2022年多功能数字钟的电路设计与仿真.docx

精品学习资源电子技术课程设计任务书28系（部）：电子信息与电气工程系专业：电子信息工程指导老师：张海涛课题名称多功能数字钟地电路设计长 沙 学 院电子技术 课程设计说明书题目多功能数字钟地电路设计系专业部班级电子信息与电气工程系电子信息工程（ 2）班姓名粟青松学号2021044232指导教师张海涛 .陈希.龙英 .刘亮.起止日期2021.6.15-2021.6.19欢迎下载精品学习资源数字钟是采纳数字电路实现“时”、 “分”、 “秒”数字显示地计时装置 .由于数字集成电路地进展和石英晶体振荡器地使用，使得数字钟地精度、稳固度远远超过了机械钟表.钟表地数字化在提高报时精度地同时，也大大扩展了它地功能，诸如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动掌握、定时广播、定时启闭路灯等.因此，讨论数字设钟及扩大其应用，有着特别现实地意义.计1.把握数字钟地设计、组装与调试方法.内2.熟识集成电路地使用方法，能够运用所学学问设计肯定规模地电路.基本任务：容1.时钟显示功能，能够以十进制显示“时”、 “分”、 “秒 ” .及2.具有快速校准时、分、秒地功能.要3.计时精确度，每天计时误差不超过1s.求扩展任务：1. 闹钟功能，可按设定地时间闹时.2. 日历显示功能 .将时间地显示扩展为 “年”、“月”、 “日” .3. 整点自动报时，在离整点10s 时，便自动发出鸣叫声，步长1s，每隔 1s 鸣叫一次， 前四响是低音，最终一响为高音，最终一响终止为整点.设1、系统整体设计； 计2、系统设计及仿真；工3、在 Multisim 或同类型电路设计软件中进行仿真并进行演示；作4、提交一份完整地课程设计说明书，包括设计原理、仿真分析、调试过程，参考文量献、设计总结等 .起止日期（或时间量）设计内容（或预期目标）备注第一天课题介绍，答疑，收集材料进度其次天设计方案论证支配第三天进行详细设计第四天进行详细设计第五天编写设计说明书欢迎下载精品学习资源指导老师看法教研室看法欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源年 月 日年 月 日欢迎下载精品学习资源长沙学院课程设计鉴定表姓名粟青松学号2021044323专业电子信息工程班级2设计题目多功能数字钟地电路设计指导老师张海涛欢迎下载精品学习资源指导老师看法：评定成果：答辩小组看法：老师签名：日期：评定成果：教研室看法：答辩小组长签名：日期：最终评定等级：教研室主任签名：日期：说明课程设计成果分 “优秀 ”、“良好 ”、“中等 ”、“及格 ”、“不及格 ”五等 .欢迎下载精品学习资源目录1 设计方案11.1 设计方案原理构思11.1.1 设计主要原理11.1.2 设计电路原理框图11.2 各模块电路分析21.2.1 1Hz 标准脉冲发生器21.2.2 译码显示电路31.2.3 计数器电路41.2.4 校时电路51.2.5 闹钟电路61.2.6 整点报时电路71.3 多功能数字钟总体设计电路图92 仿真调试 .112.1 总体仿真图 .112.2 各个功能仿真调试.112.2.1 校时电路仿真调试 .112.2.2 闹钟电路仿真调试122.2.3 整点报时电路仿真调试133 结果分析与总结153.1 分析总结153.2 遇到问题及解决方法15参考文献15欢迎下载精品学习资源1 设计方案1.1 设计方案原理构思1.1.1 设计主要原理该设计主要由以下几部分组成: 震荡器、分频器、秒计数器、分计数器、时计数器、BCD-七段显示译码 /驱动器、 LED 七段显示数码管、时间校准电路、整点报时电路仍有闹钟电路.数字钟数字显示部分，采纳译码与二极管串联电路，将译码器、七段数码管连接起来，组成十进制数码显示电路，即时钟显示. 要完成显示需要6 个数码管，七段地数码管需要译码器才能正常显示，然后要实现时、分、秒地计时需要60 进制计数器和 24 进制计数器，在在仿真软件中发生信号可以用函数发生器仿真，频率可以随便调整.60进制可能由 10 进制和 6 进制地计数器串联而成，频率振荡器可以由晶体振荡器分频来供应，也可以由 555 定时来产生脉冲并分频为 1Hz. 计数器地输出分别经译码器送倒显示器显示 . 计时显现误差时 , 可以用校时电路校时、校分 .整点报时电路利用规律门，使当各译码器输出满意整点时，蜂鸣器导通 .闹钟电路通过比较器比较当前时间与设计地闹钟时间，相等时同样蜂鸣器导通 .1.1.2 设计电路原理框图电路原理框图如图1-1 所示：译码显示电路时计数器分计数器秒计数器校时电路报时电路振荡器分频器图 1-1 数字钟电路原理框图欢迎下载精品学习资源1.2 各模块电路分析1.2.1 1Hz标准脉冲发生器振荡器可由晶振组成，也可以由555 与 RC 组成地多谐振荡器.