數(shù)字鐘課程設(shè)計---多功能數(shù)字鐘的設(shè)計與制作

1、<p>　　電子技術(shù)實踐課程設(shè)計報告</p><p>　　課設(shè)題目：多功能數(shù)字鐘的設(shè)計與制作</p><p>　　所屬系部： 電子工程系</p><p>　　指導(dǎo)老師： </p><p>　　作者： XXXXXXXXXXXX

2、 </p><p>　　專 業(yè)： 電子信息工程技術(shù)</p><p><b>　　課程設(shè)計任務(wù)書</b></p><p>　　題目： 多功能數(shù)字鐘的設(shè)計與制作</p><p><b>　　任務(wù)與要求：</b></p><p>　　1、準確計時，顯示時分秒</

3、p><p>　　2、小時24翻1，分秒60進1</p><p>　　3、設(shè)計可校正時間的電路</p><p>　　時間： 2010 年11月29日 至 2010年12月10 日 共 2周</p><p>　　所屬系部： 電子工程系 </p><p>　　指導(dǎo)單位或教研室： 電子信息教研室 <

4、;/p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　設(shè)計簡述數(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序電路。此次設(shè)計數(shù)字電子鐘是為了了解數(shù)字電子鐘的原理，從而學(xué)會制作數(shù)字電子鐘。而且通過

5、數(shù)字電子鐘的制作進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用方法。</p><p>　　這份設(shè)計報告主要介紹了一種以555多諧振蕩為脈沖信號，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。數(shù)字鐘用555多諧振蕩為脈沖信號源，產(chǎn)生頻率為1Hz。其主體分兩個部分，計時電路和校時電路。計時電路以數(shù)字形式顯示時、分、秒，其中秒和分為60進制，時為24進制，校時電路可對分和時進行校時。數(shù)碼

6、管選用GY5101NB，也可以用74LS48和共陰數(shù)碼管代替。</p><p>　　關(guān)鍵詞：數(shù)字鐘、計時、校時</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Design is briefly a digital clock is a kind of digital circuit technology implem

7、entation, minutes and seconds timing device, and the mechanical clock compared with higher accuracy and intuitive, and without a mechanical device, having a longer service life, so it has been widely used digital electri

8、c clock, from principle speaking is a kind of typical digital circuits, including the assembly logic circuit and the sequential circuits. This design digital electric clock is to understand the princi</p><p>

9、;　　This design reports mainly introduces an 555 resonance swings for pulse signal to 74LS161 as main body, seven sections digital display device of pipe for digital clock circuit design. A digital clock with 555 resonanc

10、e swings for impulse sources, produce frequency for 1Hz. Its main body is divided into two parts, timing circuits and reset circuit. Timing circuits in digital form when displaying, minutes and seconds, including seconds

11、 and into sixty disables, for 24 disables, reset circuit of poi</p><p>　　Key words: Keywords: a digital clock, time, timing </p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　1系統(tǒng)原理框圖- 1 -<

12、;/p><p>　　1.1數(shù)字鐘原理框圖- 1 -</p><p>　　2方案設(shè)計與論證- 2 -</p><p>　　2.1時間脈沖產(chǎn)生電路- 2 -</p><p>　　2.2時間計數(shù)器電路- 2 -</p><p>　　2.3校時電路- 3 -</p><p>　　3單元電路的設(shè)計

13、- 4 -</p><p>　　3.1時間脈沖產(chǎn)生電路的設(shè)計- 4 -</p><p>　　3.2 60進制計數(shù)器的設(shè)計- 5 -</p><p>　　3.3 24進制計數(shù)器的設(shè)計- 6 -</p><p>　　3.4 譯碼及驅(qū)動顯示電路- 7 -</p><p>　　3.5 校時電路的設(shè)計- 7 -<

14、/p><p>　　3.6電路總原理圖設(shè)計- 8 -</p><p>　　4仿真、組裝、調(diào)試及結(jié)果分析- 9 -</p><p>　　4.1時鐘結(jié)果仿真- 9 -</p><p>　　4.2 組裝與調(diào)試- 9 -</p><p>　　4.3結(jié)果分析- 9 -</p><p>　　5心得與體會

15、- 10 -</p><p>　　附錄1原件清單- 11 -</p><p>　　工作量統(tǒng)計表- 12 -</p><p><b>　　1系統(tǒng)原理框圖</b></p><p>　　1.1數(shù)字鐘原理框圖</p><p>　　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

16、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。</p><p>　　圖1-1數(shù)字鐘原理框圖</p><p>　　(1)555脈沖產(chǎn)生電路：555及RC電路給數(shù)字鐘提供一個頻率穩(wěn)定準確的1Ｈz的方波信號，可保證數(shù)字鐘的走時準確及穩(wěn)定。</p&g

