數(shù)電數(shù)字電子時(shí)鐘設(shè)計(jì)

1、 數(shù)字電子時(shí)鐘設(shè)計(jì)姓 名 何旭光 學(xué) 號(hào) 313107010106 年 級(jí) 2131 專 業(yè) 自動(dòng)化 系（院） 信息工程 指導(dǎo)教師 蔣龍?jiān)?2015年7月7日課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書(shū)設(shè)計(jì)題目： 數(shù)字電子時(shí)鐘課程設(shè)計(jì)功能描述：（1）顯示天、時(shí)、分、秒。（2）可以24小時(shí)制（3）可以顯示30天（4）具有正點(diǎn)報(bào)時(shí)功能。設(shè)計(jì)目的： 數(shù)字電子鐘是一種用數(shù)字電路技術(shù)實(shí)現(xiàn)天、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(wú)機(jī)械裝置，具有更更長(zhǎng)的使用壽命，因此得到了廣泛的使用。數(shù)字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。目前，數(shù)字鐘的功能越來(lái)越強(qiáng)，并且有多種專

2、門(mén)的大規(guī)模集成電路可供選擇。本設(shè)計(jì)采用74ls160、帶有譯碼器的數(shù)碼管和適當(dāng)?shù)拈T(mén)電路構(gòu)成,可實(shí)現(xiàn)對(duì)天、時(shí)、分、秒等時(shí)間信息的采集和較時(shí)功能地實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字計(jì)時(shí)器，可以完成00：00:00:00到29:23:59:59的計(jì)時(shí)功能，并在控制電路的作用下具有初始化功能。能進(jìn)行正常的天時(shí)分秒計(jì)時(shí)功能。分另由八個(gè)個(gè)數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)天時(shí)分秒的計(jì)時(shí)。同時(shí)實(shí)現(xiàn)報(bào)時(shí)。通過(guò)proteus軟件平臺(tái)，設(shè)計(jì)含天、小時(shí)、分鐘、秒鐘顯示功能的數(shù)字時(shí)鐘。目 錄一、前言4二、設(shè)計(jì)任務(wù)5 1.設(shè)計(jì)思路5 2 .設(shè)計(jì)方案5 2.1 時(shí)間脈沖產(chǎn)生電路6 2.2 計(jì)數(shù)電路7 2.2.1 秒位計(jì)數(shù)電路7 2.2.2 分位計(jì)數(shù)電路8 2.

3、2.3 時(shí)位計(jì)數(shù)電路8 2.2.4 天位計(jì)數(shù)電路9 2.3 譯碼顯示電路10 2.4 報(bào)時(shí)電路11 2.5 初始化電路12三、完整電路13四、調(diào)試15五、心得體會(huì)15附錄：元器件明細(xì)表16附錄：參考文獻(xiàn)17一、前 言所謂數(shù)字鐘，是指利用數(shù)電電路構(gòu)成的計(jì)時(shí)器。相對(duì)機(jī)械鐘而言，數(shù)字鐘能達(dá)到準(zhǔn)確計(jì)時(shí)，并顯示天、時(shí)、分、秒，同時(shí)能對(duì)該鐘進(jìn)行調(diào)整。在此基礎(chǔ)上，還能夠?qū)崿F(xiàn)整點(diǎn)報(bào)時(shí)的功能。設(shè)計(jì)過(guò)程采用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法，先分析任務(wù)，得到系統(tǒng)要求，然后進(jìn)行總體設(shè)計(jì)，劃分子系統(tǒng)，然后進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，決定各個(gè)功能子系統(tǒng)中的內(nèi)部電路，最后進(jìn)行測(cè)試。本文針對(duì)簡(jiǎn)易數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)要求，由上而下層次化的設(shè)計(jì)，先定義和規(guī)定各個(gè)模塊的

