2022年多功能时钟数字电路设计ewb .pdf

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1、课程设计任务书姓名严图强学 号07261016 班 级07 计 11 课程名称数字电路课程性质专业基础课设计时间08 年1 月 1 日 08 年 1 月 12 日设计名称多功能数字钟设计要求1、显示时、分、秒；2、具有校时功能， 可以分别对时及分进行单独校时，使其校正到标准时间；3、计时过程具有报时功能，当时间到达整点前10 秒进行蜂鸣报时；4、 为了保证计时的稳定及准确须由晶体振荡器提供表针时间基准信号设计思路与设计过程1、收集相关资料， 完成相关电路的设计图， 正确选用适合设计内容的集成电路、 器件和器材， 并列出“领料清单”； 2 、利用多功能虚拟软件Multism8 进行电路的制作、

2、调试，并生成文件。计划与进度1、时间以 12 小时为一个周期；任课教师意见说明名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 14 页 - - - - - - - - - 课程设计报告课程： 数字电路课程设计学号： 07261016 姓名： 严图强班级： 07计 11 班教师：王波徐州师范大学名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 14 页

3、- - - - - - - - - 多功能数字钟一、数字电路课程设计的目的经过了一学期的学习，已基本具备了一些电子技术的基础知识。子技术课程设计，为了能将理论和实践相结合，真正能把知识运用到实际的设计中去，培养他们的创新意识，符合国家培养“创新型人才”和建设“创新型社会”的基本思路。二、数字电路课程设计的基本要求本系统采用555 多谐振荡器、分频器、计数器、显示器和校时电路组成。由LED数码管来显示译码器所输出的信号，采用了 CD和 74LS 系列中小规模集成芯片，并由学生自己设计校时电路。总体方案设计由主体电路和扩展电路两大部分组成。其中主体电路完成数字钟的基本功能, 扩展电路完成数字钟的扩

4、展功能。论文安排如下：1、绪论阐述研究电子钟所具有的现实意义。2、设计内容及设计方案论述电子钟的具体设计方案及设计要求。3、单元电路设计、原理及器件选择说明电子钟的设计原理以及器件的选择，主要从石英晶体振荡器或555 多谐震荡器、分频器、计数器、显示器和校时电路五个方面进行说明。4、绘制整机原理图，完成该系统的设计、安装、调试工作全部完成。错误！未找到引用源。 、设计内容及设计方案（一）设计内容要求1、设计一个有“时”、“分”、“秒”（23 小时 59 分 59 秒）显示且有校时功能的电子钟。2、用中小规模集成电路组成电子钟，并在实验箱上进行组装、调试。3、画出框图和逻辑电路图。4 、功能扩展

5、：(1) 闹钟系统(2) 整点报时。在59 分 50 秒开始输出500Hz音频报时信号，在00 分 00 秒时，输出1000Hz的(3) 日历系统。错误！未找到引用源。 、设计方案及工作原理数字电子钟的逻辑框图如图1 所示。它由555 多谐振荡器、分频器、计数器、译码器显示器和校时电路组成。振荡器产生稳定的高频脉冲信号, 作为数字钟的时间基准, 然后经过分频器输出标准秒脉冲。秒计数器满60 后向分计数器进位,分计数器满60 后向小时计数器进位, 小时计数器按照“ 24翻 1”规律计数。计数器的输出分别经译码器送显示器显示。计时出现误差时 , 可以用校时电路校时、校分。名师资料总结 - - -精

6、品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 14 页 - - - - - - - - - 图 1 数字电子钟逻辑框图错误！未找到引用源。 、电路器件选择(错误！未找到引用源。) 电路器件直流稳压电源一台、数字万用表一只、CD4510 九只、 CD4511 六只、 LED 显示器六只、单刀双置开关两只、LE555 1只、蜂鸣器 1 只；数字实验箱；电阻、电容若干。（二） 555 定时震荡器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信号。振荡频率的精度和稳定度决定了数字钟的质量。图采用集

7、成电路555 定时器与RC 组成 T=1ms 的多谐振荡器。输出的脉冲频率为f=1kHZ, 周期。校 时显 示 器译 码 器秒 计 数 器分 频 器基准信号555 多谐震荡器显 示 器译 码 器时 计 数 器显 示 器译 码 器分 计 数 器名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 14 页 - - - - - - - - - 输入输出阀值输入（V11）触发输入（V12）复位（ Rd）输出（ Vo）三级管 T X X 0 0 导通2/3Vcc 2/3Vcc 1/3V

