數(shù)字時鐘課程設(shè)計報告AS

1、梧州學(xué)院電子信息工程系數(shù)字電路課程設(shè)計報告書任務(wù)起止日期： 2013 年 6 月 24 日至 2013 年 6 月 30 日止班 級： 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： 1101902310 分 數(shù)： 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(jī)械時鐘相比，它一般具有走時準(zhǔn)確顯示直觀無機(jī)械傳動裝置等優(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)場等公共場所的大型數(shù)字顯電子鐘。 本課程設(shè)計是要通過簡單的邏輯芯片實現(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鐘

2、的秒脈沖,用74LS160(10進(jìn)制計數(shù)器)、74LS00(與非門芯片)等連接成60和24進(jìn)制的計數(shù)器,再通過數(shù)碼管顯示，構(gòu)成簡單數(shù)字時鐘。關(guān)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 報時目錄一、 設(shè)計任務(wù)和要求3二、 設(shè)計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)計計算與分析4（1） 計數(shù)計時電路4（2） 校時選擇電路5（3） 整點(diǎn)譯碼電路5（4） 定時比較電路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、計任務(wù)和要求實現(xiàn)24小時的時鐘顯示、校準(zhǔn)、整點(diǎn)報時、鬧鈴等功能。具體要求：（1）顯示功能：具有“時”、“分”、“秒”的數(shù)字顯示（“時”從023，分059，秒059）。（2）校時功能：當(dāng)剛接通電源或數(shù)字時鐘有偏差時，可以通過手動的方式去校時。（3）整點(diǎn)報時：當(dāng)時鐘計時到整點(diǎn)時，能進(jìn)行整點(diǎn)報時。（4）鬧鈴功能：在24小時之內(nèi)，可以設(shè)定定時時間，當(dāng)數(shù)字時鐘到定時時間時能進(jìn)行報時提醒。二、 設(shè)計的方案的選擇與論證（1）總體電路分析總體電路設(shè)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(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?？傮w結(jié)構(gòu)圖如下：時

4、顯示電路分顯示電路秒顯示電路時譯碼電路分譯碼電路秒譯碼電路時計數(shù)電路分計數(shù)電路秒計數(shù)電路校時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，可觀測仿真結(jié)果。電路能完成顯示計時、校時、整點(diǎn)報時以及鬧鈴等功能。計時功能。當(dāng)開關(guān)S1、S2都處于左邊觸點(diǎn)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(jìn)行計數(shù)。計數(shù)結(jié)果經(jīng)數(shù)碼管顯示計時時間值。校時功能。當(dāng)開關(guān)S1、S2都處于右邊觸點(diǎn)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(jìn)行校時。校時時通過開關(guān)S3（按C鍵）手動輸入校時時間。整點(diǎn)報時功能。

5、整點(diǎn)譯碼電路通過識別整點(diǎn)時間，產(chǎn)生整點(diǎn)報時信號。當(dāng)前時間為零點(diǎn)時，會產(chǎn)生整點(diǎn)報時，此時探針會亮，蜂鳴器會響。鬧鐘報時功能。通過校時功能將“小時”、“分鐘”和“秒鐘”設(shè)定在某一時間點(diǎn)，然后重新校時，調(diào)整到設(shè)定點(diǎn)以前的某一時間，當(dāng)時鐘到達(dá)設(shè)定點(diǎn)時，信號燈會亮，并且蜂鳴器會響。三、 電路設(shè)計計算與分析（1）計數(shù)計時電路總設(shè)計圖如下圖：該電路時計時部分用兩片74LS160構(gòu)成二十四進(jìn)制計數(shù)器，與非門74LS00D構(gòu)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(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個穩(wěn)定狀態(tài)。

6、該電路秒計時部分和分計時部分分別用兩片74LS160構(gòu)成六十進(jìn)制計數(shù)器，與非門74LS00D構(gòu)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：（2）校時選擇電路。校時選擇電路如下圖：u 該校時選擇電路能進(jìn)行手動校時 利用兩個單刀雙擲開關(guān)分別對時位和分位進(jìn)行校正。p 校時位時，要求時位以每秒計1的速度循環(huán)計數(shù)；p 校分位時，要求分位以每秒計1的速度循環(huán)計數(shù)。p 并且能進(jìn)行快調(diào)和慢調(diào)p “快校時”是，通過開關(guān)控制，使計數(shù)器對1Hz的校時脈沖計數(shù)。p “慢校時”是用手動產(chǎn)生

7、單脈沖作校時脈沖。（3）整點(diǎn)譯碼電路。整點(diǎn)譯碼電路的作用是識別整點(diǎn)時間信號，以實現(xiàn)整點(diǎn)報時的功能。整點(diǎn)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(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（信號鳴叫持續(xù)時間1s，間隙1s），連續(xù)發(fā)出4次；p 到達(dá)整點(diǎn)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）。 （4）定時比較電路（鬧鐘電路）定時比較電路是將設(shè)定的定時時間和當(dāng)前的計時時間進(jìn)行比較，電路可選用數(shù)值比較器74LS85。定時比較電路如圖所示：因為定時時間為小時和分鐘，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)字時鐘的計時時間等于設(shè)定時間時，定時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)字鐘計時的準(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，計時精度越高。我們采用的是555定時器構(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，其對電阻和電容的精度要求較高。其計算方式如下：具體電路如右圖：分頻器的功能主要有兩個：一是產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖信號；二是提供功能擴(kuò)展電路所需要的信號，如仿電臺

