具。其設計的產(chǎn)品可以廣泛的用于公共場所，匾額裝飾，以及教學等方面。關(guān)鍵字：電子鐘；計時；譯碼器五、Abstract：Electronicclockasaregulartoolsarewidelyusedintheproductionofallaspectsoflife.humaninitiallyonthesunpointforregular,sobyweatherlarger,inordertoovercomerelyonnaturalphenomenaregularshortcomingspeopleinventionmachineclock,electronicwatchaseriesofregulartool.andelectronicclockwithcheap,qualitylight,regularsmall,advantageserror,waswidelyusedinproduction,allaspectsoflife.becauseelectronicclocktoprovideaccurateandwidelyutilizationinthemeasuringamong.thisnumberelectronicclockwith74160chipsetastimemodule,with7448asneeded,8paragraphdigitaldisplaytubeasshowtool.thedesignproductscanextensivememorialforpublicplaces,andteachingdecoration,etc.Keyword:electronicclock;time;decoder武漢工程大學計算機科學與工程學院綜合設計報告-PAGE12-武漢工程大學計算機科學與工程學院綜合設計報告-PAGEII-目錄摘要 IIAbstract II第一章數(shù)字鐘 11.1概念 11.2分類 11.3用途和功能 1第二章設計方案 22.1設計原理 22.2設計目的 22.3設計方案 22.3.1方案 22.3.2設計方案圖 22.4電路設計 3第三章芯片介紹及詳細設計 53.1芯片介紹 53.1.174LS160 53.1.274LS48 63.1.374LS00 73.1.474LS11 73.2總線路圖 8總結(jié) 10致謝 11參考文獻 12摘要電子鐘作為一種定時工具被廣泛的使用在生產(chǎn)生活的各方面。人類最初依靠太陽的角度來進行定時，所以受天氣的影響比較大，為了克服依靠自然現(xiàn)象定時的缺點人們發(fā)明的機器鐘表，電子鐘表一系列的定時工具。而電子鐘表具有價格便宜，質(zhì)量輕，定時誤差小等優(yōu)點，被廣泛的應用在生產(chǎn)，生活的各個方面。由于電子鐘的能提供精確又被廣泛的運用在測量之中。此數(shù)字電子鐘采用74160集成塊作為計時模塊，用7448作為譯碼器，8段數(shù)碼顯示管作為顯示工具。其設計的產(chǎn)品可以廣泛的用于公共場所，匾額裝飾，以及教學等方面。關(guān)鍵字：電子鐘；計時；譯碼器AbstractElectronicclockasaregulartoolsarewidelyusedintheproductionofallaspectsoflife.humaninitiallyonthesunpointforregular,sobyweatherlarger,inordertoovercomerelyonnaturalphenomenaregularshortcomingspeopleinventionmachineclock,electronicwatchaseriesofregulartool.andelectronicclockwithcheap,qualitylight,regularsmall,advantageserror,waswidelyusedinproduction,allaspectsoflife.becauseelectronicclocktoprovideaccurateandwidelyutilizationinthemeasuringamong.thisnumberelectronicclockwith74160chipsetastimemodule,with7448asneeded,8paragraphdigitaldisplaytubeasshowtool.thedesignproductscanextensivememorialforpublicplaces,andteachingdecoration,etc.Keyword:electronicclock;time;decoder-PAGE1-第一章數(shù)字鐘1.1概念數(shù)字鐘是一種用數(shù)字電路技術(shù)實現(xiàn)時、分、秒計時的鐘表。與機械鐘相比具有更高的準確性和直觀性，具有更長的使用壽命，已得到廣泛的使用。數(shù)字鐘的設計方法有許多種，例如可用中小規(guī)模集成電路組成電子鐘，也可以利用專用的電子鐘芯片配以顯示電路及其所需要的外圍電路組成電子鐘，還可以利用單片機來實現(xiàn)電子鐘等等。這些方法都各有其特點，其中利用單片機實現(xiàn)的電子鐘具有編程靈活，以便于功能的擴展。1.2分類（1）單片數(shù)字鐘近年來隨著計算機在社會領(lǐng)域的滲透和大規(guī)模集成電路的發(fā)展，單片機的應用越來越普及了，并且由于它具有功能強，體積小，功耗低，價格便宜，工作可靠，使用方便等特點，使單片機在電子和一些自動化行業(yè)中應用也越來越廣泛了。

