《数字电子技术》课程设计说明书多功能数字钟的设计1

1、武汉理工大学数字电子技术课程设计说明书目 录1仿真软件介绍12设计目的及要求22.1设计目的及主要任务22.1.1设计目的22.1.2设计任务及主要技术指标22.1.3初始条件23电路工作原理34电路单元模块设计44.1秒脉冲信号发生器44.2秒、分、时计时器电路设计54.2.1 60进制计数器54.2.2 24进制计数器54.3译码显示电路64.4校时电路74.5闹钟，整点报时电路85器件选择95.1 74ls16195.2 lm555cm106.电路与仿真126.1电路图126.2仿真效果展示137.元件列表158.参考文献169.设计总结179.1 电路功能测试179.2 仿真过程中出现

2、问题及解决办法1710.心得体会181仿真软件介绍multisim是加拿大interactive image technologies公司推出的windows环境下的电路仿真软件，是广泛应用的ewb(electronics workbench，电子工作台)的升级版，不仅可以完成电路瞬态分析和稳态分析、时域和频域分析、噪声分析和直流分析等基本功能，而且还提供了离散傅里叶分析、电路零极点分析、交直流灵敏度分析和电路容差分析等电路分析方法，并具有故障模拟和数据储存等功能。应用multisim对电路进行仿真分析的基本过程与pspice类似，只是在绘电路图时还需要接入所需要的仪器仪表仪器仪表 广义的说仪

3、器仪表也可具有自动控制、报警、信号传递和数据处理等功能，如气动调节仪、电动调节仪表，以及集散型仪表控制系统等也皆属器仪表。仪器仪表能改善、扩展或补充人的官能。如显微镜、望远镜、声级计、酸度计、高温计等，可以扩展人的视、听、尝、摸外部事物的官能；有些仪器仪表，如磁强计、射线计数计等，可感受和测量到人所不能感受到的物理量；还有些仪器仪表可以超过人的能力去记录、计算和计数，如高速照相机、计算机等。 全文，构成完整的实验电路。在进行数字电路仿真或模拟电路瞬态分析时，不需要设置仿真类型和参数，只需要打开虚拟的电源开关电源 电源是向电子设备提供功率的装置，也称电源供应器，它提供计算机中所有部件所需要的电能

4、全文，即可进行仿真，显示仿真结果。 multisim为用户提供了数量众多的元器件，被分门别类地存放在多个器件库中。在绘制电路图时只需打开器件库，再用鼠标左键选中要用的元器件，并把它拖放到工作区即可。当光标移动到元器件的引脚时，会自动产生一个带十字的黑点，进入到连线状态。单击鼠标左键确认后，移动鼠标即可实现连线，搭接电路原理图既方便又快捷，就像在计算机上进行实验一样。2设计目的及要求2.1设计目的及主要任务2.1.1设计目的1.要求了解多功能数字钟内部工作原理，掌握其外围电路的设计2.要求掌握多功能数字钟的设计方法及装调技术2.1.2设计任务及主要技术指标1、课程设计工作量：1周内完成对多功能数

5、字钟的设计、仿真、装配与调试。2、技术要求：设计一个数字钟。要求用六位数码管显示时间，格式为00：00：00。具有60进制和24进制（或12进制）计数功能，秒、分为60进制计数，时为24进制（或12进制）计数。有译码、七段数码显示功能，能显示时、分、秒计时的结果。设计提供连续触发脉冲的脉冲信号发生器，具有校时单元、闹钟单元和整点报时单元。确定设计方案，按功能模块的划分选择元、器件和中小规模集成电路，设计分电路，画出总体电路原理图，阐述基本原理。3、查阅至少5篇参考文献。按武汉理工大学课程设计工作规范要求撰写设计报告书。全文用a4纸打印，图纸应符合绘图规范。2.1.3初始条件利用集成译码器、计数

6、器、定时器、数码管、脉冲发生器和必要的门电路等数字器件实现系统设计。（也可以使用单片机系统设计实现） 3电路工作原理数字电子钟由信号发生器、“时、分、秒”计数器、译码器及显示器、校时电路、整点报时电路等组成。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555构成的振荡器加分频器来实现。将标准秒脉冲信号送入“秒计数器”，该计数器采用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，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进制计数器，可以实现一天24h的累计。

