李国文—多功能数字钟电路.doc

课 程 设 计课程名称 数字电子技术 课题名称 多功能数字钟 专 业 电气工程及其自动化 班 级 电气0902班 学 号 200901010224 姓 名 李 国 文 指导教师 李 朝 健 2011年 12月 30日湖南工程学院课程设计任务书 课程名称： 数字电子技术 题 目： 多功能数字钟 专业班级：电气0902班 学生姓名：李国文 学 号：200901010224 指导老师： 李 朝 健 审 批： 李 朝 健任务书下达日期 2011年12月19日星期一设计完成日期 2011年12月30日星期五 设计内容与设计要求一 设计内容：1、 准确计时，以数字形式显示时、分、秒的时间；2、 小时计时要求“24翻1”，分和秒的计时为60进制。3、 可手动较正:能进行时、分、秒的时间校正，只要将开关置于手动位置，可对时、分、秒进行手动脉冲输入调整或连续脉冲输入的校正。4、 整点报时：整点报时电路要求在每个整点前鸣叫5次低音（500HZ）,整点时再鸣叫1次高音（1000HZ）。5、 其他功能（任选） 二、设计要求：1、思路清晰，给出整体设计框图和总电路图；2、单元电路设计，给出具体设计思路和电路；3、写出设计报告； 主要设计条件1 提供调试用实验室；2 提供调试用实验箱和电路所需元件及芯片； 说明书格式1 课程设计封面；2 任务书；3 说明书目录；4 设计总体思路，基本原理和框图（总电路图）；5 单元电路设计（各单元电路图）；6 安装、调试步骤；7 故障分析与电路改进；8 总结与体会；9 附录（元器件清单）；10 参考文献11 课程设计成绩评分表 进 度 安 排 第一周星期一：课题内容介绍和查找资料； 星期二：总体电路设计和分电路设计； 星期三：电路仿真,修改方案星期四：确定设计方案，拟订调试方案,画出调试电路图,安装电路； 星期五：安装、调试电路；第二周星期一二：安装、调试电路； 星期三：验收电路；星期四五：写设计报告，打印相关图纸； 星期五下午：带调试电路板及设计报告书进行答辩； 整理实验室及其它事情。 参 考 文 献1、电子线路设计、实验、测试（第二版） 华中理工大学出版社 谢自美 主编2、新型集成电路的应用-电子技术基础课程设计 华中理工大学出版社 梁宗善 主编目录1.总体设计方案- 1 -1.1 设计思路：- 1 -1.2总体设计方案：- 1 -1.3 原理框图- 1 -2.单元电路设计- 2 -2.1时钟振荡电路- 2 -2.2秒脉冲产生电路- 3 -2.3计数器电路的设计- 3 -2.3.1六十进制计数器- 3 -2.3.2二十四进制计数器- 4 -2.4译码及显示电路- 5 -2.5校时电路- 5 -2.6 整点报时电路的设计- 7 -2.6.1 控制门电路- 7 -2.6.2 音响电路- 8 -2.7 闹钟电路的设计- 8 -3. 电路的安装和调试- 10 -31电路的安装- 10 -32电路的调试- 11 -4设计心得- 11 -5. 附录- 12 -6. 参 考 文 献- 13 -电气与信息工程系课程设计评分表- 14 -1.总体设计方案1.1 设计思路：根据课题中要求可设计三个加法计数器（60、60和24），设计相应的计时显示器电路。课题要求定时显示电路的输入信号为秒脉冲信号，设计一个可以实现秒脉冲输出的时基电路。用门电路设计校时校分电路。1.2总体设计方案：设计方案概述：系统主要由控制器，计数器，显示器和秒脉冲号发生器组成。其中时、分、秒的联系和显示是重点。1.3 原理框图时译码器秒显示器分显示器时显示器主电路秒译码器分译码器扩展电路闹钟电路多级分频器振荡器报时电路校时电路时计数器时计数器时计数器图 1-1 多功能时字钟的组成框图2.单元电路设计2.1时钟振荡电路时钟振荡电路由集成电路555定时器与RC组成的多谐振荡器构成。