数电课程设计报告(数字钟)Auto121翁璇

1、n J* Il 111South China University of Technology数字电子技术课程设计报告数字钟学院：自动化科学与工程学院班级：2012级自动化1班学号：201230642385目录数字电子技术课程设计报告 一、 设计题目要求及基本内容1.1 设计目的 1.2 设计任务 二、设计方案 2.1 设计原理及框图 2.2 基本设计思路 单元电路设计与原理说明 脉冲源电路的设计 分频器电路设计 时，分、秒电路的设计 3.3.1 3.3.23.13.23.33.33.4分、秒电路的设计 时电路的设计 时间计数电路的连接 时校正电路 3.5四、五、六、3.3.3分， 闹钟控制电

2、路 3.4.1 数据比较电路 3.4.2 数据设定电路 3.4.3 闹钟时间控制电路 译码驱动电路 整机电路及仿真波形 . 电路调试简述及故障分析 心得体会 10101111111216171215题目：数字电子钟设计设计题目要求及基本内容1.1 设计目的 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。 此次设计与制作数字电子钟的目的是让学生在了解数字钟的原理的前提下， 运用 学过的数电知识设计并制作数字钟， 而且通过数字钟的制作进一步了解各种常用 数字器件作用及其使用方法。 由于数字电子钟包括组合逻辑电路、 时序电路和脉 冲电路，通过它可以进一步学习与掌握各种组合

3、逻辑电路与时序电路的原理与使 用方法，从而实现理论与实践相结合。1.2 设计任务 时间以 24 小时为一个周期； 显示时、分、秒； 有校时功能，可以分别对时及分进行单独校时，使其校正到标准时间； 闹铃功能，当到达预设时间进行蜂鸣提示二、设计方案2.1设计原理及框图2.2基本设计思路要想构成数字钟，首先应选择一个脉冲源一一能自动地产生稳定的标准时间 脉冲信号。而脉冲源产生的脉冲信号地频率较高，因此，需要进行分频，使得高 频脉冲信号变成适合于计时的低频脉冲信号，即“秒脉冲信号”（频率为1Hz）。经过分频器输出的秒脉冲信号到计数器中进行计数。由于计时的规律是：60秒=1分，60分=1小时，24小时=

4、1天，就需要分别设计60进制，24进制计数器， 并发出驱动信号。各计数器输出信号经译码器、驱动器到数字显示器，是“时”、“分”、“秒”得以数字显示出来。值得注意的是：任何记时装置都有误差，因此应考虑校准时间电路。校时电路一般采用自动快速调整和手动调整，“自动快“手速调整”可利用分频器输出的不同频率的脉冲使显示时间自动迅速调整时间。 动调整”可利用手动的节拍调准显示时间。单元电路设计与原理说明3.1脉冲源电路的设计.通常为基于它是数字电子钟的核心部分，它的精度和稳定度决定于数字中的质量 晶体振荡器发出的脉冲经过整形、分频获得1Hz的秒脉冲。先用555多谐振荡器与 RC电路组成1kHz脉冲发生源。

5、（下图3.1Multisim7搭建的脉冲源电路）参数：R1=5.1kQ, C1=0.1uf, C2=0.01uf, Rw=10Q,脉冲源电路产生1kHz方波的参数选择依据：由 f=1kHz , f=1/ (RW+2R1 *0.7 可得：Rw+2R1=14.2e,由 R1 选定为 5.1k Q,故可得 Rw=40Q =10kQ *41%对555振荡器电路输出波形进行仿真，可知，T2-T1=1.004ms,故输出脉冲周期为1ms输出频率为1kHz。T1 *T2工巨 u-iT时间比例11吨心* T g 置 o而加童，I耶I A旧I时间壓向257. 732 ms5,000253, 7菇 E55,000

