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1、精选优质文档-倾情为你奉上课 程 设 计 报 告学生姓名:刘佳学 号：02学 院:电气工程学院班 级:通信171题 目:多功能数字时钟设计指导教师： 刘晓峰 职称: 高级实验师 指导教师： 杨修宇 职称: 实验师 2018 年 12 月 28 日专心-专注-专业目 录1. 设计要求(1) 以24小时为一个计时周期，稳定的显示时、分、秒。(2) 当电路发生走时误差时，可以对所设计的时钟进行校时。(3) 电路有整点报时功能。报时声响为四低一高，最后一响高音正好为整点。(4) 电路具有闹钟功能，当闹钟所设定时间与时钟计时相同时，发出提示音，时长为一分钟。2. 设计原理及框图2.1 模块组成多功能数字
2、时钟由时钟脉冲电路模块、秒计时模块、分计时模块、时计时模块、显示模块、计时校时控制模块、定点报时模块与整点报时模块组。如图1所示。图1 多功能数字时钟原理框图多功能数字时钟由时钟脉冲电路模块、秒计时模块、分计时模块、时计时模块、显示模块、计时校时控制模块、定点报时模块与整点报时模块组成。时钟脉冲电路模块由振荡电路与分频电路组成，为数字时钟提供秒脉冲信号、定点整点报时信号以及调试信号。计时电路包括“秒”计时、“分”计时与“时”计时电路模块，用来记录秒脉冲个数，是数字时钟的基本单元，并以“时”、“分”、“秒”形式显示。显示电路由译码器和数码管组成，将“时”、“分”、“秒”信息用数字形式显示在数码管
3、上。当多功能数字时钟需要“对表”时，校时电路可以使时钟暂停，分别校准“时”、“分”、“秒”位置显示的信息。同时，需要用户需要整点、定点报时电路可提供相应的报时功能。在Multisim环境中，对复杂电路设计可分为单元电路设计与整体电路设计两个步骤。待各个单元电路设计完成后，将各个单元电路进行封装，连接成整体电路，这样层次化的设计可以有利于各模块电路与整体电路的仿真、调试。表1 使用器材一览表74LS482片74LS854片74LS1381片74LS1606片555定时器1片74LS002片74LS1381片74LS0814片74LS211片OR82片74LS044片74LS325片74281片7
4、4LS031片电容10nF2只电阻28.86k1只电阻57.72k1只共阴极显示器6只常开开关5个单刀双掷开关1个蜂鸣器2片3. 器件说明(1)555定时器 1片555定时器是一种多用途的数字-模拟混合中规模集成电路。555定时器使用灵活、方便，只需外界少量的电阻和电容元件，就可以很方便的构成施密特触发器、多谐振荡器和单稳态触发器。目前555定时器产品型号很多，但是所有双极型（又称TTL）产品型号的最后三位都是555；所有单极型（又称CMOS型）产品型号的最后四位都是7555.而且这两种类型产品的结构、工作原理及外部引脚排列都基本相同。所以在这次设计中，我们选择用555计时器来构成多谐振荡器进
5、而构成时钟脉冲电路表2 555定时器功能表图2 555定时器电路结构图与引脚排列图(2)74LS160 6片74LS160是一个8421BCD同步十进制计数器，也就是说它只能记十个数从0000-1001（0-9）到9之后再来时钟就回到0，首先是CLK，这是时钟。之后是ROC，这是输出，MR是复位低电频有效（图上接线前面花圈的都是低电平有效）LOAD是置数信号，当他为低电平时，在始终作用下读入D0到D3。为了使161正常工作ENP和ENT接1另外D0到D3是置数端Q0到Q3是输出端。在此次设计中用来构建时钟的“时”、“分”、“秒”的计数单位。图3 74LS160的简易图形符号表3 74LS160
6、的功能表（3）74LS48 2片数码管有两种：直接显示与译码显示。译码显示还有共阴极与共阳极之分，74LS47芯片为驱动共阳极数码管器件，74LS48芯片为驱动共阴极数码管器件。本实验用到共阴极数码管，所以我们采用了74LS48芯片。 图4 74LS48引脚排列图 (5)74ALS04 6片“非”逻辑运算也称为逻辑反，数字电路中的反相器，作为实现“非”逻辑的电子元件，在实际中经常使用。反相器是可以将输入信号的相位反转180度，这种电路应用在模拟电路，比如说音频放大，时钟振荡器等。在电子线路设计中，经常要用到反相器。在此次设计中，反相器被用作在延迟进位的方面。图5 74LS04D引脚图（5）74
