数电课程设计数字电子时钟的实现

课程设计报告设计题目：数字电子时钟的设计与实现班级：学号：姓名：指导教师：设计时间：摘要钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便，大大的扩展了原先钟表的报时。诸如，定时报警、按时自动打铃、时间程序自动控制等，这些，都是以钟表数字化为基础的。功能数字钟是一种用数字电路实现时、分、秒、计时的装置，与机械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。从原理上讲，数字钟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。因此，此次设计与制作数字钟就是为了了解数字钟的原理，从而学会制作数字钟，而且通过数字钟的制作进一步的了解各种在制作中用到的中小规模集成电路的作用及使用方法。通过此次课程设计可以进一步学习与各种组合逻辑电路与时序电路的原理与使用方法。通过仿真过程也进一步学会了Multisim7的使用方法与注意事项。本次所要设计的数字电子表可以满足使用者的一些特殊要求，输出方式灵活，如可以随意设置时、分、秒的输出，定点报时。由于集成电路技术的发展，，使数字电子钟具有体积小、耗电省、计时准确、性能稳定、维护方便等优点。关键词：数字钟，组合逻辑电路，时序电路，集成电路目录摘要····················································1第1章概述············································3第2章课程设计任务及要求·······························42.1设计任务············································42.2设计要求············································4第3章系统设计··········································63.1方案论证············································63.2系统设计············································63.2.1结构框图及说明·································63.2.2系统原理图及工作原理···························73.3单元电路设计········································83.3.1单元电路工作原理·······························83.3.2元件参数选择···································14第4章软件仿真·········································154.1仿真电路图··········································154.2仿真过程············································164.3仿真结果············································16第5章安装调试··········································175.1安装调试过程········································175.2故障分析············································17第6章结论···············································18第7章使用仪器设备清单··································19参考文献·················································19收获、体会和建议·········································20第1章概述数字集成电路的出现和飞速发展，以及石英晶体振荡器的广泛应用，使得数字钟的精度稳定度远远超过了老式的机械表，用数字电路实现对“时”、“分”、“秒”数字显示的数字钟在数字显示方面，目前已有集成的计数、译码电路，它可以直接驱动数码显示器件，也可以直接采用才COMS--LED光电组合器件，构成模块式石英晶体数字钟。本设计主要是用中、小规模集成电路设计的一台能显示时、分、秒的数字电子钟。数字电子产品的发展不仅是人类文明进步的标志，同时也是科技创新的必然要求。对推动社会的进步起着不可磨灭的作用，而电子时钟作为一种普遍的电子产品，更是人们生活所不可缺少的。任何精密的仪器都必须依赖时间的计量才会拥有其存在的价值。由此可知，对于电子产品的研究与设计就变得是那样的必不可少，这是创新精神的要求，也是时代赋予我们的一份责任。因此，此次设计与制作数字钟就是为了了解数字钟的原理，从而学会制作数字钟，而且通过数字钟的制作进一步的了解各种在制作中用到的中小规模集成电路的作用及使用方法。数字电子钟是一个将“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。通过此次课程设计可以进一步学习与各种组合逻辑电路与时序电路的原理与使用方法。通过仿真过程也进一步学会了Multisim7的使用方法与注意事项。数字电子钟是一个将“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。第2章课程设计任务及要求2.1设计任务设计一个数字钟，具有时、分、秒计数显示功能，以24小时循环计时，并用数码管显示从0时0分0秒到23时59分59秒。进一步掌握数字电子技术课程所学的理论知识，并熟练加以应用。在以前所学的知识的基础上提高分析问题，解决问题的能力。熟悉几种常见的数字电子器件，计数器、七段字形译码器等。