课程设计--多功能数字钟设计报告书

1、武汉理工大学数字电子技术基础课程设计报告书课程设计任务书学生姓名：戴维佳专业班级：信息sy1201班指导教师：刘可文工作单位：信息工程学院题 目：多功能数字钟的设计与实现初始条件：本设计既可以使用集成译码器、计数器、定时器、脉冲发生器和必要的门电路等，也可以使用单片机系统构建多功能数字钟。用数码管显示时间计数值。要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1、课程设计工作量：1周。2、技术要求：1）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。2）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

2、12进制）计数。3）有译码、七段数码显示功能，能显示时、分、秒计时的结果。4）设计提供连续触发脉冲的脉冲信号发生器，5）具有校时单元、闹钟单元和整点报时单元。6）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。时间安排：2013年3月18日,布置课设具体实施计划与课程设计报告格式的要求说明。2013年3月25日至2013年4月15日，方案选择和电路设计。2013年4月16日至2013年6月5 日.电路调试和设计说明书撰写。

3、2013年7月5日,上交课程设计成果及报告，同时进行答辩。指导教师签名：年 月 日系主任（或责任教师）签名:武汉理工大学数字电子技术基础课程设计报告书多功能数字钟的设计与实现目录武汉理工大学数字电子技术基础课程设计报告书摘要目前市场上提供的无论是机械钟还是石英钟在晚上无照明的情况下都是不 可见的。要知道当前的时间，必须先开灯，故较为不便。现在市场上出现了这样 一类的电子钟，它以六只LED数码管来显示时分秒，与传统的以指针显示秒的方 式不同，违背了人们传统的习惯与理念，而且这类电子钟一般是采用大型显示器 件，适用于银行、车站等公共场所。这种新型的电子钟因其方便、直观的特点也 得到了社会的欢迎，在

4、社会上占有相当一部分市场。数字电子钟是日常生活中常见的一种工具，大到机场等公共场所的时间屏 幕，小到我们的手表、闹钟等，而且其报时功能也给人们提供了方便，因此，了 解报时电子钟的工作原理是很有必要的， 也很有趣，因此我选择了这个题目一一 多功能数字钟。数字电子技术课程的核心内容是时序逻辑电路、 组合逻辑电路和触发器，这 些也是我们学电子的学生最基本要掌握的知识， 通过实践可以加深对课本知识的 理解，能够处理一些实际中的情况，因此这次数电课程设计，我选择了数字电子 钟这个题目，虽然这在日常生活中很常见，看起来也比较简单，但是其中包含的 学问很多。在这个项目中，校时是一个很重要的模块，既要可以正常

5、校时，又不 能干扰到时间计数显示模块，而时间显示比较简单，用熟悉的芯片就可以做出来 了，老师说过，对芯片等元器件的了解程度等于将军手中可以调动的兵力，掌握了芯片功能，也就掌握了主动权。这次课程设计的选题一一多功能数字钟，不仅可以加深我对数字电子技术课 程的理解，也可以提高自己的动手能力以及实际问题中解决问题的能力，培养对数字电子技术的兴趣。关键词：时序逻辑电路；组合逻辑电路；触发器；武汉理工大学数字电子技术基础课程设计报告书AbstractCurrently on the market to provide both mechanical clock or quartz clock at ni

6、ght without lighting conditions are not visible. To know the current time, you must first turn on the lights, it is inconvenience. Now appearing on the market of electronic clock such, it takes six LED digital tube to display when the minutes and seconds, and the traditional to the pointer display s

7、econds in different ways, contrary to the traditional habit and idea of people, and this kind of electronic clock is generally used for large display, Yu Yin line, railway stations and other public places. This new type of electronic clock because of its convenient, intuitive also got social welcome

8、, occupies a considerable part of the market in the community.Digital electronic clock is a common tool in the daily life, large airports and other public places time screen, small to our watches, alarm clocks and timekeeping function, but also has provided convenience for people, therefore, to unde

9、rstand the working principle of the time electronic clock is very necessary, but also very interesting, so I choose this subject - the whole point timekeeping digital clock.Road and trigger, these are our most basic electronic students to master the knowledge, through practice can deepen the underst

10、anding of textbook knowledge, can deal with the real situation, so the number of electrical design courses, I chose this topic of digital electronic clock, although this is very common in our daily life, seemed more simple, but contains a lot of learning. In this project, the school is a very import