7、LS85 4片在本次实验中，对两个位数相同的二进制数进行比较，以判断它们的相对大小或者是否相等。当设定的报时时间与数字时钟当前的记录时间相同时，二输入与非门的输出为高电平，这是SPL引脚驱动蜂鸣器就会发出提示音，完成定点报时。用来实现这一功能，我们选择了数值比较器74LS85。图6 74LS85引脚排列图表4 数值比较器74LS85功能表输入量输出量A|BAGTBALTBAEQBOAGTBOALTBOAEQNFAB*100FAB*010FA=B100100010010*1001110000000111(6)74LS138 1片 由表5可以看出，其输入信号为原码。译码过程中，根据A0、A1、A2
8、 的取值组合， 中某一个输出为低电平，且 ，为最小项。图7 74LS138的简易图形符号表5 74LS138的功能表4. 设计过程4.1显示电路模块设计显示电路模块设计可以用数码管来完成，数码管有两种：直接显示与译码显示。译码显示还有共阴极与共阳极之分，74LS47芯片为驱动共阳极数码管器件，74LS48芯片为驱动共阴极数码管器件。DCD-HEX芯片不需要译码可直接使用，所以在本次设计中直接采用DCD-HEX类型数码管。图8 数码管显示电路4.2时钟脉冲电路模块设计时钟脉冲电路可以由晶振组成，也可以由555定时电路构成。本次设计采用的时由555定时电路构成的秒脉冲发生器。555定时振荡电路输出
9、方波信号，其振荡周期T由电阻R1、R2与电容C决定，振荡周期T的数值为T=0.7（R1+2R2）C=0.9996s555定时电路输出引脚的输出频率为1Hz。在仿真时，1Hz用于时钟运行，其他信号用于调试与仿真。图9 秒脉冲发生器4.3计时模块电路设计在数字时钟电路中，六十进制计数电路与二十四进制计数电路是数字时钟的基础部分，它关系到时钟走时正确与否。(1)分、秒六十进制计数电路设计在数字电路中，74LS160是同步可预制加法十进制计数电路，其内部由四个D触发器和若干个门电路构成，具有计数、置数、保持、异步清零等功能。分、秒六十进制计数电路可以通过六进制计数电路与十进制计数电路串联实现六十进制计
10、数电路功能，设计电路如图所示。芯片74LS160（U13）与芯片74LS160(U14)为六十进制计数电路核心器件，U13为秒十位六进制计数电路，U14为秒个位十进制计数电路。芯片73LS160（U14）在时钟信号的驱动下，其输出在00001001之间循环，图10 六十进制计数电路图当记满十个状态时，进位引脚RCO输出进位脉冲，为十进制计数电路提供时钟信号。芯片74LS160(U13)通过二输入与非门74LS00D(U20B)采用置数法构成计数电路。当输出端QD、QC、QB、QA出现0101状态时，二输入与非门74LS00D(U20B)输出低电平，使74LS160(U13)的输出端清零，从而实
11、现输出端QD、QC、QB、QA从00000101循环，构成六进制计数电路。同时，在74LS160(U3)输出0101时，通过反相器使低电平跳变为高电平，形成了六十进制计数电路的进位时钟信号。(2)二十四进制计数器设计数字时钟的小时计数有12进制和24进制两种，本次设计使用24进制计数电路。与六十进制计时电路一样，二十四进制计时电路仍然采用两片74LS160芯片来实现，如图所示。图11 二十四进制计时电路图当芯片74LS160(U1)输出0100、芯片73LS160(U2)输出0010，即出现“24”时，二输入与非门74LS00D(U12B)输出低电平，使两片74LS160芯片同时清零，实现了二
12、十四进制计数电路功能。4.4计时校时控制模块电路设计图12 计时校时控制模块电路图校时是时钟具有的基本功能当数字时钟运行出现偏差时，通过校时电路可以调整数字时钟的记录时间，使其与标准时间一致。本设计的计时校时电路由5个常开开关和1个单刀双掷构成，常开开关的下边两个引脚与5V电源相连，单刀双掷开关与多谐振荡器的输出端相连，上面的两个引脚与计数器的输出进位端相连，这样当计时出现偏差时，先拨动单刀双掷开关使时钟停止计时，在通过拨动常开开关来调整数码管上的时间。4.5整点报时与定点报时模块电路设计图13 整点报时与定点报时模块电路图整点报时电路的输入引脚（U23）依次接到秒计时电路十位和个位的输出端Q
