多功能数字钟课设报告

1、目录第一章、摘要3第二章、设计内容及要求3第三章、设计原理3第四章、单元电路的设计.4第一节、基于NE555的秒方波发生器的设计4第二节、基于74LS160的1260进制计数器的设计.5第三节、校时电路的设计.7第四节、显示电路的设计.7第五章、设计总电路图.8第六章、设计过程中的问题及解决方案.9第七章、心得体会10第八章、附录11第一章、摘 要由于现代社会的数字电子技术高速发展，电子钟应运而生，又由于电子技术的不断改进，采用中规模的逻辑器件可以使电子钟的体积变得很少，实用更加方便，应用更加广泛。数字钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置，与机械式时钟相比具有更高的准确性和直观性，且

2、无机械装置，具有更更长的使用寿命，因此得到了广泛的使用。数字钟从原理上讲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。本实验要求设计一个数字计时器，可以完成0分00秒11小时59分59秒的计时功能，并在控制电路的作用下有开机清零、快速校分和报时功能。关键字：数字电子钟 校时 报时 第二章、设计内容及要求 1、功能要求：（1） 基本功能:以数字形式显示时、分、秒的时间，小时计数器的计时要求为“12翻1”，并要求能手动快校时、快校分或慢校时、慢校分。（2）扩展功能:定时控制，其时间自定；仿广播电台正点报时自动报正点时数。2、设计步骤与要求：（1）拟定数字钟电路的组成框图，要求先实现电路的

3、基本功能，后扩展功能，使用的器件少，成本低；（2）设计各单元电路，并用Multisim软件仿真；（3）在通用电路板上安装电路，只要求显示时分；（4）测试数字钟系统的逻辑功能；3、给定的主要器件：74LS00（4片），74LS160（4片）或74LS161（4片），74LS03（OC，1片），74LS04（2片），74LS20（2片），74LS48（4片），数码管BS202（4只），发光二极管（2只），555（2片）。4、仪器和设备:稳压电源（或数字逻辑学习机），双踪示波器，数字万用表、数字通用板、拨线钳和电烙铁等。第三章、设计原理电路由振荡器、计数器、译码器、显示器、校时电路和报时电路组成。振

4、荡器产生的脉冲信号作为秒脉冲，秒脉冲送入计数器，计数器通过“时”、“分”、“秒”译码器显示时间。校时电路实现对“分”或“时”上数值的控制，而不受秒十位是否进位的影响 图1数字电子计时器的结构框图第四章、单元设计原理第一节、基于NE555的秒方波发生器的设计用NE555芯片以及外围电路搭建成一个多谐振荡器，通过设计外围电路的参数输出方波频率为1Hz，故称为秒方波发生器。由于脉冲的占空比对系统的影响不大，故把占空比设计为2/3。输出方波用作计数器及D触发器的clk信号。NE555定时器引脚图如图1所示，脉冲频率公式：f=1（R1+2R2）C2选择R1=10K，R2=10K，C=47F，Cf=0.0

5、1F,形成电路图如图2所示：图2秒脉冲发生器图3 示波器观察秒脉冲发生器信号图4 NE555引脚图及功能表第二节、基于74LS160的1260进制计数器的设计74LS160 是一个具有异步清零、同步置数、可以保持状态不变的十进制上升沿计数器，我们利用它来构成1260进制计数器。74LS160资料如下图所示：图5 74LS160引脚图图6 74LS160模式选择表（1）用74160实现12翻1功能数字钟的时是从0到12再到1循环计数的，所以可以用用同步置数法设计12翻1计数器图7 用整体置数法构成的12进制计数器（2）用74160实现60进制计数器数字钟的秒和分位都是从0到60循环计数的，所以可

6、以用用异步清零法设计60进制计数器作为秒和分的计数器。图8 用整体清零法构成60进制计数器第三节、校时电路当刚接通电源或时钟走时出现误差时，都需要进行时间的校准。校时是数字钟应具有的基本功能，一般电子钟都有时、分、秒校时功能。为使电路简单，这里只进行分和小时的校准。校时可采用快校时和慢校时两种方式。校时脉冲采用秒脉冲，则为快校时；如果校时脉冲由单次脉冲产生器提供则为慢校时。本图采用按键构成慢校时电路。当按键按下时，由高电平给时/分的CLK提供脉冲信号，使之工作。当按键松开时，由进位信号提供脉冲信号给CLK。因此每按一次慢校时一次。图9 校时电路第四节、显示电路的设计目的是将计数器送来的信号经过

7、译码器显示出来。本系统用共阴极七段数码管来显示译码器输出的数字。因为数码管有两种：共阳极数码管和共阴极数码管，而74LS48译码器对应的是共阴极数码管。数码管及74LS48资料如下图所示： 图10 74LS48引脚图及功能表 图11 共阴极数码管引脚图图12 显示电路第五章、设计总电路图图13 总电路图第六章、设计过程中的问题及解决方案1、仿真软件：本实验选用multisim软件进行仿真。 （1）要根据实际情况合理选用芯片、电子元件及器件。multisim软件中的芯片以及电阻电容等各种器件丰富，但是实验室不一定有仿真图中使用过的元器件，所以设计电路时要考虑实验室是否有这些元器件。如在仿真过程中