11、ant module, not only to be the normal school, but not the disturbance to the time counting display module, and the time display is relatively simple, familiar with the chip can be done, the teacher said, on chip and other components of the understanding to the general hands to mobilize force, master

12、 chip function, will have the initiative.In the curriculum design topic - the whole point timekeeping digital clock, can not only deepen our understanding of the digital electronic technology course, ability can also solve the problem to improve their practical ability and practical problems, toII武汉

13、理工大学数字电子技术基础课程设计报告书cultivate interest in digital electronic technology.Keywords:Sequential logic circuit;Combinational logic circuit;The trigger;ii武汉理工大学数字电子技术基础课程设计报告书1设计目的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。因此，我们此次设计与

14、制作数字钟就是为了了解数字钟的原理，从而学会制作数字钟.而且通过数字钟的制作进一步的了解各种在制作中用到的中小规模集 成电路的作用及实用方法.且由于数字钟包括组合逻辑电路和时叙电路 .通过它 可以进一步学习与掌握各种组合逻辑电路与时序电路的原理与使用方法。武汉理工大学数字电子技术基础课程设计报告书2设计要求D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。2）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。3）有译码、七段数码显示功能，能显示时、分、秒计时的结果。4）设计提供连续触发脉冲的脉冲信号发生器，5）具有校时单

15、元、闹钟单元和整点报时单元。6）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。武汉理工大学数字电子技术基础课程设计报告书3仿真软件Multisim 介绍Multisim 概述Multisim是美国国家仪器(NI)有限公司推出的以 Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形 输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。工程师们可以使用Multisim交互式地搭建电路原理图，并对电路进行仿真。 Multisim 提炼了 SPICE仿真的复杂内容，这样工程师无需懂得深入的S

16、PICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育。通过Multisim 和虚拟仪器技术，PCB设计工程师和电子学教育工作者可以完成 从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。Multisim 10 功能简介1、NI Multisim 10是美国国家仪器公司(NI,National Instruments )推出的目前Multisim中运用最广泛版本。2、目前美国NI公司的EWB的包含有电路仿真设计的模块 Multisim、PCB 设计软件Ultiboard、布线引擎Ultiroute 及通信电路分析与设计模块Commsin4 个部分，能

17、完成从电路的仿真设计到电路版图生成的全过程。Multisim、Ultiboard、Ultiroute 及Commsin4个部分相互独立，可以分别使用。Multisim、 Ultiboard Ultiroute 及 Commsim4 个部分有增强专业版(Power Professional )、 专业版(Professional )、个人版(Personal )、教育版(Education )、学生版(Student)和演示版(Demo等多个版本，各版本的功能和价格有着明显的差 异。3、NI Multisim 10 用软件的方法虚拟电子与电工元器件，虚拟电子与电工 仪器和仪表，实现了 “软件即元

18、器件”、“软件即仪器。NI Multisim 10 是一个 原理电路设计、电路功能测试的虚拟仿真软件。4、NI Multisim 10 的元器件库提供数千种电路元器件供实验选用，同时也 可以新建或扩充已有的元器件库，而且建库所需的元器件参数可以从生产厂商的 产品使用手册中查到，因此也很方便的在工程设计中使用。武汉理工大学数字电子技术基础课程设计报告书5、NI Multisim 10 的虚拟测试仪器仪表种类齐全，有一般实验用的通用仪 器，如万用表、函数信号发生器、双踪示波器、直流电源；而且还有一般实验室 少有或没有的仪器，如波特图仪、字信号发生器、逻辑分析仪、逻辑转换器、失 真仪、频谱分析仪和网

19、络分析仪等。6、NI Multisim 10 具有较为详细的电路分析功能，可以完成电路的瞬态分 析和稳态分析、时域和频域分析、器件的线性和非线性分析、电路的噪声分析和失真分析、离散傅里叶分析、电路零极点分析、交直流灵敏度分析等电路分析 方法，以帮助设计人员分析电路的性能。7、NI Multisim 10 可以设计、测试和演示各种电子电路，包括电工学、模 拟电路、数字电、射频电路及微控制器和接口电路等。可以对被仿真的电路中的元器件设置各种故障，如开路、短路和不同程度的漏电等，从而观察不同故障情 况下的电路工作状况。在进行仿真的同时，软件还可以存储测试点的所有数据， 列出被仿真电路的所有元器件清单

