数字电路课程设计论文

华南农业大学电子线路综合设计数字电子钟设计姓名：朱文强钟家荣田青山班级：14级电气类3班组别：10指导教师：彭孝东2016年6月24日1摘要作为一个大学生，每天要在固定的时间上各种各样的课程，那么按时到达课室是每个优秀的大学生必须做到的事，所以我们就需要知道具体的时间，进而安排自己的行程，数字电子钟就是我们平时学习生活中所必需的。既然分配到了数字电子钟课题，那么通过研究《电子技术基础（数字部分）》中的基础知识，分析出数字电子钟基本电路由秒脉冲发生电路、校分校时电路、时间计数电路、译码驱动显示电路、整点报时电路等几部分组成。秒脉冲发生电路：主要用来产生时间标准信号，因为时钟的精度主要取决于时间标准信号的频率及稳定度，所以采用石英晶体振荡器。因为振荡器产生的标准信号频高，要是要得到“秒”信号，需一定级数的分频器进行分频，最终得到1Hz的脉冲信号。校时校分电路：分别通过“与非门”组成的SR锁存器输出信号到时计数器或者分计数器来对“时”、“分”显示数字进行校对调整。时间计数电路：有了“秒”脉冲信号，则可以根据60秒为1分钟，60分为1小时，分别设定“时”、“分”、“秒”的计数器，分别为60进制、60进制、24进制计数器，并输出1分钟，1小时的进位信号。译码驱动显示电路：将“时”“分”“秒”显示出来。将时间计数电路的输出状态，输入到译码器CD4511，产生驱动数码管的信号，呈现出对应的进位数字字型。整点报时电路：根据计时系统的的各个输出状态通过“与非门”产生一脉冲信号，通过三极管的导通或截止使得电源驱动蜂鸣器实现报时功能。本文在Multisim11.0的仿真设计基础上，自行选择芯片，焊接电路板，完成了一个具有多功能的数字电子时钟。关键词秒脉冲SR锁存器计数器译码器与非门2目录1.前言…………………………………………………………………………………………31.1.设计目的…………………………………………………………………………………31.2.设计任务及指标…………………………………………………………………………31.3.设计相关提示……………………………………………………………………………32.总体方案确定………………………………………………………………………………32.1设计原理……………………………………………………………………………………32.2制定方案……………………………………………………………………………………42.2.1总体设计方案……………………………………………………………………………42.2.2各部分设计方案…………………………………………………………………………52.2.2.1时间计数电路的设计…………………………………………………………………52.2.2.2整点报时电路的设计…………………………………………………………………62.2.2.3校分校时电路的设计…………………………………………………………………72.2.2.4秒脉冲发生电路的设计………………………………………………………………82.2.2.5译码驱动显示电路的设计……………………………………………………………92.2.3整体电路…………………………………………………………………………………93.电路仿真、焊接及调试过程………………………………………………………………103.1电路仿真…………………………………………………………………………………103.2电路焊接…………………………………………………………………………………103.3实际电路调试……………………………………………………………………………113.4误差分析…………………………………………………………………………………114.课程设计收获及建议………………………………………………………………………11参考文献………………………………………………………………………………………1231.前言1.1.设计目的较传统的机械时钟而言，数字电子钟准确性更高、功能更丰富，所以广受人们的喜爱。通过数字逻辑电路，其中包括组合逻辑电路、时序电路等基本部分构成数字电子钟。根据课题要求，利用所学所查原理制作出简单能显示时分秒计数功能的电子钟。1.2.设计任务及指标1、设计制作一个数字电子钟；2、时间计数电路采用24进制，从00开始到23后再回到00；3、各用2位数码管显示时、分、秒；4、具有手动校时、校分功能，可以分别对时、分进行单独校正；5、计时过程具有报时功能，当时间到达整点前10秒开始，蜂鸣器响1秒停1秒地响5次。1.3.设计相关提示1、为了保证计时的稳定及准确，须由晶体振荡器提供时间基准信号；2、数字钟由振荡器、计数器、译码器和显示器电路所组成；3、振荡器产生的时钟信号经过分频器形成1秒信号，秒信号输入计数器进行计数，并把累计结果以“时”、“分”、“秒”的数字显示出来；4、校时、校分考虑消除机械开关的触点抖动；5、蜂鸣器不够响，要考虑加放大电路。2.总体方案确定下面将对数字电子钟的整个电路系统设计过程（包括设计原理、方案确定、电路设计及仿真、焊接与调试等部分）进行介绍。2.1设计原理数字钟是一个将“时”、“分”、“秒”显示于人的视觉器官的计时装置。它的计时周期为24小时，显示满刻度为23时59分59秒，另外应有校时功能和报时等附加功能。因此，一个基本的数字钟电路主要由译码显示器“时”，“分”，“秒”、计数器、校时电路、报时电路和振荡器组成。干电路系统由秒信号发生器、“时、分、秒”计数器、译码器及显示器、校时电路、整点报时电路组成。秒信号产生器是整个系统的时基信号，它直接决定计时系统的精度，一般用石英晶体振荡器加分频器来实现。将标准秒信号送4入“秒计数器”，“秒计数器”采用60进制计数器，每累计60秒发出一个“分脉冲”信号，该信号将作为“分计数器”的时钟脉冲。“分计数器”也采用60进制计数器，每累计60分钟，发出一个“时脉冲”信号，该信号将被送到“时计数器”。