扬州大学数电课程设计数字时钟电路教材

1、扬州大学能源与动力工程学院本科生课程设计题 目：数字时钟电路课 程：数字电子技术基础专业：电气工程及其自动化班级：电气1101学 号：姓 名：指导教师：年漪禧蒋步军完成日期：2013.6.139目录第一部分：任务书第二部分：课程设计报告第三部分：设计图纸一部分一、课程设计的目的本课程是在学完数字电子技术基础、 数字电子技术实验之后，集中一周时间，进行的复杂程度较高、综合性较强的设计课题的实践环节，通过该教学环节，要求达到以下目的：1. 使学生进一步掌握数字电子技术的理论知识，培养学生工程设计能力和综合分析问题、解决问题的能力；2. 使学生基本掌握常用电子电路的一般设计方法，提高电子电路的设计和

2、实验能力；3. 熟悉并学会选用电子元器件，为以后从事生产和科研工作打下一定的基础。二、设计题目及内容数字时钟电路（ 1 ） 、具有“时” “分”的数字显示时钟（ 2） 、 “秒”不作数字显示，只使“时”和“分”之间“： ”间隔内亮（ 3） 、具有校时和校分功能（ 4） 、具有整点报时功能（因部分器件本实验软件中不具备，故用小灯代替整点报时）三、设计要求1、 、 用中小型规模集成电路设计出所要求的电路；2、 在实验箱上安装、调试出所设计的电路；3、 写出设计、调试、总结报告。四、使用仪器设备1 、 PC 机（装有MULTISIM 软件） ；2、 GW48 EDA 编程系统等。五、参考文献1 、

3、“模拟电子技术基础”和“数字电子技术基础”教材；2、有关“电子技术课程设计指导书”；3、 “集成电路特性应用手册”；4、 其他。二部分课 程 设 计 报 告1 设计任务及要求6.2 系统总体设计方案7.2.1 总体设计方案7.2.2 方案特点7.3 控制电路设计8.3.1 控制电路工作原理8.3.2 参数计算8.3.3 器件选型8.4 振荡电路设计9.4.1 振荡电路工作原理9.4.2 参数计算1.0.4.3 器件选型1.0.5 计数电路设计1.1.5.1 计数电路工作原理1.15.2 参数计算1.2.5.3 器件选型1.2.6 译码显示电路设计1.3.6.1 译码显示电路工作原理1.36.2

4、 参数计算1.3.6.3 器件选型1.3.7 系统总体电路设计1.4.7.1 系统总体电路1.4.7.2 电路说明1.4.8 电路调试1.6.8.1 振荡电路调试及实验结果分析1.68.2 计数电路调试及实验结果分析1.68.3 译码显示电路调试及实验结果分析 1.68.4 控制电路调试及实验结果分析1.68.5 系统联调及实验结果分析1.69 改进意见及收获体会1.7.10器件明细清单1.8.参 考 文 献 1.9.1 设计任务及要求设计任务：数字时钟电路（1） 、具有“时”“分”的数字显示时钟；（2） 、 “秒”不作数字显示，只使“时”和“分”之间“： ”间隔闪亮；（3） 、具有校分和校时

5、功能；（4） 、具有整点报时功能（59 分 50 秒开始间歇报时）。设计要求：（ 1）用中小型规模集成电路设计出所要求的电路；（ 2）在实验箱上安装、调试出所设计的电路；（ 3）写出设计、调试、总结报告。2系统总体设计方案2.1 总体设计方案数字时钟钟的总体框图如下图所示，它由显示、译码、计数电路、整点报时 电路、手动校时校分电路和开机清零电路五部分组成。图1数字时钟钟的总体框图2.2 方案特点当时钟开机时时、分、秒清零，数码管显示为 0;脉冲电路由外部电路提供, 在信号的作用下，时钟钟开始计时，秒分均为六十进制，时为二十四进制。秒闪 烁六十秒产生的进位信号作为分的脉冲信号，分的进位信号作为时