20、，以及存储测试仪器的工作状态、显示波形和 具体数据等。8、NI Multisim 10 有丰富的Help功能，其Help系统不仅包括软件本身的 操作指南，更要的是包含有元器件的功能解说，Help中这种元器件功能解说有利于使用EWBft彳TCAI教学。另外，NI Multisim10还提供了与国内外流行的印 刷电路板设计自动化软件Protel及电路仿真软件PSpice之间的文件接口，也能 通过Windows的剪贴板把电路图送往文字处理系统中进行编辑排版。支持 VHDL 和Verilog HDL语言的电路仿真与设计。9、利用NI Multisim 10可以实现计算机仿真设计与虚拟实验，与传统的电

21、子电路设计与实验方法相比，具有如下特点：设计与实验可以同步进行，可以边 设计边实验，修改调试方便；设计和实验用的元器件及测试仪器仪表齐全，可以完成各种类型的电路设计与实验；可方便地对电路参数进行测试和分析； 可直接 打印输出实验数据、测试参数、曲线和电路原理图；实验中不消耗实际的元器件， 实验所需元器件的种类和数量不受限制，实验成本低，实验速度快，效率高；设 计和实验成功的电路可以直接在产品中使用。10、NI Multisim 10 易学易用，便于电子信息、通信工程、自动化、电气 控制类专业学生自学、便于开展综合性的设计和实验，有利于培养综合分析能力、武汉理工大学数字电子技术基础课程设计报告书

22、开发和创新的能力武汉理工大学数字电子技术基础课程设计报告书4设计方案方案一：采用小规模集成电路实现采用集成逻辑电路设计具有能实现，时分 秒计时功能和多点定时功能,计时数据的更新每秒自动进行一次，不需程序干预。方案二：ED世术实现采用EDA乍为主控制外围电路进行电压，时钟控制键盘和LED空制，止匕方案 逻辑电路复杂，且灵活性较低，不利于各种功能的扩展，在对电路进行检测比较 困难。方案三：单片机编程实现在按键较少的情况下，采用独立式4个按键，经软件设计指定的I/O ，送 出逻辑电平，控制数码管显示，根据数字电子钟的设计要求与原理以及特性， 本 系统采用单片机AT89C52串口输出的形式来设计电路，

23、使功能及效果更完美。结论：比较以上三种方案的优缺点，方案一简洁灵活可扩展性好，能完全达到设计 要求，同时符合本次课程设计的要求，故采用第一种方案。设计思路总括图4-1设计思路网络图武汉理工大学数字电子技术基础课程设计报告书5各模块电路分析1Hz标准脉冲发生器设计方案方案一：振荡器是数字钟的核心。振荡器的稳定度及频率的精确度决定了数 字钟计时准确程度，通常选用石英晶体构成振荡器电路。石英晶体振荡器的作用 是产生时间标准信号。因此，一般采用石英晶体振荡器经过分频得到这一时间脉 冲信号。图5-1石英晶体振荡器方案一：由集成逻辑门与 RC组成的时钟源振荡器或由集成电路定时器 555与RC组成的多谐振荡

24、器作为时间标准信号源，如图3所示。武汉理工大学数字电子技术基础课程设计报告书图5-2 1Hz标准脉冲发射器555定时器1) 555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。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。2)引脚图：图5-3 555定时器构成多谢振荡器电路图引脚功能：1脚：外接电源负端VSSE接地，一般情况下接地。8脚：外接电源VCG双极型时基电路 VCC勺范围是4.5 16V , CMO型时武汉理工大学数字电子技术基础课程设计报告书基电路VCC勺范围为3 18V。一般用5V。3脚：输出端V

25、o2脚：低触发端6脚：TH高触发端4脚：是直接清零端。当此端接低电平，则时基电路不工作，此时不论TRTH处于何电平，时基电路输出为“ 0”，该端不用时应接高电平。5脚：VC为控制电压端。若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准 电压，当该端不用时，应将该端用入一只 0.01 pF电容接地，以防引入干扰。7脚：放电端。该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。在1脚接地，5脚未外接电压，两个比较器 A1、A2基准电压分别为的情况 下，555定时器电路的功能表如表1示。表5-1 555定时器功能表译码显示电路数字钟的译码显示电路由译码器 4511BP和共阴极LED七段显示数码管组成， 为

