數(shù)字鐘課程設(shè)計(jì)-多功能數(shù)字鐘地設(shè)計(jì)與制作

數(shù)字鐘課程設(shè)計(jì)電子技術(shù)實(shí)踐課程設(shè)計(jì)報(bào)告課設(shè)題目：多功能數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)與制作所屬系部：電子工程系指導(dǎo)老師：作者：XXXXXXXXXXXX專業(yè)：電子信息工程技術(shù)西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院制西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院課程設(shè)計(jì)任務(wù)書題目：多功能數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)與制作任務(wù)與要求：1、準(zhǔn)確計(jì)時(shí)，顯示時(shí)分秒2、小時(shí)24翻1，分秒60進(jìn)13、設(shè)計(jì)可校正時(shí)間的電路時(shí)間：2010年11月29日至 2010年12月10日共2周所屬系部：電子工程系指導(dǎo)單位或教研室：電子信息教研室西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院制摘要設(shè)計(jì)簡述數(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)確性和直觀性，且無機(jī)械裝置，具有更長的使用壽命，因此得到了廣泛的使用數(shù)字電子鐘，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)模集成電路的作用及實(shí)用方法。這份設(shè)計(jì)報(bào)告主要介紹了一種以555多諧振蕩為脈沖信號(hào)，以74LS161為主體，以7段數(shù)碼管為顯示器件的數(shù)字鐘電路的設(shè)計(jì)。數(shù)字鐘用555多諧振蕩為脈沖信號(hào)源，產(chǎn)生頻率為1Hz。其主體分兩個(gè)部分，計(jì)時(shí)電路和校時(shí)電路。計(jì)時(shí)電路以數(shù)字形式顯示時(shí)、分、秒，其中秒和分為60進(jìn)制，時(shí)為24進(jìn)制，校時(shí)電路可對分和時(shí)進(jìn)行校時(shí)。數(shù)碼管選用GY5101NB，也可以用74LS48和共陰數(shù)碼管代替。關(guān)鍵詞：數(shù)字鐘、計(jì)時(shí)、校時(shí)AbstractDesignisbrieflyadigitalclockisakindofdigitalcircuittechnologyimplementation,minutesandsecondstimingdevice,andthemechanicalclockcomparedwithhigheraccuracyandintuitive,andwithoutamechanicaldevice,havingalongerservicelife,soithasbeenwidelyuseddigitalelectricclock,fromprinciplespeakingisakindoftypicaldigitalcircuits,includingtheassemblylogiccircuitandthesequentialcircuits.Thisdesigndigitalelectricclockistounderstandtheprincipleofdigitalelectricclock,thuslearntomakedigitalelectricclock.Andthroughdigitalelectricclockmakefurtherunderstandingofvariousinmakingusedinsmallandmediumscaleintegratedcircuitroleandpracticalmethod.Thisdesignreportsmainlyintroducesan555resonanceswingsforpulsesignalto74LS161asmainbody,sevensectionsdigitaldisplaydeviceofpipefordigitalclockcircuitdesign.Adigitalclockwith555resonanceswingsforimpulsesources,producefrequencyfor1Hz.Itsmainbodyisdividedintotwoparts,timingcircuitsandresetcircuit.Timingcircuitsindigitalformwhendisplaying,minutesandseconds,includingsecondsandintosixtydisables,for24disables,resetcircuitofpointsandinschool.DigitaltubechooseGY5101NB,alsocanuse74LS48andtotalYindigitaltubeinstead.Keywords:Keywords:adigitalclock,time,timing目錄1系統(tǒng)原理框圖 -1-1.1數(shù)字鐘原理框圖 -1-2方案設(shè)計(jì)與論證 -2-2.1時(shí)間脈沖產(chǎn)生電路 -2-2.2時(shí)間計(jì)數(shù)器電路 -2-2.3校時(shí)電路 -3-3單元電路的設(shè)計(jì) -4-3.1時(shí)間脈沖產(chǎn)生電路的設(shè)計(jì) -4-3.260進(jìn)制計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì) -5-3.324進(jìn)制計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì) -6-3.4譯碼及驅(qū)動(dòng)顯示電路 -7-3.5校時(shí)電路的設(shè)計(jì) -7-3.6電路總原理圖設(shè)計(jì) -8-4仿真、組裝、調(diào)試及結(jié)果分析 -9-4.1時(shí)鐘結(jié)果仿真 -9-4.2組裝與調(diào)試 -9-4.3結(jié)果分析 -9-5心得與體會(huì) -10-附錄1原件清單 -11-工作量統(tǒng)計(jì)表 -12-1系統(tǒng)原理框圖1.1數(shù)字鐘原理框圖數(shù)字鐘實(shí)際上是一個(gè)對標(biāo)準(zhǔn)頻率（1HZ）進(jìn)行計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)電路。由于計(jì)數(shù)的起始時(shí)間不可能與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間（如北京時(shí)間）一致，故需要在電路上加一個(gè)校時(shí)電路，同時(shí)標(biāo)準(zhǔn)的1HZ時(shí)間信號(hào)必須做到準(zhǔn)確穩(wěn)定。通常使用555多諧振蕩器電路構(gòu)成數(shù)字鐘，數(shù)字鐘的一般構(gòu)成框圖為圖1-1所示。圖1-1數(shù)字鐘原理框圖(1)555脈沖產(chǎn)生電路：555及RC電路給數(shù)字鐘提供一個(gè)頻率穩(wěn)定準(zhǔn)確的1Ｈz的方波信號(hào)，可保證數(shù)字鐘的走時(shí)準(zhǔn)確及穩(wěn)定。(2)時(shí)間計(jì)數(shù)器電路：時(shí)間計(jì)數(shù)電路由秒個(gè)位和秒十位計(jì)數(shù)器、分個(gè)位和分十位計(jì)數(shù)器及時(shí)個(gè)位和時(shí)十位計(jì)數(shù)器電路構(gòu)成，其中秒個(gè)位和秒十位計(jì)數(shù)器、分個(gè)位和分十位計(jì)數(shù)器為60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，而根據(jù)設(shè)計(jì)要求，時(shí)個(gè)位和時(shí)十位計(jì)數(shù)器為24進(jìn)制計(jì)數(shù)器。(3)譯碼驅(qū)動(dòng)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。2方案設(shè)計(jì)與論證2.1時(shí)間脈沖產(chǎn)生電路由集成電路定時(shí)器555與RC組成的多諧振蕩器作為時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源。用555組成的脈沖產(chǎn)生電路:R1=15*103Ω，R2=68*103Ω，C=10μF

，則555所產(chǎn)生的脈沖的為:f=1.43/[(R1+2*R2)*103*10*106=0.947Hz,而設(shè)計(jì)要求為1Hz,因此其誤差為5.3%,在精度要求不是很高的時(shí)候可以使用。2.2時(shí)間計(jì)數(shù)器電路74LS161集成芯片為集成4位二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器，具有異步置0、同步并行置數(shù)、計(jì)數(shù)及保持功能。它有同步置數(shù)控制端LD，異步清零控制端CR，工作模式控制端CTT、CTP，時(shí)鐘輸入端CP，進(jìn)位輸出端CO，并行數(shù)據(jù)輸入端D0～D3，計(jì)數(shù)輸出端QO～Q3。各控制端控制權(quán)的優(yōu)先級是CR最高，LD其次，最低CTT、CTP。74LS161的管腳圖如圖2-1所示。圖2-174LS161管腳圖74LS161的功能：(1)計(jì)數(shù)功能：當(dāng)CR／=LD／=CTP=CTT=1，CP=CP↑時(shí)，實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)功能。(2)同步并行置數(shù)功能：當(dāng)CR／=1時(shí)，預(yù)置控制端LD／=0，并且CP=CP↑時(shí)，Q3Q2Q1Q0=D3D2D1D0，實(shí)現(xiàn)同步預(yù)置數(shù)功能。