《电工电子基础强化训练》说明书

1、17武汉理工大学电工电子基础强化训练说明书学 号： 0121311370407电工电子基础强化训练题 目数字时钟设计学 院自动化学院专 业自动化班 级1301姓 名黄学松指导教师李彬 邓坚2015年7月12日电工电子基础强化训练任务书学生姓名： 黄学松 专业班级： 自动化1301 指导教师： 李彬 邓坚 工作单位： 自动化学院 题 目: 数字时钟设计 初始条件：1 运用所学的模拟电路和数字电路等知识；2 用到的元件：实验板、电源、连接导线、74系列芯片、555芯片或微处理器等。要求完成的主要任务:1 设计一个有“时”，“分”，“秒”（23小时59分59秒）显示且具有校时功能的电子钟；2 扩展功

2、能：整点报时即在某分某秒能输出某一音频信号；3 严格按照课程设计说明书要求撰写课程设计说明书。时间安排：第1天 下达课程设计任务书，根据任务书查找资料；第2天 进行方案论证，软件模拟仿真并确定设计方案； 第3天 方案补充，提交电路图，经审查后领取元器件；第45天 小组方案设计仿真，组装电路并调试，检查错误并提出问题；第6天 结果分析整理，撰写设计报告，验收调试结果；第7天 补充完成电工电子基础强化训练报告和答辩。指导教师签名： 2015年 7月12日系主任（或责任教师）签名： 2015年 7月12日 目录引言11.设计意义及要求21.1 设计意义21.2 设计要求22.方案设计32.1 设计思

3、路32.2 方案设计43.电路设计53.1秒脉冲产生电路53.2计数电路7 3.2.1六十进制计数器7 3.2.2二十四进制计数器83.3报时电路93.4校时电路103.5译码及显示电路114 调试与检测 124.1 调试中故障及解决办法 124.2 调试与运行125 仿真操作步骤及使用说明 13 结束语14参考文献15附录 电路图16 本科生成绩评定表17引言自古就有:“一寸光阴,一寸金”的说法。而随着人类的进步科学技术的发展，时间观也越来越被人们重视,而更准确的知道时间能够提高人们的工作效率,能更好的在规定的时间内完成所规定的工作 。因此能有随时随地的知道当前时间是非常重要的。随着科学随着

4、科学技术的发展,单片机技术的不断完善,使得钟表的设计变得更加的灵便、更加简单、功能更加的完善、计时也更加的准确。数字钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的钟表。与机械钟相比具有更高的准确性和直观性，具有更长的使用寿命，广泛地应用于数字钟是采用数字电路实现对时、分、秒数字显示的计时装置，以其显示的直观性、走时准确稳定而受到人们的欢迎，广泛用于个人家庭、车站、码头、办公室等公共场所，给人们的生活、学习、工作、娱乐带来了极大的方便，已成为人们日常生活中不可少的必需品，由于数字集成电路的发展和石英晶体与555振荡器的广泛应用，使得数字钟的精度远远超过老式钟表，钟表的数字化给人们生产生活带来了极人的

5、方便，而目大大地扩展了钟表原先的报时功能。诸如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、通断动力设备、以及各种定时电气的自动启用等，所有这些，都是以钟表数字化为基础的。因此，研究数字钟及扩大其应用，有着非常现实的意义。1 设计意义及要求1.1设计意义数字电子技术的迅速发展使各类集成电路在数字系统、控制系统、信号处理等方面得到了广泛的应用。为了更好地了解数字电子技术的应用，了解并掌握数字钟的设计及工作原理，本次训练选择选择数字钟的设计。数字钟的设计原理中包括了组合逻辑电路及时序逻辑电路，可以让我们进一步地学习和掌握组合逻辑电路和时序逻辑电路的原理及应用方法。1.2设计要求初始条件：

6、1.运用所学的模拟电路和数字电路等知识；2.用到的元件：实验板、电源、连接导线、74系列芯片、555芯片或微处理器等。要求完成的主要任务:1.设计一个有“时”，“分”，“秒”（23小时59分59秒）显示且具有校时功能的电子钟；2.扩展功能：整点报时即在某分某秒能输出某一音频信号；3.严格按照课程设计说明书要求撰写课程设计说明书。2 方案设计2.1 设计思路数字时钟电路由秒脉冲产生电路、计数电路、报时电路、校时电路、译码及显示电路组成。秒脉冲产生电路发出秒脉冲，经计数器计数后传给译码电路，经译码电路译码后由七段数码管显示电路显示十进制的时、分、秒。其逻辑框图如下：时、分、秒计时器分别为二十四进制