9、報時用的1kHz的高音頻信號和500Hz的低音頻信號等 。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，都是由一個十進(jìn)制計數(shù)器和一個六進(jìn)制計數(shù)器串聯(lián)而成的，在電路的設(shè)計中我采用的是統(tǒng)一的器件74LS160D的反饋置數(shù)法來實現(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）用一個與非門74LS00引到CLR端便可置0，這樣就實現(xiàn)了六進(jìn)制計數(shù)。由兩片十進(jìn)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。同樣，在輸出端的1001（十進(jìn)制為

10、9）用一個與非門74LS00引到Load端便可置0，這樣就實現(xiàn)了十進(jìn)制計數(shù)。在分和秒的進(jìn)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(jìn)制計數(shù)器串接并通過反饋接成二十四制計數(shù)器。由計數(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(yīng)為六十進(jìn)制，

11、而“時”計數(shù)器應(yīng)為二十四進(jìn)制。采用10進(jìn)制計數(shù)器74LS160來實現(xiàn)時間計數(shù)單元的計數(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，對兩個4 位字的比較結(jié)果由三個輸出端FA B，F(xiàn)AB，F(xiàn)AB輸出。將若干 85 級聯(lián)可比較較長的字，此時低級位的FAB，F(xiàn)AB，F(xiàn)AB連接到高位級相應(yīng)的輸入AB、AB、AB，并使低位級的AB為高電平。引出端符號：B0B3字B輸入端A0A3字A輸入端AB AB級聯(lián)輸入端AB AB級聯(lián)輸入端AB AB級聯(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 時光飛逝，眨眼間就到期末了，面對新的挑戰(zhàn)，新的課程設(shè)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(shè)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(shè)計發(fā)端之始，思緒全無，舉步維艱，對于理論知識學(xué)習(xí)不夠扎實的我深感“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(jìn)行了梳理，遇到難處先是苦思冥想再向同學(xué)請教，終于熟練掌握了基本理論知識，而且領(lǐng)悟諸多平時學(xué)習(xí)難以理解掌握的較難知識，學(xué)會了如何思考的思維方式，找到了設(shè)計的靈感?？偟膩碚f

13、，整個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又一個難點(diǎn)與問題，最終還是取得了理想的效果。首先，面對課程設(shè)計的一系列設(shè)計，我們前期準(zhǔn)備工作量是蠻大的，老師給的設(shè)計要求，我們必須反復(fù)精度與理解，弄明白整個過程是如何進(jìn)行的，這樣才能有效的按計劃進(jìn)行，剛開始看了有關(guān)老師給的數(shù)電設(shè)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(xué)會了上網(wǎng)查資料，一點(diǎn)一點(diǎn)的把不懂的地方逐個擊破，從進(jìn)制的轉(zhuǎn)化，時分秒之間的進(jìn)位連接，這些分開來看都很簡單，連在一個電路中，很多細(xì)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(yīng)用，都需

14、要我去一個一個弄懂。當(dāng)查好一切準(zhǔn)備資料和看多其他人的課程設(shè)計經(jīng)驗之后，就可以開始設(shè)計了。在設(shè)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(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)在要面對復(fù)雜多變的數(shù)字電子時鐘的設(shè)計，難度提高了很多，對自己完全是一個新的挑戰(zhàn)！面對這些困難，我首先必須向?qū)I(yè)知識比較厲害的同學(xué)請教，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。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(dāng)我用仿真軟件畫電路圖時，遇到很

15、多問題，很多元器件的名字與縮寫不懂查找，只能自己一個一個的問或者上網(wǎng)搜索，花費(fèi)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，后來知道了使用網(wǎng)絡(luò)標(biāo)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(diǎn)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(xué)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(diào)試時有的器件在理論上可行，但在實際運(yùn)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(yùn)行。在整個設(shè)計中，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)計出60進(jìn)制和24進(jìn)制的計數(shù)器。同時，在最后仿真時，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，這才在短時間內(nèi)就能看到全部結(jié)果?？傊?，通過這次對數(shù)字時鐘的設(shè)計與仿真，為以后的電路設(shè)計打下良好的基礎(chǔ)，一些經(jīng)驗和教訓(xùn)，將成為寶貴的學(xué)習(xí)財富。用了大概5，6天的時間，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，但是跟我們實際要用的芯片管腳對應(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，得一一對應(yīng)，一一檢查，這非?；〞r間。一切準(zhǔn)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(diǎn)，那就是加排針來實現(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，這也得花大量時間去看，去對照和對應(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(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，是去實驗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)過整個設(shè)計過程到轉(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，但最終沒有這樣，還是堅持著做了下去，三個臭皮匠賽過諸葛亮！跟同學(xué)一起團(tuán)結(jié)協(xié)作，還是完成了這個課程設(shè)計。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，焊接技巧都有所提升和進(jìn)步了！ 課程設(shè)計達(dá)到了專業(yè)學(xué)習(xí)的預(yù)期目的。在幾個星期的課程設(shè)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(shè)計過程的了解，進(jìn)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(shù)基礎(chǔ)這門專業(yè)課的了解，并能夠結(jié)合實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)板的實際操作得以驗證，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。通過這次對數(shù)字鐘的設(shè)計與制作，讓我了解了設(shè)計電路的程序，也讓我了解了關(guān)于數(shù)字鐘的原理與設(shè)計理念，要設(shè)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