數(shù)電課程設計--多功能數(shù)字鐘

1、<p>　　課 程 設 計</p><p>　　課程名稱 數(shù)字電子技術 </p><p>　　課題名稱 多功能數(shù)字鐘 </p><p>　　專 業(yè) </p><p>　　班 級

2、 </p><p>　　學 號 </p><p>　　姓 名 </p><p>　　指導教師 </p><p><b>　　年 月 日</b><

3、/p><p>　　課 程 設 計 任 務 書</p><p>　　課程名稱 數(shù)字電子技術 </p><p>　　題 目 多功能數(shù)字鐘 </p><p>　　專業(yè)班級 </p><p>　　學生姓名 </p><p

4、>　　指導老師 </p><p>　　審 批 </p><p>　　任務書下達日期 年 月 日</p><p>　　設 計 完成日期 年 月 日</p><p><b>　　目錄</b></p><p>

5、;　　設計總體思路、基本原理··························7</p><p>　　二、設計框圖···&#

6、183;····································

7、·······8</p><p>　　三、單元電路設計························&#

8、183;················9</p><p>　　1、分秒計數(shù)器電路··············

9、83;···················9</p><p>　　2、24小時計數(shù)器電路···········&#

10、183;··················10</p><p>　　3、整點報時電路············

11、83;························11</p><p>　　4、校時電路設計······

12、3;······························13</p><p>　　5、秒脈沖產生器·

13、;····································13&

14、lt;/p><p>　　四、EWB軟件和重要芯片的介紹·························15</p><p>　　五、仿真結果&#

15、183;····································

16、·········17</p><p>　　六、電路的安裝與調試······················

17、;·············21</p><p>　　七、總結與體會··················&

18、#183;························23</p><p>　　八、附錄·······

19、····································

20、3;·······25</p><p>　　九、參考文獻························&

21、#183;·····················25</p><p>　　十、整機原理圖·········

22、83;·································26</p><p

23、>　　十一、評分表··································

24、3;············27</p><p>　　多功能數(shù)字鐘課程設計</p><p>　　一、設計總體思路和基本原理</p><p>　　數(shù)字電子鐘是一種用數(shù)字顯示秒、分、時、日的計時裝置，與傳統(tǒng)的機械鐘相比，它具有走時準確，顯示直觀、無機械

25、傳動裝置、具有更長的使用壽命，等優(yōu)點，因而得到了廣泛的應用、小到人們日常生活中的電子手表，大到車站、碼頭、機場等公共場所的大型數(shù)顯電子鐘。數(shù)字電子鐘由以下幾部分組成：秒脈沖發(fā)生器；校時電路；六十進制秒、分計數(shù)器，二十四進制（或十二進制）計時計數(shù)器；秒、分、時的譯碼顯示部分。</p><p>　　從課程設計要求來看，數(shù)字鐘主要分為數(shù)碼顯示器、60進制和24進制計數(shù)器、頻率振蕩器、校時電路和整點報時電路這幾個部分。數(shù)

26、字鐘要完成顯示需要6個數(shù)碼管，八段的數(shù)碼管需要譯碼器才能顯示，然后要實現(xiàn)時、分、秒的計時需要60進制計數(shù)器和24進制計數(shù)器，在仿真軟件中發(fā)生信號可以用函數(shù)發(fā)生器仿真，頻率可以隨意調整。頻率振蕩器可以由晶體振蕩器分頻來提供，也可以由555定時來產生脈沖并分頻為1HZ。方案可以采用74LS160同步十進制加法計數(shù)器或采用74LS161十六進制計數(shù)器或74LS192十進制異步清零計數(shù)器，也可進行組合來組成10進制和6進制的計數(shù)器。而小時的24

27、進制也可以采用上述方案。由于我對74LS160的功能比較熟悉，故我分別用六塊74LS160芯片來實現(xiàn)，兩個60進制和一個24進制的秒、分、時計數(shù)。</p><p><b>　　設計框圖</b></p><p><b>　　圖2.1</b></p><p>　　（1）振蕩器電路：一般說來，振蕩器的頻率越高，計時精度越高。本設