4、結(jié)構(gòu)，再對(duì)模塊內(nèi)部進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。詳細(xì)設(shè)計(jì)的時(shí)候又根據(jù)可采用的芯片，分析各芯片是否適合本次設(shè)計(jì)，選擇較合適的芯片進(jìn)行設(shè)計(jì)，最后將設(shè)計(jì)好的模塊組合調(diào)試，并最終在protues下仿真通過(guò)。二、設(shè)計(jì)任務(wù)1.設(shè)計(jì)思路 能按時(shí)鐘功能進(jìn)行天、時(shí)、分鐘、秒計(jì)時(shí)，能調(diào)時(shí)調(diào)分，能整點(diǎn)報(bào)時(shí)，使用3個(gè)2位數(shù)碼管顯示?？傮w設(shè)計(jì)：本階段的任務(wù)是根據(jù)任務(wù)要求進(jìn)行模塊劃分，提出方案，并進(jìn)行比較分析，最終找到較優(yōu)的方案。該方案的優(yōu)點(diǎn)是模塊內(nèi)部簡(jiǎn)單，模塊間關(guān)系較明確。2.設(shè)計(jì)方案 數(shù)字電子鐘由信號(hào)發(fā)生器、“天、時(shí)、分、秒”計(jì)數(shù)器、譯碼器及顯示器、整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路等組成。數(shù)字電子鐘系統(tǒng)框圖如下:2.1時(shí)間脈沖產(chǎn)生電路我們采用555定時(shí)

5、器多諧振蕩器產(chǎn)生1hz的脈沖作為電路的標(biāo)準(zhǔn)脈沖。電路中，有10uf電容和0.01uf電容各1個(gè)，555定時(shí)器一個(gè)1個(gè)，48k電阻4個(gè)。2.2計(jì)數(shù)電路根據(jù)設(shè)計(jì)要求，電子鐘由秒、分、時(shí)、天，四部分組成，下面分別對(duì)四部分電路進(jìn)行闡述。2.2.1秒位計(jì)數(shù)電路由于以上所說(shuō)555定時(shí)器多諧振蕩器可產(chǎn)生1hz的時(shí)鐘信號(hào)，所以可以直接把所得的1hz信號(hào)作為秒位計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘信號(hào)。計(jì)數(shù)方面選擇具有計(jì)數(shù)功能的74ls160芯片，采用反饋清零方法，組成60進(jìn)制的計(jì)數(shù)器，60秒之后產(chǎn)生進(jìn)位信號(hào)，與電子鐘的秒位60后進(jìn)位相對(duì)應(yīng)。下圖為一個(gè)60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，由兩個(gè)74ls160芯片級(jí)聯(lián)而成的60進(jìn)制計(jì)數(shù)器。時(shí)鐘信號(hào)clk為同

6、一信號(hào)源，秒個(gè)位的進(jìn)位給enp和ent，置數(shù)端都接高電平，利用秒十位0110這個(gè)狀態(tài)作為清零信號(hào)，也是進(jìn)位信號(hào)，組成一個(gè)六進(jìn)制計(jì)數(shù)器。這樣，個(gè)位與十位組合而成的就是一個(gè)60進(jìn)制計(jì)數(shù)器。 60進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路級(jí)聯(lián)圖2.2.2分位計(jì)數(shù)電路分位計(jì)數(shù)器同樣采用74ls160芯片，用秒位的進(jìn)位信號(hào)作為時(shí)鐘信號(hào)，秒位60秒產(chǎn)生一個(gè)進(jìn)位信號(hào)，當(dāng)秒位產(chǎn)生一次進(jìn)位信號(hào)，分位相應(yīng)地計(jì)一個(gè)數(shù)，與數(shù)字電子鐘秒位60秒后分位計(jì)數(shù)一次相對(duì)應(yīng)。同時(shí)用74ls160采用反饋清零法組成一個(gè)60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)到60后產(chǎn)生一個(gè)進(jìn)位信號(hào)，作為時(shí)信號(hào)的時(shí)鐘信號(hào)。與秒位相同，也是由兩個(gè)74ls160芯片級(jí)聯(lián)而成的60進(jìn)制計(jì)數(shù)器。時(shí)鐘信號(hào)

