數(shù)字時鐘課程設計報告

1、<p><b>　　數(shù)字電路</b></p><p><b>　　課程設計報告書</b></p><p>　　任務起止日期： 2013 年 6 月 24 日至</p><p>　　2013 年 6 月 30 日止</p><p>　　班 級：

2、 </p><p>　　指導老師： </p><p>　　日 期： 2013 年 6月24 日</p><p>　　學生姓名： </p><p>　　學 號： </p><

3、p>　　分 數(shù)： </p><p>　　摘要  數(shù)字電子鐘是一種用數(shù)字顯示秒﹑分﹑時的記時裝置，與傳統(tǒng)的機械時鐘相比，它一般具有走時準確﹑顯示直觀﹑無機械傳動裝置等優(yōu)點，因而得到了廣泛的應用：小到人們的日常生活中的電子手表、電子鬧鐘，大到車站﹑碼頭﹑機場等公共場所的大型數(shù)字顯電子鐘。</p><p>　　本課程設計是要通過簡單

4、的邏輯芯片實現(xiàn)數(shù)字電子鐘。要點在于用555芯片連接輸出為一秒的多諧振蕩器用于時鐘的秒脈沖,用74LS160(10進制計數(shù)器)、74LS00(與非門芯片)等連接成60和24進制的計數(shù)器,再通過數(shù)碼管顯示，構成簡單數(shù)字時鐘。</p><p>　　關鍵字 數(shù)字時鐘 計數(shù)器 555芯片 分頻器 數(shù)碼管 74LS系列 校時 報時</p><p><b>　　目錄</b><

5、/p><p>　　設計任務和要求……………………………………………3</p><p>　　設計的方案的選擇與論證…………………………………3</p><p>　　總體電路分析…………………………………………3</p><p>　　仿真分析………………………………………………4</p><p>　　仿真說明………………………

6、………………………4</p><p>　　電路設計計算與分析………………………………………4</p><p>　　計數(shù)計時電路………………………………………4</p><p>　　校時選擇電路………………………………………5</p><p>　　整點譯碼電路………………………………………5</p><p>　　定時比較

7、電路………………………………………6</p><p>　　振蕩電路……………………………………………7</p><p>　　譯碼電路……………………………………………8</p><p>　　器件分析……………………………………………9</p><p>　　總結及心得…………………………………………………10</p><p&

8、gt;　　附錄…………………………………………………………12</p><p>　　元器件明細表……………………………………………12</p><p>　　附圖………………………………………………………13</p><p>　　參考文獻……………………………………………………14</p><p><b>　　設計任務和要求</

9、b></p><p>　　實現(xiàn)24小時的時鐘顯示、校準、整點報時、鬧鈴等功能。</p><p><b>　　具體要求：</b></p><p>　?。?）顯示功能：具有“時”、“分”、“秒”的數(shù)字顯示（“時”從0~23，分0~59，秒0~59）。</p><p>　　（2）校時功能：當剛接通電源或數(shù)字時鐘有偏差時，

10、可以通過手動的方式去校時。</p><p>　?。?）整點報時：當時鐘計時到整點時，能進行整點報時。</p><p>　?。?）鬧鈴功能：在24小時之內，可以設定定時時間，當數(shù)字時鐘到定時時間時能進行報時提醒。</p><p>　　設計的方案的選擇與論證</p><p><b>　　（1）總體電路分析</b></p

11、><p>　　總體電路設計是將單元電路模塊小時計時電路、分鐘計時電路、秒計時電路、校時選擇電路、整點譯碼電路、鬧鐘電路等模塊連接在一起，外接輸入開關和輸出顯示數(shù)碼管構成?？傮w結構圖如下：</p><p><b>　　（2）仿真分析</b></p><p>　　單擊運行按鈕，可觀測仿真結果。電路能完成顯示計時、校時、整點報時以及鬧鈴等功能。</

12、p><p>　　計時功能。當開關S1、S2都處于左邊觸點時，數(shù)字時鐘工作于計時狀態(tài)。此時，電路中的秒計時電路、分計時電路以及小時計時電路分別對秒脈沖、分脈沖和小時脈沖進行計數(shù)。計數(shù)結果經(jīng)數(shù)碼管顯示計時時間值。</p><p>　　校時功能。當開關S1、S2都處于右邊觸點時，數(shù)字時鐘工作于校時狀態(tài)。按瞬態(tài)按鈕B鍵，可以選擇對“小時”、“分鐘”和“秒鐘”進行校時。校時時通過開關S3（按C鍵）手動輸