7、译码显示电路将“时、分、秒”计数器的输出状态经七段显示译码器译码，通过六位led显示器显示出来。整点报时电路是根据计时系统的输出状态产生一个脉冲信号，然后去触发音频发生器实现报时。校时电路是来对“时、分、秒”显示数字进行校对调整。其数字电子钟系统框图如下:4电路单元模块设计4.1秒脉冲信号发生器秒脉冲信号发生器是数字电子钟的核心部分，它的精度和稳定度决定了数字钟的质量。由振荡器与分频器组合产生秒脉冲信号。 振荡器：通常用555定时器与rc构成的多谐振荡器，经过调整输出1000hz脉冲。脉 冲 信 号 发 生 器分频电路4.2秒、分、时计时器电路设计秒、分计数器为60进制计数器，小时计数器为24

8、进制计数器。实现这两种模数的计数器采用中规模集成计数器74ls90构成。4.2.1 60进制计数器由74ls161n构成的60进制计数器，将一片74ls161n设计成10进制加法计数器，另一片设置6进制加法计数器。两片74ls161按反馈清零法串接而成。秒计数器的十位和个位，输出脉冲除用作自身清零外，同时还作为分计数器的输入脉冲cp1。下图电路即可作为秒计数器，也可作为分计数器。60 进 制 计 数 器4.2.2 24进制计数器由两片74ls161n构成的二十四进制计数器，将一片74ls161n设计成10进制加法计数器，另一片设置2进制加法计数器。即个位计数状态为qd qc qb qa = 0

9、100十位计数状态为qd qc qb qa = 0010时，要求计数器归零。通过把个位qc、十位qb相与后的信号送到个位、十位计数器的清零端，使计数器清零，从而构成24进制计数器。电路图如下: 24 进 制 计 数 器4.3译码显示电路译码电路的功能是将秒、分、时计数器的输出代码进行翻译，变成相应的数字。用与驱动led七段数码管的译码器用的有4511bp_5v。4511bp_5v是bcd-7段译码器/驱动器，输出高电平有效，专用于驱动led七段共阴极显示数码管。若将秒、分、时计数器的每位输出分别送到相应七段译吗管的输入端，便可以进行不同数字的显示。译码显示电路4.4校时电路校时电路是数字钟不可

10、缺少的部分，每当数字钟与实际时间不符时，需要根据标准时间进行校时。j6、j5分别是时校正、分校正开关。不校正时开关j5，j6置于上边，j7闭合，电路正常运行，当要校正时，断开j7。若要校正时，则拨动一次j6，时增加一小时；若要校正分，则拨动一次j5，分增加一分。校正完成后，闭合j7时间继续运行。 校正电路4.5闹钟，整点报时电路5器件选择5.1 74ls16174ls161是常用的四位二进制可预置的同步加法计数器，他可以灵活的运用在各种数字电路，以及单片机系统种实现分频器等很多重要的功能，：管脚图介绍：时钟cp和四个数据输入端p0p3清零/mr使能cep，cet置数pe数据输出端q0q3以及进

11、位输出tc. (tc=q0q1q2q3cet)输 入 输 出 cr cpld epetd3 d2 d1 d0 q3 q2 q1 q0 0 0 0 0 0 1 0 d c b a d c b a 1 1 0 q3 q2 q1 q0 1 1 0 q3 q2 q1 q0 1 1 1 1 状态码加1 从74ls161功能表功能表中可以知道，当清零端cr=“0”，计数器输出q3、q2、q1、q0立即为全“0”，这个时候为异步复位功能。当cr=“1”且ld=“0”时，在cp信号上升沿作用后，74ls161输出端q3、q2、q1、q0的状态分别与并行数据输入端d3，d2，d1，d0的状态一样，为同步置数功能

12、。而只有当cr=ld=ep=et=“1”、cp脉冲上升沿作用后，计数器加1。74ls161还有一个进位输出端co，其逻辑关系是co= q0q1q2q3cet。合理应用计数器的清零功能和置数功能，一片74ls161可以组成16进制以下的任意进制分频器。5.2 lm555cm振荡器由555定时器构成。在555定时器的外部接适当的电阻和电容元件构成多谐振荡器，再选择元件参数使其发出标准秒信号。555定时器的功能主要由上、下两个比较器1、2的工作状况决定。比较器的参考电压由分压器提供,在电源与地端之间加上电压,且控制端悬空,则上比较器1的反相端“-”加上的参考电压为2/3,下比较器2的同相端“+”加上