28、計中采用由集成定時器555與RC組成的多諧振蕩器，經過調整輸出1000Hz脈沖。 </p><p>　?。?）時間計數(shù)器電路：時間計數(shù)電路由秒個位和秒十位計數(shù)器、分個位和分十位計數(shù)器及時個位和時十位計數(shù)器電路構成，其中秒個位和秒十位計數(shù)器、分個位和分十位計數(shù)器為60進制計數(shù)器，時個位和時十位計數(shù)器為24進制計數(shù)器。</p><p>　?。?）譯碼顯示電路：譯碼顯示電路將計數(shù)器輸出的8421

29、BCD碼轉換為數(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，我們采用自帶譯碼功能的數(shù)碼管。</p><p>　?。?）整點報時電路：一般時鐘都應具備整點報時電路功能,即在時間出現(xiàn)整點前數(shù)秒內,數(shù)字鐘會自動報時。其作用方式是在整點前的十秒內，出現(xiàn)奇數(shù)秒時報時燈發(fā)光，從而實現(xiàn)在最后十秒內閃爍五次，以示提醒。</p><p>　　（5）校時電路：由于數(shù)字鐘的初始時間不一定是標

30、準時間，而且在數(shù)字鐘的運行過程中可能出現(xiàn)誤差，所以需要校時電路來對“時、分”顯示數(shù)字進行校對調整。</p><p><b>　　三、單元電路設計</b></p><p><b>　　1、分秒計數(shù)器電路</b></p><p>　　分和秒的進制一樣，都采用60進制計數(shù)。本設計選用74LS160作為計數(shù)器，將一片74LS160

31、設置成10進制加法計數(shù)器，另一片設置成6進制加法計數(shù)器。兩片74LS160按反饋清零法串接而成，當十位和個位總共計滿60個數(shù)后計數(shù)器清零。因為秒計數(shù)器的十位的輸出端QB、QC表示6，秒計數(shù)器的十位的輸出端QB、QC通過與非門輸出低電平脈沖用作自身清零，秒計數(shù)器的十位的輸出端QB、QC通過與非門然后接一個非門輸出高電平脈沖作分計數(shù)器的輸入脈沖。秒計數(shù)器接受的信號為振蕩器經分頻后輸出的1HZ的標準脈沖，秒計數(shù)器接受來自分頻器的60個1HZ脈

32、沖后，QB、QC都為邏輯‘1’通過與門輸出一個進位脈沖給分計數(shù)器，通過與非門和非門輸出一個低電平0給清零端，秒計數(shù)器清零。當分計數(shù)器接受60個來自秒計數(shù)器的進位信號后向時計數(shù)器的個位給出一個進位信號。秒、分計數(shù)器的計數(shù)規(guī)律是從00——59——00。秒、分計時器電路：</p><p>　　圖3.1 分秒計數(shù)器仿真電路圖</p><p>　　2、24小時計數(shù)器電路</p><

33、;p>　　時鐘計數(shù)器設計為24進制計數(shù)，本設計選用74LS160作為計數(shù)器，開始將兩片74LS160都設置成十進制加法計數(shù)器，將時個位的QC和時十位的QB接到與非門，然后分別接到兩塊芯片的清零端，從而實現(xiàn)24進制。既個位計數(shù)器的狀態(tài)為QD QC QB QA = 0100 、十位計數(shù)器的狀態(tài)為QD QC QB QA = 0010時，要求計數(shù)器歸零。把個位QC、十位QB通過與非門的輸出信號送到個位和十位計數(shù)器的清零端，使計數(shù)器清零。計

34、數(shù)規(guī)律是從00——23——00。時計數(shù)器電路：</p><p>　　圖3.2 24小時計數(shù)器電路</p><p><b>　　3、整點報時電路</b></p><p>　　數(shù)字鐘一般都應具備整點報時電路功能,即在時間出現(xiàn)整點前數(shù)秒內,數(shù)字鐘會自動報時。其作用方式是在整點前的十秒內，出現(xiàn)奇數(shù)秒1、3、5、7、9時報時燈發(fā)光，從而實現(xiàn)在最后十秒內閃

35、爍五次，以示提醒。</p><p>　　本設計采用74LS151數(shù)據選擇器選出整點前最后十秒內的奇數(shù)秒。把秒計數(shù)個位的QA、QB、QC分別接到74LS151的A、B、C端，當151的輸入是001時，選擇輸出D1，以此類推，當個位出現(xiàn)9時，‘9’的二進制數(shù) 1001的后三位是 001 ，剛好就是十進制數(shù)的‘1’，從而就巧妙的讓只有三個數(shù)據輸入端的74LS151選出了本不能選出來的‘9’。我們通過多個與門選出當分鐘的

