数字电子钟设计报告

课程设计报告课程名称：电子设计理论与实践院系：自动化工程系专业：测控技术与仪器学号：姓名：2011年12月电子设计理论与实践1中小规模集成电路构成的数字电子钟摘要：本系统由555多谐振荡器，分频器，计数器，译码器，LED显示器和校时电路组成，采用了TTL系列（双列直提式）中小规模集成芯片。总体方案主要由基本功能电路电路和扩展功能电路两大分组成。关键词：多谐振荡器分频器计数器译码器LED显示器一.数字钟系统内容及设计要求设计要求基本功能：1.要求电子钟具有“时”、“分”、“秒”显示的电子钟（23小时59分59秒），应具有分钟和小时的校时功能。2.要求利用multisim软件对所设计电路进行仿真，提交报告时需要上交仿真文件。3.要求利用课程报告中的电路图为protel99se软件所画，并提交电路原理图DDB文件。拓展功能：1.整点报时：比如59分钟到蜂鸣器鸣叫功能，要求选用中小规模集成电路设计（不用单片机系统）。2.定时功能：可以设置定时时间，定时到，蜂鸣器鸣叫。设计内容数字钟电路系统由主体电路和扩展电路两大部分组成。其中主体电路完成数字钟的基本功能，显示秒、分、时的计时装置，它具有走时准确、稳定性好和使用方便等优点，扩展电路完成数字钟的定时控制扩展功能。系统的工作原理是：振荡器产生的稳定的高频脉冲信号，作为数字钟的时间基准，然后经分频器输出标准脉冲。秒计数器计满60后向分计数器进位，分计数据计满60后向小时计数器进位，小时计数器按照“24进1”规律计数。计数器的输出分别经译码器送显示器显示。计时出现误差时可以用校正电路校时、校分、校秒。电子设计理论与实践2数字钟电路系统的组成框图如图1所示。图1多功能数字中系统组成框图二.数字钟单元电路设计1.振荡器的设计振荡器是数字钟核心，振荡器的稳定度及频率的精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。一般来说，振荡器的频率越高，计时精度越高。如果精度要求不高也可以采用由集成电路定时器555与RC组成的多谐振荡器，这里选用555构成的多谐振荡器。设振荡频率f=1KHz，电路如下图2所示。电路参数计算过程：T=t1+t2=1mst1=0.7(R2+R3+R1)C1t2=0.7R2C1若选定占空比为q=0.6，可得Q=t1/(t1=t2)=0.6t1=0.6×1ms=0.6ms时显示器时译码器时计数器分显示器分译码器分计数器秒显示器秒译码器秒计数器定时控制整点报时校时电路振荡器分频器电子设计理论与实践3t2=T-t1=1ms-0.6ms=0.4ms取电容C1=0.1uF,则R2=t2/0.7C1=5.714kΩ取标称值R2=5.1kΩR3+Rp=t1/0.7C1-R2=17.143kΩ故取R3=2KΩR1=10KΩ图2振荡器电路2.分频器的设计分频器的功能主要有两个：一是产生标准秒脉冲信号；而是提供功能拓展电路所需要的信号。这里用74LS160制成两个十分频和一个五分频的计数器，一个D触发器做成二分频计数器，最后产生1Hz的脉冲信号。电子设计理论与实践4电路如下图3所示。图3分频器电路3.计数、译码、显示电路设计获得秒脉冲信号后，可根据60s为lmin，60min为1h，24h为一个计数周期(一天)的计数规律，分别确定秒、分、时的计数器。由于秒和分的显示均为60进制，因此它们可由二级十进制计数器组成，其中秒和分的个位为十进制计数器，十位为六进制计数器，可采用置零法来实现。用四片74LS160计数器完成分秒的六十进制。电子设计理论与实践5电路如图4所示。图4六十进制电路图时计数器应为二十四进制计数器，也可采用二片74LS160集成电路利用置零法来实现。当时计数器输出的第24个进位信号时，时计数器应该复位，即完成一个计数周期。电子设计理论与实践6电路如图5所示、图5二十四进制电路图4.校时电路设计校时电路的作用是当计时器刚接通电源或走时出现误差时，进行时间的校准。J1、J2分别是时校正、分校正开关。不校正时，J1、J2是闭合的。当校正时位时，需要把J1打开，然后用手拨动J3，来回拨动一次，就能使时位增加1，根据需要拨动，校正完毕后再把J1开关合上。校正分位和校正时位的方法是一样的。电子设计理论与实践7校时电路如图6所示。图6校时电路5.拓展电路设计（1）定时电路上两组采取的信号来自时的十部和分部，下两组采样信号来自分部的十部和分部，最下一根线采样于秒。采样的信号通过与门给十进制74LS160一个信号，当到达所定时间，即输入计数器为高电平，输出为奇数时，由QA端输出一条线相通的发光二极管，产生一闪一闪的效果，实现定时报警作用。电子设计理论与实践8定时电路如图7所示。图7定时电路（2）整点报时电路可用一个单稳态电路实现，一到整点，就产生一个短脉冲，驱动蜂鸣器报警。电子设计理论与实践9报时电路如图8所示。图8整点报时电路三．所用器件及总电路原理图555定时器，显示译码器，数码显示管，十进制74LS160计数器，D触发器，发光二极管，电容，电阻，蜂鸣器，门电路及若干导线等。原理图电子设计理论与实践10U1974LS160DQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10~LOAD9~CLR1CLK2U2074LS160DQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10~LOAD9~CLR1CLK2VCC5VVCC5VVCC5VU21A74LS00DU22DCD_HEX_DIG_BLUEU23DCD_HEX_DIG_BLUEBUS1Ln1Ln2Ln3Ln4Ln5Ln6Ln7Ln8Ln1Ln2Ln3Ln4Ln5Ln6Ln7Ln8U2474LS160DQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10~LOAD9~CLR1CLK2U2574LS160DQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