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1、赣南师院物理与电子信息学院数字电路课程设计报告书 姓名： 陈雪平 班级：电子信息工程1001班 学号： 100802008 时间： 2012年 6月20日 多功能数字钟1.设计任务与要求1.1产生1HZ的脉冲；1.2 能显示时，分，秒，24小时进制；1.3可手动校正：能分别进行分、时的校正。只要将开关置于手动位置。可分别对分、时进行连续脉冲输入调整；1.4整点报时。2.系统原理框图由振荡器输出稳定的高频脉冲信号作为时间基准，秒计数器满60向分计数器进位，分计数器满60向小时计数器进位，小时计数器按“24翻1”规律计数，计数器经译码器送到显示器；计数出现误差可用校时电路进行校时、校分、校秒，可发
2、挥部分：使数字钟具有可整点报时与定时闹钟的功能。时显示器分显示器秒显示器时译码器分译码器秒译码器时计数器分计数器秒计数器校时电路振荡器分频器定时控制仿电台报时整点报时主体部分扩展 部分数字钟的结构框图如图1所示 图1数字钟的结构框图 3.设计方案与论证3.1时间脉冲产生电路方案一：由集成电路定时器555与RC组成的多谐振荡器作为时间标准信号源。555与RC振荡电路如图2所示 图 1 555与RC组成的多谐振荡器图方案二: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的准确程度，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
3、器经过分频得到这一时间脉冲信号。石英晶体振荡电路如图3所示图 2 石英晶体振荡器图方案三：由集成逻辑门与RC组成的时钟源振荡器门电路组成的振荡电路如图4所示图 3 门电路组成的多谐振荡器图用555组成的脉冲产生电路: R1=47k，R2=47k，C=10F，则555所产生的脉冲的为:f=1/(R1+2*R2)CLn2=1Hz,而设计要求为1Hz,在精度要求不是很高的时候可以使用。石英晶体振荡电路:采用的32768晶体振荡电路,其频率为32768Hz,然后再经过15分频电路可得到标准的1Hz的脉冲输出.R的阻值,对于TTL门电路通常在0.72K之间;对于CMOS门则常在10100M之间。由门电路
4、组成的多谐振荡器的振荡周期不仅与时间常数RC有关，而且还取决于门电路的阈值电压VTH，由于VTH容易受到温度、电源电压及干扰的影响，因此频率稳定性较差，只能用于对频率稳定性要求不高的场合。综上分析，选择方案一，555与RC组成的振荡电路较简单，易调节，成本较低3.2校时电路数字种启动后,每当数字钟显示与实际时间不符进,需要根据标准时间进行校时。校“秒”时，采用等待校时。校“分”、“时”的原理比较简单，采用加速校时。对校时电路的要求是 : 3.2.1在小时校正时不影响分和秒的正常计数 。3.2.2在分校正时不影响秒和小时的正常计数 。方案一：当刚接通电源或时钟走时出现误差时，都需要进行时间的校准
5、。校时是数字钟应具有的基本功能，一般电子钟都有时、分、秒校时功能。为使电路简单，这里只进行分和小时的校准。校时可采用快校时和慢校时两种方式。校时脉冲采用秒脉冲，则为快校时；如果校时脉冲由单次脉冲产生器提供则为慢校时。图5中C1、 C2用于消除抖动。至时个位计数器至分个位计数器分十位进位脉冲秒十位进位脉冲3.3KW3.3KWC2 S2C1 S1C1=C2=0.01mF+5V校时脉冲 图5方案一校时电路方案二：通常，校正时间的方法是：首先截断正常的计数通路，然后再进行人工出触发计数或将频率较高的方波信号加到需要校正的计数单元的输入端，校正好后，再转入正常计时状态即可。根据要求，数字钟应具有分校正和
6、时校正功能，因此，应截断分个位和时个位的直接计数通路，并采用正常计时信号与校正信号可以随时切换的电路接入其中。图6所示为所设计的校时电路。图 6 方案二校正电路图方案三：校准电路由基本RS触发器和“与”门组成，基本RS触发器的功能是产生单脉冲，主要作用是起防抖动作用。未拨动开关K时，“与非”门G2的一个输入端接地，基本RS触发器处于“1”状态，这是数字钟正常工作，“分”进位脉冲能进入“分”计数器。拨动开关K时，“与非”门G1的一个输入端接地，于是基本RS触发器转为“0”状态。秒状态可以直接进入“分”计数器，而“分”进位脉冲被阻止进入，因而能较快地校准分计数器的计数值。校准后，将校正开关恢复原位
7、，数字钟继续进行正常计时工作。电路图如图7所示:图 7 方案三校正电路 方案四：校时电路仅由2个单刀双掷开关所构成 综上分析，选择方案四，用开关组成的校时电路较简单，易调节，成本低4.电路图及设计文件4.1工作原理 4.1.1电路总原理如图8所示 图8多功能数字钟的总原理图4.2电路设计4.2.1基于NE555的秒方波发生器的设计用NE555芯片以及外围电路搭建成一个多谐振荡器，通过设计外围电路的参数输出方波频率为1Hz，故称为秒方波发生器。由于脉冲的占空比对系统的影响不大，故把占空比设计为1/3。输出方波用作计数器及D触发器的clk信号。NE555定时器引脚图如图9所示，脉冲频率公式：f=1