7、、六十进制、六十进制计数器。当电路运行到整点前十秒时（如13:59:50时），报时电路发出信号报时；校时电路通过开关控制发出脉冲，改变时、分的输出数据。2.2 方案设计电路由两个555多谐振荡器、6个计数器、6个译码器、6个LED-7段数码管、校时电路以及报时电路组成。555多谐振荡器分别为计数器和扬声器提供1Hz和500Hz的脉冲频率，计数器、译码器、LED-7段数码管分别一一对应，校时电路校正时和分，报时电路在整点前十秒内持续报时。555振荡器产生的频率信号经计数器计数后传递给相应的译码器译码，精译码后的信号再由LED-7段数码管显示出来，达到计时的目的。3 电路设计3.1 秒脉冲产生电路

8、555定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。555 定时器的内部电路框图如图所示。它内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个 RS 触发器，一个放电管 T 及功率输出级。它提供两个基准电压VCC /3 和 2VCC /3。功能555 定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制RS 触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当 5 脚悬空时，则电压比较器 C1 的同相输入端的电压为 2VCC /3，C2 的反相输入端的

9、电压为VCC /3。若触发输入端 TR 的电压小于VCC /3，则比较器 C2 的输出为 0，可使 RS 触发器置 1，使输出端 OUT=1。如果阈值输入端 TH 的电压大于 2VCC/3，同时 TR 端的电压大于VCC /3，则 C1 的输出为 0，C2 的输出为 1，可将 RS 触发器置 0，使输出为低电平555定时器是一种集模拟、数字于一体的中规模集成电路，其应用极为广泛。该电路为由555和RC组成的多谐振荡器，电路简单，成本极低。多谐振荡器也称无稳态触发器，它没有稳定状态，同时无需外加触发脉冲就能输出一定频率的矩型脉冲（自激振荡）。用555集成电路实现多谐振荡，需要外接电阻R1、R2和

10、电容C并外接+5V的直流电源。脉冲频率为f=1.44/（R1 + 2R2）C13.2 计数电路3.2.1六十进制计数器 分、秒计数器电路如图所示：本电路中通过采用74LS90计数器来实现十进制与六进制的功能。秒计数器和分计数器各由一个十进制计数器（十位）和一个六进制计数器（十位）串接组成，形成两个六十进制计数器，其中个位奇数器接成十进制形式。十位计数器选择Qb与Qc端做反馈端，经与非门输出至控制清零端CLR，接成六进制计数形式（计数至0110时清零）。个位于十位计数器之间采用同步级联复位方式，将个位计数器的仅为输出端RCO接至十位计数器的时钟信号输入端CLK，完成个位对十位计数器的进位控制。将

11、十位计数器的反馈清零信号经非门输出，作为六十进制的进位输出脉冲信号，即当计数器至60时，反馈清零的低电平信号输入CLR端，同时经非门变为高电平，在同步级联方式下，控制高位计数器的计数分、秒计数器均为六十进制计数器，电路产生的秒脉冲信号首先送到秒计数器进行累加计数，秒计数器在完成一分钟的计数，即达到六十妙时产生一个进位信号，同时计数器清零。进位信号输入到分计数器，同样分计数器在达到六十分时产生另一个进位信号，同时计数器清零。3.2.2二十四进制计数器时计数器为二十四进制计数器，在得到分计数器产生的进位信号时进行计数。计数规律为“00-01-02-21-22-23-00-01-02”循环计数，每经

12、过一个循环即为一天。其中“24”作为过渡项不显示。时计数器电路如图所示：74LS00的两个输入引脚接到了十位的Q1和个位的Q2 上输出引脚接到了电路板上所有161芯片的Rest端。也就是说当十位为0010个位为0100的时候（24）使所有161复位归0。3.3 报时电路电路在整点前十秒开始报时，到整点时终止，即在59分50秒和00分00秒之间进行报时。此时分十位、分个位、秒十位不变，分别为5、9、5，因此将分计数器十位的Qc、Qa,个位的Qd、Qa以及秒计数器十位的Qc、Qa相与，从而产生控制信号。如图为报时电路：扬声器的频率信号由555多谐振荡器提供，通过改变电路的电阻使输出频率为

