數(shù)字鐘打鈴系統(tǒng)

1、數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)報(bào)告題目名稱數(shù)字鐘打鈴系統(tǒng)班級(jí)姓名學(xué)號(hào)同組者成績計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院目錄一、題目和名稱 (3二、摘要 (3三、設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 (3四、數(shù)字鐘打鈴系統(tǒng)組成框圖 (3五、單元電路設(shè)計(jì) (31、信號(hào)源 (42、時(shí)鐘電路 (43、校時(shí)電路 (54、鬧鐘電路 (5六、完整電路圖 (8七、組裝調(diào)試 (8八、實(shí)驗(yàn)器件 (9九、設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)和不足 (9十、心得體會(huì) (9十一、參考文獻(xiàn) (9一、題目和名稱數(shù)字打鈴系統(tǒng)二、摘要數(shù)字鐘打鈴系統(tǒng)是一種用數(shù)字顯示秒、分、時(shí)的計(jì)時(shí)裝置,與傳統(tǒng)的機(jī)械鐘相比,它具有走時(shí)準(zhǔn)確、顯示直觀、無機(jī)械傳動(dòng)裝置等優(yōu)點(diǎn),因而小到人們?nèi)粘Ｉ钪械碾娮邮直?大到車站、碼頭、

2、機(jī)場等公共場所的大型數(shù)顯電子鐘,得到了廣泛的應(yīng)用。在控制系統(tǒng)中,數(shù)字電子鐘打鈴系統(tǒng)也常用來作定時(shí)控制的時(shí)鐘源。本次設(shè)計(jì)的數(shù)字鐘打鈴系統(tǒng)在電路中加入了校時(shí)電路和定時(shí)鬧鐘電路,能分別對(duì)時(shí)、分進(jìn)行手動(dòng)脈沖輸入或連續(xù)脈沖輸入的校時(shí),可設(shè)置六個(gè)時(shí)間分別進(jìn)行響鈴。三、設(shè)計(jì)任務(wù)及要求用中、小規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字鐘打鈴系統(tǒng),能實(shí)現(xiàn)以下功能:1.由晶體振蕩器電路(或555定時(shí)器產(chǎn)生1Hz的標(biāo)準(zhǔn)“秒”信號(hào)。2.“秒、分計(jì)數(shù)器”為00 59的六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。3.“時(shí)計(jì)數(shù)器”為00 23的二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器。4.走時(shí)精度要求每天誤差小于1秒。5.具有校時(shí)功能。即只要將開關(guān)置于校時(shí)位置,可分別對(duì)“秒、分、時(shí)”進(jìn)行手動(dòng)

3、脈沖輸入或連續(xù)脈沖輸入的校正。6.可設(shè)置六個(gè)時(shí)間,數(shù)字鐘定時(shí)打鈴,響鈴時(shí)間10秒。四、數(shù)字鐘打鈴系統(tǒng)組成框圖 數(shù)字鐘的工作原理是,振蕩器產(chǎn)生穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)的1Hz脈沖信號(hào),將標(biāo)準(zhǔn)脈沖送入秒計(jì)數(shù)器,秒計(jì)數(shù)器計(jì)滿60s后向分計(jì)數(shù)器進(jìn)位,分計(jì)數(shù)器計(jì)滿60min后向小時(shí)計(jì)數(shù)器進(jìn)位,時(shí)計(jì)數(shù)器計(jì)滿24后,時(shí)、分、秒計(jì)數(shù)器同時(shí)自動(dòng)復(fù)位為0然后考試新一天的計(jì)數(shù)。時(shí)、分、秒計(jì)數(shù)器分別把輸出的狀態(tài)輸入到4為LED7段顯示器顯示出來。校時(shí)電路是用來對(duì)時(shí)、分、秒顯示數(shù)字進(jìn)行校對(duì)調(diào)整的。鬧鐘電路是對(duì)設(shè)定的六個(gè)時(shí)間分別進(jìn)行響鈴五、單元電路設(shè)計(jì)1、信號(hào)源(秒脈沖:秒脈沖由555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器產(chǎn)生。多諧振蕩器頻率: 取R1