(3)保持功能：當(dāng)CR／=LD／=1且CTP·CTT=0時(shí)，輸出Q3Q2Q1Q0保持不變(4)異步清零功能：當(dāng)復(fù)位端CR／=0時(shí)，輸出Q3Q2Q1Q0全為零，實(shí)現(xiàn)異步清零功能（又稱復(fù)位功能）。其中：CP為時(shí)鐘脈沖輸入端，D0、D1、D2、D3為預(yù)置數(shù)輸入端，為置數(shù)控制端，為異步復(fù)位端，二者均為低電平有效，Q0、Q1、Q2、Q3為計(jì)數(shù)器的輸出端。2.3校時(shí)電路通常，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。根據(jù)要求，數(shù)字鐘應(yīng)具有分校正和時(shí)校正功能，因此，應(yīng)截?cái)喾謧€(gè)位和時(shí)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。3單元電路的設(shè)計(jì)3.1時(shí)間脈沖產(chǎn)生電路的設(shè)計(jì)555集成定時(shí)器是模擬功能和數(shù)字邏輯功能相結(jié)合的一種雙極型中規(guī)模集成器件。外加電阻、電容可以組成性能穩(wěn)定而精確的多諧振蕩器、單穩(wěn)電路、施密特觸發(fā)器等，應(yīng)用十分廣泛。它是由上、下兩個(gè)電壓比較器、三個(gè)5kΩ電阻、一個(gè)RS觸發(fā)器、一個(gè)放電三極管T以及功率輸出級組成。比較器C1的反相輸入端5接到由三個(gè)5kΩ電阻組成的分壓網(wǎng)絡(luò)的2/3Vcc處（5也稱控制電壓端），同相輸入端6為閥值電壓輸入端。比較器C2的同相輸入端接到分壓電阻網(wǎng)絡(luò)的1/3Vcc處，反相輸入端2為觸發(fā)電壓輸入端，用來啟動(dòng)電路。兩個(gè)比較器的輸出端控制RS觸發(fā)器。RS觸發(fā)器設(shè)置有復(fù)位端4，當(dāng)復(fù)位端處干低電平時(shí)，輸出3為低電平。控制電壓端5是比較器C1的基準(zhǔn)電壓端，通過外接元件或電壓源可改變控制端的電壓值，即可改變比較器C1、C2的參考電壓。不用時(shí)可將它與地之間接一個(gè)O．01μF的電容，以防止干擾電壓引入。555的電源電壓范圍是+4.5～+18V，輸出電流可達(dá)100～200mA，能直接驅(qū)動(dòng)小型電機(jī)、繼電器和低阻抗揚(yáng)聲器。由仿真結(jié)果我們知道：電路的振蕩周期T、占空系數(shù)D，僅與外接元件R1、R2和C有關(guān)，不受電源電壓變化的影響；改變R1、R2，即可改變占空系數(shù)，其值可在較大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)；改變C的值，可單獨(dú)改變周期,產(chǎn)生1HZ時(shí)間脈沖的電路圖3-1如下所示：圖3-1產(chǎn)生1Hz時(shí)間脈沖的電路圖3.260進(jìn)制計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)本電路由兩個(gè)可預(yù)置數(shù)、可保持同步的四位二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器74LS161、兩個(gè)譯碼集成電路74LS247、兩個(gè)LED數(shù)碼管及一些門電路組成。60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，每累計(jì)60分鐘，發(fā)出一個(gè)時(shí)脈沖信號(hào)，該信號(hào)將被送到時(shí)計(jì)數(shù)器。74LS161構(gòu)成秒、分的六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，它的個(gè)位是十進(jìn)制，十位是六進(jìn)制。多功能數(shù)字種設(shè)計(jì)所需計(jì)數(shù)器是六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，其中必須用兩個(gè)74LS161集成塊來實(shí)現(xiàn)，要求個(gè)位是十進(jìn)制，狀態(tài)變化在0000～1001間循環(huán)，十位是六進(jìn)制，狀態(tài)變化在0000～0101間循環(huán)。在電路用中兩個(gè)74LS161組成一個(gè)六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，來顯示0~59秒，其中一個(gè)接成十進(jìn)制計(jì)數(shù)器用來顯示秒個(gè)位，另一個(gè)接成六進(jìn)制計(jì)數(shù)器用來顯示秒十位。秒時(shí)鐘信號(hào)輸入秒十位的脈沖輸入端，計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)到10時(shí)向秒個(gè)位計(jì)數(shù)器送清零信號(hào)使其清零，同時(shí)向秒十位計(jì)數(shù)器的脈沖輸入端送進(jìn)位脈沖，當(dāng)計(jì)到第60秒時(shí)兩個(gè)計(jì)數(shù)同時(shí)清零使其重新開始計(jì)數(shù)并向分計(jì)數(shù)器的脈沖輸入端送入脈沖。