數(shù)電課程設(shè)計數(shù)字電子時鐘的實現(xiàn)資料整理

課程設(shè)計報告設(shè)計題目：數(shù)字電子時鐘的設(shè)計與實現(xiàn)班級：學(xué)號：姓名：指導(dǎo)教師：設(shè)計時間：

摘要鐘表的數(shù)字化給人們生產(chǎn)生活帶來了極大的方便，大大的擴展了原先鐘表的報時。諸如，定時報警、按時自動打鈴、時間程序自動控制等，這些，都是以鐘表數(shù)字化為基礎(chǔ)的。功能數(shù)字鐘是一種用數(shù)字電路實現(xiàn)時、分、秒、計時的裝置，與機械時鐘相比具有更高的準確性和直觀性，且無機械裝置，具有更長的使用壽命，因此得到了廣泛的使用。從原理上講，數(shù)字鐘是一種典型的數(shù)字電路，其中包括了組合邏輯電路和時序電路。因此，此次設(shè)計與制作數(shù)字鐘就是為了了解數(shù)字鐘的原理，從而學(xué)會制作數(shù)字鐘，而且通過數(shù)字鐘的制作進一步的了解各種在制作中用到的中小規(guī)模集成電路的作用及使用方法。通過此次課程設(shè)計可以進一步學(xué)習(xí)與各種組合邏輯電路與時序電路的原理與使用方法。通過仿真過程也進一步學(xué)會了Multisim7的使用方法與注意事項。本次所要設(shè)計的數(shù)字電子表可以滿足使用者的一些特殊要求，輸出方式靈活，如可以隨意設(shè)置時、分、秒的輸出，定點報時。由于集成電路技術(shù)的發(fā)展，，使數(shù)字電子鐘具有體積小、耗電省、計時準確、性能穩(wěn)定、維護方便等優(yōu)點。關(guān)鍵詞：數(shù)字鐘，組合邏輯電路，時序電路，集成電路

目錄摘要····················································1第1章概述············································3第2章課程設(shè)計任務(wù)及要求·······························42.1設(shè)計任務(wù)············································42.2設(shè)計要求············································4第3章系統(tǒng)設(shè)計··········································63.1方案論證············································63.2系統(tǒng)設(shè)計············································63.2.1結(jié)構(gòu)框圖及說明·································63.2.2系統(tǒng)原理圖及工作原理···························73.3單元電路設(shè)計········································83.3.1單元電路工作原理·······························83.3.2元件參數(shù)選擇···································14第4章軟件仿真·········································154.1仿真電路圖··········································154.2仿真過程············································164.3仿真結(jié)果············································16第5章安裝調(diào)試··········································175.1安裝調(diào)試過程········································175.2故障分析············································17第6章結(jié)論···············································18第7章使用儀器設(shè)備清單··································19參考文獻·················································19收獲、體會和建議·········································20

概述數(shù)字集成電路的出現(xiàn)和飛速發(fā)展，以及石英晶體振蕩器的廣泛應(yīng)用，使得數(shù)字鐘的精度穩(wěn)定度遠遠超過了老式的機械表，用數(shù)字電路實現(xiàn)對“時”、“分”、“秒”數(shù)字顯示的數(shù)字鐘在數(shù)字顯示方面，目前已有集成的計數(shù)、譯碼電路，它可以直接驅(qū)動數(shù)碼顯示器件，也可以直接采用才COMS--LED光電組合器件，構(gòu)成模塊式石英晶體數(shù)字鐘。本設(shè)計主要是用中、小規(guī)模集成電路設(shè)計的一臺能顯示時、分、秒的數(shù)字電子鐘。數(shù)字電子產(chǎn)品的發(fā)展不僅是人類文明進步的標(biāo)志，同時也是科技創(chuàng)新的必然要求。對推動社會的進步起著不可磨滅的作用，而電子時鐘作為一種普遍的電子產(chǎn)品，更是人們生活所不可缺少的。任何精密的儀器都必須依賴時間的計量才會擁有其存在的價值。由此可知，對于電子產(chǎn)品的研究與設(shè)計就變得是那樣的必不可少，這是創(chuàng)新精神的要求，也是時代賦予我們的一份責(zé)任。因此，此次設(shè)計與制作數(shù)字鐘就是為了了解數(shù)字鐘的原理，從而學(xué)會制作數(shù)字鐘，而且通過數(shù)字鐘的制作進一步的了解各種在制作中用到的中小規(guī)模集成電路的作用及使用方法。數(shù)字電子鐘是一個將“時”，“分”，“秒”顯示于人的視覺器官的計時裝置。它的計時周期為24小時，顯示滿刻度為23時59分59秒。通過此次課程設(shè)計可以進一步學(xué)習(xí)與各種組合邏輯電路與時序電路的原理與使用方法。通過仿真過程也進一步學(xué)會了Multisim7的使用方法與注意事項。數(shù)字電子鐘是一個將“時”，“分”，“秒”顯示于人的視覺器官的計時裝置。它的計時周期為24小時，顯示滿刻度為23時59分59秒。