8、我使用multisim中的555定时器向导自动生成1Hz脉冲发生器，而实验室并没有其中的电阻电容型号，则焊实物的时候又需要根据实验室现有阻值重新设计脉冲发生器。（2）总体仿真结果不对时，分单元对各个环节进行检测。仿真过程中，用计算所得的555参数进行连接电路时，没有得到显示结果，于是用示波器对555电路脉冲进行观察，发现没有得到理想的时钟脉冲波形，则说明555脉冲发生器电路参数需要进行修改，最后我使用multisim自动生成的555脉冲发生电路。仿真过程中出现进位不对的现象，12翻1出现了12翻2的现象，而后检查发现是因为74LS160是同步置数，CLK应该接在同一脉冲信号上。仿真过程中共阴极

9、数码管没有连接上拉电阻，导致数码管不显示，连接上拉电阻后显示正常。（3）multisim中仿真时间与实际时间的差别 对电路总体进行仿真时，发现仿真过程中秒的跳转要很长时间，跟实际中的1s中差距很大，但是秒计数脉冲是由1HZ的函数发生器产生的，后来了解到这是由于multisim中仿真步进时间设置的关系，仿真时间与实际时间并不是同步的，这并不会影响实际焊接电路后的计数时间，也就是说实际焊接后秒的跳转仍然是设定的1s。因此在仿真时我使用CLOCK-VOLTAGE信号发生器给系统提供1Hz脉冲，使仿真时秒的显示与实际时间一样。 2、焊电路板过程中的问题 （1）芯片的布局 芯片的布局不仅要求美观更重要的

10、是考虑电路连接的方便性。我在最开始只考虑到了芯片布局的美观性，而忽略了连线，导致最后的连线非常混乱，引脚没有一一对应，后来出现问题检查起来也很费劲。 （2）合理利用万能版 要学会利用这块万能板的走线，比如板子过孔都是三个过孔相连的。焊接之前我没有考虑到这一点，没能使连线有效地减少。并且由于没有充分了解三个过孔相连得性质，出现了不同引脚的线焊在三个相连的过孔之中的情况，导致连接错误。（3）标记芯片管脚 由于仿真电路图与实际芯片引脚图并不一样，需要一遍一遍地把引脚图与芯片对应起来，因此焊接的过程十分漫长，同时也容易出错。因此固定好每块芯片的管座以后在管脚旁边标好引脚的标号，这样能够帮助我们更加准确

11、的把每根导线焊道它该焊到的地方，同时也减少了我们看电路图纸的频率，节约了时间，减小了错误焊接的概率。 （4）合理安排焊接顺序 整个数字钟最核心最基础的部分应当是秒脉冲的产生了。如果秒脉冲发生器没有连接好，整个电路就不会有任何结果。所以首选选择焊接秒脉冲发生器。之后再按照设计的总体电路图，从底层开始逐层连接。 （5）焊接技巧问题 由于是第一次焊板子，因此焊接过程中出现了滴焊锡过多与其他孔连接在一起，或者焊锡过少没有真正连接好的问题。另外面包板的焊孔表面覆铜是导电的，而我在焊接过程中没有注意到这个问题，为了节省导线使用电阻电容的引脚直接焊在焊孔上导致不该相连的地方出现接触导电。第七章、心得体会课程

12、设计是一个非常考验耐心和细心的过程。做仿真设计的过程中，需要查阅许多资料来确定方案，有了大致方案后开始画图设计又会遇到很多细微的问题需要解决，如某个芯片引脚该悬空还是如何连接，一根线的错误就会导致整个结果的不正确，因此需要对所用的知识理解透彻才能发现问题。整个连接完成后并不能够轻易地出现结果，仍然需要耐心的分单元检查，检查过程中需要寻求替代方案来排查究竟是哪个部分出了问题，再进一步解决这个单元的问题。焊实物的过程是一个更加考验耐心的过程。起初拿到板子只考虑到了整体布局的美观性而忽略了布线的方便性，焊接过程并不像仿真过程改线十分方便。布局错误给之后的焊接过程增加了很多本该可以避免的麻烦。为了保证焊接思路的不间断，我选择一次性把各个部分焊完，而长时间的专注其实也会导致麻木从而造成焊接错误，因此合理安排利用时间，劳逸结合也是必要的。板子焊接完成后同样没有得到正确的结果，重头到尾检查又是一次极其考验耐心的过程，需要把每个引脚的连接检查一遍，确保没有连错、多连或者少连。硬件连接完全正确后，仍然要检查逻辑显示是否正确。因此焊板子的过程比仿真设计更具考验性。另外学会与同学进行讨论也是保证这次课设成功的重要部分。因为每个人有不同的知识盲点，相互讨论的过程就是发现自己盲点比且更正的过程，这比一个人思索很久而不得更有效率。第八章、附录1、元件清单编号元件名称参数数量1共阴极数码管4