13、的参考电压为1/3。若触发端 的输入电压21/3,下比较器2输出为“1”电平,触发器的输入端接受“1”信号,可使触发器输出端为“1”,从而使整个555电路输出为“1”;若阈值端的输入电压62/3,上比较器1输出为“1”电平,触发器的输入端接受“1”信号,可使触发器输出端为“0”,从而使整个555电路输出为“0”。控制电压端外加电压可改变两个比较器的参考电压,不用时,通常将它通过电容(0.01左右)接地。放电管1的输出端为集电极开路输出,其集电极最大电流可达50,因此,具有较大的带灌电流负载能力。若复位端 加低电平或接地,可使电路强制复位,不管555电路原处于什么状态,均可使它的输出为“0”电平

14、。只要在555定时器电路外部配上两个电阻及两个电容元件,并将某些引脚相连,就可方便地构成多谐振荡器。6.电路与仿真6.1电路图 仿真电路图6.2仿真效果展示 秒效果 分效果 时效果 最大计时7.元件列表descriptionrefdespackage474ls, 74ls85nu1, u2, u3, u4ipc-2221a/2222no16174ls, 74ls20nu5ipc-2221a/2222no14374ls, 74ls32nu6, u44, u45ipc-2221a/2222no146cmos_5v_ic, 4511bp_5vu9, u10, u11, u12, u13, u14ip

15、c-2221a/2222sot-38z674ls, 74ls161nu18, u19, u20, u21, u22, u23ipc-2221a/2222no16574ls, 74ls08du7, u8, u15, u16, u17ipc-7351do14674ls, 74ls00du24, u25, u26, u27, u28, u29ipc-7351do14674ls, 74ls04du30, u32, u33, u34, u35, u36ipc-7351do14474ls, 74ls00nu31, u37, u42, u43ipc-2221a/2222no14474ls, 74ls08nu

16、38, u39, u40, u41ipc-2221a/2222no141timer, lm555cmu46ipc-7351m08a4dswpk_4j1, j2, j3, j4ultiboarddipsw4h2switch, spdtj5, j6genericspdt1dipsw1j7ultiboarddipsw1h1buzzer, buzzer 200 hz u53genericbuzzer8.参考文献1. 康华光主编 电子技术基础数字部分第五版 高等教育出版社2008.42.姚福安 著 电子电路设计与实践 山东 山东科学技术出版社 20023.康华光主编 数字电子基础北京 高等教育出版社 1

17、9994.傅晓林 电子技术课程设计实用教程 重庆 重庆交通学院电工电子教研室 20065.路勇主编 电子电路实验及仿真 北京 清华大学出版社 20049.设计总结9.1 电路功能测试按照设计要求，逐项测试电路功能1）数字钟计数功能测试：接通电源，在秒脉冲的作用下，电路开始计数，且时、分、秒分别为24、60、60进制。计数功能符合设计要求。2）校时功能测试：在显示时钟时间时，按动时钟调时、时钟调分按钮开关时，时、分均可以调节，且不按动时，计数电路能正常工作，校时功能符合设计要求。3）整点报时功能测试：电路基数时，当时钟到达59分50秒时，电路发出整点报时信号，频率为1hz，持续10秒钟后，报时停止。整点报时功能符合设计要求。4)闹钟功能测试：切换显示开关，使显示器显示闹钟时刻，通过定时开关调节定时的时和分，当时钟到达定时时刻时，扬声器响起，发光二极管发光，频率均为1hz。闹钟时间为1分钟。断开闹钟控制开关，闹钟停止。切换显示开关至时钟部分，时钟部分能继续正常工作。闹钟功能符合设计要求。 9.2 仿真过程中出现问题及解决办法1）操作时钟调校正按钮时，显示器显示数据不改变，且到60秒时分位依然不改变，解决办法：此时显示器显示的时间为闹钟时间应切换显示开关，再调节校正按钮即可。2）显示开关已切换至时钟显示，操作时钟调