數(shù)字時(shí)鐘課程設(shè)計(jì)報(bào)告AS

1、梧州學(xué)院電子信息工程系數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)報(bào)告書任務(wù)起止日期： 2013 年 6 月 24 日至 2013 年 6 月 30 日止班 級(jí)： 11電本3班 指導(dǎo)老師： 郭慧 日 期： 2013 年 6月24 日學(xué)生姓名： 黃斯文 學(xué) 號(hào)： 1101902310 分 數(shù)： 摘要 數(shù)字電子鐘是一種用數(shù)字顯示秒分時(shí)的記時(shí)裝置，與傳統(tǒng)的機(jī)械時(shí)鐘相比，它一般具有走時(shí)準(zhǔn)確顯示直觀無機(jī)械傳動(dòng)裝置等優(yōu)點(diǎn)，因而得到了廣泛的應(yīng)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(jī)場(chǎng)等公共場(chǎng)所的大型數(shù)字顯電子鐘。 本課程設(shè)計(jì)是要通過簡單的邏輯芯片實(shí)現(xiàn)數(shù)字電子鐘。要點(diǎn)在于用555芯片連接輸出為一秒的多諧振蕩器用于時(shí)鐘

2、的秒脈沖,用74LS160(10進(jìn)制計(jì)數(shù)器)、74LS00(與非門芯片)等連接成60和24進(jìn)制的計(jì)數(shù)器,再通過數(shù)碼管顯示，構(gòu)成簡單數(shù)字時(shí)鐘。關(guān)鍵字 數(shù)字時(shí)鐘 計(jì)數(shù)器 555芯片 分頻器 數(shù)碼管 74LS系列 校時(shí) 報(bào)時(shí)目錄一、 設(shè)計(jì)任務(wù)和要求3二、 設(shè)計(jì)的方案的選擇與論證3(1) 總體電路分析3(2) 仿真分析4(3) 仿真說明4三、 電路設(shè)計(jì)計(jì)算與分析4（1） 計(jì)數(shù)計(jì)時(shí)電路4（2） 校時(shí)選擇電路5（3） 整點(diǎn)譯碼電路5（4） 定時(shí)比較電路6（5） 振蕩電路7（6） 譯碼電路8（7） 器件分析9四、 總結(jié)及心得10五、 附錄12（1） 元器件明細(xì)表12（2） 附圖13六、 參考文獻(xiàn)14一、 設(shè)

3、計(jì)任務(wù)和要求實(shí)現(xiàn)24小時(shí)的時(shí)鐘顯示、校準(zhǔn)、整點(diǎn)報(bào)時(shí)、鬧鈴等功能。具體要求：（1）顯示功能：具有“時(shí)”、“分”、“秒”的數(shù)字顯示（“時(shí)”從023，分059，秒059）。（2）校時(shí)功能：當(dāng)剛接通電源或數(shù)字時(shí)鐘有偏差時(shí)，可以通過手動(dòng)的方式去校時(shí)。（3）整點(diǎn)報(bào)時(shí)：當(dāng)時(shí)鐘計(jì)時(shí)到整點(diǎn)時(shí)，能進(jìn)行整點(diǎn)報(bào)時(shí)。（4）鬧鈴功能：在24小時(shí)之內(nèi)，可以設(shè)定定時(shí)時(shí)間，當(dāng)數(shù)字時(shí)鐘到定時(shí)時(shí)間時(shí)能進(jìn)行報(bào)時(shí)提醒。二、 設(shè)計(jì)的方案的選擇與論證（1）總體電路分析總體電路設(shè)計(jì)是將單元電路模塊小時(shí)計(jì)時(shí)電路、分鐘計(jì)時(shí)電路、秒計(jì)時(shí)電路、校時(shí)選擇電路、整點(diǎn)譯碼電路、鬧鐘電路等模塊連接在一起，外接輸入開關(guān)和輸出顯示數(shù)碼管構(gòu)成。總體結(jié)構(gòu)圖如下：時(shí)

