數字鐘課程設計

1、數字電子技術課程設計報告題 目：數字電子鐘班 級：學 號：姓 名：目 錄一、任務書31設計任務32要求3二、正文41前言42任務分析43方案設計54元器件清單85體會8三、軟件仿真9仿真截圖9四、參考文獻. 13 任 務 書1設計任務用中、小規(guī)模集成電路設計一臺能顯示時、分、秒的數字電子鐘。2. 要求（1）采用led顯示累計時間“時”、“分”、“秒”。（2）設計一個數字計時器，可以完成00:00:00到23:59:59的計時功能，并在控制電路的作用下具有快速校時、快速校分功能。（3）通過multisim軟件平臺，設計含小時，分鐘，秒鐘顯示功能的數字時鐘。 正 文1.前言數字鐘是一種用數字電路技

2、術實現時、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，具有更更長的使用壽命，因此得到了廣泛的使用。2.任務分析（1）數字鐘主要分為數碼顯示器、60進制和24進制計數器、頻率振蕩器和校時這幾個部分。數字鐘要完成顯示需要6個數碼管，八段的數碼管需要譯碼器械才能顯示，然后要實現時、分、秒的計時需要60進制計數器和24進制計數器，在在仿真軟件中發(fā)生信號可以用函數發(fā)生器仿真，頻率可以隨意調整。60進制可能由10進制和6進制的計數器串聯而成，而小時的24進制可以采用74ls90清零發(fā)實現。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。主體思

3、路如下圖所示：分頻器振蕩器秒計數器分計數器時計數器秒譯碼器分譯碼器時譯碼器分顯示器秒顯示器時顯示器校時電路圖1 主題思路框架圖（2）74ls90是二、五、十進制異步計數器。異步計數器如果設定初態(tài)，在每個脈沖的作用下是按順序變化的（態(tài)序）。二進制計數器的每一狀態(tài)相當一最小項，當最后一個脈沖到來后，電路返回原狀態(tài)。計數器74ls90的功能：直接置0（r0（1）r0（2）=1），直接置9（r9（1）r9（2）=1）。二進制計數（cp1輸入q0輸出）五進制計數（cp2輸入q3q2q1輸出）（3）在multisim10.0仿真器件中，數碼管分為需要譯碼器顯示的和無需譯碼直接顯示的兩種，需要譯碼器的數碼管

4、有共陽極和共陰極之分，此電路采用的是不需譯碼直接顯示的數碼管，這樣就簡化了電路，增加了調試的正確性。3.設計方案（1）振蕩器振蕩器可由晶振組成，也可以由555定時器組成。圖-3中是由555定時器構成的1khz的自激振蕩器，其原理是0.7(2r3+r4+r5)c4=1ms，f=1/t=1khz。計時是1hz的脈沖才是1s計一次數，所以需要分頻才能得到1hz的脈沖，如圖-4所示電路，是三個用十進制計數器74ls90串聯而成的分頻器，分頻原理是在74ls90的輸出端子中，從低位輸入10個脈沖才從高位輸出1個脈沖，這樣一片74ls90就可以起十分頻的作用，三個74ls90串聯就構成了千分頻的電路，輸出

5、的便是1hz的信號，從而達到目的。在仿真時，1hz的頻率太慢了，在實際中得到的時間不是1s計數一次，所以仿真都是用函數發(fā)生器代替，所以在數字鐘總電路圖中沒有振蕩器。圖2 1k分頻器（2）六十進制計數器“秒”、“分”電路都六十進制，它由一級十進制計數器和一級六進制計數器組成，如圖3，采用兩片74ls90串接起來構成“秒”、“分”計數器。圖3 60進制計數器由圖得知，u1是十進制計數器，u1的qd作為十進制的進位信號，74ls90計數器是十進制異步計數器，用反饋歸零的方法實現十進制計數，u4和與非門構成六進制，其中與非門輸出進位信號。（3）二十四進制計數器如圖4，時計數電路由u1和u2倆部分組成。