6、的脉冲信号； 同时可以手动校时校分；当时间为 59分时，报时电路整点报时（小灯闪烁）。3控制电路设计3.1 控制电路工作原理分进位信号CLK 4 J1时控制信号CLK 5«OO«当需要校分时打开开关 A使之和2接，这时秒进位信号关断，分校时信号进 入充当分控制信号。同理，校时电路开关接 6,分进位信号关断，时校时信号进 入充当控制信号。这时便可实现校时校分功能。（同时引入开关J3、J4详见电路 总体设计分析），减少了分时偏差。3.2 参数计算见原理部分3.3 器件选型三端开关2个114 振荡电路设计4.1 振荡电路工作原理振荡器是计时器的核心，其作用是产生一个标准频率的脉冲

7、信号。振荡频率的精度和稳定度决定了数字钟的质量。采用集成电路555定时器与RC组成的多谐振荡器。输出的脉冲频率为fs=1/(R1+2R2)C1ln2=1KHZ ，周期 T=1/fs=1ms。若参数选择：R1=R2=10敝姆，C1=47uF时，可以得到秒脉冲信号。虽然直接得到了秒脉冲，但从计时精度的角度考虑，振荡器的振荡频率越高，钟表计时的精度就越高，所以一般不直接输出秒脉冲信号。本次设计采用的是用555输出 1KHZ的脉冲，然后通过3个同步十进制计数器74LS160将1KHZ的脉冲变成1HZ适用。使用74LS160分频时，将进位与下一个160中的Cp相连，产生1/10的分频。#4MHzR1Ik

8、ohmU1A74LS04D1uFnC2L 1uFU8B10 _p2PR122D1113-02CLR74LS74DR2IkohmU1B374LS04D5V VCCU1C74LS04D7110U2ENPENT9-I<j-LOADCLR74LS160N3314QAAQAAQA4413QBBQBBQB551212QCCQCCQC66QDDQDDQD77ENPENP10101515RCOENTRCOENTRCOLOADCLRCLRCLKCLK74LS160D9-1-load141374LS160D14131215U5U6U73331414AQAAQAU8A44413BQBBQBB55512CQCC

9、QCC66611119DQDDQDD7771D2Q1QENPENPENP1010101515ENTRCOENTRCOENT9992Q1Q-LOAD11CLRCLRCLRfl>CLK74LS74D74LS160D74LS160DVCCCLK1一'JF4 _eF1pr2-2_-CLR _p>CLKy-0 -LOADyO-LOAD5VQAQBQCQDRCO74LS1602 参数计算输出的脉冲频率为fs=1/(R1+2R2)C1ln2=1KHZ ,周期T=1/fs=1ms。若参数 选择：R1=R2=10颁女母,C1=47uFW,可以得到秒脉冲信号。4.3

10、器件选型一片 74LS04,六片 74LS160, 一片 74LS74135计数电路设计5.1计数电路工作原理1)60进制原理图U21PU17 74LS160D74LSOOD:V 向下一粒进位会；， ,hi. .号VT 二 匚，二:：:0U FJ .VCC通过两片74160的串行连接来实现六十进制。时钟信号加在低位的时钟信号 端，个位的进位端反相再接到十位的时钟端。其中，秒到分，分到时的进位是将 复位信号脉冲作为进位信号接到下一级的时钟脉冲端。2) 24进制原理图£日.SYHiH3S3 s A 0 媪 s Q 5 4 m u gQ 口 Q 口E160DU14 74LS160D*U仁通

11、过两片74160的出行进位异步置零的连接方式来设计的 24进制计数器，其6译码显示电路设计个位的进位反相接到十位的时钟端。输出再统一接到显示器。5.2 参数计算见原理图部分5.3 器件选型74LS48D 两块同步十进制计数器74LS160N 两块74LS4D 两块七段译码器74LS40D1 块。176.1 译码显示电路工作原理U6U13“f ：74LS48DU12 74LS48DVCC译码是将给定的代码进行翻译。计数器实现了对时间的累计以 8421BCD码形式输出，为了将计数器输出的 8421BC则显示出来，需用显示译码电路将计数器的输出数码转换为数码显示器 件所需要的输出逻辑和一定的电流，一

