多功能数字钟—数电课程设计报告

11.多功能数字钟的电路设计课程设计的目的1．了解计时器主体电路的组成及工作原理。2．掌握数字电子钟的设计、组装与调试方法。3．熟悉集成电路及有关电子元器件的使用方法。课程设计的要求用中小规模集成电路组成数字电子钟，在Multisim软件中设计、仿真，并在数字电路实验箱上进行组装、调试。具体实现以下功能：1.基本功能：（1）设计一个有“时”、“分”、“秒”(23小时59分59秒)显示的数字电子钟。（2）具有校时时、分的功能。（3）整点报时。在59分51秒、53秒、55秒、57秒、输出750Hz音频信号，在59分59秒时输出1000Hz信号，音响持续1秒，在1000Hz音响结束时刻为整点。2.系统原理框图由振荡器输出稳定的高频脉冲信号作为时间基准，秒计数器满60向分计数器进位，分计数器满60向小时计数器进位，小时计数器按“24翻1”规律计数，计数器经译码器送到显示器；计数出现误差可用校时电路进行校时、校分、校秒，可发挥部分：使数字钟具有可整点报时与定时闹钟的功能。数字钟的结构框图如图1所示图1数字钟的结构框图时显示器分显示器秒显示器时计数器分计数器秒计数器校时电路振荡器分频器定时控制仿电台报时整点报时主体部分23.设计方案与论证时间脉冲产生电路方案一：由集成电路定时器555与RC组成的多谐振荡器作为时间标准信号源。555与RC振荡电路如图2所示图1555与RC组成的多谐振荡器图方案二: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，通常选用石英晶体构成振荡器电路。石英晶体振荡器的作用是产生时间标准信号。因此，一般采用石英晶体振荡器经过分频得到这一时间脉冲信号。石英晶体振荡电路如图3所示3图2石英晶体振荡器图方案三：由集成逻辑门与RC组成的时钟源振荡器门电路组成的振荡电路如图4所示图3门电路组成的多谐振荡器图用555组成的脉冲产生电路:R1=47kΩ，R2=47kΩ，C=10μF，则555所产生的脉冲的为:f=1/[(R1+2*R2)CLn2=1Hz,而设计要求为1Hz,在精度要求不是很高的时候可以使用。石英晶体振荡电路:采用的32768晶体振荡电路,其频率为32768Hz,然后再经过15分频电路可得到标准的1Hz的脉冲输出.R的阻值,对于TTL门电路通常在0.7～2KΩ之间;对于CMOS门则常在10～100MΩ之间。由门电路组成的多谐振荡器的振荡周期不仅与时间常数RC有关，而且还取决于门电路的阈值电压VTH，由于VTH容易受到温度、电源电压及干扰的影响，因此频率稳定性较差，只能用于对频率稳定性要求不高的场合。综上分析，选择方案一，555与RC组成的振荡电路较简单，易调节，成本较低44.电路图及设计文件4.1工作原理4.1.1电路总原理如图8所示A7QA13B1QB12C2QC11D6QD10BI/RBO4QE9RBI5QF15LT3QG14U174LS48A7QA13B1QB12C2QC11D6QD10BI/RBO4QE9RBI5QF15LT3QG14U274LS48A7QA13B1QB12C2QC11D6QD10BI/RBO4QE9RBI5QF15LT3QG14U374LS48A7QA13B1QB12C2QC11D6QD10BI/RBO4QE9RBI5QF15LT3QG14U474LS48A7QA13B1QB12C2QC11D6QD10BI/RBO4QE9RBI5QF15LT3QG14U574LS48A7QA13B1QB12C2QC11D6QD10BI/RBO4QE9RBI5QF15LT3QG14U674LS48D03Q014D14Q113D25Q212D36Q311RCO15ENP7ENT10CLK2LOAD9MR1U774LS160D03Q014D14Q113D25Q212D36Q311RCO15ENP7ENT10CLK2LOAD9MR1U874LS160D03Q014D14Q113D25Q212D36Q311RCO15ENP7ENT10CLK2LOAD9MR1U974LS160D03Q014D14Q113D25Q212D36Q311RCO15ENP7ENT10CLK2LOAD9MR1U1174LS160D03Q014D14Q113D25Q212D36Q311RCO15ENP7ENT10CLK2LOAD9MR1U1274LS16012456U13:A74LS2012456U14:A74LS20R4DC7Q3GND1VCC8TR2TH6CV5U15NE555C10.01uFR147kR247kRV12kC210uFD03Q014D14Q113D25Q212D36Q311RCO15ENP7ENT10CLK2LOAD9MR1U1074LS16091012138U13:B74LS2034U16:B74LS0456U16:C74LS04SW2SW-SPDT-MOMBUZ1BUZZER12345611128U1774LS3012U16:A74LS04A7QA13B1QB12C2QC11D6QD10BI/RBO4QE9RBI5QF15LT3QG14U174LS48A7QA13B1QB12C2QC11D6QD10BI/RBO4QE9RBI5QF15LT3QG14U274LS48A7QA13B1QB12C2QC11D6QD10BI/RBO4QE9RBI5QF15LT3QG14U374LS48A7QA13B1QB12C2QC11D6QD10BI/RBO4QE9RBI5QF15LT3QG14U474LS48A7QA13B1QB12C2QC11D6QD10BI/RBO4QE9RBI5QF15LT3QG14U574LS48A7QA13B1QB12C2QC11D6QD10BI/RBO4QE9RBI5QF15LT3QG14U674LS48D03Q014D