武汉理工_数电课程设计--数字钟的设计仿真与制作

学号：课程设计题目数字钟的设计仿真与制作学院专业班级姓名指导教师年月日武汉理工大学《数字电子技术基础》课程设计说明书课程设计任务书学生姓名：专业班级：指导教师：工作单位：武汉理工大学题目:数字钟的设计仿真与制作初始条件：利用集成译码器、计数器、定时器、数码管、脉冲发生器和必要的门电路等数字器件实现系统设计。（也可以使用单片机系统设计实现）要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1、课程设计工作量：1周内完成对多功能数字钟的设计、仿真、装配与调试。2、技术要求：设计一个数字钟。要求用六位数码管显示时间，格式为00：00：00。具有60进制和24进制（或12进制）计数功能，秒、分为60进制计数，时为24进制（或12进制）计数。③有译码、七段数码显示功能，能显示时、分、秒计时的结果。④设计提供连续触发脉冲的脉冲信号发生器，⑤具有校时单元、译码显示单元、时间计数单元、振荡器电路。⑥确定设计方案，按功能模块的划分选择元、器件和中小规模集成电路，设计分电路，画出总体电路原理图，阐述基本原理。3、查阅至少5篇参考文献。按《武汉理工大学课程设计工作规范》要求撰写设计报告书。全文用A4纸打印，图纸应符合绘图规范。时间安排：1）2010年6月8日，教师讲解，查阅相关资料，学习设计原理。2）2010年6月25~29日，在鉴主15楼通信实验室（3）进行设计、制作及调试。3）2010年7月3日上交课程设计成果及报告，同时进行答辩。指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日课设答疑地点：鉴主13楼电子科学与技术实验室。武汉理工大学《数字电子技术基础》课程设计说明书目录摘要................................................................................................................................I1数字钟的构成............................................................................................................11.1方案设计………………………………………………………………………22数字钟单元电路的设计............................................................................................32.1振荡器电路设计……………………………………………………………...32.2时间计数单元设计...........................................................................................52.2.1集成异步计数器74LS90......................................................................52.2.2用74LS90构成秒和分计数器电路.....................................................62.2.3用74LS90构成时计数器电路.............................................................72.2.4时间计数单元总电路............................................................................82.3译码显示单元电路设计...................................................................................92.3.1译码器74LS48....................................................................................92.3.2显示器LG5011AH..............................................................................112.3.3译码显示电路......................................................................................132.4校时单元电路设计.........................................................................................153数字钟的实现电路及其工作原理..........................................................................164电路的安装与调试..................................................................................................174.1Multisim11.0特点…………………………………………………………174.2数字钟的仿真完整电路图………………………………………………..195电路的安装与调试..................................................................................................205.1安装与调试步骤………………………………………………………………205.2实物图…………………………………………………………………………216课程设计心得体会…………………………………………………………….......22参考文献......................................................................................................................23附录1.................................................................................................................