8、（R1+2R2）C2 选择R1=47K，R2=47K，RV1=2K，C=10F，形成电路图如图10所示：图9 NE555的引脚图 图10秒脉冲发生器4.2.2基于74ls160的2460进制计数器的设计 图11 74ls160的引脚图 表1 74ls160的功能表 图12 采用同步置数法设计60进制计数器 图13 采用同步置数法设计24进制计数器4.2.3译码驱动及显示单元电路译码电路的功能是将“秒”、“分”、“时”计数器的输出代码进行翻译，变成相应的数字。用于驱动LED七段数码管的译码器常用的有74LS48。74LS48是BCD-7段译码器/驱动器，其输出是OC门输出且低电平有效，专用于驱动
9、LED七段共阴极显示数码管。如图9所示。若将“秒”、“分”、“时”计数器的每位输出分别接到相应七段译码器的输入端，便可进行不同数字的显示。图 14译码及驱动显示电路图4.2.4整点报时电路仿电台正点报时电路的功能要求是：每当数字钟计时快要到正点时发出声响。但为了简单，用发光二极管替代喇叭，到分钟显示到59分时，二极管就会亮。4.2.5校时电路当刚接通电源或时钟走时出现误差时，都需要进行时间的校准。校时是数字钟应具有的基本功能，一般电子钟都有时、分、秒校时功能。为使电路简单，这里只进行分和小时的校准。5.测试方法与数据5.1测试步骤如下：5.1.1 用示波器检测脉冲信号发生器部分，看其输出的秒脉
10、冲信号的波形、频率和周期等是否符合要求，必须确保秒脉冲信号的频率准确（F1Hz），这关系整个数字钟的准确性。5.1.2分别将时、分、秒计数器的脉冲信号输入端调至较时脉冲，检查各计数器是否按所要求的进制形式进行，显示是否正常。同时看较时电路是否达到较时的目的。5.1.3时、分、秒计数器接回计时脉冲，看总体工作是否正常。5.2测试数据 5.2.1显示00:05:35 图15 仿真结果图6.元件清单元件清单如表2所示器件型号用途介绍数量74LS48译码器6BS202数码显示器674LS160十进制计数器674LS046反相器174LS204输入与非门2NE555555定时器1 CAP10U电容1LE
11、D发光二级管（红）1Resister47K欧姆电阻2Pot2K电位器11030.01u电容1Switch开关2表2 元件清单表7结果分析与设计体会结果基本符合要求，实现了相关功能，能正常显示时间。通过这次课程设计，让我感觉整体规划很重要，同时必须要有足够的耐心，脚踏实地一点一点的完成。在拿到课程设计题目的时候，第一步要根据设计要求，思考原理以及实现方案。第二步要根据自己所选定的方案确定选用那些元器件，然后查阅相应芯片的资料，掌握其引脚分布以及用法。第三部将整体的设计分成各个子模块，然后一个模块一个模块的进行设计，最后将各个子模块整合在一起进行整体仿真。整个仿真过程中必须仔细认真，而且要有足够的
12、耐心，不厌其烦的进行测量校正修改。直到得到预想的结果。焊接过程中，要严格根据自己的仿真图逐层逐步的进行，防止出现漏焊或者焊接混乱的现象发生。第一步要对整体的布局做规划，不仅要美观，更要方便焊接。第二步，焊接过程中必须小心谨慎，在讲求美观的同时，更要保证焊接点可靠。第三步便是调试过程了，调试过程中出现的问题，要从原理分析找出问题的大概位置，然后对电路连接进行仔细检查。 通过本次课程设计，通过借助网络搜集,查阅相关资料巩固了所学知识。从中提高了自己的实践能力。8 参考文献1 阎石.数字电子技术基础（第五版） M. 北京：高等教育出版社,2006.5(2010年重印)2 彭介华.电子技术课程设计指导
13、M.北京：高等教育出版社，1997（2010年重印） 3 王港元.电子电工实践指导M.南昌：江西科学技术出版社，2003.1 4 谢自美.电子线路设计实验测试M.武汉：华中科技大学出版社，20065 童诗白，华成英.模拟电子技术基础（第五版）M.北京：高等教育出版社。2006 物理与电子信息学院数字电路课程设计成绩评定表专业：电子信息工程 班级：1001本 学号：100802008姓名：陈雪平课题名称多功能数字钟设计任务与要求1.1产生1HZ的脉冲；1.2 能显示时，分，秒，24小时进制；1.3可手动校正：能分别进行分、时的校正；1.4整点报时。设计报告成绩评分标准：有合理的方案设计和论证、单
14、元电路和总原理图电路分析、电路参数的计算和清单。（0-15分）电路板制作、调试规范，有详细制作和调试过程。（0-8分）电路板测试合理，性能指标测试数据完整，正确；进行数据处理规范，电路功能演示正确、醒目、直观。（0-12分）对课程设计进行了总结，有体会，并能提出设计的改进、建设性意见。 （0-5分）格式规范程度，包括论文段落、标号、字体、图形绘制、参考文献等。（0-10分）设计报告成绩：电子作品成绩评分标准：电路正确，能完成设计要求提出的基本功能。（0-30分）电路板焊接工艺规范，焊点均匀，布局合理。（0-20分） 电子作品成绩：课程设计成绩 总成绩：指导教师：杨汉祥 2012年6月24日17