4、=15K,R2=68K,C1=10uF, C2=10nF,f=1Hz在NE555定時(shí)器輸出端加施密特觸發(fā)器可對(duì)方波整形。 2、時(shí)鐘電路秒信號(hào)經(jīng)過秒計(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、十位及“時(shí)”個(gè)位、十位的計(jì)時(shí)輸出信號(hào),然后送到顯示器,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,即顯示0059。而“時(shí)”計(jì)數(shù)器應(yīng)為二十四進(jìn)制,即顯示0023。要實(shí)現(xiàn)這一要求,可選用中規(guī)模集成計(jì)數(shù)器74LS160 ,時(shí)、分、秒均采用整體置數(shù)法連接,電路圖如下: 3、校時(shí)電路在電路運(yùn)行出現(xiàn)誤差時(shí),需要對(duì)電路進(jìn)行時(shí)間的校準(zhǔn)。置開關(guān)在校時(shí)的位置,可分別對(duì)時(shí)、分、

5、秒進(jìn)行單獨(dú)技術(shù),計(jì)數(shù)脈沖由單次脈沖和連續(xù)脈沖輸入。電路如下 4、鬧鐘電路利用上邊的二十四進(jìn)制和六十進(jìn)制的計(jì)數(shù)器作為信息的比較源之一,另外利用四片數(shù)值比較器74LS85對(duì)小時(shí)的個(gè)位和十位以及分鐘的個(gè)位和十位進(jìn)行比較,如果與設(shè)定的時(shí)間一樣,則產(chǎn)生輸出信號(hào)1,再利用由與非或門組成的電路驅(qū)動(dòng)蜂鳴器的鳴叫,鳴叫的時(shí)間是10秒鐘。鳴叫時(shí)間是由時(shí)鐘電路的秒計(jì)數(shù)器進(jìn)行控制,當(dāng)秒計(jì)數(shù)器十位為0,個(gè)位為1時(shí),可驅(qū)動(dòng)由或非門組成的電路輸出為1,驅(qū)動(dòng)蜂鳴器的鳴叫,當(dāng)秒計(jì)數(shù)器的十位為1時(shí),停止鳴叫,此時(shí)正好為10秒鐘。由比較器組成的鬧鐘電路操作簡單,并且設(shè)定的時(shí)間是可調(diào)的,但電路連接過于復(fù)雜,因此本次試驗(yàn)又另外加了五個(gè)

6、固定的時(shí)間,分別為00:02:00、00:03:00、00:05:00、00:06:00、00:09:00,這些時(shí)間由與非或門組成,當(dāng)電子鐘顯示到這些時(shí)間時(shí)也可驅(qū)動(dòng)鬧鐘電路響鈴,再加上一個(gè)由比較器組成的可調(diào)節(jié)的鬧鐘時(shí)間,共實(shí)現(xiàn)六個(gè)時(shí)間的響鈴。電路圖如下由比較器組成的可調(diào)時(shí)間的鬧鐘電路 由與或非門組成的固定時(shí)間的鬧鐘電路部分 -6- 由與或非門組成的固定時(shí)間的鬧鐘電路部分 -7- 六、完整電路圖 其子電路圖可參考第五部分 七、組裝調(diào)試 本次試驗(yàn)是基于 Multisim10 軟件設(shè)計(jì)的數(shù)字鐘打鈴系統(tǒng)， 基本上實(shí)現(xiàn)了時(shí)鐘以及對(duì)時(shí) 鐘時(shí)、分、秒的校時(shí)、鬧鐘的定時(shí)以及各個(gè)子電路的設(shè)計(jì)等要求。 1、時(shí)鐘顯