由 555 定时器得到 1kHz 地脉冲，功能主要是产生标准秒脉冲信号和供应功能扩展电路所需要地信号.多谐振荡器也称无稳态触发器，它没有稳固状态，同时无需外加触发脉冲，就能输出肯定频率地矩形脉冲（自激振荡）. 用 555 集成电路实现多谐振荡，需要外接电阻R1、R2 和电容C，并外接 +5V 地直流电源 .欢迎下载精品学习资源脉冲频率为：fR112 R2 C1ln 245215010 5ln 2995 Hz1kHz欢迎下载精品学习资源标准脉冲发生器电路图如图1-2 所示：图 1-2 标准脉冲发生器电路图欢迎下载精品学习资源表 1-11.2.2 译码显示电路数字钟地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 , 为防止译码器输出地电压过高，在译码器地输出和数码管地输入之间串联一个100地电阻 .译码驱动电路将计数器输出地8421BCD码转换为数码管需要地规律状态，并且为保证数码管正常工作供应足够地工作电流.4511BP是一个用于驱动共阴极LED（数码管）显示器地BCD 码七段码译码器，特点如下：具有BCD转换、消隐和锁存掌握、七段译码及驱动功能地CMOS电路能供应较大地拉电流. 可直接驱动 LED显示器 .4511BP 地规律功能表如表1-2 所示：表 1-2 4511BP 地规律功能表要使译码器能正常工作，LT 和 BI 脚要接高电平， EL 要接低电平，译码器地输入接计数器地输出端，而译码器地输出端就接对应数码管地输入端.在数字钟地设计中，一共需要6 块译码显示器，分别是小时显示地2 块，分钟显示地2块，秒钟显示地 2 块，它们在设置上基本相同，只不过译码器地输入接不同地计数器.欢迎下载精品学习资源由计数器得到地4 位二进制码地必需通过译码后转为人们习惯地数字显示，如12： 54： 30 地二进制码为 0001 0010 ： 0101 0100 ： 0011 0000. 译码之后再驱动 LED 七段数码管显示时、 分、秒 .其中一块译码显示电路地连接图如图1-3 所示：图 1-3 其中一块译码显示电路地连接图1.2.3 计数器电路在数字钟地掌握电路中，分和秒地掌握都是一样地，都是由一个十进制计数器和一个六进制计数器串联而成地 .在此次电路地设计中采纳地是统一地器件 74LS161N 地反馈置数法来实现十进制功能和六进制功能，依据 74LS161 地结构把输出端地 0101（十进制为 5）用一个与非门74LS00 引到 Load 端便可置 0，这样就实现了六进制计数 .同样，在输出端地 1001（十进制为9）用一个与非门74LS00 引到 Load 端便可置 0，这样就实现了十进制计数.在分和秒地进位时，用秒计数器地Load 端接分计数器地CLK 掌握时钟脉冲，脉冲在上升沿来时计数器开头计数.时计数器可由两个十进制计数器串接并通过反馈接成二十四制计数器.分和秒地计数器电路图如图3-4 所示：欢迎下载精品学习资源图 1-4 分和秒地计数器电路图时地计数器电路图如图1-5 所示：图 1-5 时地计数器电路图校时电路1.2.4时钟显现误差时，需校准.当数字钟接通电源或者计时显现误差时，需要校正时间.校时是数字钟应具备地基本功能.对校时电路地要求是，在小时校正时不影响分和秒地正常计数；在分校正时不影响秒和小时地正常计数.校时方式有快校时和慢校时两种，快校时是，通过开关欢迎下载精品学习资源掌握，使计数器对1Hz 地校时脉冲计数 .慢校时是用手动产生单脉冲作校时脉冲下图所示为校时电路和校分电路.其中 S1 是校分用地掌握开关，S2 为校时用地掌握开关，它们地掌握功能下表所示 .校时脉冲采纳分频器输出地1Hz 脉冲，当 S1 或 S2 分别为 0 时可进行快校时 .假如校时脉冲由单脉冲产生器供应，就可以进行慢校时.Multisim 仿真软件校时地详细设计方法是：用一个单刀双掷开关心换计数功能与校时功能，另一端接计数器地脉冲输入端，开关置于函数发生器这一端便可以校时，置于计数器地进位端便是计时 .校时电路部分电路图如图1-6 所示：图 1-6 校时电路部分电路图1.2.5 闹钟电路在指定地时刻发出信号，或驱动音响电路“闹时 ”；或对某装置地电源进行接通或断开“掌握”不.管时闹时仍是掌握，都要求时间精确，即信号地开头时刻与连续时间必需满意规定地要求.在本数字钟设计中，选用了四片74LS85 三位比较器实现 . 74LS85 地规律功能表如表1-3 所示：表 1-3 74LS85 地规律功能表欢迎下载精品学习资源74LS85 比较器地一对输入接小时和分钟时计数器地输出，另外一对接四位拨码开关，当小时和分钟计数器地输出与拨码开关地值完全相等时，四片比较器输出都为高电平，经四位与非门后输出到蜂鸣器，在一分钟内蜂鸣器导通，例如，拨码开关依次为0000,0111,0011,1001,此时表示为 7 点 59 分，当计数器地输出也为7 点 59 分时， OAEQB 输出都为高电平 .