4、顯示電路分顯示電路秒顯示電路時(shí)譯碼電路分譯碼電路秒譯碼電路時(shí)計(jì)數(shù)電路分計(jì)數(shù)電路秒計(jì)數(shù)電路校時(shí)選擇電路鬧鐘電路秒脈沖產(chǎn)生電路（2）仿真分析單擊運(yùn)行按鈕，可觀測(cè)仿真結(jié)果。電路能完成顯示計(jì)時(shí)、校時(shí)、整點(diǎn)報(bào)時(shí)以及鬧鈴等功能。計(jì)時(shí)功能。當(dāng)開關(guān)S1、S2都處于左邊觸點(diǎn)時(shí)，數(shù)字時(shí)鐘工作于計(jì)時(shí)狀態(tài)。此時(shí)，電路中的秒計(jì)時(shí)電路、分計(jì)時(shí)電路以及小時(shí)計(jì)時(shí)電路分別對(duì)秒脈沖、分脈沖和小時(shí)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)結(jié)果經(jīng)數(shù)碼管顯示計(jì)時(shí)時(shí)間值。校時(shí)功能。當(dāng)開關(guān)S1、S2都處于右邊觸點(diǎn)時(shí)，數(shù)字時(shí)鐘工作于校時(shí)狀態(tài)。按瞬態(tài)按鈕B鍵，可以選擇對(duì)“小時(shí)”、“分鐘”和“秒鐘”進(jìn)行校時(shí)。校時(shí)時(shí)通過開關(guān)S3（按C鍵）手動(dòng)輸入校時(shí)時(shí)間。整點(diǎn)報(bào)時(shí)功能。

5、整點(diǎn)譯碼電路通過識(shí)別整點(diǎn)時(shí)間，產(chǎn)生整點(diǎn)報(bào)時(shí)信號(hào)。當(dāng)前時(shí)間為零點(diǎn)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生整點(diǎn)報(bào)時(shí)，此時(shí)探針會(huì)亮，蜂鳴器會(huì)響。鬧鐘報(bào)時(shí)功能。通過校時(shí)功能將“小時(shí)”、“分鐘”和“秒鐘”設(shè)定在某一時(shí)間點(diǎn)，然后重新校時(shí)，調(diào)整到設(shè)定點(diǎn)以前的某一時(shí)間，當(dāng)時(shí)鐘到達(dá)設(shè)定點(diǎn)時(shí)，信號(hào)燈會(huì)亮，并且蜂鳴器會(huì)響。三、 電路設(shè)計(jì)計(jì)算與分析（1）計(jì)數(shù)計(jì)時(shí)電路總設(shè)計(jì)圖如下圖：該電路時(shí)計(jì)時(shí)部分用兩片74LS160構(gòu)成二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器，與非門74LS00D構(gòu)成譯碼電路，該譯碼電路能識(shí)別代碼“24”，輸出信號(hào)使CLR=0，計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值被置0.所以，整個(gè)計(jì)數(shù)器的技術(shù)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24個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)。

6、該電路秒計(jì)時(shí)部分和分計(jì)時(shí)部分分別用兩片74LS160構(gòu)成六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，與非門74LS00D構(gòu)成譯碼電路，該譯碼電路能識(shí)別代碼59。整個(gè)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)狀態(tài)圖為00至01至至58至59至00,共有60個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)。其封裝引腳同小時(shí)計(jì)時(shí)電路，以下是時(shí)分秒計(jì)數(shù)電路的放大效果圖：（2）校時(shí)選擇電路。校時(shí)選擇電路如下圖：u 該校時(shí)選擇電路能進(jìn)行手動(dòng)校時(shí) 利用兩個(gè)單刀雙擲開關(guān)分別對(duì)時(shí)位和分位進(jìn)行校正。p 校時(shí)位時(shí)，要求時(shí)位以每秒計(jì)1的速度循環(huán)計(jì)數(shù)；p 校分位時(shí)，要求分位以每秒計(jì)1的速度循環(huán)計(jì)數(shù)。p 并且能進(jìn)行快調(diào)和慢調(diào)p “快校時(shí)”是，通過開關(guān)控制，使計(jì)數(shù)器對(duì)1Hz的校時(shí)脈沖計(jì)數(shù)。p “慢校時(shí)”是用手動(dòng)產(chǎn)生

7、單脈沖作校時(shí)脈沖。（3）整點(diǎn)譯碼電路。整點(diǎn)譯碼電路的作用是識(shí)別整點(diǎn)時(shí)間信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)整點(diǎn)報(bào)時(shí)的功能。整點(diǎn)時(shí)間信號(hào)的特征是零分，零分作為數(shù)字量來說，是一個(gè)代碼，用門電路組成的譯碼電路可識(shí)別一個(gè)代碼。整點(diǎn)譯碼電路如下圖：p 即在59分50秒起隔2秒鐘發(fā)出一次低音的“嘟”信號(hào)（信號(hào)鳴叫持續(xù)時(shí)間1s，間隙1s），連續(xù)發(fā)出4次；p 到達(dá)整點(diǎn)時(shí)（即00分00秒）再鳴叫一次高音的“噠”信號(hào)（信號(hào)持續(xù)時(shí)間仍為1s）。 （4）定時(shí)比較電路（鬧鐘電路）定時(shí)比較電路是將設(shè)定的定時(shí)時(shí)間和當(dāng)前的計(jì)時(shí)時(shí)間進(jìn)行比較，電路可選用數(shù)值比較器74LS85。定時(shí)比較電路如圖所示：因?yàn)槎〞r(shí)時(shí)間為小時(shí)和分鐘，共16位二進(jìn)制代碼，每片數(shù)值