14Q113D25Q212D36Q311RCO15ENP7ENT10CLK2LOAD9MR1U774LS160D03Q014D14Q113D25Q212D36Q311RCO15ENP7ENT10CLK2LOAD9MR1U874LS160D03Q014D14Q113D25Q212D36Q311RCO15ENP7ENT10CLK2LOAD9MR1U974LS160D03Q014D14Q113D25Q212D36Q311RCO15ENP7ENT10CLK2LOAD9MR1U1174LS160D03Q014D14Q113D25Q212D36Q311RCO15ENP7ENT10CLK2LOAD9MR1U1274LS16012456U13:A74LS2012456U14:A74LS20R4DC7Q3GND1VCC8TR2TH6CV5U15NE555C10.01uFR147kR247kRV12kC210uFD03Q014D14Q113D25Q212D36Q311RCO15ENP7ENT10CLK2LOAD9MR1U1074LS16091012138U13:B74LS2034U16:B74LS0456U16:C74LS04SW2SW-SPDT-MOMBUZ1BUZZER12345611128U1774LS3012U16:A74LS04图8多功能数字钟的总原理图4.2电路设计5A2555_VIRTUALGNDDISOUTRSTVCCTHRCONTRIC5330nFC610uFR1747kΩR1847kΩR192kΩKey=A50%0VCC98765图10秒脉冲发生器4.2.2基于74ls160的24\60进制计数器的设计图1174ls160的引脚图6表174ls160的功能表D03Q014D14Q113D25Q212D36Q311RCO15ENP7ENT10CLK2LOAD9MR1U1174LS160D03Q014D14Q113D25Q212D36Q311RCO15ENP7ENT10CLK2LOAD9MR1U1274LS16012456U14:A74LS20图12采用同步置数法设计60进制计数器7A7QA13B1QB12C2QC11D6QD10BI/RBO4QE9RBI5QF15LT3QG14U174LS48A7QA13B1QB12C2QC11D6QD10BI/RBO4QE9RBI5QF15LT3QG14U274LS48A7QA13B1QB12C2QC11D6QD10BI/RBO4QE9RBI5QF15LT3QG14U374LS48D03Q014D14Q113D25Q212D36Q311RCO15ENP7ENT10CLK2LOAD9MR1U774LS160D03Q014D14Q113D25Q212D36Q311RCO15ENP7ENT10CLK2LOAD9MR1U874LS160D03Q014D14Q113D25Q212D36Q311RCO15ENP7ENT10CLK2LOAD9MR1U974LS16012456U13:A74LS20R147k56U16:C74LS04图13采用同步置数法设计24进制计数器A7QA13B1QB12C2QC11D6QD10BI/RBO4QE9RBI5QF15LT3QG14U574LS48A7QA13B1QB12C2QC11D6QD10BI/RBO4QE9RBI5QF15LT3QG14U674LS48图14译码及驱动显示电路图84.2.4整点报时电路BUZ1BUZZER12345611128U1774LS3012U16:A74LS04用8输入与非门，8个端口分别分和秒都为59时的高电平状态，这时，蜂鸣器就会发出持续1S的响声。4.2.5校时电路SW2SW-SPDT-MOM数字种启动后,每当数字钟显示与实际时间不符进,需要根据标准时间进行校时。由于采用了74HC160芯片，只需要让HC160的置数端有效，然后在各个HC160的输入端口上输入标准时间，在再启动电路时，第一个上升沿到来9时，也就置数成功，也就校准时间成功了。上图左端连的是74HC160的置数端LOAD，低电平有效。所以只要把开关打到下面的接地端，并且在74HC160的各个输入端，输入标准时间，在启动电路，等第一个上升沿到来就置数成功。5.测试方法与数据5.1测试步骤如下：5.1.1用示波器检测脉冲信号发生器部分，看其输出的秒脉冲信号的波形、频率和周期等是否符合要求，必须确保秒脉冲信号的频率准确（F＝1HZ），这关系整个数字钟的准确性。5.1.2分别将时、分、秒计数器的脉冲信号输入端调至较时脉冲，检查各计数器是否按所要求的进制形式进行，显示是否正常。同时看较时电路是否达到较时的目的。5.1.3时、分、秒计数器接回计时脉冲，看总体工作是否正常。仿真结果正常。6.元件清单器件型号用途介绍数量7SEG-COM-CAT-GRN数码显示器674LS160十进制计数器674LS204输入与非门3BUZZER蜂鸣器1Resister47K欧姆电阻2Pot2K电位器11030.01u电容1Switch开关11074LS308输入与非门1以及若干接地和，电源。表2元件清单表7总结结果基本符合要求，实现了相关功能，能正常显示时间。通过这次课程设计，让我感觉整体规划很重要，同时必须要有足够的耐心，脚踏实地一点一点的完成。在拿到课程设计题目的时候，第一步要根据设计要求，思考原理以及实现方案。第二步要根据自己所选定的方案确定选用那些元器件，然后查阅相应芯片的资料，掌握其引脚分布以及用法。第三部将整体的设计分成各个子模块，然后一个模块一个模块的进行设计，最后将各个子模块整合在一起进行整体仿真。整个仿真过程中必须仔细认真，而且要有足够的耐心，不厌其烦的进行测量校正修改。直到得到预想的结果。通过本次课程设计，通过借助网络搜集,查阅相关资料巩固了所学知识。从中提高了自己的实践能力。