第2章課程設(shè)計任務(wù)及要求2.1設(shè)計任務(wù)設(shè)計一個數(shù)字鐘，具有時、分、秒計數(shù)顯示功能，以24小時循環(huán)計時，并用數(shù)碼管顯示從0時0分0秒到23時59分59秒。進一步掌握數(shù)字電子技術(shù)課程所學(xué)的理論知識，并熟練加以應(yīng)用。在以前所學(xué)的知識的基礎(chǔ)上提高分析問題，解決問題的能力。熟悉幾種常見的數(shù)字電子器件，計數(shù)器、七段字形譯碼器等。掌握其工作原理和使用方法，并能熟練的將其組合連接，使其構(gòu)成簡單的24小時數(shù)字電子時鐘?；趍ultisim7對電路進行仿真。主要功能：1.能顯示時、分、秒，且24小時制；2.具有開機清零功能；3.具有校時功能，可以分別對時、分進行單獨校時，使其校正到標(biāo)準時間；4.計時過程具有整點報時功能；5.設(shè)計所需的脈沖電路；6.用二進制集成計數(shù)器設(shè)計一個分、秒鐘計數(shù)器，即六十進制計數(shù)器；7.用二進制集成計數(shù)器設(shè)計一個24小時計數(shù)器；8.譯碼顯示電路顯示時間；9.設(shè)計一個秒鐘發(fā)生器，輸入1Hz的時鐘10.鬧鐘功能：可按設(shè)定的時間報時。2.2設(shè)計要求完成原理圖設(shè)計、模擬仿真，按要求完成設(shè)計報告。1.理論設(shè)計部分=1\*GB2⑴獨立完成系統(tǒng)的原理設(shè)計。說明系統(tǒng)實現(xiàn)的功能，應(yīng)達到技術(shù)指標(biāo)，進行方案論證，確定設(shè)計方案。=2\*GB2⑵畫出電路圖，說明各部分電路的工作原理，初步選定所使用的各種器件的主要參數(shù)及型號，列出元器件明細表。=3\*GB2⑶系統(tǒng)中包含的中、小規(guī)模集成電路的種類至少在六種以上。2.模擬仿真=1\*GB2⑴根據(jù)理論設(shè)計用multisim7在計算機上進行仿真。驗證所設(shè)計方案的正確性。=2\*GB2⑵分析電路的工作原理，寫出仿真報告。3.安裝調(diào)試部分=1\*GB2⑴實現(xiàn)數(shù)字鐘，并進行單元測試和系統(tǒng)調(diào)試。完成系統(tǒng)功能。=2\*GB2⑵若系統(tǒng)出現(xiàn)故障，排除系統(tǒng)故障，分析并記錄系統(tǒng)產(chǎn)生故障的原因，并將此部分內(nèi)容寫進報告中。4.寫出課程設(shè)計總結(jié)報告