17、t;<p>　　(2)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(gòu)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，而根據(jù)設(shè)計要求，時個位和時十位計數(shù)器為24進制計數(shù)器。</p><p>　　(3)譯碼驅(qū)動電路：譯碼驅(qū)動電路將計數(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。&

18、lt;/p><p><b>　　2方案設(shè)計與論證</b></p><p>　　2.1時間脈沖產(chǎn)生電路</p><p>　　由集成電路定時器555與RC組成的多諧振蕩器作為時間標準信號源。</p><p>　　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

19、沖的為:f=1.43/[(R1+2*R2)*103*10*106=0.947Hz,而設(shè)計要求為1Hz,因此其誤差為5.3%,在精度要求不是很高的時候可以使用。</p><p>　　2.2時間計數(shù)器電路</p><p>　　74LS161集成芯片為集成4位二進制同步加法計數(shù)器，具有異步置0、同步并行置數(shù)、計數(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

20、，時鐘輸入端CP，進位輸出端CO，并行數(shù)據(jù)輸入端D0～D3，計數(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。</p><p>　　圖2-1 74LS161管腳圖 </p><p>　　74LS161的功能：</p><p>　　(1)計數(shù)功能：當(dāng)CR／=LD／=CTP=CTT=1，CP=C

21、P↑時，實現(xiàn)計數(shù)功能。</p><p>　　(2)同步并行置數(shù)功能：當(dāng)CR／=1時，預(yù)置控制端LD／=0，并且 CP=CP↑時，Q3Q2Q1Q0= D3D2D1D0，實現(xiàn)同步預(yù)置數(shù)功能。</p><p>　　(3)保持功能：當(dāng)CR／=LD／=1且CTP·CTT=0時，輸出Q3Q2Q1Q0保持不變 </

22、p><p>　　(4)異步清零功能 ：當(dāng)復(fù)位端CR／=0時，輸出Q3Q2Q1Q0全為零，實現(xiàn)異步清零功能（又稱復(fù)位功能）。</p><p>　　其中：CP為時鐘脈沖輸入端，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為計數(shù)器的輸出端。</p><p><b>　　2.3校時電路</b&g

23、t;</p><p>　　通常，校正時間的方法是：首先截斷正常的計數(shù)通路，然后再進行人工出觸發(fā)計數(shù)或?qū)㈩l率較高的方波信號加到需要校正的計數(shù)單元的輸入端，校正好后，再轉(zhuǎn)入正常計時狀態(tài)即可。根據(jù)要求，數(shù)字鐘應(yīng)具有分校正和時校正功能，因此，應(yīng)截斷分個位和時個位的直接計數(shù)通路，并采用正常計時信號與校正信號可以隨時切換的電路接入其中。</p><p><b>　　3單元電路的設(shè)計</

24、b></p><p>　　3.1時間脈沖產(chǎn)生電路的設(shè)計</p><p>　　555集成定時器是模擬功能和數(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。</p><p>　　它是由上、下兩個電壓比較器、三個5kΩ電阻、一個RS觸發(fā)器、一個放電三極管 T以及功率輸出級組成。比

25、較器 C1的反相輸入端5接到由三個5 kΩ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，用來啟動電路。兩個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，輸出3為低電平?？刂齐妷憾?是比較器C1的基準電壓端，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

26、。不用時可將它與地之間接一個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100～200mA，能直接驅(qū)動小型電機、繼電器和低阻抗揚聲器。</p><p>　　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，可單獨改變周期,產(chǎn)生1HZ時間脈沖

27、的電路圖3-1如下所示： </p><p>　　圖 3-1 產(chǎn)生1Hz時間脈沖的電路圖</p><p>　　3.2 60進制計數(shù)器的設(shè)計</p><p>　　本電路由兩個可預(yù)置數(shù)、可保持同步的四位二進制加法計數(shù)器74LS161、兩個譯碼集成電路74LS247、兩個LED數(shù)碼管及一些門電路組成。60進制計數(shù)器，每累計60分鐘，

28、發(fā)出一個時脈沖信號，該信號將被送到時計數(shù)器。</p><p>　　74LS161構(gòu)成秒、分的六十進制計數(shù)器，它的個位是十進制，十位是六進制。多功能數(shù)字種設(shè)計所需計數(shù)器是六十進制計數(shù)器，其中必須用兩個74LS161集成塊來實現(xiàn)，要求個位是十進制，狀態(tài)變化在0000～1001間循環(huán)，十位是六進制，狀態(tài)變化在0000～0101間循環(huán)。在電路用中兩個74LS161組成一個六十進制計數(shù)器，來顯示0~59秒，其中一個接成十進