13、D、QC、QB、QA。同样的，U24的引脚一次连接到分计时模块输出端QD、QC、QB、QA上。当时钟运行到“00”分、“00秒”时，二输入或非门7428（U25A）输出高电平，此时，1KHz蜂鸣器发出相对高频声响。当数字时钟运行在59分50秒与59分50秒与59分59秒期间时，200Hz蜂鸣器发出相对低频声响。这样就达到了设计要求。图14 多功能数字时钟顶层电路5. 仿真调试过程我们在设计和仿真调试过程中遇到了不少问题。(1)再整点定点报时整合电路中，因引脚命名重复而被系统自动改为了原命名，导致接线错误，我们把连写搭在一起，共用一个引脚从而解决了重名问题。(2)在二十四进制计数电路图中，我们一
14、开始采用了74LS00,但由于驱动能力差，我们用与非门74LS03来代替，解决了问题.(3)在电路连接过程中，由于电路复杂，在连接过程中出现过看错连线的情况，导致电路最终运行失败，所以，我们就采用了分步的连接方式把每一个模块分别先做好，最后进行连接，这样就避免了连线时看错的问题。(4)我们一开始采用的时钟脉冲是函数发生器，但是因为连接错误，所以使电路不能够正常工作，后来我们选择采用555计时器构成多频振荡器，通过调节参数来产生1Hz的数字脉冲，最终使电路正常运行。(5)所有分支电路模块都做好后，产生的封装模块引脚顺序不同，影响了顶层电路总线的连接，我们更改了引脚的位置，也学会了设置总线的方法。
15、6. 收音机原理及焊接调试6.1收音机原理如图15所示。由B1及C1-A组成的天线调谐回路感应出广播电台的调幅信号，选出我们所需的电台信号f1进入V1基极，本振信号调谐在高出f1一个中频(465KHz)的f2进入V1发射极，由V1三极管进行变频(或称混频)，在V1集电极回路通过B3选取出f2与f1的差频(465KHz中频)信号；中频信号经V2和V3二级中频放大,进入V4检波管,检出音频信号经V5低频放大和由V6、V7组成变压器耦合功率放大器进行功率放大，推动扬声器发声。图中D1、D2组成1.3V0.1V稳压，提供变频、一中放、二中放、低放的基极电压，稳定各级工作电流，保证整机灵敏度。V4发射结
16、结用作检波。R1、R4、R6、R10分别为V1、V2、V3、V5的工作点调整电阻，R11为V6、V7功放级的工作点调整电阻，R8为中放的AGC电阻，B3、B4、B5为中周（内置谐振电容），既是放大器的交流负载又是中频选频器，该机的灵敏度、选择性等指标靠中频放大器保证。B6、B7为音频变压器，起交流负载及阻抗匹配的作用。本机由3V直流电压供电。为了提高功放的输出功率，因此，3V直流电压经滤波电容C15去耦滤波后，直接给低频功率放大器供电。而前面各级电路是用3V直流电压经过由R12、VD1、VD2组成的简单稳压电路稳压后（稳定电压约为1.4V）供电。目的是用来提高各级电路静态工作点的稳定性。（“”
17、为各级Ic工作电流测试点）图15 电原理图输入回路：由磁性天线感应得到的高频信号，实际上是高频载波信号（由于声波在空中传播速度很慢，衰减快。因此将音频信号加载到高频信号上去称为调制。调制方式有调频和调幅之分。我们装的收音机接收的是调幅高频信号）经过调谐回路加以选择到欲接收电台信号。（为使收音机获得较高选择性、灵敏度，应选合适 1与2 匝数比。变频电路：由输入回路送来的高频信号是调幅波，本机振荡产生的本振频率信号是等幅波，混频后经选频得到465KHZ 中频信号。因此变频级主要作用：是将调幅的高频信号变为调幅的中频信号。变换前后仅是载波频率改变，而信号包络不变。本机用一只变频管来完成该机的振荡和混
18、频作用。对混频来讲，要求工作在非线性区，电流不能太大，否则变频增益下降，但对本振来讲，电流大一点，变频增益高又容易起振，电池下降不易停振。但振荡也不能太强，否则波形失真引起“咯”、“咯”声，增益反而下降，一般选电流为0.40.6MA。中频放大：中放级的好坏对收音机灵敏度、选择性等等有决定性影响。中放级工作频率是465KHZ用并联的LC 谐振回路作负载，因此只有在信号频率为465KHZ时并联谐振回路电压最大，因此提高了整机选择性。本机采用一级中放（常用的为二级中放）单调谐中频放大器，选择性及灵敏度不一定十分理想，但回路损耗小，调整方便，因此袖珍机广泛采用此线路。检波级：中频信号仍旧是调幅信号，经