需要的芯片有集成电路555定时器，还有电阻和电容。振荡电路是数字钟的核心部分，它的频率和稳定性直接关系到表的精度。因此选择555定时器构成的多谐振荡器，其中电容C1 、C2均为10nF，两个电阻R12=13K，R17=65K。此时在电路的输出端就得到了一个周期性的矩形波，其振荡频率为： f=1.43/(R12+2R17)C1 (2-1)由公式（2-1）代入R12，R17和C1的值得，f=1KHz。即其输出频率为1KHz的矩形波信号。下图为其电路图：图 2-1 时钟振荡电路2.2秒脉冲产生电路秒脉冲产生电路的主要功能有两个：一是产生标准秒脉冲信号，二是可提供整点报时所需要的高、低音频率信号。本设计采用的555多谐振荡器产生1KHz信号，故想要得到秒脉冲，需要将分频比设置为1000，正好选用3个十进制计数器，故采用3片74LS160实现，下图为其电路图：图 2-2 1000分频电路原理2.3计数器电路的设计根据图 1-1所示多功能时字钟的逻辑框图可清楚知道，显示“时”、“分”、“秒”需要6片中规模计数器。其中，“秒”、“分”计时各为六十进制计数器，“时”位计时为二十四进制计数器，六十进制计数器和二十四进制计数器都选用74LS160集成块来实现。实现的方法采用反馈整体置数法。2.3.1六十进制计数器“秒”计数器电路与“分”计数器电路都是六十进制，它由两片74LS160连接构成。首先将两片74LS160接成百进制计数器。然后将电路的59状态译码产生LOAD=0信号，同时加到两片74LS160上，在下一个计数脉冲（第60个输入脉冲）达到时，将0000同时置入两片74LS160中，从而得到六十进制计数器。进位信号可以直接由U16B的输出端引出，作为“分”（“时”）计数器的输入信号。图 2-3.1 六十进制加法计数器2.3.2二十四进制计数器“时”计数器电路是二十四进制，它由两片74LS160连接构成。首先将两片74LS160接成百进制计数器。然后将电路的23状态译码产生LOAD=0信号，同时加到两片74LS160上，在下一个计数脉冲（第24个输入脉冲）达到时，将0000同时置入两片74LS160中，从而得到二十四进制计数器。图 2-3.2 二十四进制加法计数器2.4译码及显示电路本设计采用的显示器是7段共阴数码管来显示74LS48译码器输出的数字。组成电路如下图所示：图 2-4 译码及其显示电路2.5校时电路当接通电源或计时出现误差时，需要对时间进行校正，如图所示电路。当不校正开关是向上闭合的，当校正时位时，拉下开关，然后手动脉冲信号来校正，每按一下要校正的就增加1，当达到想要的时就把开关合上，即可完成时间的校正。其电路原理图如下： 秒校时电路标准秒脉冲信号秒计数电路输入脉冲手动脉冲分校时电路秒进位信号分计数电路输入脉冲手动脉冲时校时电路 分进位信号时计数电路输入脉冲手动脉冲 图 2-5 校时电路2.6 整点报时电路的设计本设计的整点报时电路要求在每个整点前鸣叫5次低音（500HZ）,整点时再鸣叫1次高音（1000HZ）。电路原理如图2-6所示，其中包括控制门电路和音响电路。图2-6 整点报时电路2.6.1 控制门电路根据要求，电路应在整点前6s内开始报时，即当时间在59min54s到59min59s期间时，报时电路产生报时控制信号。 当“分”和“秒”计数器到59min54s时，从59min54s到59min59s之间，只有“秒”个位在计数，分十位、分个位和秒十位均保持不变（输出均为1），分别对应十进制的5、9和5，因此可将分计数器十位的QC和QA、个位的QD和QA及秒计数器十位的QC和QA相与，从而产生报时控制信号，去控制门U13B和门U26B。 在每小时的最后10s内C=1。