数字电子钟实验报告

课题一数字电子钟电子钟是一种高精度的计时工具，它采用了集成电路和石英技术，因此走时精度高，稳定性能好，使用方便，且不需要经常调校。电子钟根据显示方式不同，分为指针式电子钟和数字式电子钟。指针式电子钟采用机械传动带动指针显示；而数字式电子钟则是采用译码电路驱动数码显示器件，以数字形式显示。这些译码显示器件，利用集成技术可以做的非常小巧，也可以另加一定的驱动电路，推动霓红灯或白炽灯显示系统，制做成大型电子钟表。因此，数字式电子钟用途非常广泛。一、课程设计(综合实验)的目的与要求设计一个具有如下功能的数字电子钟：1．基本功能（1）能直接显示时、分、秒；（2）能正确计时，小时采用二十四进制，分和秒采用60进制；（3）有校时功能，手动调整时、分；2．扩展功能（1）能进行24小时整点报时，要求从59分50秒开始，每2秒钟响一声，共响5次；每响一次声音持续0.5秒。（2）要求只在6--22点之间每整点报时，23--5点之间整点不报时；（3）具有任意几点几分均可响铃的闹钟控制电路。响铃1分钟，可人为通过开关使响铃提前终止；二、设计（实验）正文数字电子钟实际上是一个对标准频率（1HZ）进行计数并通过数码管显示的计数电路，由于计数的起始时间与标准时间（如北京时间）不一致，故需要在电路上加一个校时电路。标准的1HZ时间信号必须准确稳定，可以使用555定时器设计1HZ的振荡电路。时间计数电路由秒计数器（个位，十位）、分计数器（个位，十位）电路构成，秒个位和秒十位计数器、分个位和分十位计数器均为60进制计数器，而根据设计要求，时个位和时十位计数器为24进制计数器。1．系统原理框图如下：2.1分、秒计时器分、秒计时器均为60进制计数器，当秒计时器接受到一个秒脉冲时，秒计数器个位开始从1计数到9，同时在个位计数产生进位时将进位接秒计数器的十位计数器CLK，此时秒显示器将显示00、01、02、...、59、00；每当秒计数器数到00时，就会产生一个脉冲输出送至分计时器，此时分计数器数值在原有基础上加1，其显示器将显示00、01、02、...、59、00，当分计数器产生进位时，将会在进位端产生高电平，进而触发电路，驱动蜂鸣器，起到整点报时的功能。2.2校时电路校时电路采用标准时钟频率作为输入信号，当需要进行校正时间时，按住校正自锁开关，分计数器对标准频率进行计数，当校正到正确时间时，松开校时开关，校时结束。2.3秒信号产生电路标准1HZ频率由555定时器产生，并可通过2K电位器调节输出频率，定时器的输出端接秒计数器和分计数器个位的CLK端口，分别用于计时和校正时间。三、各部分功能及其具体实现方案1．主体电路部分（1）分、秒计时器U174LS160DQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10~LOAD9~CLR1CLK2U274LS47DA7B1C2D6OA13OD10OE9OF15OC11OB12OG14~LT3~RBI5~BI/RBO4U3ABCDEFGCAH567891011VCC5VGNDXFG1GNDU474LS160DQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10~LOAD9~CLR1CLK2U574LS47DA7B1C2D6OA13OD10OE9OF15OC11OB12OG14~LT3~RBI5~BI/RBO416U6ABCDEFGCAH1718192021222324GNDGNDVCC5VVCCU8A74LS00D1513144321VCCU774LS160DQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10~LOAD9~CLR1CLK2U974LS47DA7B1C2D6OA13OD10OE9OF15OC11OB12OG14~LT3~RBI5~BI/RBO4U10ABCDEFGCAHVCC5VVCC5VGNDGNDU1174LS160DQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10~LOAD9~CLR1CLK2U1274LS47DA7B1C2D6OA13OD10OE9OF15OC11OB12OG14~LT3~RBI5~BI/RBO4U13ABCDEFGCAHU14A74LS00D51504948464544VCCGND424140393837363534GND33323130292725GNDVCCU15A74LS04DR1510Ω52GND26U23A74LS04D47R2500Ω79J2Key=Space77J1Key=Space12六十进制计数器简单原理说明：60进制计数器是由两个10进制计数器：74LS160级联构成，然后利用同步置数的方法实现。对于两种电路的设计，既运用到了同步置数，又利用了异步清零，两者协调好了，就可以灵活的工作了。在总电路的左侧，有两个开关，可连接地或者电源，接地时，因为从这根线上有很多引出线介入各个元件的直接清零端，所以有使各个显示器为0的功用。（2）校时电路当重新接通电源或走时出现误差时都需要对时间进行校正。通常，校正时间的方法是：首先截断正常的计数通路，然后再进行人工触发计数或将频率较高的方波信号加到需要校正的计数单元的输入端，校正好后，再转入正常计时状态即可。