36、十位為‘5’、個位為‘9’、秒鐘的十位為‘5’時的狀態(tài)，將三個狀態(tài)與在一起后再非一下，連接到74LS151的G`端，從而控制74LS151在五十九分五十秒的時候開始工作，零分零秒的時候停止工作。74LS151工作時，秒鐘是奇數(shù)秒時報時燈亮。整點報時電路圖：</p><p>　　圖3.3 整點報時電路圖</p><p><b>　　4、校時電路設計</b></p&

37、gt;<p>　　通過三個開關分別控制時、分、秒電路的脈沖輸入端CLK，當要調時時就把控制時脈沖的開關打開，脈沖就直接輸給了時；同樣當要調節(jié)分和秒時，就分別把分、秒的脈沖開關打開實行調節(jié)，電路圖如下：</p><p>　　圖3.4 校時電路圖</p><p><b>　　5、秒脈沖產生器</b></p><p>　　由振蕩器與分頻

38、器組合產生秒脈沖信號。</p><p>　　理論計算：555定時器的脈沖時間是由于RC充放電確定的。</p><p>　　根據三要素公式 </p><p>　　充電過程 </p><p>　　充電時間 </p><p>　　放電過程 </p>&

39、lt;p>　　放電時間 </p><p>　　一個周期時間 </p><p>　　頻率 </p><p>　　首先確定C1=0.1f ，R2=5.1?，需要輸出頻率f=1HZ，充放電時間算為 1 ms ，可以確定 R1=4.1?。圖3.5 振蕩器電路圖： </p><p>　

40、　四、EWB軟件和重要芯片的介紹</p><p>　　1、EWB提供了仿真實驗和電路分析兩種仿真分析手段，可用于模擬電路、數(shù)字電路、數(shù)?；旌想娐泛筒糠謴婋婋娐返姆抡鎸嶒?、分析和設計。與其它軟件相比，它的最顯著特點是提供一個操作簡便且與實際很相似的虛擬實驗平臺。并且 還能進行實際無法或不便進行的實驗內容。在做實驗的仿真之前，簡單的了解了一下這個軟件，并且對它的使用方法有了一定的熟悉。</p><

41、p>　　2、74LS160 為可預置的十進制同步計數(shù)器，其管腳圖如圖所示：</p><p>　　RCO 進位輸出端 </p><p>　　ENP 計數(shù)控制端</p><p>　　QA-QD 輸出端</p><p>　　ENT 計數(shù)控制端</p><p>　　CLK 時鐘輸入端</p&

42、gt;<p>　　CLR 異步清零端（低電平有效）</p><p>　　LOAD 同步并行置入端（低電平有效）</p><p>　　74LS160的功能表：</p><p>　　74LS160真值表</p><p>　　3、74LS151的功能真值表</p><p><b>　　五、仿真

43、結果</b></p><p>　　1、秒脈沖的產生電路仿真結果</p><p><b>　　圖5.1</b></p><p>　　2、整點報時電路仿真結果</p><p>　　報時電路仿真的同時，我們可以檢測數(shù)字鐘主體是否運行正常、校時電路是否能正常校時。首先，分鐘校時到59分，然后讓數(shù)字鐘自主運行，檢驗了校

44、時電路、分秒的進位關系、整點報時電路；然后校時到23：59分，檢驗了時分的進位關系、數(shù)字鐘的總體運行性能。整點前的報時狀態(tài)：</p><p>　　3、24小時電路仿真</p><p><b>　　4、總機電路仿真</b></p><p>　　六、電路的安裝與調試</p><p>　　選擇實驗臺和檢測各元器件</p&

45、gt;<p>　　首先，在實驗室找了一個實驗臺，看實驗臺能不能正常啟動，能不能正常加入電源，然后，將領到的元器件一一檢測，其中發(fā)現(xiàn)運行不正常的芯片，馬上就找到班長換。</p><p>　　2、安裝芯片、連線與調試</p><p>　　首先，我們先把顯示器和74LS47芯片裝到先安裝到實驗臺上；然后，把核心的芯片74LS160，根據實驗臺的實際情況有序的安裝在實驗臺上；其次，把