因?yàn)橛?jì)數(shù)器輸出的為四位二進(jìn)制數(shù)，須通過譯碼器變成十進(jìn)制數(shù)，然后通過LED管分別顯示秒十位、秒個(gè)位。同樣原理也可接成分計(jì)數(shù)器，分計(jì)數(shù)器計(jì)六十秒后向時(shí)計(jì)數(shù)器送進(jìn)位脈沖，60進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路圖為下圖3-2所示。圖3-260進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路圖3.324進(jìn)制計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)74LS161構(gòu)成二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器。當(dāng)它的十位夠一個(gè)脈沖的時(shí)候就向星期進(jìn)一位，當(dāng)個(gè)位滿四個(gè)脈沖的時(shí)候就構(gòu)成反饋電路。二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器，也是用兩個(gè)74LS161集成塊來實(shí)現(xiàn)的，要求個(gè)位是十進(jìn)制，狀態(tài)變化在0000～1001間循環(huán)，十位是二進(jìn)制，狀態(tài)變化在0000～0010間循環(huán)，顯示為0~23時(shí)。本電路與分、秒計(jì)數(shù)器電路有相似的地方，用兩個(gè)74LS161組成一個(gè)二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器，顯示0~23時(shí)。由分計(jì)數(shù)器送來的進(jìn)位脈沖送入時(shí)個(gè)位計(jì)數(shù)器，計(jì)10小時(shí)清零并向時(shí)十位計(jì)數(shù)器送進(jìn)位脈沖，當(dāng)十位輸出為二，個(gè)位輸出為四時(shí)將整個(gè)電路清零。本電路也可理解為用兩個(gè)74LS161組成一個(gè)一百進(jìn)制計(jì)數(shù)器顯示0~99，當(dāng)計(jì)數(shù)到24是將整個(gè)電路清零。本電路與分、秒計(jì)數(shù)器一樣都需要用譯碼電路和LED數(shù)碼管進(jìn)行譯碼和顯示，24進(jìn)制電路原理如下圖3-3所示。圖3-324進(jìn)制計(jì)數(shù)器圖3.4譯碼及驅(qū)動(dòng)顯示電路譯碼電路的功能是將“秒”、“分”、“時(shí)”計(jì)數(shù)器的輸出代碼進(jìn)行翻譯，變成相應(yīng)的數(shù)字。本次設(shè)計(jì)使用GY5101NB數(shù)碼管，由于GY5101NB是共陽的，以采用74LS247芯片來驅(qū)動(dòng)。74LS48芯片可以直接對8421BCD碼進(jìn)行譯碼，顯示電路如下圖3-4所示。圖3-4譯碼及驅(qū)動(dòng)顯示電路3.5校時(shí)電路的設(shè)計(jì)數(shù)字種啟動(dòng)后,每當(dāng)數(shù)字鐘顯示與實(shí)際時(shí)間不符進(jìn),需要根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間進(jìn)行校時(shí)。?！懊搿睍r(shí)，采用等待校時(shí)。校“分”、“時(shí)”的原理比較簡單，采用加速校時(shí)。對校時(shí)電路的要求是：（1）在小時(shí)校正時(shí)不影響分和秒的正常計(jì)數(shù)。(2）在分校正時(shí)不影響秒和小時(shí)的正常計(jì)數(shù)。如圖3-5所示，當(dāng)開關(guān)打向上時(shí)，因?yàn)樾Ｕ盘?hào)和0相與的輸出為0，而開關(guān)的另一端接高電平，正常輸入信號(hào)可以順利通過與或門，故校時(shí)電路處于正常計(jì)時(shí)狀態(tài)；當(dāng)開關(guān)打向下時(shí)，情況正好與上述相反，這時(shí)校時(shí)電路處于校時(shí)狀態(tài)，進(jìn)位脈沖被屏蔽，進(jìn)位信號(hào)始終為0，按一下按鈕開關(guān)既有一個(gè)高電平輸入，此時(shí)進(jìn)位信號(hào)變?yōu)?，0變1，由一上升脈沖，分（時(shí)）個(gè)位可進(jìn)一位，由此來實(shí)現(xiàn)校時(shí)，與非門可選74LS00，校時(shí)電路如圖3-5所示。圖3-5校時(shí)電路3.6電路總原理圖設(shè)計(jì)圖3-6電路總圖如下所示圖3-6電路總圖4仿真、組裝、調(diào)試及結(jié)果分析4.1時(shí)鐘結(jié)果仿真時(shí)鐘結(jié)果仿真圖如下圖4-1所示圖4-1時(shí)鐘結(jié)果仿真圖4.2組裝與調(diào)試由于電路比較復(fù)雜，一步接成幾乎不可能，所以采用分步接線(1)連接555及RC電路。按圖連接號(hào)電路后發(fā)現(xiàn)不能的到1Hz時(shí)鐘脈沖，經(jīng)反復(fù)調(diào)試后發(fā)現(xiàn)時(shí)芯片管腳圖弄錯(cuò)了，改正后得到時(shí)鐘1Hz脈沖。