8、比較器74LS85能比較兩個(gè)4位二進(jìn)制代碼，用4片74LS85能構(gòu)成16位數(shù)值比較器。當(dāng)數(shù)字時(shí)鐘的計(jì)時(shí)時(shí)間等于設(shè)定時(shí)間時(shí)，定時(shí)比較電路輸出高電平，否則輸出低電平。（5）振蕩電路振蕩器是數(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(jì)時(shí)的準(zhǔn)確程度，通常選用石英晶體構(gòu)成振蕩器電路。一般來說，振蕩器的頻率越高，計(jì)時(shí)精度越高。我們采用的是555定時(shí)器構(gòu)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(duì)電阻和電容的精度要求較高。其計(jì)算方式如下：具體電路如右圖：分頻器的功能主要有兩個(gè)：一是產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖信號(hào)；二是提供功能擴(kuò)展電路所需要的信號(hào)，如仿電臺(tái)

9、報(bào)時(shí)用的1kHz的高音頻信號(hào)和500Hz的低音頻信號(hào)等 。用555產(chǎn)生1HZ電路如下圖：（6）譯碼電路74LS48為BCD7段譯碼/驅(qū)動(dòng)器。（7）器件分析1. 74LS160分析在數(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(gè)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器和一個(gè)六進(jìn)制計(jì)數(shù)器串聯(lián)而成的，在電路的設(shè)計(jì)中我采用的是統(tǒng)一的器件74LS160D的反饋置數(shù)法來實(shí)現(xiàn)十進(jìn)制功能和六進(jìn)制功能，根據(jù)74LS160D的結(jié)構(gòu)把輸出端的0110（十進(jìn)制為6）用一個(gè)與非門74LS00引到CLR端便可置0，這樣就實(shí)現(xiàn)了六進(jìn)制計(jì)數(shù)。由兩片十進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器74LS160級(jí)聯(lián)產(chǎn)生，采用的是異步清零法。同樣，在輸出端的1001（十進(jìn)制為

10、9）用一個(gè)與非門74LS00引到Load端便可置0，這樣就實(shí)現(xiàn)了十進(jìn)制計(jì)數(shù)。在分和秒的進(jìn)位時(shí)，用秒計(jì)數(shù)器的Load端接分計(jì)數(shù)器的CLK控制時(shí)鐘脈沖，脈沖在上升沿來時(shí)計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)。時(shí)計(jì)數(shù)器可由兩個(gè)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器串接并通過反饋接成二十四制計(jì)數(shù)器。由計(jì)數(shù)器得到的4位二進(jìn)制碼的必須通過譯碼后轉(zhuǎn)為人們習(xí)慣的數(shù)字顯示。如12：54：30的二進(jìn)制碼為00010010：01010100：00110000。秒信號(hào)經(jīng)秒計(jì)數(shù)器、分計(jì)數(shù)器、時(shí)計(jì)數(shù)器之后，分別得到“秒”個(gè)位、十位、“分”個(gè)位、十位以及“時(shí)”個(gè)位、十位的計(jì)時(shí)輸出信號(hào)，然后送至顯示電路，以便實(shí)現(xiàn)用數(shù)字顯示時(shí)、分、秒的要求?！懊搿焙汀胺帧庇?jì)數(shù)器應(yīng)為六十進(jìn)制，

11、而“時(shí)”計(jì)數(shù)器應(yīng)為二十四進(jìn)制。采用10進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS160來實(shí)現(xiàn)時(shí)間計(jì)數(shù)單元的計(jì)數(shù)功能。2. 74LS85特性分析74LS85為4位數(shù)值比較器，共有54/7485、54/74S85、54/74LS85 三種線路結(jié)構(gòu)型式，74LS85 可進(jìn)行二進(jìn)制碼和BCD碼的比較，對(duì)兩個(gè)4 位字的比較結(jié)果由三個(gè)輸出端FA B，F(xiàn)AB，F(xiàn)AB輸出。將若干 85 級(jí)聯(lián)可比較較長的字，此時(shí)低級(jí)位的FAB，F(xiàn)AB，F(xiàn)AB連接到高位級(jí)相應(yīng)的輸入AB、AB、AB，并使低位級(jí)的AB為高電平。引出端符號(hào)：B0B3字B輸入端A0A3字A輸入端AB AB級(jí)聯(lián)輸入端AB AB級(jí)聯(lián)輸入端AB AB級(jí)聯(lián)輸入端FABA等于B輸出端F