10~LOAD9~CLR1CLK2U26A74LS00DU27DCD_HEX_DIG_BLUEU28DCD_HEX_DIG_BLUEBUS2Ln1Ln2Ln3Ln4Ln5Ln6Ln7Ln8Ln1Ln2Ln3Ln4Ln5Ln6Ln7Ln8U2974LS160DQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10~LOAD9~CLR1CLK2U3074LS160DQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10~LOAD9~CLR1CLK2U31A74LS00DU32DCD_HEX_DIG_BLUEU33DCD_HEX_DIG_BLUEBUS3Ln1Ln2Ln3Ln4Ln5Ln6Ln7Ln8Ln1Ln2Ln3Ln4Ln5Ln6Ln7Ln8R2100k¦¸R3100k¦¸R4100k¦¸R5100k¦¸VDD10VJ14Key=CJ15Key=ZJ16Key=XU40NC7S00_5VU41NC7S00_5VVDD90578966888784798308281807855767570697473727177757069737271770VCC686560596463626167650VCC58542351505654760VCC4847J1Key=2U7NC7SU04_5VJ2Key=3U1NC7SU04_5VJ3Key=4U2NC7SU04_5VJ4Key=9U3NC7SU04_5VJ5Key=AU4NC7SU04_5VJ6Key=SU5NC7SU04_5VJ7Key=5U6NC7SU04_5VJ8Key=6U8NC7SU04_5VJ9Key=8U9NC7SU04_5VJ10Key=DU10NC7SU04_5VJ11Key=FU11NC7SU04_5VJ12Key=7U12NC7SU04_5VJ13Key=1U13NC7SU04_5VU14NC7ST08_5VLED1R110¦¸1340129128127126125123122121120119118115113111109107105103101999795939155516459606761626374U15A4082BD_5VU16A4082BD_5VU17A4082BD_5VU18A4082BD_5V117124505632U4274LS160DQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10~LOAD9~CLR1CLK20417A1555_VIRTUALGNDDISOUTRSTVCCTHRCONTRIR648k¦¸R748k¦¸C110nFC210nFVDD5VVCC5VVCC5VU4374LS160DQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10~LOAD9~CLR1CLK2U4474LS160DQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10~LOAD9~CLR1CLK2U4574LS160DQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10~LOAD9~CLR1CLK2U46NC7S00_5VU47A74LS74D1D21Q5~1Q6~1CLR11CLK3~1PR4VDD1514131211VCC010VCC908651301311321331716U35A4011BP_5VU36A4011BP_5VU37A4011BP_5VU38A4011BP_5VU39A4011BP_5VU34A4011BP_5V电子设计理论与实践11五.总结与展望通过一学期的选修课程《电子设计理论与实践》的学习，我深刻的认识到电子设计的设计流程与开发调试的基础知识的重要性。熟练使用Multisim软件方便地在计算机上进行电路设计、仿真，其电路结构及设计观念可以很容易地被修正；也可方便地更换所需要的元件。通过模拟可快速地反映出所设计电路的性能。若能利用计算机辅助设计进行电路模拟与分析，则可有效地节省产品开发的成本与时间。虽然，软件的仿真不能完全代替硬件试验，但Multisim软件的仿真分析功能与精确度，是任何硬件实验都难以达到的。学习了Protel软件的原理图绘制和PCB制版的工艺及装配加工流程，从以往的理论知识的学习过渡到实践动手能力的转移。同时通过查阅相关的芯片技术手册，使我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。我们会发现比如说一个加法计数器的基本功能是实现两个二进制数的加法运算，但同时，我们也可以将它作为一个分频器来使用。对于芯片的使用，我们应该在了解它的各项功能的前提条件下，灵活巧妙地运用。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。我们应该带着不仅要知其然，而且要知其所以然的态度对待任何事物，也要有钻研的作风和执着追求的意志力。在做课题设计时，要整体把握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。另外，我们从事电子设计相关的职业要从市场需求分析，在量变的累积达到质变的时候要有创新的思想意识，敢于大胆实践创新。电子设计理论与实践12五．参考文献1.杨欣等.电子设计从零开始（第2版）北京:清华大学出版社，20102.杨欣等.电路设计与仿真——基于Multisim8与Protel2004.北京：清华大学出版社，20063.余孟尝等.数字电子技术基础简明教程（第三版）.北京：高等教育出版社，20064.童诗白等.模拟电子技术基础（第四版）.北京：高等教育出版社，20065.王松武等.电子创新与实践（第二版）.北京：国防工业出版社，20106.电子线路设计•实验•测试（第二版）.武汉：华中科技大学出版社，2000