7、clk都接秒位的最后進(jìn)位的那個(gè)信號(hào)，分個(gè)位的進(jìn)位給enp和ent，置數(shù)端都接高電平，利用分十位0110這個(gè)狀態(tài)作為清零信號(hào)，也是進(jìn)位信號(hào)，組成一個(gè)六進(jìn)制計(jì)數(shù)器。這樣，個(gè)位與十位組合而成的就是一個(gè)60進(jìn)制計(jì)數(shù)器。如上圖2.2.3時(shí)位計(jì)數(shù)電路原理跟以上闡述的一樣，分位計(jì)數(shù)到60后產(chǎn)生一個(gè)進(jìn)位信號(hào)作為時(shí)位的時(shí)鐘信號(hào)，60分鐘后，時(shí)位計(jì)一次數(shù)，與數(shù)字電子時(shí)鐘相對(duì)應(yīng)。同樣用74ls160計(jì)數(shù)，所不同的是在時(shí)位需要用反饋清零法組成一個(gè)24進(jìn)制計(jì)數(shù)器。下圖為一個(gè)24進(jìn)制計(jì)數(shù)器，由兩個(gè)74ls160芯片級(jí)聯(lián)而成的24進(jìn)制計(jì)數(shù)器。時(shí)鐘信號(hào)clk都接分為最后進(jìn)位的那個(gè)信號(hào)，時(shí)個(gè)位的進(jìn)位給enp和ent，置數(shù)端都接

8、高電平，利用時(shí)十位0010和時(shí)個(gè)位0100這個(gè)狀態(tài)作為清零信號(hào)，也是進(jìn)位信號(hào)，組成一個(gè)個(gè)位4進(jìn)制，十位2進(jìn)制的計(jì)數(shù)器。這樣，個(gè)位與十位組合而成的就是一個(gè)24進(jìn)制計(jì)數(shù)器。 24進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路級(jí)聯(lián)圖2.2.4天位計(jì)數(shù)電路原理跟以上闡述的一樣，時(shí)位計(jì)數(shù)到24后產(chǎn)生一個(gè)進(jìn)位信號(hào)作為時(shí)位的時(shí)鐘信號(hào)，24小時(shí)后，天位計(jì)一次數(shù)，與數(shù)字電子時(shí)鐘相對(duì)應(yīng)。同樣用74ls160計(jì)數(shù)，所不同的是在時(shí)位需要用反饋清零法組成一個(gè)30進(jìn)制計(jì)數(shù)器。下圖為一個(gè)30進(jìn)制計(jì)數(shù)器，由兩個(gè)74ls160芯片級(jí)聯(lián)而成的30進(jìn)制計(jì)數(shù)器。時(shí)鐘信號(hào)clk都接時(shí)位最后進(jìn)位的那個(gè)信號(hào)，天個(gè)位的進(jìn)位給enp和ent，置數(shù)端都接高電平，利用時(shí)十位00

9、11這個(gè)狀態(tài)作為清零信號(hào)，也是進(jìn)位信號(hào)，組成一個(gè)3進(jìn)制的計(jì)數(shù)器。這樣，個(gè)位與十位組合而成的就是一個(gè)30進(jìn)制計(jì)數(shù)器。 24進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路級(jí)聯(lián)圖2.3譯碼顯示電路譯碼顯示是將計(jì)數(shù)器的狀態(tài)直觀地顯示出來(lái)。以7448芯片作為驅(qū)動(dòng)，通過(guò)共陰數(shù)碼管顯示出來(lái)，通過(guò)2片7448和兩個(gè)數(shù)碼管級(jí)聯(lián)成十位和個(gè)位，如下圖！ 圖為數(shù)碼管顯示電路級(jí)聯(lián)圖2.4報(bào)時(shí)電路為增強(qiáng)數(shù)字電子鐘的功能，有必要加上報(bào)時(shí)功能?？衫梅澍Q器與組合邏輯電路，設(shè)計(jì)成到59分59秒響起。選用buzzer作為蜂鳴器，將工作電壓改為1v，一個(gè)npn三極管，一個(gè)電阻1k歐姆，與非門(mén)，與門(mén)，非門(mén)，級(jí)聯(lián)后，當(dāng)分位到達(dá)五十九同時(shí)秒位到達(dá)五十九時(shí)蜂鳴器開(kāi)始工作