數(shù)字鐘的組成模塊主要由一個AT89C51單片機模塊、用于放大信號來驅(qū)動數(shù)碼管顯示的SN74LS244N、用于顯示時間的數(shù)碼管顯示模塊、還有用于復位的按鍵部分，還有電源等部分組成。（2）多功能數(shù)字鐘(一)基本功能：1.計時要12翻1，分，秒60進制。2.準確計時，以數(shù)字形式顯示時分秒的時間。3.校正時間。(二)擴展功能：1.定時控制。2.仿廣播電臺報時功能。3.自動整點報時。4.觸摸整點報時。(三)音樂功能：到點會自動報時，有音樂享受。1.3用途和功能基本用途可用中小規(guī)模集成電路組成電子鐘；也可以利用專用的電子鐘芯片配以顯示電路及其所需要的外圍電路組成電子鐘；還可以利用單片機來實現(xiàn)電子鐘等等。這些方法都各有其特點，其中利用單片機實現(xiàn)的電子鐘具有編程靈活，并便于功能的擴展，很精確。由于電子鐘一直是跳動的，所以最好選擇方形的。增值功能從相應管腳引出接線，加裝機械或電子繼電器，可以精確定時，即有定時功能?？梢杂|動收音機或鬧音喇叭。提供增值功能。第二章設計方案2.1設計原理數(shù)字電子鐘是一個將“

時”，“分”，“秒”顯示于人的視覺器官的計時裝置。它的計時周期為24小時，顯示滿刻度為23時59分59秒，另外應有校時功能和報時等附加功能。因此，一個基本的數(shù)字鐘電路主要由譯碼顯示器、“時”，“分”，“秒”計數(shù)器，校時電路、和振蕩器組成。干電路系統(tǒng)由秒信號發(fā)生器、“時、分、秒”計數(shù)器、譯碼器及顯示器、校時電路組成。秒信號產(chǎn)生器是整個系統(tǒng)的時基信號，它直接決定計時系統(tǒng)的精度，一般用振蕩器加分頻器來實現(xiàn)。將標準秒信號送入“秒計數(shù)器”，“秒計數(shù)器”采用60進制計數(shù)器，每累計60秒發(fā)出一個“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60進制計數(shù)器，每累計60分鐘，發(fā)出一個“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24進制計時器，可實現(xiàn)對一天24小時的累計。譯碼顯示電路將“時”、“分”、“秒”計數(shù)器的輸出狀態(tài)送到七段顯示譯碼器譯碼，通過七位LED七段顯示器顯示出來。2.2設計目的1.顯示時、分、秒。采用24小時制。2.制作、調(diào)試出一個具有直流電源、簡易信號源及用“時”“分”“秒”的數(shù)字鐘系統(tǒng)3.具有校時功能，可以對小時和分單獨校時2.3設計方案2.3.1方案首先構(gòu)成一個CB555定時器產(chǎn)生震蕩周期為一秒的標準秒脈沖，由74LS161采用清零法分別組成六十進制的秒計數(shù)器、六十進制分計數(shù)器、二十四進制時計數(shù)器。使用CB555定時器的輸出作為秒記數(shù)器的CP脈沖，把秒記數(shù)器地進位輸出作為分記數(shù)器地CP脈沖，分記數(shù)器的進位輸出作為時記數(shù)器的CP脈沖。使用74LS48為驅(qū)動器，共陰極數(shù)碼管作為顯示器。2.3.2設計方案圖數(shù)字鐘實際上是一個對標準頻率（1Hz）進行計數(shù)的計數(shù)電路。由于計數(shù)的起始時間不可能與標準時間（如北京時間）一致，故需要在電路上加一個校時電路，同時標準的1Hz時間信號必須做到準確穩(wěn)定。通常使用石英晶體振蕩器電路構(gòu)成數(shù)字鐘。數(shù)字鐘主要由5個部分構(gòu)成：1）晶體震蕩電路加分頻器，產(chǎn)生1Hz的方波信號；2）計數(shù)器級聯(lián)，構(gòu)成12/24、60計數(shù)器；3）顯示電路，主要由LED段碼管和譯碼啟動電路構(gòu)成；4）校時、校分電路，用于設置正確的時間；5）報時電路。圖2—1設計方案2.4電路設計1）60進制秒計數(shù)器