闹钟电路图如图 1-7 所示：图 1-7 闹钟电路图1.2.6 整点报时电路欢迎下载精品学习资源整点报时地功能要求是，每当数字钟计时快到整点时发出声响.当时钟仍有十秒到整点时，蜂鸣器开头响，连续时间为十秒.此电路是通过五个与门和一个蜂鸣器来实现地，每当分钟地十位为5，个位为 9，并且秒钟地十位为 5 时，蜂鸣器接高电平，开头工作，直到到达整点停止.整点报时电路图如图1-8 所示：图 1-8 整点报时电路图欢迎下载精品学习资源1.3 多功能数字钟总体设计电路图多功能数字中总体设计电路图如图1-9 所示欢迎下载精品学习资源图 1-9 多功能数字钟总体设计电路图欢迎下载精品学习资源2 仿真调试2.1 总体仿真图开头仿真后，秒钟部分开头以1s 为周期开头递增，并能向分钟和时钟部分进位，完成数字钟地基本功能 .图 2-1 总体仿真图2.2 各个功能仿真调试2.2.1 校时电路仿真调试当数字钟时间不精确时，就需要手动调整时间.如图 4-2 所示，单刀双掷开关J2 、J1 分别对应着时钟与分钟部分. 当开关掷向上方时，数字钟正常工作；当J1 掷向下方时，就分钟部分开头以1s 为周期开头递增，当J2 掷向下方时，时钟部分就开头以1s 为周期开头递增 . 秒钟部分就由 J7 掌握，当开关闭合时秒钟以1s 为周期递增；当开关闭合时，秒钟就停止走动.调整时拨动开关，当调整到正确时间后将开关拨回即可.欢迎下载精品学习资源图 2-2 校时电路仿真图2.2.2 闹钟电路仿真调试将拨码开关调至如图2-3 状态，即将闹钟定为16： 25，就开头仿真 .图 2-3 开关图当数字钟仍未运行到16： 25 时，探针不亮，即闹钟不会响起，状态如图2-4 所示：2-4 闹钟电路不响时仿真图当时钟与分钟到达16： 25 时，在此一分钟内，探针亮，即闹钟响，过了此时间后，闹钟停.闹钟响时地电路仿真如图2-5 所示：欢迎下载精品学习资源图 2-5 闹钟响时电路仿真图2.2.3整点报时电路仿真调试当数字钟离整点仍差10 秒以上时间时，探针不亮，蜂鸣器无反应，状态如图2-6 所示：图 2-6 整点报时不响时电路仿真图当数字钟离整点差10 秒时，探针亮起，蜂鸣器响，如此连续10 秒，过了整点后停止 .整点报时地电路仿真如图2-7 所示：欢迎下载精品学习资源图 2-7 整点报时电路仿真图欢迎下载精品学习资源3 结果分析与总结3.1 分析总结1） 数字钟计数功能测试：接通电源，在秒脉冲地作用下，电路开头计数，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、分均可以调剂，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） 闹钟功能测试：通过拨码开关调剂定时地时和分，当时钟到达定时时刻时，蜂鸣器响起，探针发亮，闹钟时间为1 分钟 .闹钟功能符合设计要求.4） 整点报时功能测试：在每一个小时时刻，当时钟到达59 分 50 秒时，电路发出整点报时信号，连续10 秒钟后，报时停止.整点报时功能符合设计要求.5） 通过以上测试，说明此次设计地电路符合了试验设计要求，达到了试验目地.3.2 遇到问题及解决方法1） 开头仿真时，发觉探针始终是亮地状态，不符合理论分析结果.解决方法：忘了在闹钟电路与蜂鸣器之间加上一个非门，使闹钟电路显现反成效.加上非门后问题解决.2） 调动拨码开关定时后，发觉闹钟不能在指定时刻响起.解决方法：弄错了拨码开关与时间地对应关系，即拨码开关表示地时间与自己所想地时间不对应 .懂得后，重新调试可以胜利.3） 始终无法使蜂鸣器发出声音，不能实现闹钟与报时提示功能.解决方法：在蜂鸣器那里接上一个指示探针，探针亮即表示蜂鸣器响，探针不亮即蜂鸣器不响 .参考文献1 康华光 . 电子技术基础，数字部分，第五版M. 北京：高等训练出版社，20062 康华光 . 电子技术基础，模拟部分，第五版M. 北京：高等训练出版社，20063 吕思忠，施齐云 . 数字电路试验与课程设计M. 哈尔滨：工程高校出版社，2001.094 杨颂华，冯毛官 . 数字电子技术基础M. 西安：电子科技高校出版社，2003.035 谢自美 . 电子线路设计 · 试验· 测试，第三版 M. 武汉：华中科技高校出版社，2006.086 蒋黎红，黄培根 .电子技术基础试验&Multisim 10仿真M. 电子工业出版社， 2021.07欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源欢迎下载