13、入校時時間。</p><p>　　整點報時功能。整點譯碼電路通過識別整點時間，產(chǎn)生整點報時信號。當前時間為零點時，會產(chǎn)生整點報時，此時探針會亮，蜂鳴器會響。</p><p>　　鬧鐘報時功能。通過校時功能將“小時”、“分鐘”和“秒鐘”設定在某一時間點，然后重新校時，調整到設定點以前的某一時間，當時鐘到達設定點時，信號燈會亮，并且蜂鳴器會響。</p><p><

14、b>　　電路設計計算與分析</b></p><p>　?。?）計數(shù)計時電路總設計圖如下圖：</p><p>　　該電路時計時部分用兩片74LS160構成二十四進制計數(shù)器，與非門74LS00D構成譯碼電路，該譯碼電路能識別代碼“24”，輸出信號使～CLR=0，計數(shù)器的計數(shù)值被置0.所以，整個計數(shù)器的技術狀態(tài)圖為00至01至02至…至23至24（暫態(tài)）至00至01至…，共有2

15、4個穩(wěn)定狀態(tài)。</p><p>　　該電路秒計時部分和分計時部分分別用兩片74LS160構成六十進制計數(shù)器，與非門74LS00D構成譯碼電路，該譯碼電路能識別代碼59。整個計數(shù)器的計數(shù)狀態(tài)圖為00至01至…至58至59至00…,共有60個穩(wěn)定的狀態(tài)。其封裝引腳同小時計時電路，以下是時分秒計數(shù)電路的放大效果圖：</p><p>　　（2）校時選擇電路。校時選擇電路如下圖：</p>

16、<p>　　該校時選擇電路能進行手動校時 </p><p>　　利用兩個單刀雙擲開關分別對時位和分位進行校正。</p><p>　　校時位時，要求時位以每秒計1的速度循環(huán)計數(shù)；</p><p>　　校分位時，要求分位以每秒計1的速度循環(huán)計數(shù)。</p><p>　　并且能進行快調和慢調</p><p>　　

17、“快校時”是，通過開關控制，使計數(shù)器對1Hz的校時脈沖計數(shù)。</p><p>　　“慢校時”是用手動產(chǎn)生單脈沖作校時脈沖。</p><p>　?。?）整點譯碼電路。</p><p>　　整點譯碼電路的作用是識別整點時間信號，以實現(xiàn)整點報時的功能。整點時間信號的特征是零分，零分作為數(shù)字量來說，是一個代碼，用門電路組成的譯碼電路可識別一個代碼。整點譯碼電路如下圖：<

18、;/p><p>　　即在59分50秒起隔2秒鐘發(fā)出一次低音的“嘟”信號（信號鳴叫持續(xù)時間1s，間隙1s），連續(xù)發(fā)出4次；</p><p>　　到達整點時（即00分00秒）再鳴叫一次高音的“噠”信號（信號持續(xù)時間仍為1s）。 </p><p>　　（4）定時比較電路（鬧鐘電路）</p><p>　　定時比較電路是將設定的定時時間和當前的計時時間進行

19、比較，電路可選用數(shù)值比較器74LS85。定時比較電路如圖所示：</p><p>　　因為定時時間為小時和分鐘，共16位二進制代碼，每片數(shù)值比較器74LS85能比較兩個4位二進制代碼，用4片74LS85能構成16位數(shù)值比較器。當數(shù)字時鐘的計時時間等于設定時間時，定時比較電路輸出高電平，否則輸出低電平。</p><p><b>　?。?）振蕩電路</b></p>

20、;<p>　　振蕩器是數(shù)字鐘的核心。振蕩器的穩(wěn)定度及頻率的精確度決定了數(shù)字鐘計時的準確程度，通常選用石英晶體構成振蕩器電路。一般來說，振蕩器的頻率越高，計時精度越高。我們采用的是555定時器構成多諧振蕩器，其輸出脈沖頻率為1 KHZ。555芯片組成的多諧振蕩器要輸出符合要求的頻率脈沖，其對電阻和電容的精度要求較高。其計算方式如下：</p><p><b>　　具體電路如右圖：</b&