门U13B输入端加有频率为1KHz的信号B，同时又受QD秒个位、QA秒个位的控制，即D1=（CQD秒个位QA秒个位B），只有在59s时，B信号才可以通过门U13B；门U26B的输入端加有频率为500Hz的信号A，同时又受QD秒个位、QC秒个位控制，其输出D2=(C（QD秒个位QC秒个位）A)，即54s、55s、56s、57s、58s时，A信号可通过门U26B，再经过与非门U17D，从而实现前五响为500Hz，后一响为1KHz，最后一响完毕正好整点。2.6.2 音响电路采用射极跟随器，推动扬声器发声。三极管基极串联1K限流电阻，是为了防止电流过大烧坏扬声器。三极管选用2N1711。报时所需的1KHz和500Hz音频信号分别取自于前面的多级分频电路。2.7 闹钟电路的设计闹钟电路主要由“时”、“分”和数值比较器构成，其中，“分”计时为六十进制计数器，“时”位计时为二十四进制计数器，与上面的计数器电路一样，这里就不多加介绍了。闹钟的“时”和“分”的电路原理如图2-7.2所示。在这主要介绍一下数值比较器。闹钟数值比较模块由四片74LS85组成一个16位的数值比较器。根据多位数比较的规则，在高位相等时取决于低位的比较结果。因此先比较“时”十位的值，再比较“时”个位，再到“分”十位，最后是“分”个位。其电路原理如图2-7.1所示。图2-7.1 16位的数值比较器图2-7.2 闹钟的“时”和“分”的电路原理图3. 电路的安装和调试31电路的安装1.检查芯片和线的完好； 2安装时钟振荡电路和秒脉冲产生电路； 3安装秒、分、时等计数器； 4安装数码管； 5安装校时电路； 6安装整点报时电路；7. 安装闹钟电路（由于实验台的限制未安装）；安装完成的电路图如下：32电路的调试先调试60、60、24进制计数器，再将各计数器的进位输出作为上一级的输入脉冲，调试其按原理工作，接着调试校时电路，观察当校时时低位是否影响高位，最后检查整点报时电路，观察是否在整点报时。4设计心得电气信息工程及其自动化专业，必须具有良好的数字电子技术电路基础，通过这次的数字电子技术课程设计，使得我对所学数字电子技术知识有了更一步的掌握，让我体会到了学有所用的信心。多功能数字钟设计使得我对各类基础芯片有了更深的认识，因为要做到先设计，后制作，就必须先熟悉掌握基础数字芯片诸如计数器、译码器芯片输入输出的逻辑关系及使用方法，这让我对其灵活适当合理以及充分利用芯片资源有了更切合实际的体会。通过此次设计，也让我体会到仿真与实际的差别，如在电脑上仿真校时时效果很好而在实际硬件电路中校时有时候会出现跳跃现象，即不是慢慢的加一而是一下子加了很多！总而言之，充分利用可利用资源，实现更为简洁的设计，使得理论在实际中实现，这一切需要我们充分发挥自我创造力，精益求精，才能做到独到创新！这次课程设计我了解了不少器件的功能的应用，也加深了对数字电路认识和理解，在接线安装的时候，我学会了要细心，要有恒心。电路的调试提高了我解决问题的能力，学会了在设计中独立解决问题，也包括怎样去查找问题。最后我要感谢李朝健老师在这次课程设计中对我的指导和帮助，也要感谢同学们的帮助。5. 附录附录1总电路图附录2元器件清单序号名称型号参数数量1555定时器12数码显示管103十进制计数器74LS160134六反向器74LS04254线10线译码器74LS48106与非门（3输入）74LS1017与非门（2输入）74LS0048与非门（4输入）74LS2039电阻、电容、开关若干10蜂鸣器111数据选择器74LS153112异或门74LS86113数值比较器74LS85414三极管16. 参 考 文 献数字电子技术基础康华光编著 高等教育出版社电子技术基础实验、设计与仿真 贾更新编著 郑州大学出版社电子线路设计、实验、测试（第二版） 华中理工大学出版社 谢自美 主编新型集成电路的应用-电子技术基础课程设计 华中理工大学出版社 梁宗善 主编电气与信息工程系课程设计评分表项 目评 价优良中及格差设计方案的