12、ABA大于B輸出端FABA小于B輸出端四、心得體會(huì) 時(shí)光飛逝，眨眼間就到期末了，面對(duì)新的挑戰(zhàn)，新的課程設(shè)計(jì)，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(gè)數(shù)字鬧鐘的課程設(shè)計(jì)，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(shè)計(jì)發(fā)端之始，思緒全無，舉步維艱，對(duì)于理論知識(shí)學(xué)習(xí)不夠扎實(shí)的我深感“書到用時(shí)方恨少”，于是想起圣人之言“溫故而知新”，便重拾教材與實(shí)驗(yàn)手冊(cè)，對(duì)知識(shí)系統(tǒng)而全面進(jìn)行了梳理，遇到難處先是苦思冥想再向同學(xué)請(qǐng)教，終于熟練掌握了基本理論知識(shí)，而且領(lǐng)悟諸多平時(shí)學(xué)習(xí)難以理解掌握的較難知識(shí)，學(xué)會(huì)了如何思考的思維方式，找到了設(shè)計(jì)的靈感?？偟膩碚f

13、，整個(gè)過程是艱辛而漫長的，但一點(diǎn)一滴的積累，不斷的超越和解決一個(gè)又一個(gè)難點(diǎn)與問題，最終還是取得了理想的效果。首先，面對(duì)課程設(shè)計(jì)的一系列設(shè)計(jì)，我們前期準(zhǔn)備工作量是蠻大的，老師給的設(shè)計(jì)要求，我們必須反復(fù)精度與理解，弄明白整個(gè)過程是如何進(jìn)行的，這樣才能有效的按計(jì)劃進(jìn)行，剛開始看了有關(guān)老師給的數(shù)電設(shè)計(jì)報(bào)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(xué)會(huì)了上網(wǎng)查資料，一點(diǎn)一點(diǎn)的把不懂的地方逐個(gè)擊破，從進(jìn)制的轉(zhuǎn)化，時(shí)分秒之間的進(jìn)位連接，這些分開來看都很簡單，連在一個(gè)電路中，很多細(xì)節(jié)就得要注意了，管腳之間的連接，每個(gè)芯片的功能，圖形，如何應(yīng)用，都需

14、要我去一個(gè)一個(gè)弄懂。當(dāng)查好一切準(zhǔn)備資料和看多其他人的課程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)之后，就可以開始設(shè)計(jì)了。在設(shè)計(jì)之前，自己對(duì)一切畫圖軟件并不是很懂，這讓我碰到了一個(gè)更大的困難，Proteus仿真軟件從來沒用過，也沒看過教學(xué)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(duì)復(fù)雜多變的數(shù)字電子時(shí)鐘的設(shè)計(jì)，難度提高了很多，對(duì)自己完全是一個(gè)新的挑戰(zhàn)！面對(duì)這些困難，我首先必須向?qū)I(yè)知識(shí)比較厲害的同學(xué)請(qǐng)教，邊問他們，邊自己畫圖，并且結(jié)合相關(guān)軟件的視頻一起看，來完成設(shè)計(jì)。但在實(shí)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(shí)際操作起來才發(fā)現(xiàn)，困難重重。當(dāng)我用仿真軟件畫電路圖時(shí)，遇到很

15、多問題，很多元器件的名字與縮寫不懂查找，只能自己一個(gè)一個(gè)的問或者上網(wǎng)搜索，花費(fèi)了大量時(shí)間去查找那些芯片，連接的時(shí)候線與線之間的連接密密麻麻，上百條線，后來知道了使用網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)就可以代替線路，不用手動(dòng)畫閑，既可以模擬出實(shí)際效果。從計(jì)數(shù)模塊的模擬，到校時(shí)電路，脈沖產(chǎn)生電路，正點(diǎn)報(bào)時(shí)電路，鬧鐘電路一個(gè)一個(gè)模塊的加到仿真軟件中，通過詢問同學(xué)和看網(wǎng)上其他人如何連接這些電路，來實(shí)現(xiàn)自己連接的電路圖。調(diào)試時(shí)有的器件在理論上可行，但在實(shí)際運(yùn)行中就無法看到效果，所以得換不少器件，有時(shí)無法找出錯(cuò)誤便更換器件重新接線以使電路正常運(yùn)行。在整個(gè)設(shè)計(jì)中，74LS160的接線比較困難，反復(fù)修改了多次，在認(rèn)真學(xué)習(xí)其用法后采用歸