7、示完整的 00:00:59 2、時(shí)鐘顯示完整的 00:59:59 3、時(shí)鐘顯示完整的 23:59:59 -8- 4、在調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)，用 555 定時(shí)器設(shè)計(jì)的多諧振蕩電路作為信號(hào)源產(chǎn)生的信號(hào)不穩(wěn)定， 而且軟件在仿真時(shí)出現(xiàn)計(jì)時(shí)過慢，為了達(dá)到更好的仿真效果，本次試驗(yàn)都是采用軟件自帶 的函數(shù)發(fā)生器來產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的 1Hz 脈沖，不影響本次試驗(yàn)的初衷。還有，由于本次試驗(yàn)的電 路使用了過多的與非門等器件，很容易產(chǎn)生競爭冒險(xiǎn)現(xiàn)象，因此在鬧鐘電路中偶爾會(huì)出 現(xiàn)蜂鳴器多響一聲的現(xiàn)象，不過不影響本次試驗(yàn)的結(jié)果，因?yàn)檫@種現(xiàn)象只是出現(xiàn)在幾個(gè)別 的時(shí)刻。因?yàn)樵囼?yàn)中的進(jìn)位計(jì)數(shù)器是采用整體置數(shù)法，因此在計(jì)數(shù)器開始清零時(shí)刻顯示

8、器 不會(huì)顯示短暫 60，所以這個(gè)時(shí)刻不會(huì)出現(xiàn)蜂鳴器多響一聲的現(xiàn)象。 5、 由于這次試驗(yàn)是采用老師給的 Multisim10 破解版本， 所以很容易出現(xiàn)軟件運(yùn)行不穩(wěn)定、 死機(jī)、意外退出等現(xiàn)象，在仿真時(shí)如果出現(xiàn)這些問題，只能重新做了，所以在設(shè)計(jì)電路時(shí) 要及時(shí)進(jìn)行保存， 這樣可以防止軟件意外退出而沒有及時(shí)保存的現(xiàn)象。 在分析電路連接時(shí)， 可使用到萬用表和示波器等工具。 八、實(shí)驗(yàn)器件 74LS00 、 74LS04 、 74LS160 、 74LS85 、 74LS20 、 74LS27 、 74LS32 、 74LS12 、電容、 5V 電源、函數(shù)發(fā)生器、NE555、開關(guān)、蜂鳴器等 九、設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)和不

9、足 為了追求電路的最簡化，另外五個(gè)鬧鐘時(shí)間不可調(diào)，只能事先設(shè)定時(shí)間。優(yōu)點(diǎn)之處是 電路穩(wěn)定，簡單，而且還有一個(gè)鬧鐘時(shí)間是可調(diào)節(jié)的。 十、心得體會(huì) 這次的課程設(shè)計(jì)可能是我上大學(xué)以來遇到的最復(fù)雜的一次，遇到了很多困難，不過我 也學(xué)到了很多。首先，對(duì)于實(shí)驗(yàn)要用到的軟件 Multisim10，之前根本就沒聽說過，在接下 來的兩周時(shí)間里，我一邊摸索這一款史無前例的軟件，一邊設(shè)計(jì)電路，出現(xiàn)問題就請教同 學(xué)，還不能解決的就上網(wǎng)查，在網(wǎng)上發(fā)帖請教各種牛人，花費(fèi)了很多精力和時(shí)間。好在黃 天不負(fù)苦心人，電路圖終于完成了。可老師卻說我們沒有達(dá)到實(shí)驗(yàn)的要求，對(duì)于實(shí)驗(yàn)要求 的“可設(shè)置六個(gè)時(shí)間” ，我們以為可以調(diào)六個(gè)時(shí)間就行了呢，可老師要求必須能同時(shí)設(shè)置 六個(gè)時(shí)間，這有點(diǎn)難為人，還有一周期末考試，這邊課設(shè)還沒搞定，很是糾結(jié)。不過最后 經(jīng)過對(duì)電路的進(jìn)一步修改，終于達(dá)到了實(shí)驗(yàn)的要求。通過這次試驗(yàn)，我明白了一個(gè)道理， 在困難面前，如果我們什么都不做，那肯定是失敗，如果我們仔細(xì)研究、認(rèn)真尋找解決問 題的思路，那我們就會(huì)發(fā)現(xiàn)原來這個(gè)問題有很多種解決的方法。 總之，通過這次課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，我不僅學(xué)會(huì)了設(shè)計(jì)數(shù)字鐘打鈴系統(tǒng)，還學(xué)會(huì)了如何使 用 Multisim 軟件來設(shè)計(jì)電路，更重要的是我對(duì)課本上的理論知識(shí)有了更進(jìn)一步的了