12、般这种译码器通常称为7段译码显示驱动 器。74LS48译码器对应的显示器是共阴（接地）显示器。6.2 参数计算见原理部分6.3 器件选型七段译码器74LS48 4 片LED共阴七段数码管 BS207 4片7.1系统总体电路7系统总体电路设计。llv7.2 电路说明1、秒计数器到六十进一位，进位接在分的时钟端，分就计一次数；分也如 此；时计数器从0到23循环技数。2、秒不显示输出数字，而是将秒作为单独的点，以闪烁计时3、功能键不按时，时钟正常工作，按一次校时工作，按两次校分工作。4、校时校分状态时，按一次校准脉冲，时或者分就相应的加一，直至到相应时间为止，再按功能键使它正常工作。5、校时校分状态

13、时，闪烁电路工作，相应的显示数码管根据秒脉冲闪烁。6、当达到59 分时，整点报时电路工作，到50 秒开始间歇发声报时。218 电路调试8.1 振荡电路调试及实验结果分析将振荡电路的输出端接一个发光二极管看是否得到理想的秒脉冲信号。结果发光二极管正常闪烁且频率正确，可见得到了理想的秒脉冲。8.2 计数电路调试及实验结果分析将 1 秒信号分别送人“时”、 “分”计数器，通过译码显示电路，检查各级计数器的工作情况。8.3 译码显示电路调试及实验结果分析结合计数电路观察，起初“时”十位的显示器在开始时总会出现“4 ”即不能清零， 经过反复检查及老师的指导最终发现是所用电源有干扰造成的，在启动电路时只需

14、将电源先断开即可，排除问题之后，继续调试，各级计数显示电路工作正常。8.4 控制电路调试及实验结果分析接整点报时信号的时候，开始时蜂鸣器一直会叫，只有在 59 分 50 秒到整点的时候才不叫，与要求正好相反，于是在蜂鸣器前面加了一个反相器，然后继续调试，最终电路正常了。8.5 系统联调及实验结果分析在实验箱上组装电子钟，注意器件管脚的连接一定要准确， “悬空端”、 “清零端” 、 “置 1 端”要正确处理。当所有器件调试正常以后，观察电子钟是否准确正常工作。结果表明得到了满足要求的数字钟。9 改进意见及收获体会1 、 改进意见实验室提供的元件较少，脉冲发生电路并没有接，控制电路太简陋操作不够方

15、便，不能做出实用性的电子钟来。建议下次提供更多的材料供我们搭建电路。2 、 收获体会这次试验让我印象深刻，平时学习的理论知识发现在实际使用时收到了很大的考验，一开始在multisim 上搭建电路是遇到了极大的阻碍。一方面大家都不熟悉电子钟的工作原理，二是我们都没有多少实际电路的搭建经验，所以电路搭建地特别慢。我记得很清楚，第二天就要完成电路图，前一天我和同学一直奋战到深夜一点多才基本完成了工作。我们查阅了网上的很多篇资料，再结合课本，终于把基本原理都搞的比较清楚了，但搭建实际电路时还是遇到了很大的阻碍。电子钟电路虽然逻辑教清晰，但走线很多很繁琐，那么多线要设计好位置，看的眼睛都花了，很多同学连

16、好又发现不对，复查的很累。最后，我们终于算是完成了电路搭建，心中的成就感是非常强烈的！可以说如果没有书本和百度文库，那我就真的不知道该如把实验完成了。这次课程设计虽然很短，但我学会了独立思考，寻找书本上有用的知识，学会了自己查资料分析解决问题，锻炼了思维能力以及动手能力得到了很大的收获。10器件明细清单LEM阴数码管BS2074片BCDt段译码器74LS484片十进制计数器74LS16012片四2输入与非门74LS003片双4输入与非门74LS201片六反相器74LS041片双上升沿D触发器74LS741片石英晶体4MHz1个发光二极管2只开关K1、K22只电阻1千欧5只电容0. 01微法1只电容10皮法1只#参考文献1 阎石主编数字电子技术基础（第四版）北京：高教出版社，2000