第3章系統(tǒng)設(shè)計3.1方案論證由于集成電路技術(shù)的發(fā)展，使數(shù)字電子鐘具有體積小、耗電省、計時準確、性能穩(wěn)定、維護方便等優(yōu)點。此次設(shè)計的數(shù)字時鐘電子電路分為以下6個部分：（1）振蕩電路（2）時間計數(shù)電路（3）顯示電路（4）校時電路（5）整點報時電路（6）鬧鐘功能電路。時間計數(shù)電路是一個由計數(shù)器組成的時序邏輯電路。用555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器作為秒脈沖信號源，控制秒個位的信號輸入。將計數(shù)器與顯示器相連接，可以將輸入的二進制數(shù)翻譯成可以直讀的十進制數(shù)字并顯示出來，顯示管與計數(shù)器之間由譯碼器相接，作為譯碼驅(qū)動。電路中添加校時電路，以保證可以隨時對時間進行校正。整點自動報時電路，可以使時鐘在臨近整點的時刻鳴叫提醒，并有指示燈閃爍。鬧鐘電路可以實現(xiàn)時鐘在設(shè)定時刻鳴叫報時，并有指示燈閃爍。3.2系統(tǒng)設(shè)計3.2.1結(jié)構(gòu)框圖及說明校時電路60進制秒計數(shù)器60進制分計數(shù)器24進制時計數(shù)器數(shù)碼管顯示器數(shù)碼管顯示器數(shù)碼管顯示器數(shù)碼管顯示器數(shù)碼管顯示器數(shù)碼管顯示器校時電路60進制秒計數(shù)器60進制分計數(shù)器24進制時計數(shù)器數(shù)碼管顯示器數(shù)碼管顯示器數(shù)碼管顯示器數(shù)碼管顯示器數(shù)碼管顯示器數(shù)碼管顯示器校分電路校分電路 1Hz鬧鐘電路分頻器電路 鬧鐘電路分頻器電路整點報時電路 整點報時電路晶體振蕩器電路晶體振蕩器電路 圖1整體結(jié)構(gòu)框圖

3.2.2系統(tǒng)原理圖及工作原理圖2整體電路設(shè)計圖工作原理：1.首先，由555定時器組成一個多諧振蕩器得到1HZ的秒脈沖，秒脈沖發(fā)生器的輸出端接到每個計數(shù)器的時鐘輸入端。2.數(shù)字鐘的分、秒計數(shù)部分均為六十進制計數(shù)器（顯示00～59），采用兩片74LS160來實現(xiàn)。個位為十進制，十位為六進制，當(dāng)個位計數(shù)到9時，再來一個脈沖變成0，同時產(chǎn)生一個進位信號，給十位提供一個脈沖，使十位計數(shù)加1。而數(shù)字鐘的時計數(shù)部分為二十四進制計數(shù)器（顯示00～23），也是采用兩片74LS160實現(xiàn)。當(dāng)開始計數(shù)時，個位按十進制計數(shù)，當(dāng)計到23時，這時再來一個脈沖，回到“零”。所以，這里必須使個位既能完成十進制計數(shù)，又能在高低位滿足“23”這一數(shù)字后，十計數(shù)器清0，圖中采用了十位的2和個位的3相“與非”后再清0。當(dāng)秒計數(shù)器計到59時，再來一個脈沖變成00，同時產(chǎn)生一個進位信號給分計數(shù)器的CP輸入端；當(dāng)分計數(shù)器計到59時，再來一個脈沖變成00，同時產(chǎn)生一個進位信號給時計數(shù)器的CP輸入端；當(dāng)時計數(shù)器計到23時，再來一個脈沖變成00。3.數(shù)字鐘的校正部分主要是通過開關(guān)實現(xiàn)的。當(dāng)需要進行校正時，將開關(guān)J1打開，J2打到+5V時為分校正,J4打到+5V,J4打到上面時為時校正。4.當(dāng)計數(shù)器在每次計到整點時，需要提前十秒報時，這可采用譯碼電路來解決，即當(dāng)分為59時，且秒計數(shù)到50時，輸出一高電平，經(jīng)過一系列門電路驅(qū)動燈泡發(fā)光，完成整點報時。 5.數(shù)字鐘采用4片74LS85和4個撥碼開關(guān)構(gòu)成鬧鐘電路。將時鐘電路顯示十進制數(shù)對應(yīng)的二進制數(shù)A與撥碼開關(guān)所設(shè)置的鬧鐘時刻B做比較。從時十位到分個位，逐級比較，若均分別相等，從最低位（分個位）對應(yīng)的比較器74LS85（U27）的OAEQB輸出高電平，完成鬧鐘功能。3.3單元電路設(shè)計3.3.1單元電路工作原理（一）振蕩電路多諧振蕩器是一種能產(chǎn)生矩形波的自激振蕩器，也稱矩形波發(fā)生器?！岸嘀C”指矩形波中除了基波成分外，還含有豐富的高次諧波成分。多諧振蕩器沒有穩(wěn)態(tài)，只有兩個暫穩(wěn)態(tài)。在工作時，電路的狀態(tài)在這兩個暫穩(wěn)態(tài)之間自動地交替變換，由此產(chǎn)生矩形波脈沖信號，常用作脈沖信號源及時序電路中的時鐘信號。 圖3555定時器組成多諧振蕩器