用兩個74160芯片、兩個7448譯碼與數(shù)碼顯示器連接成六十進制的秒計數(shù)器，時鐘源提供秒脈沖，連接圖如下：圖2—2秒電路2）60進制分計數(shù)器

用兩個74160芯片、兩個7448譯碼與數(shù)碼顯示器連接為六十進制的分鐘計數(shù)器，通過[M]開關(guān)進行對分鐘的校對，當在59秒時在來一個秒脈沖分鐘向前進一，秒清零重新計時，如下圖所示。圖2—3分電路3）24進制小時計數(shù)器

用兩個74160芯片、兩個譯碼與數(shù)碼顯示器連接成十二/二十四進制的時計數(shù)器，通過開關(guān)[o]對小時進行校對，開關(guān)[p]是十二進制與二十四進制間的切換，當在59分59秒時再來一個秒脈沖小時向前進一，分鐘和秒同時清零重新計時，在小時進位的同時報時燈亮說明進行了整點報時功能，連接圖如下圖。圖2—4時電路第三章芯片介紹及詳細設計3.1芯片介紹主要涉及芯片為74LS160,74LS48，74LS00以及74LS11等。3.1.174LS16074LS160功能：十進制計數(shù)器160的清除端是異步的。當清除端/MR為低電平時，不管時鐘端CP狀態(tài)如何，即可完成清除功能。160的預置是同步的。當置入控制器/PE為低電平時，在CP上升沿作用下，輸出端Q0－Q3與數(shù)據(jù)輸入端P0－P3一致。對于74160，當CP由低至高跳變或跳變前，如果計數(shù)控制端CEP、CET為高電平，則/PE應避免由低至高電平的跳變，而74LS160無此種限制。160的計數(shù)是同步的，靠CP同時加在四個觸發(fā)器上而實現(xiàn)的。當CEP、CET均為高電平時，在CP上升沿作用下Q0－Q3同時變化，從而消除了異步計數(shù)器中出現(xiàn)的計數(shù)尖峰。對于74160，只有當CP為高電平時，CEP、CET才允許由高至低電平的跳變，而74LS160的CEP、CET跳變與CP無關(guān)。160有超前進位功能。當計數(shù)溢出時，進位輸出端（TC）輸出一個高電平脈沖，其寬度為Q0的高電平部分。在不外加門電路的情況下，可級聯(lián)成N位同步計數(shù)器。對于74LS160，在CP出現(xiàn)前，即使CEP、CET、/MR發(fā)生變化，電路的功能也不受影響。原理說明：本電路是由4個主從觸發(fā)器和用作除2計數(shù)器及計數(shù)周期長度為除5的3位2進制計數(shù)器所用的附加選通所組成。有選通的零復位和置9輸入。特點：用于快速計數(shù)的內(nèi)部超前進位用于n位級聯(lián)的進位輸出同步可編程序有置數(shù)控制線二極管箝位輸入直接清零同步計數(shù)典型參數(shù)：f工作頻率=32MHzPd=93mW圖3—174160邏輯圖圖3—274160結(jié)構(gòu)圖3.1.274LS4874LS48芯片是一種常用的七段數(shù)碼管譯碼器驅(qū)動器，常用在各種數(shù)字電路和單片機系統(tǒng)的顯示系統(tǒng)中，下面我就給大家介紹一下這個元件的一些參數(shù)與應用技術(shù)等資料。如圖3—3，圖3—4，圖3—5.圖3—37448引腳圖