16、零法和置數(shù)法設(shè)計(jì)出60進(jìn)制和24進(jìn)制的計(jì)數(shù)器。同時(shí)，在最后仿真時(shí)，預(yù)置的頻率一開始用的是1hz，結(jié)果仿真結(jié)果反應(yīng)很慢，后把頻率加大，這才在短時(shí)間內(nèi)就能看到全部結(jié)果。總之，通過這次對(duì)數(shù)字時(shí)鐘的設(shè)計(jì)與仿真，為以后的電路設(shè)計(jì)打下良好的基礎(chǔ)，一些經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，將成為寶貴的學(xué)習(xí)財(cái)富。用了大概5，6天的時(shí)間，完成了仿真。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(guān)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，而且有些存在，但是跟我們實(shí)際要用的芯片管腳對(duì)應(yīng)不上，這些都需要我們上網(wǎng)查資料，了解相關(guān)芯片的畫法與管腳圖之后，才能去畫。實(shí)物的管腳與DXP封裝的

17、管腳要符合，而且這么多芯片，得一一對(duì)應(yīng)，一一檢查，這非?；〞r(shí)間。一切準(zhǔn)備就緒就是開始畫原理圖了，畫原理圖時(shí)又碰到了新的難點(diǎn)，那就是加排針來實(shí)現(xiàn)一些復(fù)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(jié)合原理圖去看，去選擇，這也得花大量時(shí)間去看，去對(duì)照和對(duì)應(yīng)！還得考慮芯片與芯片之間交線盡量少！當(dāng)畫DXP軟件的PCB圖的時(shí)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(gè)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(duì)于我來說等于上青天，后來，去實(shí)驗(yàn)室看其他同學(xué)畫PCB圖，也開始懂了一些基本的技巧與

18、方法，比如跳線的距離要盡量小，越近越方便，實(shí)在不行的就用紅線畫出來，分成雙層版來做。說到雙層版，很多人都沒嘗試過，自己百度了，但網(wǎng)上經(jīng)驗(yàn)還是很少，不算多。還是得靠自己去嘗試，慢慢來，循序漸進(jìn)！后來，是去實(shí)驗(yàn)室看別人如何畫雙層版PCB圖還有如何轉(zhuǎn)印，才知道過程其實(shí)是蠻復(fù)雜的，還能多細(xì)節(jié)必須做到完美，分毫都不能偏差，否則就是失敗。經(jīng)過整個(gè)設(shè)計(jì)過程到轉(zhuǎn)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(shí)，但最終沒有這樣，還是堅(jiān)持著做了下去，三個(gè)臭皮匠賽過諸葛亮！跟同學(xué)一起團(tuán)結(jié)協(xié)作，還是完成了這個(gè)課程設(shè)計(jì)。發(fā)現(xiàn)自己畫圖，作圖，找資料的水平還有多芯片的認(rèn)識(shí)，焊接技巧都有所提升和進(jìn)步了！ 課程設(shè)計(jì)達(dá)到了專業(yè)學(xué)習(xí)的預(yù)期目的。在幾個(gè)星期的課程設(shè)計(jì)之后，我們普遍感到不僅實(shí)際動(dòng)手能力有所提高，更重要的是通過對(duì)設(shè)計(jì)過程的了解，進(jìn)一步激發(fā)了我們對(duì)專業(yè)知識(shí)的興趣和對(duì)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)這門專業(yè)課的了解，并能夠結(jié)合實(shí)際存在的問題在專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)進(jìn)行更深入的學(xué)習(xí)。我認(rèn)為有些細(xì)節(jié)是仿真軟件不能模擬的，必須要通過開發(fā)板的實(shí)際操作得以驗(yàn)證，PC機(jī)的資源有限，運(yùn)行速度和性能的差異也有可能產(chǎn)生仿真的不同結(jié)果。通過這次對(duì)數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)與制作，讓我了解了設(shè)計(jì)電路的程序，也讓我了解了關(guān)于數(shù)字鐘的原理與設(shè)計(jì)理念，要設(shè)計(jì)一個(gè)電路總要先用仿真仿真成功之后才實(shí)際接線的。但是最后的成品卻不一定與仿真時(shí)完全