(2)連接秒電路。在連的過程中發(fā)現(xiàn)所買的數(shù)碼管不是共陰的，調(diào)換數(shù)碼管后，還是不能正常計(jì)數(shù)，有時(shí)不加脈沖數(shù)碼管也會(huì)計(jì)數(shù)，進(jìn)反復(fù)調(diào)試接線后正常。(3)連接分電路。由于分電路與秒電路基本相同，所以沒有遇到太大問題就把分電路連接起來了。(4)連接時(shí)電路。由于此時(shí)電路板上線較多，連線出現(xiàn)很大問題，原來正常的秒分電路在時(shí)電路連接起來后也不正常了，經(jīng)反復(fù)調(diào)試后才正常。(5)連接校時(shí)電路。連接校時(shí)電路很長時(shí)間沒有成功，最后直接采用給脈沖信號(hào)來實(shí)現(xiàn)校時(shí)。4.3結(jié)果分析經(jīng)測試之后，電路可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字鐘的基本功能，比如計(jì)數(shù)，同時(shí)多功能模塊校時(shí)功能和報(bào)時(shí)功能都可以使用，基于仿真結(jié)果可以認(rèn)定，此次多功能數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)是成功的。5心得與體會(huì)我們學(xué)習(xí)了數(shù)字電子電路和模擬電子電路，對電子技術(shù)有了一些初步了解，但那都是一些理論的東西。通過這次數(shù)字電子鐘的課程設(shè)計(jì)，我們才把學(xué)到的東西與實(shí)踐相結(jié)合。從中對我們學(xué)的知識(shí)有了更進(jìn)一步的理解。

在此次的數(shù)字鐘設(shè)計(jì)過程中，鍛煉了自己獨(dú)立思考問題的能力和通過查看相關(guān)資料來解決問題的習(xí)慣。雖然這只是一次簡單的課程設(shè)計(jì)，但通過這次課程設(shè)計(jì)我們了解了課程設(shè)計(jì)的一般步驟，和設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題。設(shè)計(jì)本身并不是有很重要的意義，而在于我們對待問題時(shí)的態(tài)度和處理事情的能力得到提高。在這次設(shè)計(jì)過程中，我也對word、PPT等軟件有了更進(jìn)一步的了解，這使我在以后的工作中更加得心應(yīng)手。附錄1原件清單器件型號(hào)用途介紹數(shù)量74LS247譯碼器6GY5101NB數(shù)碼顯示器674ls161多功能的計(jì)數(shù)器674LS002輸入與非門374LS083輸入與門1555多諧振蕩器1Resister100歐姆電阻6Resister3.3K歐姆電阻2Resister10K歐姆電阻1Resister68K歐姆電阻11030.01uF電容110610uF電容1Button按鈕開關(guān)4工作量統(tǒng)計(jì)表姓名工作量統(tǒng)計(jì)表任波電路整合，軟件調(diào)試、元器件選擇、電路修正、實(shí)驗(yàn)報(bào)告設(shè)計(jì)。電路板焊接、電路整體框架設(shè)計(jì)。嚴(yán)少寧部分電路設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告設(shè)計(jì)、電路板焊接、元器件選擇，電路板排線、硬件調(diào)試與檢測。賀彤電路時(shí)間控制器設(shè)計(jì)、電路數(shù)碼管部分設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告設(shè)計(jì)、軟件調(diào)試。電路板焊接。李艷茹數(shù)碼管計(jì)數(shù)顯示部分設(shè)計(jì)、硬件調(diào)試設(shè)計(jì)、電路板焊接、元器件選擇。葉倩軟件調(diào)試、元器件設(shè)計(jì)、元器件選擇、電路板焊接、電路檢測，部分電路設(shè)計(jì)。參考文獻(xiàn)1.李景宏，馬學(xué)文.電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教程.沈陽：東北大學(xué)出版社.2002.王永軍，李景華編著.數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng).北京：電子工業(yè)出版社，20023.高吉祥，易凡編著.電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì).北京：電子工業(yè)出版社，20024.陳大欽編著.電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn).北京：高等教育出版社，20005.李晶皎，李景宏，曹陽編著.邏輯與數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì).北京：清華大學(xué)出版社，2009所提問題及回答葉倩：如何將74LS161轉(zhuǎn)化為24進(jìn)制？答：用兩個(gè)74LS161集成塊來實(shí)現(xiàn)的，