掌握其工作原理和使用方法，并能熟练的将其组合连接，使其构成简单的24小时数字电子时钟。基于multisim7对电路进行仿真。主要功能：1.能显示时、分、秒，且24小时制；2.具有开机清零功能；3.具有校时功能，可以分别对时、分进行单独校时，使其校正到标准时间；4.计时过程具有整点报时功能；5.设计所需的脉冲电路；6.用二进制集成计数器设计一个分、秒钟计数器，即六十进制计数器；7.用二进制集成计数器设计一个24小时计数器；8.译码显示电路显示时间；9.设计一个秒钟发生器，输入1Hz的时钟10.闹钟功能：可按设定的时间报时。2.2设计要求完成原理图设计、模拟仿真，按要求完成设计报告。1.理论设计部分⑴独立完成系统的原理设计。说明系统实现的功能，应达到技术指标，进行方案论证，确定设计方案。⑵画出电路图，说明各部分电路的工作原理，初步选定所使用的各种器件的主要参数及型号，列出元器件明细表。⑶系统中包含的中、小规模集成电路的种类至少在六种以上。2.模拟仿真⑴根据理论设计用multisim7在计算机上进行仿真。验证所设计方案的正确性。⑵分析电路的工作原理，写出仿真报告。3.安装调试部分⑴实现数字钟，并进行单元测试和系统调试。完成系统功能。⑵若系统出现故障，排除系统故障，分析并记录系统产生故障的原因，并将此部分内容写进报告中。4.写出课程设计总结报告第3章系统设计3.1方案论证由于集成电路技术的发展，使数字电子钟具有体积小、耗电省、计时准确、性能稳定、维护方便等优点。此次设计的数字时钟电子电路分为以下6个部分：（1）振荡电路（2）时间计数电路（3）显示电路（4）校时电路（5）整点报时电路（6）闹钟功能电路。时间计数电路是一个由计数器组成的时序逻辑电路。用555定时器构成的多谐振荡器作为秒脉冲信号源，控制秒个位的信号输入。将计数器与显示器相连接，可以将输入的二进制数翻译成可以直读的十进制数字并显示出来，显示管与计数器之间由译码器相接，作为译码驱动。电路中添加校时电路，以保证可以随时对时间进行校正。整点自动报时电路，可以使时钟在临近整点的时刻鸣叫提醒，并有指示灯闪烁。闹钟电路可以实现时钟在设定时刻鸣叫报时，并有指示灯闪烁。3.2系统设计3.2.1结构框图及说明1Hz图1整体结构框图数码管显示器数码管显示器数码管显示器数码管显示器数码管显示器数码管显示器24进制时计数器60进制分计数器60进制秒计数器校时电路校分电路晶体振荡器电路分频器电路闹钟电路整点报时电路3.2.2系统原理图及工作原理图2整体电路设计图工作原理：1.首先，由555定时器组成一个多谐振荡器得到1HZ的秒脉冲，秒脉冲发生器的输出端接到每个计数器的时钟输入端。2.数字钟的分、秒计数部分均为六十进制计数器（显示00～59），采用两片74LS160来实现。个位为十进制，十位为六进制，当个位计数到9时，再来一个脉冲变成0，同时产生一个进位信号，给十位提供一个脉冲，使十位计数加1。而数字钟的时计数部分为二十四进制计数器（显示00～23），也是采用两片74LS160实现。当开始计数时，个位按十进制计数，当计到23时，这时再来一个脉冲，回到“零”。所以，这里必须使个位既能完成十进制计数，又能在高低位满足“23”这一数字后，十计数器清0，图中采用了十位的2和个位的3相“与非”后再清0。当秒计数器计到59时，再来一个脉冲变成00，同时产生一个进位信号给分计数器的CP输入端；当分计数器计到59时，再来一个脉冲变成00，同时产生一个进位信号给时计数器的CP输入端；当时计数器计到23时，再来一个脉冲变成00。U174160NQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10~LOAD9~CLR1CLK2U274160NQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10~LOAD9~CLR1CLK2U374160NQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10~LOAD9~CLR1CLK2U474160NQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10~LOAD9~CLR1CLK2U574160NQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10~LOAD9~CLR1CLK2U674160NQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10~LOAD9~CLR1CLK2VCC5VU13A74S03NU14A74S03NU15A74S03NU16A74S03NR340kΩC1100nFC210nFU17LM555CMGND1DIS7OUT3RST4VCC8THR6CON5TRI2J1Key=MJ2Key=HU19A74S03NU21A74S04NU22A74S04NR61kΩR71kΩU18A74LS21NU20A74LS08DU23A74LS08DJ31mV0mVX14V_0.5WU2474LS85NA213B214A112B111OAGTB5A010B09A315B31OAEQB6OALTB7AEQB3ALTB2AGTB4U2574LS85NA213B214A112B111OAGTB5A010B09A315B31OAEQB6OALTB7AEQB3ALTB2AGTB4R1100kΩU2674LS85NA213B214A112B111OAGTB5A010B09A315B31OAEQB6OALTB7AEQB3ALTB2AGTB4U2774LS85NA213B214A112B111OAGTB5A010B09A315B31OAEQB6OALTB7AEQB3ALTB2AGTB4J4J5J7J6X24V_0.5W时分秒J81mV0mV3.数字钟的校正部分主要是通过开关实现的。当需要进行校正时，将开关J1打开，J2打到+5V时为分校正,J4打到+5V,J4打到上面时为时校正。4.当计数器在每次计到整点时，需要提前十