8、cc 1 0 导通1/3Vcc 1 不变不变5.1K +5V R1 8 4 7 3 5.1K R2 6 1KHZ 0.01uf 0.1uf C1 1 555 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 14 页 - - - - - - - - - ( 三) 分频器1、8421 码制,5421 码制用四位二进制码的十六种组合作为代码，取其中十种组合来表示0-9 这十个数字符号。通常，把用四位二进制数码来表示一位十进制数称为二- 十进制编码，也叫做BCD码，见表1。表 1

9、 8421 码 和 5421 码2、分频器的具体工作原理由于 555 多谐振荡器产生的频率很高，此电路输出选为1000HZ 。 要得到秒脉冲， 需要用分频电路。 例如，振荡器输出1000HZ的信号，通过三个十进制同步加减计数器（CD4510 ）分频变成1Hz 图 3 分频电路0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 2 0 0 1 0 0 0 1 0 3 0 0 1 1 0 0 1 1 4 0 1 0 0 0 1 0 0 5 0 1 0 1 1 0 0 0 6 0 1 1 0 1 0 0 1 7 0 1 1 1 1 0 1 0 8 1 0 0 0 1 0 1 0

10、9 1 0 0 1 1 1 0 0 LM 555 CD4510 CD4510 CD4510 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 14 页 - - - - - - - - - ( 四) 计数器秒脉冲信号经过6 级计数器，分别得到“秒”个位、十位，“分”个位、十位以及“时”个位、十位的计时。“秒”、“分”计数器为60 进制，小时为24 进制。1、60 进制计数器(1) 计数器按触发方式分类计数器是一种累计时钟脉冲数的逻辑部件。计数器不仅用于时钟脉冲计数，还用于定时

11、、分频、产生节拍脉冲以及数字运算等。 计数器是应用最广泛的逻辑部件之一。按触发方式， 把计数器分成同步计数器和异步计数器两种。对于同步计数器，输入时钟脉冲时触发器的翻转是同时进行的，而异步计数器中的触发器的翻转则不是同时。(2) 60进制计数器的工作原理“秒”计数器电路与“分”计数器电路都是60 进制，它由一级10 进制计数器和一级6 进制计数器连接构成，如图 4 所示，采用两片中规模集成电路CD4511串接起来构成的“秒”、“分”计数器。 CD4511 引 脚 图逻辑功能见表：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名

12、师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 14 页 - - - - - - - - - 8421 BCD 码对应的显示见下图：选用共阴极数码管，对于 CD4511 ，它与数码管的基本连接方式如下图： (图 4) 60进制计数电路 74LS04 非门74LS00二输入与非门74LS04的引脚排列图74LS00的引脚排列图114 2 13 1A 1B VCC 3A 3B 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 14 页 - - - - - - - - -

13、 ( 五) 译码与显示电路1、显示器原理（数码管）数码管是数码显示器的俗称。常用的数码显示器有半导体数码管，荧光数码管，辉光数码管和液晶显示器等。本设计所选用的是半导体数码管，是用发光二极管（简称LED ）组成的字形来显示数字，七个条形发光二极管排列成七段组合字形，便构成了半导体数码管。半导体数码管有共阳极和共阴极两种类型。共阳极数码管的七个发光二极管的阳极接在一起，而七个阴极则是独立的。共阴极数码管与共阳极数码管相反，七个发光二极管的阴极接在一起，而阳极是独立的。当共阳极数码管的某一阴极接低电平时，相应的二极管发光，可根据字形使某几段二极管发光，所以共阳极数码管需要输出低电平有效的译码器去驱

14、动。共阴极数码管则需输出高电平有效的译码器去驱动。LED数码管内外结构图及管脚分布图2、译码器原理1B 1Y 2A 2B 2Y GND 3A 3B 3Y 4A 4B 4Y 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 14 页 - - - - - - - - - 译码为编码的逆过程。它将编码时赋予代码的含义“ 翻译 ” 过来。实现译码的逻辑电路成为译码器。译码器输出与输入代码有唯一的对应关系：CD4511是输出低电平有效的七段字形译码器，它在这里与数码管配合使用，表2

15、列出了 CD4511的真值表，表示出了它与数码管之间的关系CD 4511 7 13 1 12 2 11 6 10 3 9 4 15 5 14 表 2 Inputs Outputs LE BI LT D C B A a b c d e f g Display AA B B C C D D LT E BI F LE G 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 14 页 - - - - - - - - - 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