13、500Hz左右。3.4 校时电路校时是数字钟应具备的基本功能，当数字钟接通电源或者计时出现错误时都需要对时间进行校正。一般数字钟都具有时、分、秒等校正功能。为使电路简单，这里只进行分和时的校正。校正电路的要求在校正时位时不影响分和秒的正常计数，在校正分位时不影响秒和时的正常计数。校时电路中对时和分的校正，原理为手动对时、分计数器脉冲信号输入端输入脉冲信号该电路通过开关将脉冲信号输入端与脉冲信号相连，通过手动按动开关，输入脉冲信号实现时、分的校准。由于脉冲信号输入端与前一计数器脉冲信号输出端直接相连，且计数器脉冲信号输出端与自身R1相连，为避免在校时时脉冲信号影响分计数器，或在校分时脉冲信号影响

14、秒计数器，通过几个与非门将脉冲信号输入端与前一计数器输出端相连。3.5 译码及显示电路译码驱动电路是将“秒”、“分”、“时”计数器输出的8421BCD码进行编译，转换为数码管需要的逻辑状态，驱动LED-7段数码管显示，并且为保证数码管正常工作提供足够的工作电流。若将秒、分、时计数器的每位输出分别与相应七段译码器的输出端连接，在脉冲的作用下，便可进行不同的数字显示。由于使用的译码器74LS48输出端高电平有效，所以选择共阴极的数码管来与之搭配。各个译码器引脚A、B、C、D与计数器引脚Q1、Q2、Q3、Q4一一对应相连，译码器引脚Qa、Qb、Qc、Qd、Qe、Qf、Qg与LED-7数码管管脚一一对

15、应相连，以达到译码及显示电路的目的。4 调试与检测4.1 调试中故障及解决办法在电路调试时时，出现了不少的错误与问题。1.初次接好电路，开始调试并执行后，LED-7数码管无显示；解决办法：通过在调试时观察电路中高低电位的分布（电路中的红点、蓝点），发现部分电路线未连通，明显是由于接线时错误，及时改正；2.数字钟电路所显示时间走的过快；解决办法：改变秒脉冲发生器中的电阻及电容大小，通过555多谐振荡器脉冲频率的计算公式f=1.44/（R1 + 2R2）C1，选择合适的电阻、电容；3.初次接入校时电路后，在调试时校时的同时会影响分十位的显示，校分的同时会影响秒十位的显示； 解决办法：经查找资料，加

16、入与非门等元件，使两者互不影响； 4.报时电路扬声器没有声音； 解决办法：在电路图中接入一个555多谐振荡器，并调整输出频率为500Hz左右。4.2 调试与运行在调试过程中，采用先局部后整体的原则，按照信号的流向逐块进行调试，确定各个功能块都能达到预期的效果，让后将它们按信号流向连接起来，以达到整体的功能。仿真秒部分时，应先仿真显示器而后是74LS248 译码器，然后是74LS161 计数器组成的60进制计数器。然后按上述顺序分别连成秒、分、时计数电路。  5 仿真操作步骤及使用说明1. 启动Proteus软件，在原理图编辑窗口的蓝色方框内绘制原理图；2. 原理图

17、绘制完毕后，单击软件左下角的运行按钮，检测电路能否运行，左下角仿真工具栏从左到右分别为运行、单步运行、暂停、停止按钮；3.若电路有明显错误，软件会给出提示，或者在左下方的“Message（s）”中查找错误并改正；4.观察电路LED-7数码管有无显示，若没有显示则检查电路的高低电位及通断，从中寻找错误并改正。结束语电工电子基础强化训练不同于我们以前传统意义上的学科，不仅仅是要告诉我们一种知识，更要我们在了解了知识的基础上自己动手将其验证。老师只是在最开始的一堂课上，告诉了我们一些注意事项及需要用到的知识范围。剩下的就都是我们自己的工作了。实验结束后，我们觉得这门课真的很考验综合能力，要求我们具有专业知识的同时，动手能力也一定要强。还要考验组员的默契及合作能力，是真正考验全面能力的一门学科。通过这次设计，制作，调试的全过程，提高了我们在电工电子基础知识和实际操作方面的综合能力，初步培养了在完成工程项目中应具备的基本素质和要求 。参考文献1 康华光.电子技术基础-数字部分（第五版）