21、gt;</p><p>　　分頻器的功能主要有兩個：</p><p>　　一是產(chǎn)生標準秒脈沖信號；</p><p>　　二是提供功能擴展電路所需要的信號，如仿電臺報時用的1kHz的高音頻信號和500Hz的低音頻信號等 。</p><p>　　用555產(chǎn)生1HZ電路如下圖：</p><p><b>　?。?）譯

22、碼電路</b></p><p>　　74LS48為BCD—7段譯碼/驅動器。</p><p><b>　?。?）器件分析</b></p><p>　　1. 74LS160分析</p><p>　　在數(shù)字鐘的控制電路中，分和秒的控制都是一樣的，都是由一個十進制計數(shù)器和一個六進制計數(shù)器串聯(lián)而成的，在電路的設計中我

23、采用的是統(tǒng)一的器件74LS160D的反饋置數(shù)法來實現(xiàn)十進制功能和六進制功能，根據(jù)74LS160D的結構把輸出端的0110（十進制為6）用一個與非門74LS00引到CLR端便可置0，這樣就實現(xiàn)了六進制計數(shù)。</p><p>　　由兩片十進制同步加法計數(shù)器74LS160級聯(lián)產(chǎn)生，采用的是異步清零法。</p><p>　　同樣，在輸出端的1001（十進制為9）用一個與非門74LS00引到Load

24、端便可置0，這樣就實現(xiàn)了十進制計數(shù)。在分和秒的進位時，用秒計數(shù)器的Load端接分計數(shù)器的CLK控制時鐘脈沖，脈沖在上升沿來時計數(shù)器開始計數(shù)。時計數(shù)器可由兩個十進制計數(shù)器串接并通過反饋接成二十四制計數(shù)器。</p><p>　　由計數(shù)器得到的4位二進制碼的必須通過譯碼后轉為人們習慣的數(shù)字顯示。如12：54：30的二進制碼為00010010：01010100：00110000。</p><p>

25、　　秒信號經(jīng)秒計數(shù)器、分計數(shù)器、時計數(shù)器之后，分別得到“秒”個位、十位、“分”個位、十位以及“時”個位、十位的計時輸出信號，然后送至顯示電路，以便實現(xiàn)用數(shù)字顯示時、分、秒的要求?！懊搿焙汀胺帧庇嫈?shù)器應為六十進制，而“時”計數(shù)器應為二十四進制。采用10進制計數(shù)器74LS160來實現(xiàn)時間計數(shù)單元的計數(shù)功能。</p><p>　　2. 74LS85特性分析</p><p>　　74LS85為4

26、位數(shù)值比較器，共有54/7485、54/74S85、54/74LS85 三種線路結構型式，74LS85 可進行二進制碼和BCD碼的比較，對兩個4 位字的比較結果由三個輸出端FA＞ B，F(xiàn)A＝B，F(xiàn)A＜B＝輸出。將若干 85 級聯(lián)可比較較長的字，此時低級位的FA＞B，F(xiàn)A＝B，F(xiàn)A＜B連接到高位級相應的輸入A＞B、A＝B、A＜B，并使低位級的A＝B為高電平。</p><p><b>　　引出端符號：<

27、;/b></p><p><b>　　四、心得體會</b></p><p>　　時光飛逝，眨眼間就到期末了，面對新的挑戰(zhàn)，新的課程設計，新的軟件的使用，有很多困難慢慢迎面而來。有失敗，有成功，有付出，有汗水，一個數(shù)字鬧鐘的課程設計，讓我們嘗盡了酸甜苦辣，也讓我們收獲了很多，成長了很多，明白了很多。課程設計發(fā)端之始，思緒全無，舉步維艱，對于理論知識學習不夠扎實的我

28、深感“書到用時方恨少”，于是想起圣人之言“溫故而知新”，便重拾教材與實驗手冊，對知識系統(tǒng)而全面進行了梳理，遇到難處先是苦思冥想再向同學請教，終于熟練掌握了基本理論知識，而且領悟諸多平時學習難以理解掌握的較難知識，學會了如何思考的思維方式，找到了設計的靈感。</p><p>　　總的來說，整個過程是艱辛而漫長的，但一點一滴的積累，不斷的超越和解決一個又一個難點與問題，最終還是取得了理想的效果。</p>