10、。下圖為級(jí)聯(lián)后的圖。 圖為整點(diǎn)報(bào)時(shí)級(jí)聯(lián)圖2.5初始化電路由于時(shí)間原因，沒(méi)有校時(shí)電路，只有通過(guò)初始化電路來(lái)給時(shí)鐘初始化，是時(shí)間能夠較為正常的運(yùn)行，通過(guò)三個(gè)開(kāi)關(guān)把天、時(shí)、分的清零端接地以達(dá)到清零的效果。三個(gè)開(kāi)關(guān)也要注意順序，先從分開(kāi)始清零，然后是時(shí)，最后是天。下圖為初始化控制電路圖 圖為初始化電路三、完整電路將時(shí)間脈沖產(chǎn)生電路，秒位、分位、時(shí)位、天位計(jì)數(shù)器電路，顯示譯碼電路，報(bào)時(shí)電路，初始化控制電路這些模塊相連接，組成總的設(shè)計(jì)電路，即數(shù)字電子鐘電路四、調(diào)試 電路設(shè)計(jì)好之后需要經(jīng)過(guò)調(diào)試確認(rèn)電路可行性后，再寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告。調(diào)試順序?yàn)椋簳r(shí)間脈沖產(chǎn)生電路，計(jì)數(shù)器模塊，譯碼顯示電路模塊，報(bào)時(shí)電路模塊。每個(gè)模塊進(jìn)

11、行調(diào)試都確認(rèn)無(wú)誤后，即可把每個(gè)模塊連接好，組成一個(gè)完整的數(shù)字電子鐘。根據(jù)proteus軟件對(duì)電路仿真后得出的結(jié)論是沒(méi)有問(wèn)題的，在一般情況下接線后不會(huì)有問(wèn)題，但是前提是調(diào)試時(shí)接線不能接錯(cuò)。五、心得體會(huì) 經(jīng)過(guò)長(zhǎng)達(dá)兩個(gè)星期的設(shè)計(jì)與思考，最終在proteus上完成了數(shù)字鐘的模擬。其間遇到了許多問(wèn)題，但最后都一一得到解決?，F(xiàn)將心得體會(huì)總結(jié)如下：1.設(shè)計(jì)初期要考慮周到，否則后期改進(jìn)很困難。應(yīng)該在初期就多思考幾個(gè)方案，進(jìn)行比較論證，選擇最合適的方案動(dòng)手設(shè)計(jì)?？傮w設(shè)計(jì)在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中非常重要，應(yīng)該花較多的時(shí)間在上面。2.方案確定后，才開(kāi)始設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)時(shí)，多使用已學(xué)的方法，如列真值表，化簡(jiǎn)邏輯表達(dá)式，要整體考慮，

12、不可看一步，做一步。在整體設(shè)計(jì)都正確后，再尋求簡(jiǎn)化的方法。3.在設(shè)計(jì)某些模塊的時(shí)候無(wú)法把握住整體，這時(shí)可以先進(jìn)行小部分功能的實(shí)現(xiàn)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，雖然可能會(huì)多花一些時(shí)間，但這比空想要有效的多。4.盡可能是電路連線有序，模塊之間關(guān)系清楚，既利于自己修改，也利于與別人交流。如果電路亂的連自己都看不懂，那還如何改進(jìn)和擴(kuò)展。5.很多難點(diǎn)的突破都來(lái)自于與同學(xué)的交流，交流使自己獲得更多信息，開(kāi)拓了思路，因此要重視與別人的交流。6.應(yīng)該有較好的理論基礎(chǔ)，整個(gè)實(shí)驗(yàn)都是在理論的指導(dǎo)下完成了，設(shè)計(jì)過(guò)程中使用了許多理論課上學(xué)的內(nèi)容，如真值表、卡拉圖等。本次設(shè)計(jì)把理論應(yīng)用到了實(shí)踐中，同時(shí)通過(guò)設(shè)計(jì)，也加深了自己對(duì)理論知識(shí)的理解和掌握。譯碼器7448 8個(gè)計(jì)數(shù)器74ls160 8個(gè)與非門(mén)74ls00 4個(gè)與非門(mén)74ls13 2個(gè)電阻1k 1個(gè)非門(mén)7404 2個(gè)電容cap10uf 1個(gè)電容cap0.01uf 1個(gè)電阻48k