数字电路课程设计-多功能数字时钟设计(22页).docx

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1、-数字电路课程设计-多功能数字时钟设计-第 21 页数字电路课程设计多功能数字时钟 专业班级： 15电子1班 学 号： 设 计 人： 指导教师： 设计时间：2016年6月6日 内容摘要 20世纪末，电子技术获得了飞速的发展，在其推动下，现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，同时也使现代电子产品性能进一步提高，产品更新换代的节奏也越来越快。 现代生活的人们越来越重视起了时间观念，可以说是时间和金钱划上了等号。对于那些对时间把握非常严格和准确的人或事来说，时间的不准确会带来非常大的麻烦，所以以数码管为显示器的时钟比指针式的时钟表现出了很大的优势。

2、数码管显示的时间简单明了而且读数快、时间准确显示到秒。而机械式的依赖于机械震荡器，可能会导致误差。 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。数字钟的精度、稳定度远远超过老式机械钟。在这次设计中，我们采用LED数码管显示时、分、秒，以24小时计时方式，根据数码管动态显示原理来进行显示，用12MHz的晶振产生振荡脉冲，定时器计数。在此次设计中，电路具有显示时间的其本功能，还可以实现对时间的调整。数字钟以其小巧，价格低廉，走时精度高，使用方便，功能多，便于集成化而受广大消费的喜爱，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

3、路。 因此，我们此次设计与制做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和掌握各种组合逻辑电路和时序电路的原理和使用方法。目 录第一章：设计要求。（1）第二章：单元电路设计与分析。（2）第三章：电路的安装与调试 。（11）第四章： 实验总结 。（21）附件：元器件清单。（22）参考文献。（23） 第一章 设计要求 数字钟是一种用数字显示秒、分、时的计时装置，与传统的机械钟相比，它具有走时准确、显示直观、无机械传动装置等优点，因而得到了广泛的应

4、用：小到人们日常生活中的电子手表，大到车站、码头、机场等公共场所的大型数显电子钟。多功能数字钟由以下几部分组成：555定时器组成的多谐振荡器构成秒脉冲发生器；校正电路；六十进制的秒、分计数器和二十四进制的时计数器；秒、分、时的数码显示部分；报时电路等。 具体要求及任务1、 时间以24小时为一个周期；2、 显示时、分、秒；3、 具有校时功能，可以分别对时、分进行单独校；4、 计时过程具有整点报时功能；5、 画出电路原理图；6、 元器件及参数选择；7、 电路仿真；8、 接线及调试； 1 第二章 单元电路设计与分析 数字钟的组成框图如图1所示分别由显示电路，译码电路，计数器，校时电路，校分电路，和脉

5、冲产生电路。时显示器分显示器秒显示器24进制计数器60进制计数器60进制计数器整点报时校时电路秒脉冲 总体框图 274LS160十进制同步加法计数器 逻辑功能描述如下：由逻辑图与功能表知，在CT74LS160中LD为预置数控制端，D0-D3为数据输入端，C为进位输出端，RD为异步置零端，Q0-Q3位数据输出端，EP和ET为工作状态控制端。当RC=0时所有触发器将同时被置零，而且置零操作不受其他输入端状态的影响。当RC=1、LD=0时，电路工作在预置数状态。这时门G16-G19的输出始终是1，所以FF0-FF1输入端J、K的状态由D0-D3的状态决定。当RC=LD=1而EP=0、ET=1时，由于

6、这时门G16-G19的输出均为0，亦即FF0-FF3均处在J=K=0的状态，所以CP信号到达时它们保持原来的状态不变。同时C的状态也得到保持。如果ET=0、则EP不论为何状态，计数器的状态也保持不变，但这时进位输出C等于0。当RC=LD=EP=ET=1时，电路工作在计数状态。从电路的0000状态开始连续输入16个计数脉冲时，电路将从1111的状态返回0000的状态，C端从高电平跳变至低电平。利用C端输出的高电平或下降沿作为进位输出信号。逻辑功能表如下：表一、74LS160逻辑功能CPEP ET工作状态0 置零10 预置数110 1保持11 0保持（但C=0）111 1计数 3逻辑框图如图1：