通過仿真，示波器輸出以下波形： 圖4多諧振蕩器輸出矩形波由各元件參數(shù)可知，其輸出頻率為1Hz，可以作為電子時鐘電路的秒脈沖信號。（二）時間計數(shù)電路1、十進制計數(shù)器74LS160 表174LS160計數(shù)器功能表CLKRD’LD’EPET工作狀態(tài)×0×××置零↑10××預(yù)置數(shù)×1101保持×11×0保持（C=0）↑1111計數(shù)

圖574LS160十進制計數(shù)器2、六十進制計數(shù)器和二十四進制計數(shù)器的連接電子時鐘的“分”和“秒”由六十進制計數(shù)器實現(xiàn)，“時”由二十四進制計數(shù)器實現(xiàn)。因此，就需要用74160接成兩個六十進制和一個二十四進制計數(shù)器。多片計數(shù)器組合，各級之間的連接方式分串行進位方式、并行進位方式。本次設(shè)計采用串行進位的方式。六十進制計數(shù)器，由兩塊中規(guī)模集成十進制計數(shù)器74LS160，一塊組成十進制，另一塊組成六進制。組合起來就構(gòu)成六十進制計數(shù)器，二十四進制時計數(shù)器，它由兩塊中規(guī)模集成十進制計數(shù)器74LS160，一塊組成四進制，另一塊組成二進制。組合起來就構(gòu)成二十四進制計數(shù)器，同理，各片均采用置零法。圖6六十進制計數(shù)器圖7二十四進制計數(shù)器3、整體連接將兩片六十進制計數(shù)器和一片二十四進制計數(shù)器串聯(lián)，便得到完整的電子時鐘計時電路。圖8數(shù)字鐘時間計數(shù)電路

（三）顯示電路七段共陰極LED數(shù)碼管：表2七段顯示譯碼器74LS48的功能表十進制數(shù)A3A2A1A0abcdefg說明0×××××11111111測試燈××××××00000000熄滅10000000000000滅001×000011111110顯示011×000110110000顯示121×001011101101顯示231×001111111001顯示341×010010110011顯示451×010111011011顯示561×011010011111顯示671×011111110000顯示781×100011111111顯示891×100111110011顯示9101×101010001101無效111×101110011001無效121×110010100011無效131×110111001011無效141×111010001111無效151×111110000000無效七段共陰極LED數(shù)碼管的功能：1.正常譯碼顯示。=1，=1時，對輸入為十進制數(shù)l～15的二進制碼（0001～1111）進行譯碼，產(chǎn)生對應(yīng)的七段顯示碼。2.滅零。當(dāng)=1，而輸入為0的二進制碼0000時，只有當(dāng)=1時，才產(chǎn)生0的七段顯示碼,如果此時輸入=0，則譯碼器的a～g輸出全0，使顯示器全滅，所以稱為滅零輸入端。3.試燈。當(dāng)=0時，無論輸入怎樣，a～g輸出全1，數(shù)碼管七段全亮。由此可以檢測顯示器七個發(fā)光段的好壞。稱為試燈輸入端。4.特殊控制端?？梢宰鳛檩斎攵?，也可以作為輸出端。圖9七段LED數(shù)碼管（四）校時電路數(shù)字鐘應(yīng)具有分校正和時校正功能，因此，應(yīng)截斷分十位和時十位的直接計數(shù)通路，并采用正常計時信號與校正信號可以隨時切換的電路接入其中。本設(shè)計的校時電路的關(guān)鍵，是通過開關(guān)，控制電路中“秒”到“分”、“分”到“時”的進位輸入端的高低電平的變化，從而實現(xiàn)手動調(diào)節(jié)“分”和“時”。下面以分校時為例：圖10分校時電路