“时计数器”采用24进制计时器，可实现对一天24小时的累计。译码显示电路将“时”、“分”、“秒”计数器的输出状态送到七段显示译码器译码，通过七位LED七段显示器显示出来。整点报时电路时根据计时系统的输出状态产生一脉冲信号，然后去触发一音频发生器实现报时。校时电路时用来对“时”、“分”、“秒”显示数字进行校对调整的。可以通过校时电路对分和时进行校时，且具有整点报时功能，当时间到达整点前10秒开始，蜂鸣器将以1秒响1秒停的形式响5次。2.2制定方案根据课题要求，通过整理互联网网上、图书馆馆藏资料和对《电子技术基础（数字部分）》的学习，讨论确定一个既符合本设计要求又具有比较强的操作性的方案作为此次设计的对象。2.2.1总体设计方案本电路系统由晶体振荡电路，时间计数电路，校时电路，译码驱动电路组成，报时电路。其中，时间计数电路用六个74LS90组成。校时电路主要由74LS00组成RS触发器，报时电路由74LS30与74LS00组成。5图1总体设计图2.2.2各部分设计方案下面将介绍设计电路。含时间计数电路的设计、整点报时电路的设计、校分校时电路的设计、秒脉冲发生电路的设计、译码驱动显示电路的设计几个部分。2.2.2.1时间计数电路的设计时间计数电路由60进制的秒计数器、60进制的分计数器以及24进制的时计数器组成。秒计数器以及分计数器都是采用60进制电路。当秒的74LS90芯片的8端以及9端信号变化产生的脉冲进位信号传到时的脉冲输入端时，分计数器便计数一次。6U1474LS90DQA12QB9QD11QC8INB1R916R927R012INA14R023GND10VCC5U1574LS90DQA12QB9QD11QC8INB1R916R927R012INA14R023GND10VCC5图260进制电路时计数器采用的是24进制电路。当分的74LS90芯片的8端以及9端信号变化产生的脉冲进位信号传到时的脉冲输入端时，时计数器便计数一次，并且其十位和个位的进位关系与分（秒）的十位和个位的进位关系一样。U1074LS90DQA12QB9QD11QC8INB1R916R927R012INA14R023GND10VCC5U1174LS90DQA12QB9QD11QC8INB1R916R927R012INA14R023GND10VCC5R110kΩ图324进制电路2.2.2.2整点报时电路的设计7据设计要求，时钟电路应在整点前10秒钟内开始整点报时，而且要求蜂鸣器响1秒停1秒地响5次。即当时间在59分50秒到59分59秒期间时，分十位、分个位和秒十位均保持不变，分别为5、9和5，在秒到达1、3、5、7和9时，蜂鸣器鸣叫，即整点时开始产生每隔1s鸣叫一次的响声，共鸣五次，每次持续时间为1s。其电路如下图4所示。U1674LS30NABCDEFGNDYNC1NC2GHNC3VCCU17A74LS00DQ12N1711U18BUZZER200HzVCC5VVCC5V图4整点报时电路2.2.2.3校分校时电路的设计初次启动时，数字电子钟需要校准到当地时间，而实现这一功能则由校分校时电路来实现和调整。根据要求，数字钟应具有手动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。其电路图如下。8U2174LS00D1A1B1Y2A2B2YGND3Y3B3A4Y4B4AVCCU2274LS32D1A1B1Y2A2B2YGND3Y3A3B4Y4A4BVCCU2374LS08D1A1B1Y2A2B2YGND3Y3A3B4Y4A4BVCCJ1Key=BJ2Key=AVCC5VVCC5VR110kΩR210kΩR310kΩR410kΩ图5校分校时电路2.2.2.4秒脉冲发生电路的设计电子钟之所以能进行秒计数，主要是源于振荡秒脉冲的产生，所以多谐振荡器则为电子钟的核心区。由于我们要制作高精度的电子时钟，我们需要获取更高的计时精度，因此选用晶体振荡器构成振荡器电路，这样能完好地达到要求。振荡器的频率越高，计时精度越高。而我们选用R145－32的晶体振荡器，其频率为32.768KHz，再经过分频芯片4060，其内部有15级2分频集成电路，所以我们在其中一个输出端得到2Hz的信号脉冲，再经过二次分频，方可得到1Hz的标准信号脉冲，即秒脉冲。其电路图和原理图分别如下。U204060BD_5VO122O133RTC10O37MR12RS11O45O54O66O714O813O915O111CTC9X1R26-32.768kHzR522MΩC125pFC210pF图6秒脉冲发生电路9图7秒脉冲发生原理图2.2.2.5译码驱动显示电路的设计译码驱动显示电路是将计数器输出的8421BCD码译成数码管显示所需要的高低电平，所以在译码电路和数码管的选择上一定要注意配套。如我们采用共阴极七段数码管，则译码电路就应选接与它配套的共阴极七段译码驱动器。译码显示电路可采用CD4511BCD-7段译码驱动器，其芯片引脚如下图所示。其中A0、A1、A2、A3与74LS90的四个输出端相连接，YA、YB、YC、YD、YE、YF、YG输出驱动七段数码显示器的信号。计数器实现了对时间的累计并以8421BCD码的形式输送到CD4511芯片，再由4511芯片把BCD码转变为十进制数码送到数码管中显示出来。译码驱动显示电路如图8所示。U1ABCDEFGHABCDEFGHCKU2ABCDEFGHABCDEFGHCKU3ABCDEFGHABCDEFGHCKU44511BP_5VA1A2~LT~BI~LEA3A0VSSYEYDYCYBYAYGYFVDDU54511BP_5VA1A2~LT~BI~LEA3A0VSSYEYDYCYBYAYGYFVDDU64511BP_5VA1A2~LT~BI~LEA3A0VSSYEYDYCYBYAYGYFVDDU74511BP_5VA1A2~LT~BI~LEA3A0VSSYEYDYCYBYAYGYFVDDU84511BP_5VA1A2~