7、逻辑符号如图2： 555定时器555芯片内部结构4 555集成定时器由五个部分组成：1、 基本RS触发器：由两个“与非”门组成2、 比较器：C1、C2是两个电压比较器3、 分压器：阻值均为5千欧的电阻串联起来构成分压器，为比较器C1和C2提供参考电压。4、 晶体管开卷和输出缓冲器：晶体管VT构成开关，其状态受端控制。输出缓冲器就是接在输出端的反相器G3，其作用是提高定时器的带负载能力和隔离负载对定时器的影响。 逻辑图和逻辑符号5LED显示屏LED是发光二极管Light Emitting Diode的英文缩写。LED显示屏是由发光二极管排列组成的一显示器件。它采用低电压扫描驱动，具有：耗电少、使

8、用寿命长、成本低、亮度高、故障少、视角大、可视距离远、规格品种全等特点。目前LED显示屏作为新一代的信息传播媒体，已经成为城市信息现代化建设的标志。图形显示如下图所示： 六十进制“秒”计数器设计 两块中规模集成十进制计数器74LS160，两个LED显示屏，四个74LS04非门，一个四输入与门。原理图如下： 6六十进制秒计数器，它由两块中规模集成十进制计数器74LS160，一块组成十进制，另一块组成六进制。组合起来就构成六十进制计数器，如图3.1所示六十进制计数器。六进制采用的是置零法范围为05，当第六个脉冲到来的瞬间置零，构成六进制计数器。 六十进制“分”计数器设计与六十进制“秒”计数器所用器

9、件相同。 原理图六十进制分计数器，它由两块中规模集成十进制计数器74LS160，一块组成十进制，另一块组成六进制。组合起来就构成六十进制计数器，如图5.1所示六十进制计数器。 7六进制采用的是置零法，其变化范围为05，当第六个脉冲到来的瞬间置零，构成六进制计数器。与六十进制秒计数器相同。 二十四进制计数器设计所需器件两块中规模集成十进制计数器74LS160和74ls162，两个LED显示屏，一个74LS00与门。各器件功能见第2部分 原理图二十四进制时计数器，它由两块中规模集成十进制计数器74LS160，一块组成四进制，另一块组成二进制。组合起来就构成二十四进制计数器，同理，各片均采用置零法。

10、 秒脉冲电路设计秒脉冲发生器是数字钟的核心部分，它的精度和稳定度决定了数字钟的质量，本实验可采用555定时器组成的多谐振荡器发出秒脉冲即1Hz脉冲。8 所需原件电阻R1，R3，555计数 器，电容C1，C2 原理图频率f=1T=1【（R1+2R3）C1*ln2】=1Hz。校分校时电路设计在刚刚开机接通电源时，由于时、分为任意值，所以，需进行调整。置开关在手动位置，分别对时、分、秒进行单独计数，计数脉冲由秒脉冲输入。部分截图如下图2：a. 如果闭合右边开关J1，秒脉冲输入分计数器，从而实现对分的校准。b. 如果闭合右边开关J2，秒脉冲输入时计数器，从而实现对时的校准。9 整点报时电路设计 所需器

11、件 三个与门，两个非门，灯泡，1KHz方波脉冲 电路应在整点前 1秒钟内开始整点报时，即当时间在 59 分 59 秒时，报时电路发出报时控制信号，蜂鸣器发出响声，并且指示灯闪烁一次。 当时间在 59 分 59 秒时，分十位、分个位和秒十位、秒个位均保持不变，分别为 5、9 和 5、9，因此可将分计数器十位的 Qc 和 Qa 、个位的 Qd 和 Qa及秒计数器十位的 Qc 和 Qa 、个位的 Qd 和 Qa相与，从而产生报时控制信号。报时电路可选7个74F08D 来构成 。10第三章 电路的安装与调试需要的安装工具电烙铁：选用30W-40W的；焊锡丝:选用直径0.8-1.2之间的优质焊锡丝，焊锡

12、丝没有选好，对焊点有很大的影响，不好的焊锡熔点高，电烙铁很难熔化。斜口钳：将安装好的元件多余的管脚剪掉。起子：安装外壳用。其他工具有：剪刀或小刀（可以剪掉多余的数码管贴膜）；万用表（方便进行故障检测和元件检测）；烙铁架（方便放置电烙铁） 11 全套的时钟散件，包含数码管，亚克力外壳，PCB板，说明书，芯片及管座，元件包，USB供电线，小螺丝，数码管贴膜，说明书等电阻器、光敏电阻、热敏电阻、晶振、瓷片电容都没有正负之分的，可以随便的方向焊接 12 焊接原则是从矮到高安装，安装一部分焊接一部分检查一部分，再安装下一部分安装这7个电阻器，阻值是10K欧姆的，电阻器上的颜色是（棕 黑 黑 红 棕）上图