46、74LS151和各種門電路芯片裝在恰當?shù)奈恢谩?lt;/p><p>　　按圖接線是必須的第一個步驟，為了防止線接完后一開機發(fā)現(xiàn)什么都不顯示或者顯示得亂七八糟的那種情況發(fā)生，我們采用分模塊接線，接完一個模塊就測試一個模塊的方法來進行。開始連的是秒鐘計數(shù)器，接完線后通電測試，發(fā)現(xiàn)顯示器不正常。</p><p>　　故障一：顯示器上顯示的數(shù)字有些地方少了一橫或者一豎。我們先是檢查了74LS160的輸

47、出端有沒有接觸好，發(fā)現(xiàn)的確是沒有接觸好。</p><p>　　然后安裝分鐘計數(shù)器，其線路和秒鐘相同，但接完線后卻出現(xiàn)了故障。</p><p>　　故障二：通電時，發(fā)現(xiàn)當秒鐘走完59秒后，分鐘沒有進位。排除故障：首先想到的是檢查秒十位的進位輸出端有沒有連到分鐘個位的是能端，通過檢查發(fā)現(xiàn)這里沒有問題，然后想到檢查分鐘電路的線都有沒有接好，果然發(fā)現(xiàn)，原來是少接了一根地線，我們講接地的先加上之后就

48、能正常運行了。</p><p>　　排除故障后，就是安裝時鐘計數(shù)器，其原理與分秒計時器差不多，但是通電檢測發(fā)現(xiàn)時鐘計數(shù)器的運行有問題。</p><p>　　故障三：通電后發(fā)現(xiàn)時鐘沒有正常清零成為二十四進制，而是一百進制。排除故障：試探性的按了一下時計數(shù)器的74LS160芯片，發(fā)現(xiàn)問題沒有解決，然后再檢查導線，檢查發(fā)現(xiàn)都沒有沒有問題，然后我把QB、QC連與非門的兩根線換了，問題還是沒有解決，

49、我自己清楚的知道，問題肯定是出在清零那里，于是我就換了一個與非門的接入端，還是不行，接著就干脆換了一塊芯片，以為是與非門的其他兩個端都壞了，這可是一個大工程，搞了半天，把前面的分和秒重新連接好，把時鐘也連接好，發(fā)現(xiàn)，終于正常了。</p><p>　　接下來安裝的是整點報時電路，由于報時電路與前面的電路的聯(lián)系不大，也比較簡單，我們按照電路圖接好線之后就能正常工作了。</p><p>　　最后

50、安裝校時電路，首先我們想到的是利用開關控制接入高電平的形式，按一下開關就輸入一個上升沿給秒、分或時電路的時鐘輸入端，想是這么想的，但是接好線之后通電，出故障了。</p><p>　　故障四：只要一按開關就跳十幾下，甚至亂跳，根本看不清，所以就不能正常調時了。排故方法：因為實驗臺上有一個按鈕上升沿脈沖，我就把接高電平的一端換成上升沿脈沖，換了之后就能正常工作了。</p><p>　　最終，我

51、把總的電路按照流程操作了一次，又發(fā)現(xiàn)了一個新問題。</p><p>　　故障五：有時候顯示器上的數(shù)字會從39筆直跳到42，有時候它只顯示奇數(shù)。先是把所有的線路都檢查了一次，發(fā)現(xiàn)問題還是沒有解決，然后換了一塊74LS160芯片，還是有問題，但是如果是手動校時的時候就沒有問題，于是就想到時加入的脈沖有問題，我干脆就才實驗臺上自己重新調了一個1KZ的脈沖加進去，果然問題解決了。自此，數(shù)字鐘的的安裝與調試全部完成，我所設

52、計的數(shù)字鐘已經可以正常的工作運行了。</p><p><b>　　七、總結與體會</b></p><p>　　通過此次課程設計，使我更加扎實的掌握了有關數(shù)字電子技術線路方面的知識，在設計過程中雖然遇到了很多問題，但經過一次又一次的思考和與同學的討論，一遍又一遍的檢查終于找出了原因所在，也暴露出了前期我在這方面的知識欠缺和經驗不足。實踐出真知，通過親自動手制作，使我們掌

53、握的知識不再是紙上談兵。在課程設計過程中，我們不斷發(fā)現(xiàn)錯誤，不斷改正，不斷領悟，不斷獲得知識，最后在我們三個人的共同努力下，終于順利完成了這次課程設計。在今后社會的發(fā)展和學習實踐過程中，一定要不懈努力，不能遇到問題就想到要退縮，一定要不厭其煩的發(fā)現(xiàn)問題所在，然后一一進行解決，只有這樣，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荊斬棘，而不是知難而退，那樣永遠不可能收獲成功，收獲喜悅，也永遠不可能得到社會及他人對你的認可!</p&