29、制計數(shù)器用來顯示秒個位，另一個接成六進制計數(shù)器用來顯示秒十位。秒時鐘信號輸入秒十位的脈沖輸入端，計數(shù)器開始計數(shù)，當(dāng)計到10時向秒個位計數(shù)器送清零信號使其清零，同時向秒十位計數(shù)器的脈沖輸入端送進位脈沖，當(dāng)計到第60秒時兩個計數(shù)同時清零使其重新開始計數(shù)并向分計數(shù)器的脈沖輸入端送入脈沖。 </p><p>　　因為計數(shù)器輸出的為四位二進制

30、數(shù)，須通過譯碼器變成十進制數(shù)，然后通過LED管分別顯示秒十位、秒個位。同樣原理也可接成分計數(shù)器，分計數(shù)器計六十秒后向時計數(shù)器送進位脈沖，60進制計數(shù)器電路圖為下圖3-2所示。</p><p>　　圖3-2 60進制計數(shù)器電路圖</p><p>　　3.3 24進制計數(shù)器的設(shè)計</p><p>　　74LS161構(gòu)成二十四進制計數(shù)器。當(dāng)它的十位夠一個脈沖的時候就向星期

31、進一位，當(dāng)個位滿四個脈沖的時候就構(gòu)成反饋電路。</p><p>　　二十四進制計數(shù)器，也是用兩個74LS161集成塊來實現(xiàn)的，要求個位是十進制，狀態(tài)變化在0000～1001間循環(huán)，十位是二進制，狀態(tài)變化在0000～0010間循環(huán)，顯示為0~23時。</p><p>　　本電路與分、秒計數(shù)器電路有相似的地方，用兩個74LS161組成一個二十四進制計數(shù)器，顯示0~23時。由分計數(shù)器送來的進位脈

32、沖送入時個位計數(shù)器，計10小時清零并向時十位計數(shù)器送進位脈沖，當(dāng)十位輸出為二，個位輸出為四時將整個電路清零。本電路也可理解為用兩個74LS161組成一個一百進制計數(shù)器顯示0~99，當(dāng)計數(shù)到24是將整個電路清零。本電路與分、秒計數(shù)器一樣都需要用譯碼電路和LED數(shù)碼管進行譯碼和顯示，24進制電路原理如下圖3-3所示。</p><p>　　圖3-3 24進制計數(shù)器圖</p><p>　　3.4

33、譯碼及驅(qū)動顯示電路</p><p>　　譯碼電路的功能是將“秒”、“分”、“時”計數(shù)器的輸出代碼進行翻譯，變成相應(yīng)的數(shù)字。本次設(shè)計使用GY5101NB數(shù)碼管，由于GY5101NB是共陽的，以采用74LS247芯片來驅(qū)動。74LS48芯片可以直接對8421BCD碼進行譯碼，顯示電路如下圖3-4所示。</p><p>　　圖3-4 譯碼及驅(qū)動顯示電路</p><p>

34、　　3.5 校時電路的設(shè)計</p><p>　　數(shù)字種啟動后,每當(dāng)數(shù)字鐘顯示與實際時間不符進,需要根據(jù)標準時間進行校時。?！懊搿睍r，采用等待校時。校“分”、“時”的原理比較簡單，采用加速校時。</p><p>　　對校時電路的要求是 ：</p><p>　?。?）在小時校正時不影響分和秒的正常計數(shù)。</p><p>　　(2）在分校正時不影響

35、秒和小時的正常計數(shù)。</p><p>　　如圖3-5所示，當(dāng)開關(guān)打向上時，因為校正信號和0相與的輸出為0，而開關(guān)的另一端接高電平，正常輸入信號可以順利通過與或門，故校時電路處于正常計時狀態(tài)；當(dāng)開關(guān)打向下時，情況正好與上述相反，這時校時電路處于校時狀態(tài)，進位脈沖被屏蔽，進位信號始終為0，按一下按鈕開關(guān)既有一個高電平輸入，此時進位信號變?yōu)?，0變1，由一上升脈沖，分（時）個位可進一位，由此來實現(xiàn)校時，與非門可選74L

36、S00， 校時電路如圖3-5所示。</p><p><b>　　圖3-5 校時電路</b></p><p>　　3.6電路總原理圖設(shè)計</p><p>　　圖 3-6 電路總圖如下所示</p><p>　　圖 3-6 電路總圖</p><p>　　4仿真、組裝、調(diào)試及結(jié)果分析</p>

