数电电子钟课设报告.doc

贵州大学课程设计一、 概 述 本次课程设计旨在利用各种集成电路元件设计出一个能12小时的数字时钟，同时也要求能用电路对数字时钟进行校准。本报告将从数字钟的各个组成分块出发，对原理进行说明，并利用方针软件进行模拟以验证并调试设计。最终，本次课设将会进行数字钟的整体调试和验证，以确保准确性。二、 设计任务及要求1.1 设计任务设计一个用数字显示“时”、“分”、“秒”的数字钟电路。1.2 设计要求（1）准确计时，用数字显示“时”、“分”、“秒”。（2）小时的计时为12进1，分和秒的计时要求为60进制进位。（3）选做：校正时间、整点报时、定时闹钟控制。三、 电路设计3.1设计原理与方案3.1.1 设计电路原理框图秒显示器分显示器时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主体电路 3.1.2设计原理方案构思系统的原理框图如上，该数字时钟的时钟脉冲由振荡器和分频器产生，首先由振荡器产生持续不断的脉冲，再由分频器将振荡器产生的脉冲变为标准的秒脉冲并送往秒计数器。秒计数器产生60秒进1的脉冲送往分计数器。分计数器再产生60分进1的脉冲送往时计数器，时计数器为12翻1。同时各计数器模块将与带译码器的显示器相连。实现数字时钟的功能。校时电路则同构将分频器产生的秒脉冲分别送往小时与分计数器实现快速校时功能。3.2单元电路的设计3.2.1 振荡电路的设计震荡电路使用555定时器实现，使其发出1kHz的信号，经三个十分频器后就可以产生标准秒脉冲，同时，对于555定时器，若要使它发出1 kHz的信号，即周期为1ms。 由公式 f0=1.43(R1+2R2)C 确定两个电阻的阻值，若令C=10nF 可得出 R1=28.86k R2=57.72k 在输出端接上一个电阻保护电路，就可以得到一个输出为1 kHz信号的振荡器。3.2.2 分频电路的设计 在该电路中分频器的功能主要有两个：（1）将振荡器所发出的1kHz信号变为标准的秒脉冲信号。（2）是为校时电路和扩展电路提供标准脉冲。本次电路中使用74ls90来实现分频功能。 74ls90是二五十进制计数器，可以组成二、五、十分频电路。用74ls90组成的十分频电路如下，振荡器的输出信号经过一个74ls90构成的十分频电路后频率变为100Hz，将三个74ls90构成的十分频电路串联，就可以得到1Hz的标准秒脉冲信号。该信号将作为秒计数器的时钟脉冲。 74ls90的详细介绍 74ls90有两个适中输入端INA和INB。其中，INA和QA组成一位二进制计数器，INB和QAQBQC组成5进制计数器；将INB和QA串联，时钟脉冲从INA进入，则构成了8421BCD码十进制计数器。74ls90有两个清零端R01R02，两个置9端R91R92。计数时序如下表。CKQDQCQBQA0000010001200103001140100501016011070111810009100174ls90十进制计数时序由74ls90构成的十分频电路由74ls90构成的一千分频电路3.2.3计数电路的设计 计数电路由两个60进制计数器与一个12翻1计数器组成，本计数器采用的是反馈清零法，计数器在正常工作时，清零端送入的是无效电平，当计到某一数时，向清零端送入有效电平，计数器清零并重新计数，同时该电平的跳变又作为下一个计数器的时钟脉冲。 下面分别介绍60进制计数器和12翻1计数器（1） 60进制计数器60进制计数器电路图 电路图如上，该60进制计数器采用了两篇74ls90串联得到，其中第一片接受来自分频电路发出的1Hz脉冲，作为秒的个位，采用十进制接法。第二片接受来自第一片发出的脉冲信号，作为秒的十位，采用6进制接法。下面介绍74ls90的6进制接法6进制接法可以用10进制接法改装，具体改装方法为将QBQC接一个与门后与置零端相连，这样，当十位计数到6后就会给置零端输出有效电平，下一时钟脉冲到来时，十位计数器将置零，从而实现了60进制的功能。分钟计时器与秒计数器一样，这里就不在赘述。（2）12翻1计数器12翻一计数器所要实现的功能为按照01-02-03-04-05-06-07-08-09-10-11-12-01来进行计数。本此采用了74ls74（D触发器）作为小时的十位。74ls191（4位2进制同步可逆计数器）作为小时的个位。十位个位CKQQDQCQBQA000000100001200010300011400100500101600110700111801000901001010101010000111000112100101300001时序图计数器主要发生两次跳变，一次是个位到达9后，利用暂态0110向十位进一，一次是小时计到12后，下一次脉冲将十位置零，个位置一。电路图如下。十二翻一计数器电路图下面对74ls191和74ls94进行具体说明 74ls191是可预置的四位2进制加减计数器 其功能表如下 U/DCECPQDQCQBQA功能111111011111001111加计数010000110000110000减计数由于74ls191是16进制计数器，所以将QDQB接与非门后与预置端LOAD相连，这样，当计数器计到10后会立即置位为0实现10进制。而当十位计到12后将会使U/D端置1，下一次脉冲到来时，实现减计数。这样就实现12-01的转变。下面对74ls74进行说明 74ls74是双D触发器，在脉冲沿到来后，输出将会“同D”，我们将D其预置为1，当74ls191从10-1时输送一个触发沿给74ls74，将会使输出置一，实现12翻1计数器的十位。同时将74ls191的U/D与QA经与非门与CLR1复位端相连。这样，当74ls191实现减计数，即从12-11时，将会使D触发器立即置零，实现12翻1功能。3.2.4校时电路的设计校时电路的作用是当时钟出现误差时，可以校正时间，本次电路仅仅校准小时和分钟。电路图如下本次校时电路运用了两种校时方法，第一种为快校时，当开关s1闭合，将会向小时或者分钟的时钟信号端输送由分频器产生的标准秒脉冲。第二种为自由校时，当开关s1打开时通过开合开关s3，将会产生自由脉冲，实现自由校时功能。3.2.5译码与显示电路的设计本次在电路中采用了带译码器的7端显示器来实现时间的显示，它可以直接识别8421BCD码。左边为8421BCD码的最高位。使用6块DCD HEX即可将所有的数位表示出来。具体连接方式如下。需要说明的是对于小时的十位，由于只有0 1两种显示，所以高位接0然后最低位接74ls74的输出即可。 四、 电路仿真 4.1仿真软件介绍Multisim是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。工程师们可以使用Multisim交互式地搭建电路原理图，并对电路进行仿真。Multisim提炼了SPICE仿真的复杂内容，这样工程师无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育。通过Multisim和虚拟仪器技术，PCB设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。4.2总体仿真图 总体仿真电路图如下，实际运行成功，校验成功。 总体仿真电路4.3振荡电路仿真 振荡电路仿真 振荡电路成功输出1kHz的信号，仿真成功，校验成功。4.4分频电路仿真分频电路仿真分频电路成功输出1Hz的信号，仿真成功，校验成功。4.5计数电路仿真与译码与显示电路仿真计数电路仿真与译码与显示电路仿真给秒计数器送入标准秒脉冲，可见仿真成功，电路主体部分校验成功。4.6校时电路仿真校时电路仿真校时电路仿真成功，快校时与自由校时功能正常。五、 总结与体会 通过本次课程设计，我对数字电路的理解更加深刻了。在仿真实验中，我遇到到很多的困难，例如软件时钟步进太慢，导致以毫秒计数，根本不