29、<p>　　首先，面對課程設計的一系列設計，我們前期準備工作量是蠻大的，老師給的設計要求，我們必須反復精度與理解，弄明白整個過程是如何進行的，這樣才能有效的按計劃進行，剛開始看了有關老師給的數(shù)電設計報告和幻燈片，自己完全不知道從何下手，從哪一步開始做起，自己很多都不懂，也不理解為什么這樣做。后來，自己慢慢學會了上網(wǎng)查資料，一點一點的把不懂的地方逐個擊破，從進制的轉化，時分秒之間的進位連接，這些分開來看都很簡單，連在一個電路中

30、，很多細節(jié)就得要注意了，管腳之間的連接，每個芯片的功能，圖形，如何應用，都需要我去一個一個弄懂。當查好一切準備資料和看多其他人的課程設計經(jīng)驗之后，就可以開始設計了。在設計之前，自己對一切畫圖軟件并不是很懂，這讓我碰到了一個更大的困難，Proteus仿真軟件從來沒用過，也沒看過教學視頻，DXP軟件也只是畫過一些很簡單的封裝圖，連線也比較簡單。然而現(xiàn)在要面對復雜多變的數(shù)字電子時鐘的設計，難度提高了很多，對自己完全是一個新的挑戰(zhàn)！</p

31、><p>　　面對這些困難，我首先必須向專業(yè)知識比較厲害的同學請教，邊問他們，邊自己畫圖，并且結合相關軟件的視頻一起看，來完成設計。但在實際操作中，并不是自己想象那么簡單，似乎理論上可以解決的問題，在實際操作起來才發(fā)現(xiàn)，困難重重。當我用仿真軟件畫電路圖時，遇到很多問題，很多元器件的名字與縮寫不懂查找，只能自己一個一個的問或者上網(wǎng)搜索，花費了大量時間去查找那些芯片，連接的時候線與線之間的連接密密麻麻，上百條線，后來知道

32、了使用網(wǎng)絡標號就可以代替線路，不用手動畫閑，既可以模擬出實際效果。從計數(shù)模塊的模擬，到校時電路，脈沖產(chǎn)生電路，正點報時電路，鬧鐘電路……一個一個模塊的加到仿真軟件中，通過詢問同學和看網(wǎng)上其他人如何連接這些電路，來實現(xiàn)自己連接的電路圖。調試時有的器件在理論上可行，但在實際運行中就無法看到效果，所以得換不少器件，有時無法找出錯誤便更換器件重新接線以使電路正常運行。在整個設計中，74LS160的接線比較困難，反復修改了多次，在認真學習其用法后

33、采用歸零法和置數(shù)法設計出60進制和24進制的計數(shù)器。同時，在最后仿真時，預置的頻率一開始用的是1hz，結果仿真結果反應很慢，后把頻率加大，這才在短時間內就</p><p>　　用了大概5，6天的時間，完成了仿真。</p><p>　　接下來是用DXP畫原理圖，原理和畫仿真圖差不多，不過DXP不僅要有原理圖，還得畫出相關芯片的封裝。而且DXP的庫文件資源不是很多，有些芯片沒有存在，而且有些存

34、在，但是跟我們實際要用的芯片管腳對應不上，這些都需要我們上網(wǎng)查資料，了解相關芯片的畫法與管腳圖之后，才能去畫。實物的管腳與DXP封裝的管腳要符合，而且這么多芯片，得一一對應，一一檢查，這非常花時間。一切準備就緒就是開始畫原理圖了，畫原理圖時又碰到了新的難點，那就是加排針來實現(xiàn)一些復雜芯片之間的連線，排針的長短和大小都得掌握好，而且得結合原理圖去看，去選擇，這也得花大量時間去看，去對照和對應！還得考慮芯片與芯片之間交線盡量少！</p