37、<p><b>　　4.1時鐘結(jié)果仿真</b></p><p>　　時鐘結(jié)果仿真圖如下圖4-1所示</p><p>　　圖4-1時鐘結(jié)果仿真圖</p><p><b>　　4.2 組裝與調(diào)試</b></p><p>　　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</p&

38、gt;<p>　　(1)連接555及RC電路。按圖連接號電路后發(fā)現(xiàn)不能的到1Hz時鐘脈沖，經(jīng)反復(fù)調(diào)試后發(fā)現(xiàn)時芯片管腳圖弄錯了，改正后得到時鐘1Hz脈沖。</p><p>　　(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，還是不能正常計數(shù)，有時不加脈沖數(shù)碼管也會計數(shù)，進反復(fù)調(diào)試接線后正常。</p><p>　　(3)連接分電路。由于分電路與秒電路基本相

39、同，所以沒有遇到太大問題就把分電路連接起來了。</p><p>　　(4)連接時電路。由于此時電路板上線較多，連線出現(xiàn)很大問題，原來正常的秒分電路在時電路連接起來后也不正常了，經(jīng)反復(fù)調(diào)試后才正常。</p><p>　　(5)連接校時電路。連接校時電路很長時間沒有成功，最后直接采用給脈沖信號來實現(xiàn)校時。</p><p><b>　　4.3結(jié)果分析</b

40、></p><p>　　經(jīng)測試之后，電路可以實現(xiàn)設(shè)計要求，可以實現(xiàn)數(shù)字鐘的基本功能，比如計數(shù)，同時多功能模塊校時功能和報時功能都可以使用，基于仿真結(jié)果可以認定，此次多功能數(shù)字鐘的設(shè)計是成功的。</p><p><b>　　5心得與體會</b></p><p>　　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

41、些理論的東西。通過這次數(shù)字電子鐘的課程設(shè)計，我們才把學(xué)到的東西與實踐相結(jié)合。從中對我們學(xué)的知識有了更進一步的理解。 在此次的數(shù)字鐘設(shè)計過程中，鍛煉了自己獨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，但通過這次課程設(shè)計我們了解了課程設(shè)計的一般步驟，和設(shè)計中應(yīng)注意的問題。設(shè)計本身并不是有很重要的意義，而在于我們對待問題時的態(tài)度和處理事情的能力得到提高。在這次設(shè)計過程中，我也對word、PPT等軟

42、件有了更進一步的了解，這使我在以后的工作中更加得心應(yīng)手。</p><p><b>　　附錄1原件清單</b></p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　1.李景宏，馬學(xué)文.電子技術(shù)實驗教程.沈陽：東北大學(xué)出版社.200</p><p>　　2.王永軍，李景華編著.數(shù)字邏輯與數(shù)

43、字系統(tǒng).北京：電子工業(yè)出版社，2002</p><p>　　3.高吉祥，易凡編著.電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗與課程設(shè)計.北京：電子工業(yè)出版社，2002</p><p>　　4.陳大欽編著. 電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗. 北京：高等教育出版社，2000</p><p>　　5.李晶皎，李景宏，曹陽編著. 邏輯與數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計.北京：清華大學(xué)出版社，2009</p><p

44、><b>　　所提問題及回答</b></p><p>　　葉倩：如何將74LS161轉(zhuǎn)化為24進制？</p><p>　　答：用兩個74LS161集成塊來實現(xiàn)的，要求個位是十進制，狀態(tài)變化在0000～1001間循環(huán)，十位是二進制，狀態(tài)變化在0000～0010間循環(huán)，顯示為0~23時，當(dāng)計數(shù)到24是將整個電路清零。</p><p>　　賀彤

45、：555及RC電路怎樣將秒送入脈沖？</p><p>　　答：555及RC電路給數(shù)字鐘提供一個頻率準確而穩(wěn)定的1HZ的方波信號，然后將其輸出端接74LS161的CLK端給秒的個位送入一個脈沖</p><p>　　李艷茹：所用譯碼器是哪個型號，它驅(qū)動的是共陰極還是共陽極的七段顯示數(shù)碼管？</p><p>　　答：所用譯碼器為74LS247，它驅(qū)動共陽極七段顯示數(shù)碼管，

46、使用計數(shù)器74LS161將脈沖傳給譯碼器74LS247。</p><p>　　西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院</p><p>　　課 程 設(shè) 計 答 辯 結(jié) 果</p><p>　　課程設(shè)計答辯委員會對學(xué)生所完成的題目為 數(shù)字鐘 </p><p>　　的課程設(shè)計及答辯評語為：</p><p>　　經(jīng)