根据要求，数字钟应具有分校正和时校正功能，因此，应截断分个位和时个位的直接计数通路，并采用正常计时信号与校正信号可以随时切换的电路接入其中。校正好后再将单刀双掷开关切换到正常的计时档位，校时结束。原理图如下：简要原理说明：这个电路连接部分也实现了以上分，秒，时计数电路的连接。在59分或者59秒时，即01011001，里面一共有4个1.分别输入与门的四个输入端，也就是说，只有59时，与门的输出才为1，当单击空格键时，电路导通，经过一个非门与时电路连接，这样就顺利的在下降沿实现增长。所以经过一个59秒时，分钟增加一分钟，经过一个59分时，小时增加一小时。这样一个基本的数字电子钟就完成了。当时间显示不准确时，脱离正常计数的组合电路，而连接上电源时钟脉冲。此时可按下空格键终止秒计数器，也可以不终止，按下1或2键可快速调节到自己想要的时间。因为按下后，他们就可以像秒计数器一样，每隔一定的时间就有一个下降沿可以让自己工作，也就很快就可以调到正确的显示时间。（3）信号产生电路VCCOUTU2555_TIMER_RATEDGNDDISRSTTHRCONTRIR147kΩC310mFC410uFR32kΩKey=A50%7420XSC1ABExtTrig++__+_VCC5VVCC08R247kΩ1350(4)整点报时电路一般时钟都应具备整点报时电路功能，即在时间出现整点前数秒内，数字钟会自动报时，以示提醒。其作用方式是发出连续的或有节奏的音频声波，较复杂的也可以是实时语音提示。根据要求，电路应在从整点开始的10秒钟内开始整点报时，报时电路报时控制信号。选蜂鸣器为电声器件。实际电路图如下：设计思路：当秒计数的十位为5，分计数的十位为5，个位为9，蜂鸣器工作。可以通过秒计数器的输出端控制蜂鸣器响铃的时间。三、设计总结（心得体会）我们学习了数字电子电路和模拟电子电路（上一学期），对电子技术有了一些初步了解，但那都是一些理论的东西。通过这次数字电子钟的课程设计，我们才把学到的东西与实践相结合。从中对我们学的知识有了更进一步的理解。这是一次综合性很强的实验，从最初的模型规划，到具体功能的实现，再到电路的连接，直至最后的电路调试，每一个环节都让我加深了对实际问题的思考，同时也让我动手能力有了很大的提高。在此次的数字钟设计过程中，更进一步地熟悉了芯片的结构及掌握了各芯片的工作原理和其具体的使用方法。也锻炼了自己独立思考问题的能力和通过查看相关资料来解决问题的习惯。虽然这只是一次简单的课程设计，但通过这次课程设计我们了解了课程设计的一般步骤，和设计中应注意的问题。设计本身并不是有很重要的意义，而是同学们对待问题时的态度和处理事情的能力。至于设计的成绩无须看的太过于重要，而是设计的过程，设计的思想和设计电路中的每一个环节，电路中各个部分的功能是如何实现的。各个芯片能够完成什么样的功能，使用芯片时应该注意那些要点。同一个电路可以用那些芯片实现，各个芯片实现同一个功能的区别。在这次设计过程中，我也对word、截图等软件有了更进一步的了解，这使我在以后的学习中更加得心应手。首先，本次实验均能按照实验设计要求的各项功能完成，包括秒脉冲电路，时钟显示，校时电路，整点报时电路，以及闹钟电路。完成的电路可以做到显示２４进制小时，六十进制分钟和六十进制秒钟。并能够在时间显示不准确的时候进行校时。有整点报时功能，并且在晚上２３点到第二天的五点报时关闭。此外还有任意时刻的闹钟功能。其次，在设计过程当中，在选择芯片上面，我们同组的人会产生一些分歧，比如在选择六十进制和十进制的计数器中，我们选择了用74SL160，而他们则选择了74SL290，尽管不同但经过大家的调试均可以实现其应要的功能。还有，任意时刻闹钟电路是最后做的一个环节，因为觉得电路连接有些复杂，当此部分接入主电路时，使整体显得较为凌乱，第一次给老师看过后，老师给出了指导意见，回去后在老师的指点下又改正和完善了电路图，明显的简化了电路结构，看来做什么都应该多思考，尽量化繁为简。这次最大的收获就是学会了系统地去解决一个实际问题，学会了巧妙运用模块化的思想。在整个电路设计与实现中，最成功的地方就是有条理地将功能细化，分成一个一个小的功能来实现。每做好一个小功能实现的电路，就将其集成为一块具有此功能的芯片，这样，在之后的电路连接中就只要将这块芯片接入即可，最后就这样一级一级地将电路集成，最后生成的电子钟电路就只是一块芯片，只要加一些其他外部控制开关与显示电路就能实现此多功能电子钟的各功能。在这个过程中，我更深刻地体会从分立元件到中小规模集成电路再到大规模集成电路的组成过程。同时也更加深入地了解了Multisim这一软件的更多的功能。更重要的是在此过程中，我学会了独立思考，遇到问题一步一步去研究与解决解决，对于电路出现的问题不急于拆线，而是一部分一部分地对其应有的功能进行调试，对问题进行各个击破。总而言之，这次实验让我觉得受益匪浅，不再觉得学无所用。实验所解决的问题与生活紧密相连，从而将平时学书本上的理论与实践很好地结合起来，最终当做出成品时，有很大的成就感。四、参考文献【1】作者：李阎石《数字电子技术基础》高等教育出版社2005年第5版【2】作者：童诗白华成英，《模拟电子技术基础》2006年1月第四版2008年2月第1版【3】作者：熊伟，侯传教《Multisim7电路设计及仿真应用》清华大学出版社2005年7月第1版