6、當時個位u1計數為4，u2計數為2時，兩片74ls90復零，從而構成24進制計數。圖4 24進制計數器（4）數字時鐘系統(tǒng)的組成利用上面的六十進制和二十四進制遞增計數器子電路構成的數字鐘系統(tǒng)如圖5：.其中60c為60進制子電路，24c為24進制子電路。當按下開關j1，j2時分別為將“時”和“秒”的進位端直接接入秒脈沖，實現校時。由于multisim可以仿真，并有函數發(fā)生器，最簡單的校時方法就是通過開關用函數發(fā)生器對clk端輸入脈沖以改變顯示的數值。此電路的設計就是采用這種方法校時的，雖可以只用一個函數發(fā)生器來實現同步，但調試時結果不能體現出來，所以用另外的函數發(fā)生器來實現校時。校時的具體設計方法

7、是：用一個單刀雙擲開關切換計數功能與校時功能，另一端接計數器的脈沖輸入端，開關置于函數發(fā)生器這一端便可以校時，置于計數器的進位端便是計時。不校正時間時開關都應打在與非門的那一端，校時時才用鍵盤操作改變開關的狀態(tài)。圖5 數字鐘系統(tǒng)組成4.元器件清單器件數量四輸入數碼管6個74ls90n9個ne5551個電阻器3個電容器2個74ls00n與非門2個單刀雙擲開關2個5.心得體會通過multisim軟件，可以很方便的實現計算機仿真和虛擬實驗，與傳統(tǒng)的實驗方法相比，通過multisim仿真可，設計與實驗可以同步進行，且修改電路容易，連線直觀。缺點是仿真中的虛擬實驗的“時間”受仿真速度的影響，要比現實中的

8、“時間”慢很多，因此實驗中所用的“秒”脈沖信號是用交流電壓源，其頻率接近1khz，仿真速度才相當于現實生活中的秒。所以為了仿真過程中便于觀察，只好用交流電源替換“晶振”。實際應用中應把交流電源替換成1hz的晶振分頻電路。整個過程花了我們不少時間，主要是在調試時花了不少時間，其間換了不少器件，查了很多資料,有的器件在理論上可行，但在實際運行中就無法看到效果，所以調試花了我不少時間，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。multisim軟件有時會出問題，在理論上可行的電路在調試中未必能顯示出來，這就需要不斷地嘗試才能得出正確的答案。在實際的操作過程中，能把理論中所學的知識靈活地運用起

9、來，并在調試中會遇到各種各樣的問題，電路的調試提高了我們解決問題的能力，學會了在設計中獨立解決問題，也包括怎樣去查找問題。似乎所有的事都得自己新手去操作才會在腦海中留下深刻的印象，這個小小的課程設計讓我可以熟練的操作multisim軟件，也了解了不少器件的功能的應用，也加深了對數字電路認識和理解。整個過程大部分是我獨立完成的，感覺很難尤其是較時功能的實現,費了很長時間,但收獲不小，發(fā)現調試的過程并不是想象中的那樣簡單，需要耐心、仔細地分析和解決問題，可以讓我的性格更加沉穩(wěn)。這樣的課程設計很能培養(yǎng)我們的能力，讓我們不再局限于書本上的知識。同時也花了不少的時間查閱資料，向同學請教，跟專業(yè)里的同學討論，整個方案經歷了很多次的修改和優(yōu)化。在課程設計的過程過對于老師上課講的內容有了深層次的認識和理解。在此，一并深深地感謝你們。軟 件 仿 真以下幾張為multisim數字時鐘仿真的界面截圖，其中每張圖片都是以將要發(fā)生進位關系和剛發(fā)生過進位關系的時刻暫停仿真截圖所得。通過右下角的傳遞函數所對應的時刻可以判斷其截圖的連續(xù)性。1下圖為00時00分59秒時刻。2下圖為00時01分01秒時刻。顯然，系統(tǒng)可以從“秒”正常進位至“分”，并繼續(xù)計時。3. 下圖為00時59分54秒時刻。4. 下圖為01時00分08秒時刻。顯然，系統(tǒng)可以從“分”進位至“時”。5 下圖為23時59分42秒時刻。6