19、过检波级，由二极管或三极管检波，从调幅波中取出音频信号。本机选用的是三极管利用其中一个PN结在非线性工作状态下起大信号检波作用，同时此管还进行来复低频电流放大。低放和功率放大：检波后的音频信号送到低放级进行音频放大，然后通过输入变压器送到推挽功率放大级进行功率放大，输出信号推动扬声器发出声音。 本机用推挽功放电路的管子工作在乙类状态。在无信号时截止，有信号时二管轮流工作，因此效率高，但乙类工作在小信号，在特性曲线弯曲部分产生失真。因此本机线路在无信号时基级也有一定的偏压 ，使之工作在甲乙类状态，这样效率高，输出功率大，而且省电。要求二只管子参数一致。凡一有一只管损坏，必须配对选管。6.2收音机
20、焊接工艺要求先装低矮和耐热元件（如电阻），然后再装大元件（如中周，变压器），最后再装怕热元件（如二极管，三极管）。(1) 电阻的安装：先将阻值阻值选择好，然后根据两孔的距离弯曲电阻脚立式插装或卧式插装在电路板上进行安装，高度要求统一。我们要按R1R16的顺序焊接，以免漏掉电阻。(2) 电容和三极管的安装：电容和三极管的脚剪得长度要适中，它们不要超过中周的高度。焊电解电容时，特别要注意长脚是+极，短脚是-极。电解电容紧贴线路板立式安装焊接，太高会影响后盖的安装。(3) 磁棒线圈的四根引线头可以直接用电烙铁配合松香焊锡丝来回摩擦几次，既可以自动镶上焊锡丝，四个线头对应的焊在线路板上。(4) 由于调
21、谐用的双连拨盘安装时离电路板很近，所以在它的圆周内的高出部 分的元件脚在焊接前用斜口钳剪去，以免安装或调谐时有故障，影响拨盘调谐的元件有T2的引脚、双连的三个引脚、电位器的开关脚和一个引脚；(5) 喇叭安装挪位后用喇叭压板和螺丝固定；(6) 焊接要控制好焊锡的量，并且要防止虚焊。6.3收音机调试过程测试:在元器件装配焊接无误后，将机器接通电源，即可进行调试工作。用万用表50毫安档分别对A.B.C.D.E的电流进行测试，如果在正常值范围内(小于10mA)即将它们焊接起来。调试:用万用表1档黑表棒接地，红表棒从后级往前级寻找，对照原理图，从喇叭开始，顺着信号传播方向逐级往前碰触，喇叭应发出“喀喀”
22、声。当碰触到哪级无声时，则故障就在该级，可测量工作点是否正常，并检查有无接错、焊错、塔焊、虚焊等。一切成功后，即可调台收听发现的错误与改正：在调试过程中，我的收音机一开始并没有响，检查出原因为中周的金属外壳和电阻相触造成电路短路，这时候我为了收音机能正常工作，也不在乎其是否美观，将电阻与其中周分开，果然收音机可以正常工作了。7. 设计体会及收获由于在大一时电子工艺实习小学期中已经有过焊接模拟电子蜡烛、流水灯、循迹小车的经历，在这次焊接收音机的过程中使用电烙铁也更加得心应手，对焊接工艺要求的认识也更加清晰了，这次焊接收音机总体来讲过程是比较顺利的。通过大二上的数字电子和模拟电子学习，对电子技术有
23、了一些初步的了解，但那些终究使一些理论的东西。通过在这次课程设计实习中对数字时钟的设计，我不仅巩固了以前在课堂上学过的理论知识，在实际操作中也学会了如何去合理的运用每一个器件去搭建自己想要的电路，熟悉了设计的具体步骤，也加深了我对电子程序设计的理解。对于一些器件的具体功能，我们也有了进一步的认识，知道了如何用74LS160计数、置数、保持、异步清零的功能制作二十四进制、六十进制计数器;用555构成的多频振荡器来发出1Hz的信号；也对分秒的设计以及其工作原理有所认识。在课程设计过程中，我掌握了使用Multisim软件的基本方法，快速查找自己需要的器件，封装的具体过程，设置总线的方法，也学会了如何
24、对自己设计出的电路进行仿真与调试。回顾这次课程设计，从选题到设计，从理论到实践，在这一过程中我学到了很多在课堂上学不到的知识。掌握组合逻辑电路、时序逻辑电路及数字逻辑电路系统的设计、安装、测试方法；进一步巩固所学的理论知识，提高运用所学知识分析和解决实际问题的能力；提高电路布局布线及检查和排除故障的能力；培养书写综合实验报告的能力。在本次设计中，我们还需要大量的以前没有学到过的知识，于是图书馆和网络成了我们很好的助手。在查阅资料的过程中，我们要判断优劣、取舍相关知识，不知不觉中我们查阅资料的能力也得到了很好的锻炼。我们学习的知识是有限的，在以后的工作中我们肯定会遇到许多未知的领域，这方面的能力便会使我们受益非浅。而且也是一个我们不断地学习的过程.这一段设计使本人自己提高了动手动脑,独立思考的能力,团队合作精神,还学会了解决问题的思路,为我今后学习工作打下了一定的基础。