……..24武汉理工大学《数字电子技术基础》课程设计说明书I摘要数字钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置，与机械式时钟相比具有更高的准确性和直观性，且无机械装置，具有更长的使用寿命，因此得到了广泛的使用。数字电子钟，从原理上讲是一种典型的数字电路，其中包括了组合逻辑电路和时序电路。数字电子钟有以下几部分组成：振荡器，分频器，60进制的秒、分计时器和24进制计时计数器，秒、分、时的译码显示部分及校正电路等。采用74LS系列（双列直插式）中小规模集成芯片进行硬件的焊接。关键词：数字钟振荡器计数器译码驱动武汉理工大学《数字电子技术基础》课程设计说明书11数字钟的构成数字钟实际上是一个对标准频率(1HZ)进行计数的计数电路。主要由振荡器、分频器、计数器、译码器显示器和校时电路组成。振荡器产生稳定的高频脉冲信号，作为数字钟的时间基准，通常使用石英晶体震荡器，然后经过分频器输出标准秒脉冲，或者由555构成的多谐振荡器来直接产生1HZ的脉冲信号。秒计数器满60后向分计数器进位，分计数器满60后向小时计数器进位，小时计数器按照“24翻1”规律计数。计数器的输出分别经译码器送显示器显示。由于计数的起始时间不可能与标准时间一致，故需要在电路上加一个校时电路，当计时出现误差时，可以用校时电路校时、校分。如图1-1所示为数字钟电路系统的组成框图。图1-1数字钟电路系统的组成框图振荡器是数字钟的核心。振荡器的稳定度及频率的精确度决定了数字钟计时的准确程度，一般来说，振荡器的频率越高，计时精度越高。通常选用石英晶体构成振荡器电路构成振荡器。也可以由555定时器组成。时间计数电路由秒个位和秒十位计数器、分个位和分十位计数器及时个位和时十位计数器电路构成，其中秒个位和秒十位计数器、分个位和分十位计数器为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。译码驱动电路将计数器输出的8421BCD码转换为数码管需要的逻辑状态，并且为保时显示器分显示器秒显示器时译码器分译码器秒译码器时计数器分计数器秒计数器校时电路振荡器分频器武汉理工大学《数字电子技术基础》课程设计说明书2证数码管正常工作提供足够的工作电流。显示电路的组成主要是数码管，数码管由7个发光二极管组成，行成一个日字形，它门可以共阴极，也可以共阳极，本设计中为共阴极七段显示LED数码管。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，所以数字钟应具有分校正和时校正功能。对校时电路的要求是：在小时校正时不影响分和秒的正常计数；在分校正时不影响秒和小时的正常计数。1.1方案设计方案一：用各种门电路直接搭接数字钟电路，但此种方案花时间较多，所需元件众多，电路复杂。方案二：用计数器74LS90以及译码器74LS48等芯片组成电路，所需连线较第一种简单很多，很容易实现。方案三：用单片机实现计数及显示等，这种方案简单明了，只需要写好程序就可以，很容易达到任务要求。但单片机对个人能力要求较高，需要系统的学习。综上，由于本人还没有学单片机所以决定采用第二种方案。武汉理工大学《数字电子技术基础》课程设计说明书32数字钟单元电路的设计2.1振荡器电路设计U20LM555CMGND1DIS7OUT3RST4VCC8THR6CON5TRI2R9100ΩR1222ΩC210uFVDD5V80VDD760图2-1用555定时器组成振荡器的电路多谐振荡器是一种能产生矩形波的自激振荡器，也称矩形波发生器。“多谐”指矩形波中除了基波成分外，还含有丰富的高次谐波成分。多谐振荡器没有稳态，只有两个暂稳态。在工作时，电路的状态在这两个暂稳态之间自动地交替变换，由此产生矩形波脉冲信号，常用作脉冲信号源及时序电路中的时钟信号。一、用555定时器构成的多谐振荡器1.电路组成：武汉理工大学《数字电子技术基础》课程设计说明书4用555定时器构成的多谐振荡器电路如图6-11（a）所示：图中电容C、电阻R1和R2作为振荡器的定时元件，决定着输出矩形波正、负脉冲的宽度。定时器的触发输入端（2脚）和阀值输入端（6脚）与电容相连；集电极开路输出端（7脚）接R1、R2相连处，用以控制电容C的充、放电；外界控制输入端（5脚）通过0.01uF电容接地。2.工作原理：多谐振荡器的工作波形如图6-11(b)所示：电路接通电源的瞬间，由于电容C来不及充电，Vc=0v，所以555定时器状态为1，输出Vo为高电平。同时，集电极输出端（7脚）对地断开，电源Vcc对电容C充电，电路进入暂稳态I，此后，电路周而复始地产生周期性的输出脉冲。多谐振荡器两个暂稳态的维持时间取决于RC充、放电回路的参数。暂稳态Ⅰ的维持时间，即输出Vo的正向脉冲宽度T1≈0.7(R1+R2)C；暂稳态Ⅱ的维持时间，即输出Vo的负向脉冲宽度T2≈0.7R2C。因此，振荡周期T=T1+T2=0.7(R1+2R2)C，振荡频率f=1/T。正向脉冲宽度T1与振荡周期T之比称矩形波的占空比Ｄ，由上述条件可得D=（R1+R2）/（R1+2R2），若使R2R1，则D≈1/2，即输出信号的正负向脉冲宽度相等的矩形波（方波）。二、多谐振荡器应用举例：1.模拟声响发生器：将两个多谐振荡器连接起来，前一个振荡器的输出接到后一个振荡器的复位端，后一个振荡器的输出接到扬声器上。这样，只有当前