6、i-保荐:AtHnis-2Sl，514nV通道A比例15 V那羊位豊呃I 0 |氐 窑il道B融童比洌|5V,Div边沿Y位SO电平垃I 0二裘型Ext. Ir-ggerr正弦I标淮I自动国3.2分频器电路设计由于振荡器产生的频率很高，要得到1HZ秒脉冲需要进行分频。555定时器与RC电路组合产生1KHZ脉冲，可采用74IS90组成分频电路，得到1Hz秒脉冲。74160功能：十进制计数器由74160组成的分频器电路如图a：I !“LDNAeGA-cOGcQCFlfTCDEhPfCQ匸51CLKCZUPCThR - c khi d iHCri III* I图3.2分频器电路在quartus2上对

7、分频器电路进行仿真得到如下波形:输入)4nv17i.Cl ns=输出 仿真时，输入信号周期为1us，仿真得出的信号周期为1ms （图中对波进行了适 当的缩放）。PLIL_IblQLCL_Ibim3E 4TL 时3 i晒 i.斗扇.X? o扇a b o do o ooQQQQ圧 -74160妄&黑淌少零曲眾&函3.3二-7i ;一卯-wi72 口r卢BErW师：-11 M I I Id JrfM bit违MH* la2H -禮 - _ hRr. .ph i E E E h Bhk lc_ - M E p p h h E - ! L 上冷汕 cvr“u1lj -皿八-5? f 4 弋 K -CH

8、- q % -_ rlch-l yisilllcl-_ _ T 占 A I * -flrlch-r=_KLpj：pOLM_ . r Irlle !L訥uL：二2cc厂rPxTE=C-hC?_. IrkU Is.A 003.-cSA 6.bA105.5 1.貞4 1A 1oe.-Ed* Mfwhr TrTrDq-I r T r - n I: iF：r严二严气警.罰矿:-匸十耆严冒耳尹图3.4时计数电路对时电路进行仿真得到如下波形:J C u LD 4 hfe LL H rf.D i LF 甲卄JimwmnjnjmnjimuummimmnnnjmjmRnwirmmuummuumnmjummfVuu

9、Wuui n_rLrLn_n_nurLrm_njrLnn_rLrLrLrirLrLrLrLrLrLrLrLrLrLrLnirLrLn_RLj_rnr-|_rnj_rL_rnrL_rnrL_rL_rn_l-t-l-TI:LI_n.I1_.I1一_J1, i .r= IIIIIIIIli! IT3.3.3时间计数电路的连接_J -= I -岸;S-i-. y :.戸陆.；拆k_-X:gm-PJ- -I r IT;! j - 百r-占 18痘 FL-. IpL P rwi图3.5时间计数电路的连接3.3 分，时校正电路在刚接通电源或者时钟走时出现误差时，则需要进行时间的校准。置开关在 手动位置，分别

10、对时、分、秒进行单独计数，计数脉冲由单次脉冲或连续脉冲输 入。校时电路如图1.12所示为校时电路。由与非门和二个开关组成，实现对“时” “分”的校准。校正电路如图：X111J 1J .h1L11 r 1-11111 - -捷抄卡僮室，一匸知曼亘.-二爰启.m3-宀鱼国貝_11J.11!1!-I1 0L 憂 :UJ . U I k. U H 爭咬正-时额1二:IrrechJigerrjn! nbuflon图3.6校正电路 图中的input为实际中开关与电阻电容组合产生的校正脉冲的输入。 原理图：图3.7校正电路原理图当S1按下时对分进行校正，当S2按下时对时进行校正。为了防止开关按下 时产生抖动

11、，可接入一个由SR触发器产生的防抖动电路。3.4闹钟控制电路3.4.1数据比较电路数据比较电路主要是将设置好的闹钟数字与时钟当前的数字进行比较，执行该功能的芯片采用74LS85数据比较器。分个位，分十位，时个位，时十位均有 一个对应的数据比较器，四个数据比较器组成十六位的数据比较器，对十六位数字进行比较，最终输出控制信号。只有当时钟的数字与设定的数字相同时，数据比较电路的最终输出才为“ 1”，否则输出“ 0”。3.4.2数据设定电路在闹钟控制电路中还需要对我们的闹钟时间进行设定。 执行该功能的芯片选 用74LS194四位双向移位寄存器。74LS194能实现并行输入和并行输出。 有四 种操作方式