（五）整點報時電路電路應(yīng)在整點前10秒開始報時，即在59分50秒到59分59秒期間時，報時電路控制信號。當(dāng)時間59分50秒到59分59秒期間時，分十位、分個位和秒十位保持不變，分別為5、9和5，因此可將計數(shù)器十位的Qc和Qa，個位的Qd和Qa及秒計數(shù)器十位的Qc和Qa相與，從而產(chǎn)生報時控制信號。圖11整點報時電路（六）鬧鐘功能電路1、4位數(shù)值比較器74LS85圖124位數(shù)值比較器74LS852、鬧鐘電路鬧鐘電路要完成對所設(shè)置鬧鐘時刻與時鐘顯示時刻的比較。比較的數(shù)值包括時十位、是個位、分十位、分個位，并按從高到低的順序逐級比較。因此，本次設(shè)計采用4片74LS85和4個撥碼開關(guān)構(gòu)成鬧鐘電路。圖13鬧鐘功能電路3.3.2元件參數(shù)選擇4V，0.5W燈泡（2個）5V直流電源電阻：100K(1個)40K（1個）1K（2個）電容：0.1uf（1個）0.01uf（1個）

第4章軟件仿真4.1仿真電路圖 圖14數(shù)字電子鐘的仿真電路圖

4.2仿真過程1、按照實驗的設(shè)計圖在multisim7的工作臺上連接仿真電路。2、檢查設(shè)計思路以及電路，按照設(shè)計框圖原理，查看仿真電路與原理圖是否吻合。不吻合則需要進行修改，反之就可以進行下一步。3、單擊運行按鈕運行仿真。4、根據(jù)仿真情況與課程設(shè)計任務(wù)對比，對于不能實現(xiàn)的任務(wù)修改并調(diào)試程序，重新裝載并重新運行調(diào)試仿真，直到實現(xiàn)能完全實現(xiàn)所要求的功能為止。5、進一步改進和簡化程序再進行調(diào)試仿真。4.3仿真結(jié)果圖15時鐘正確顯示00:00:59圖16時鐘正確顯示00:59:59圖17時鐘正確顯示23:59:59經(jīng)觀察檢測，仿真結(jié)果符合預(yù)定要求。

第5章安裝調(diào)試5.1安裝調(diào)試過程可以先將系統(tǒng)劃分為多諧振蕩器、計數(shù)器、校準電路、譯碼顯示等部分。單元電路安裝好后，應(yīng)該先認真進行通電前的檢查，通電后，檢查每片集成電路的工作電壓是否正常（TTL型集成電路電源電壓為5±0.25V），這是電路有效工作的基本保證。調(diào)試該單元電路直至正常工作。調(diào)試可分為靜態(tài)調(diào)試和動態(tài)調(diào)試兩種，一般組合電路應(yīng)靜態(tài)調(diào)試，時序電路應(yīng)動態(tài)調(diào)試。

統(tǒng)調(diào)主電路的方法是將已調(diào)試好的若干單元電路連接起來，然后跟蹤信號流向，由輸入到輸出，由簡單到復(fù)雜，依次測試，直至正常工作。因此時控制電路尚未安裝，需人為地給受控電路加以特定信號使其正常工作。

調(diào)試控制電路分為兩步：第一步單獨調(diào)試控制電路本身，施加于控制電路的各個信號可以人為設(shè)定為某種狀態(tài)，直至正常工作。第二步將控制電路與系統(tǒng)主電路中各個功能部件聯(lián)接起來，進行電路統(tǒng)調(diào)。5.2故障分析由于連線較多較復(fù)雜，常出現(xiàn)連線錯誤、刪除多余線導(dǎo)致斷點等問題，需要反復(fù)檢查才能發(fā)現(xiàn)，給電路正常運行造成一定困擾。

第6章結(jié)論設(shè)計了一個數(shù)字鐘，具有時、分、秒計數(shù)顯示功能，以24小時循環(huán)計時，并用數(shù)碼管顯示從0時0分0秒到23時59分59秒。進一步掌握了數(shù)字電子技術(shù)課程所學(xué)的理論知識，并能熟練加以應(yīng)用。在以前所學(xué)的知識的基礎(chǔ)上提高了分析問題，解決問題的能力。熟悉了幾種常見的數(shù)字電子器件，計數(shù)器、七段字形譯碼器等。掌握了其工作原理和使用方法，并能熟練的將其組合連接，使其構(gòu)成簡單的24小時數(shù)字電子時鐘。并能夠基于multisim7對電路進行仿真。電路完成了預(yù)期主要功能：1.能顯示時、分、秒，且24小時制