54、gt;<p>　　首先，在設計電路過程中，EWB軟件給我們的設計提供了很大的便利，它提供大量的元器件庫，提供修改電路設計的靈活性、提供實驗室在數(shù)量、質量上難以相比的虛擬儀器、儀表，使設計時間大為縮短，設計過程更直觀、方便。同時在EWB軟件中出現(xiàn)了許多各種各樣的錯誤，最后經過不斷的修改以及和同學的討論得到了比較好的解決，從中我也弄明白了很多東西。出現(xiàn)的問題主要有設計六十進制計數(shù)器和二十四進制計數(shù)器是各個計數(shù)器之間的連接、進位

55、問題，進位問題是我們在設計過程中遇到的最頭疼的問題，主要是對同步置數(shù)、異步置零方面的知識沒有理解透徹，還有就是在操作過程中我們發(fā)現(xiàn)在計數(shù)器的進位端不能連接非門或者與非門，否則會出現(xiàn)一通電分鐘和時鐘就變成了‘1’的狀況，解決進位問題花了我們將近一天的時間，這主要還要怪我們沒有認真學好書本知識；校時電路的連接方式問題，最初的設計是參照老師的建議的思路設計的，但是在實際操作時發(fā)現(xiàn)我們設計的校時器會導致計數(shù)器一次記兩個數(shù)，反復修改都沒有解決，所

56、以只好改成穩(wěn)定性沒有那么好的直接連入時鐘信號的方法。</p><p>　　在安裝與調試的過程更是遇到了大問題，但是在我們的努力下，都一一解決了，當最終完成之后，心里有一種成就感，尤其是在幫助別人調試成功之后。</p><p>　　這次數(shù)字電子電路課程設計，讓我復習了數(shù)字電子的知識同時也學習了許多新的知識。每次課程設計是一次難得的鍛煉機會，讓我們能夠充分利用所學過的理論知識還有自己的創(chuàng)造力，

57、讓我們學會了查找資料的方法，培養(yǎng)了自己設計和分析電路的能力。我相信這是對我的一個很好的提高。這次課程設計讓我深刻地認識到平時在學習理論知識的時候，我們應該更注重實踐，而不是只為應付考試，學習就應該學有所成。這次課程設計讓我對我們所學的知識能干什么有了更直觀的了解，比如說我就認識到了我們學好了知識就可以設計出我們身邊隨處可見的數(shù)字鐘。以前那些神秘的東西在不斷的學習過程中變得不再那么神秘，我相信，在以后的學習生活中我們的好奇心將被一個個的擊

58、破。</p><p>　　課程設計、畢業(yè)設計是學生走向就業(yè)必須的重要實踐環(huán)節(jié)。這次課程設計中我們碰到了很多的問題，我們激情過、悲傷過、甚至絕望過，但是碰到的問題越讓人絕望，解決問題之后的喜悅程度就越高。作為工科類的學生，以后工作了難免要碰到許許多多的問題，我想，有了課程設計這個環(huán)節(jié)的鍛煉，以后我會敢于直面我所碰到的任何難題。 </p><p>　　八、附錄：元器件清單</p>

59、<p><b>　　九、參考文獻：</b></p><p>　　1、閻石主編《電子技術基礎》 高等教育出版社</p><p>　　2、賈更新主編《電子技術基礎實驗、設計與仿真》鄭州大學出版社</p><p>　　3、韓克、柳秀山主編《電子技能與EAD技術》暨南大學出版社</p><p>　　4、康華光主編.

60、 電子技術基礎（數(shù)字部分），高等教育出版社。</p><p>　　5、任為民主編. 電子技術基礎課程設計，中央廣播電視大學出版社。</p><p>　　6、彭介華主編，電子技術課程設計指導，高等教育出版社。</p><p>　　7、《電子線路設計、實驗、測試》謝自美主編 華中理工出版</p><p><b>　　十、總機原理圖<

61、;/b></p><p>　　電氣與信息工程系課程設計評分表</p><p>　　指導教師簽名：________________</p><p>　　日 期：________________ </p><p>　　注：①表中標*號項目是硬件制作或軟件編程類課題必填內容；</p><p>　?、诖吮?/p>