35、><p>　　當畫DXP軟件的PCB圖的時候，才知道前面的困難都不算困難，真正的挑戰(zhàn)是如何布局PCB圖，也就是芯片的擺放和芯片的連線，上百條線和幾百個洞孔，看得眼花繚亂，還得考慮芯片擺放位置的合理，布局美觀，連線的交線和跳線盡量少。這些對于我來說等于上青天，后來，去實驗室看其他同學畫PCB圖，也開始懂了一些基本的技巧與方法，比如跳線的距離要盡量小，越近越方便，實在不行的就用紅線畫出來，分成雙層版來做。說到雙層版，很多

36、人都沒嘗試過，自己百度了，但網(wǎng)上經(jīng)驗還是很少，不算多。還是得靠自己去嘗試，慢慢來，循序漸進！后來，是去實驗室看別人如何畫雙層版PCB圖還有如何轉印，才知道過程其實是蠻復雜的，還能多細節(jié)必須做到完美，分毫都不能偏差，否則就是失敗。</p><p>　　經(jīng)過整個設計過程到轉印，腐蝕，鉆孔，焊接芯片……過程真的很辛苦，很多次想放棄了，不想做了，想去竊取別人成功的果實，但最終沒有這樣，還是堅持著做了下去，三個臭皮匠賽過諸

37、葛亮！跟同學一起團結協(xié)作，還是完成了這個課程設計。發(fā)現(xiàn)自己畫圖，作圖，找資料的水平還有多芯片的認識，焊接技巧都有所提升和進步了！ </p><p>　　課程設計達到了專業(yè)學習的預期目的。在幾個星期的課程設計之后，我們普遍感到不僅實際動手能力有所提高，更重要的是通過對設計過程的了解，進一步激發(fā)了我們對專業(yè)知識的興趣和對數(shù)字電子技術基礎這門專業(yè)課的了解，并能夠結合實際存在的問題在專業(yè)領域內進行更深入的學習。<

38、/p><p>　　我認為有些細節(jié)是仿真軟件不能模擬的，必須要通過開發(fā)板的實際操作得以驗證，PC機的資源有限，運行速度和性能的差異也有可能產(chǎn)生仿真的不同結果。</p><p>　　通過這次對數(shù)字鐘的設計與制作，讓我了解了設計電路的程序，也讓我了解了關于數(shù)字鐘的原理與設計理念，要設計一個電路總要先用仿真仿真成功之后才實際接線的。但是最后的成品卻不一定與仿真時完全一樣，因為，再實際接線中有著各種各樣

39、的條件制約著?？恳粋€人來做，是無法完成的，團隊的力量才是強大和高效率的，一起討論與交流，可以讓我們做起事來事半功倍！</p><p><b>　　五、附錄</b></p><p><b>　　元器件明細表</b></p><p>　　74LS160N 74LS48N</p>

40、;<p>　　管腳圖如下： 管腳圖如下：</p><p>　　74LS85D 74LS20</p><p>　　管腳圖如下： 管腳圖如下：</p><p>　　④74LS00D

41、 ⑤電源</p><p>　　⑥蜂鳴器 74LS04</p><p>　?、邤?shù)碼管 ⑧信號燈</p><p>　?、衢_關 ⑩ 開關 </p><

42、;p><b>　　六、參考文獻 </b></p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　1.從宏壽.Multisim8仿真與應用實例開發(fā).北京：清華大學出版社，2007</p><p>　　2.黃智偉.基于NI Multisim的電子電路計算機仿真設計與分析.北京：電子工業(yè)出版社，2008<

43、;/p><p>　　3.閻石.數(shù)字電子技術基礎.第四版.北京：高等教育出版社，2010</p><p>　　4.郭鎖利.基于Multisim9的電子系統(tǒng)設計、仿真與綜合應用.北京：人民郵電出版社，2008</p><p>　　5.康華光.2005.電子技術基礎.武漢:高等教育出版社.246-302。</p><p>　　6.Proteus軟件內的

44、幫助文件。</p><p>　　7.荀殿棟 徐志軍 《數(shù)字電路設計實用手冊》 電子工業(yè)出版社 2003.07</p><p>　　8.宋春榮.通用集成電路速查手冊.山東科學技術出版社,1995</p><p>　　9.高吉祥.電子技術基礎實驗與課程設計.電子工業(yè)出版社,2002</p><p>　　10.呂思忠.數(shù)子電路實驗與課程設計.哈