16、 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1

17、 1 1 0 1 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 B 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 (1)LT( )：试灯输入，是为了检查数码管各段是否能正常发光而设置的。当LT( )=0 时，无论输入A3 ，A2 ，A1 ，A0 为何种状态，译码器输出均为低电平，若驱动的数码管正常，是显示8。(2) BI()：灭灯输入，是为控制多位数码显

18、示的灭灯所设置的。BI( )=0 时。不论LT( )和输入A3 ，A2 ，A1，A0为何种状态，译码器输出均为高电平，使共阳极数码管熄灭。(3)RBI( -) ：灭零输入，它是为使不希望显示的0 熄灭而设定的。当对每一位A3= A2 =A1 =A0=0时，本应显示0，但是在 RBI( -)=0 作用下，使译码器输出全为高电平。其结果和加入灭灯信号的结果一样，将0 熄灭。(4)RBO( )：灭零输出，它和灭灯输入BI()共用一端，两者配合使用，可以实现多位数码显示的灭零控制。3、译码器与显示器的配套使用译码是把给定的代码进行翻译，本设计即是将时、分、秒计数器输出的四位二进制数代码翻译为相应的十进

19、制数，并通过显示器显示，通常显示器与译码器是配套使用的。我们选用的七段译码驱动器（74LS47 ）和数码管（ LED ）是共阳极接法（需要输出低电平有效的名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 14 页 - - - - - - - - - 译码器驱动）。译码显示电路如图9 所示。QAQBQC QD QA QB QC QD 1 1 图 6 (图 9) 译码显示电路（六） 、校时电路当接通电源或计时出现误差时，都需要对时间进行校时。校正电路如图所示，K1、K2 分别

20、为时校正、分校正开关。不校正时， K1、K2 开关是闭合的。当对时校正时，把K1 打开，用手拨动开关K3，来回拨动，就能使错误！未找到引用源。位增加 1。根据需要开关的次数，校正完毕后把K1 开关合上，校正分位同相& & & & K1 10K K2 10K K3 10K 10K LT BI/RBO 74LS248 RBI a b c d e f g LT BI/RBO 74LS248 RBI a b c d e f g a b c d e f g f aaaa b g e c d LC5011 a b c d e f g f b e c d LC5011 a g a g 名师资料总结 - -

21、-精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 14 页 - - - - - - - - - （七）报时器报时电路（八）总框图和原理图1.总框图校 时显 示 器译 码 器秒 计 数 器分 频 器基准信号555 多谐震荡器显 示 器译 码 器时 计 数 器显 示 器译 码 器分 计 数 器名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 13 页，共 14 页 - - - - - -

22、- - - 2.总原理图九、实验心得：经过两周的实际的操作过程中，能把理论中所学的知识灵活地运用起来，并在调试中会遇到各种各样的问题，电路的调试提高了我们解决问题的能力，学会了在设计中独立解决问题，也包括怎样去查找问题。似乎所有的事都得自己新手去操作才会在脑海中留下深刻的印象，这个小小的课程设计让我可以熟练的操作EWB 软件，也了解了不少器件的功能的应用，也加深了对数字电路认识和理解。设计成绩：教师签名：年月日3.3k&11分十位进位脉冲秒十位进位脉冲3.3k0.01FS2 S1 校时脉冲&0.01F1Hz1kHz500Hz5V1211Q0 Q3 74LS90(1)14126CPACPB R0

23、(1)R9(1)Q0 Q3 74LS90(2)CPACPB R0(1)R9(1)Q0 Q3 74LS90(3)CPACPB R0(1)R9(1)10Hz74LS4AA6 2 1 7 74LS4AA74LS4AA74LS4AA74LS4AA74LS4AAQQ74LS9CPACPB R0(1)R9(1)74LS9CPACPB R0(1)74LS9CPACPB R0(1)R9(1)74LS9CPACPB R0(1)QQQQQQ74LS1QQQ11&7 6 2 3 D D D D5 2 3 1 3.3k5V1Q 1D 11C19 111 14 1Hz74LS7g 3 g 3 g 3 g 3 g 3 g 3 BS2025 1R91112911491 1 voRF22MJT 32768HzR150kC220pFC13/22pF名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 14 页，共 14 页 - - - - - - - - -