13、是安装好的一排电阻器，套件里的电阻器可能有多一个。 13 R9 R10 R11 R12 这几个电阻没有焊接好会导致4个数码管不亮R15没有焊接好， 会导致温度不起作用R14没有焊接好， 会导致光控不起作用R13没有焊接好，会导致时钟显示乱码将330欧姆（橙、橙、黑、黑、棕）的电阻全部装上去，（这一排电阻是控制数码管的亮度的）如果没有焊接好，会导致数码管缺笔断。 14安装晶振，晶振没有分正负极，装在Y1的位置，安装时引脚不能太短，卧倒安装，特别注意焊接时温度不能太高，焊接时间尽量短。安装芯片管座，一共有两个管座，分别是8脚的和28脚的，上面有一个缺口，管座的缺口对准电路板上的缺口标记。 15安装

14、侧按开关，如上图。开关一共有4个脚，其实只有中间两个脚起作用，可以用万用表测量一下中间两个脚，按下开关时两个脚是接通的，松开则断开。边上两个脚在电路中是没有作用的，只是起一个规定作用。安装S8550三极管，这4个三极管分别控制4个数码管，分别安装在Q1 Q2 Q3 Q4这几个位置 16 安装蜂鸣器，蜂鸣器的长脚是正极，短脚是负极，正极对着电路板上标有+的位置安装，这是5V有源蜂鸣器，直接给正负极通上5V的电源安装供电DC插座 17基本的意见安装完毕，并检查一下元件有没有安装错误检查所有的焊点有没有焊接良好，有没有出现短路、漏焊、虚焊等现象 18 接上USB供电线，通电测试。可以用电脑上USB口

15、供电，也可以用手机充电器供电，只要是5V的就行安装完成图 19LED时钟调试1. 安装完成后，给电路复位才能正常工作，方法如下：断电的情况下：先同时按住功能键和加键后，在通电，再松开两个按键，这时候显示7：59。 5s显示8：00，表示复位成功，蜂鸣器响，按加键可停止响（一分钟后可自行停止）。2. 显示温度：每隔30s显示一次温度；3. 调时：按一下功能键，小时数码管在闪烁，按加键修改；4. 调分：再按下功能键，分钟数码管在闪烁，按加键修改；5. 调闹钟：再按下功能键，时数码管在闪烁，按加键修改闹钟；6. 设定闹钟是否开：再按下功能键，时、分、两点数码管显示不动，按加键，第四个数码管右下角的指

16、示灯亮表示闹钟开，否则是关； 7. 设定整点报时：再按下功能键，时数码管闪烁，按加键修改整点报时开始时间；再按下功能键，分数码管闪烁，按加键修改整点报时结束，按功能键退出。设定完成。 20 第四章 实验总结 在这次设计中我们深深地体会到了理论跟实践的不同，理论学的再好不会动手那也只能是纸上谈兵。我们了解了集成电路芯片的型号命名规律，懂得了没有某种芯片时的替代方法，以及在网上查找电子电路资料的方法，掌握了各芯片的逻辑功能及使用方法，进一步熟悉了集成电路的引脚安排，掌握了数字钟的设计方法，明白了数字钟的组成原理以及工作原理。掌握了计数器的工作原理，以及计数器进制的组成方法和级联方法，实现了一次理论

17、指导实践、理论向实践过渡的跨越，虽然期间遇到一些困难，但这些困难却增强了我们分析问题、解决问题的能力，使我们以后不仅只学习书本中的理论知识，而且知道学以致用，动过动手实践是我们对书本中的理论知识掌握地跟牢固、理解地跟深刻，这对我们今后的工作及学习有积极的影响。这次课程设计不仅再次复习了数字电子和模拟电子,而且让我对于芯片的使用更加了解。增加了我的动手操作能力，加深了对该软件的了解。这就是这次课程设计的成果，相信这些实际的操作经验会是我们以后的宝贵财富。 21附件：元器件清单元器件名称型号数量符 号 电阻 5108个R1-R8 电阻10k1个R17 电阻4.7k8个R9-R16 电容12pf2个C1、 C2 电容1042个C3 、C4 开关2个S1、S2 蜂鸣器1个集成块2个DS1302STC15F20EA三极管S85505个Q1-Q5晶振1个Y1热敏电阻1个NTC纽扣电池座1个 22 参考文献1. 电路基本分析第四版 石生 北京高等教育出版社 2014年8月第4版2. 模拟电子技术第四版 胡宴如 北京高等教育出版社 2013年7月第4版3. 数字电子技术第四版 杨志忠 北京高等教育出版社 2013年7月第4版 23