12、：同步并行寄存，右移，左移，不动。电路中，将74LS194的清零端接地，控制端“ST,“S2接开关输入“inbutton ”, 当开关“ in butt on ”按下时“ S1, S2同时接低电平，寄存器中的数据全被清零。 当要设置闹钟时间时，可用校时电路将时钟调至要设置的时间，然后将开关“ in butt on ”打至高电平使寄存器将数据保存起来，且开关一直保持在高电平状态。当下一次时钟走到该时刻时，闹钟会响起。3.4.3闹钟时间控制电路在闹钟时间控制上，我们需要让闹钟响30秒后停止。在这个控制电路上依然选用74LS85数据比较器。数据比较器的输入端接秒的十位，预置的比较数据 为3。最后将“

13、 yv=30”和“y=30”的输出端通过或非端输出。当秒的十位大于3也即是时间大于30秒时，输出低电平信号。闹钟最终将比较器输出信号，闹钟开启开关“ keynao”，30秒控制输出信号 通过与门连接，当三者信号输出信号为一时，闹钟电路的输出才为1,闹钟才响。T 吕.-亠卢wI2 I r,I II 17IJ.y-3：匕:J-1:匚L - =_ 丹 0 +1T r 0 VJ- TV .1 LB I I I J I I _实F -I I ； 0； “K.U . .n“ BP I I I Li-im-IrC.j -: ?：III II - 1111 1111 . Illi Illi 111= L .：

14、 II II III. I:聲图3.8闹钟控制电路:3.5译码驱动电路译码驱动电路将计数器输出的8421BCDS转换为数码管需要的逻辑状态， 并 且为保证数码管正常工作提供足够的工作电流。本设计采用CD4511译码器和共 阴数码管。七段译码及驱动功能的 CMO电路能提供较大的拉电流。可直接驱动 共阴LED数码管。译码驱动显示电路如图 3.9 。SEVEN SEG DISPLAYVCC5VS S3 g岂Ua4511BPO O O S-I 一匕OLU m Uf r 图3.9译码驱动显示电路附：CD4511引脚及功能AlCVOD1leAic215WLTc314Wc4U:YaLEcf 1)45116l

15、a3YbA3ce11YcAoc7103Yd昭cB933.10CD4511 引脚图图A0A3二进制数据输入端数据锁定控制端/BI :输出消隐控制端LE:/LT :灯测试端YaYg数据输出端VDD电源正VSS电源负在quartus2中对单个CD4511译码器的输出进行仿真，得到如下波形：前四个为译码器输入，后七个为输出。由波形图可知，译码器将BCD码转化为数 码管驱动码。Stk M&ciTMh.W.心 eJj|lPortEilUmhn 皿 |1倔4bELIT T1 riPlJ-IO3 T0IDm E出H W If q u 土 D9 UR Z 鬥FIT 卫名止詣 rf TIN四、整机电路及仿真波形O

16、E： H. !?- Sx liTI秋b 44-iluu(llA fl o n T r 1；电nR NbJci fiRiv Dr A 黃Ir -也- .2二ip: ffip|run*i.LLp-Cilp1-1 二fjIIIN S I图4.1整机电路limE：5 B I f干：二二- EI亡 q = I时 口三 . 715 S.f r3萌 e 討川tr-0比LrisMiR&r211 B JUroiTronOTiTOMOMumiimMnnmTLrrtffiinwinfwniOTWTwinirt I 3LD皆门1 LL.Lb皿IoWtatau.tBTTLtt :u-tr iU.tOA, inMOfrjimmorjtfMmwjranmrmmMm iwimaorJwiwmiMnm_Rr_rLrLjrk_n_n_n_rarL_rLT_rLrL_rLrL jVLJVurjiFLnrLTLrLnj L_nL_-LrL_i n_r_n_n_n 1n . -I;图4.2整机电路仿真波形i五、 电路调试简述及故障分析在去实验室进行实际电路调试之前， 先在自己的电脑的中对自己设计的电路 进行波形仿