26、避免译码器输出的电压过高，在译码器的输出和数码管的输入之间串联一个 100。的电阻。译码驱动电路将计数器输出的8421BC则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。4511BP是一个用于驱动共阴极LED （数码管）显示器的BCD码一七段码译码器，特点如下：具有 BCD专换、武汉理工大学数字电子技术基础课程设计报告书消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的 CMO跑路能提供较大的拉电流。可直 接驱动LED显示器。图5-5译码显示电路4511BP的逻辑功能表如表2所示：表5-2 4511译码器功能表计数电路设计计数电路采用异步二-五-十进制计数器74LS29Q功能表如

27、表3所示:10武汉理工大学数字电子技术基础课程设计报告书表5-3 74LS290功能表它由一个一位二进制计数器和一个异步五进制计数器组成。如果计数脉冲由端CP0俞入，输出由&端引出，即得二进制计数器；如果计数脉冲由CP惴输入， 输出由必必0引出，即是五进制计数器；如果将 &与CP相连，计数脉冲由CP0 输入，输出由0。自乌引出，即得8421码十进制计数器。由表可以看出，当复位输入 R0(1)=R0(2)=1 ,且置位输入 S9(1) - S9(2)=0 时，74LS290勺输出被直接置零；只要置位输入 S9(1) S9(2)=1 ,则74LS290勺 输出将被直接置9,即自&。=1001；只有

28、同时满足R0(1) R0(2)=0和 S9(1) S9(2)=0时，才能在计数脉冲(下降沿)作用下实现二-五-十进制加法计 数。秒计数电路7HE?&3-N7 4 K工TH , USOEi1vccUS * *，-i S 4 f 0 .fit 三工 = d G11武汉理工大学数字电子技术基础课程设计报告书图5-6秒计数电路分计数电路图5-7分计数电路时计数电路图5-8时计数电路校时电路12武汉理工大学数字电子技术基础课程设计报告书 U34A图5-9校时电路当闭合如图J9开关时，输入信号所在与门U34A被“锁”，U34B外接校时单 脉冲信号源（按键开关），通过U36AM时（分）电路进行校时。整点报时

29、电路整点报时的功能要求是，每当数字钟计时快到整点时发出声响。当时钟还有 十秒到整点时，蜂鸣器开始响，持续时间为十秒。此电路是通过五个与门和一个蜂鸣器来实现的，每当分钟的十位为5,个位为9,并且秒钟的十位为5时，蜂鸣器接高电平，开始工作，直到到达整点停止。整点报时电路如图11所示：图5-10整点报时电路闹钟电路13武汉理工大学数字电子技术基础课程设计报告书在指定的时刻发出信号，或驱动音响电路“闹时”；或对某装置的电源进行 接通或断开“控制”。不管时闹时还是控制，都要求时间准确，即信号的开始时 刻与持续时间必须满足规定的要求。在本数字钟设计中，选用了四片74LS85E位比较器实现。图5-11闹钟电

30、路电路中，采用四个四位拨盘开关进行闹钟时间设定， 同时采用四个数值比较 器将闹钟时间与数码管显示的时、分数据进行比较，只有当两者的时、分四位数 均相同时，通过四输入与门（图中使用四输入与非门和非门串联代替） 对蜂鸣器 施加高电位，使蜂鸣器发声，从而实现闹钟电路的设计。6仿真调试6.1总体仿真图14武汉理工大学数字电子技术基础课程设计报告书6.2 1Hz标准脉冲发生器仿真15武汉理工大学数字电子技术基础课程设计报告书图6-1 1Hz标准脉冲发生器仿真结果校时电路仿真1）如图6-2和图6-3所示，现在的时间是00:08:06 ,且此时“分”校时开关处 于断开状态，说明现在是处于正常计数状态；一 S-H&图6-2现时刻时钟显示示数武汉理工大学数字电子技术基础课程设计报告书图6-3 “分”校时电路现状态2）如图6-4所示，现将“分”校时电路开关闭合1141 5V-U54CU34D15S157-U36B74S32TI155 图6-4 “分”校时电路现状态3）按动按键开关三次，结果如图6-517武汉理工大学数字电子技术基础课程设计报告书图6-5现时刻时钟显示示数整点报时仿真图6-6整点报时