数字电子钟课设报告.doc

洛 阳 理 工 学 院课 程 设 计 报 告 脉冲与数字电路课程设计课程名称 _数字电子钟的设计设计题目 _通信工程专 业 _B120510班 级 _B12051022学 号 _李彪榕姓 名 _2014年6月21日完成日期 _课 程 设 计 任 务 书数字电子钟的设计设计题目：_设计内容与要求：用中小规模集成电路设计一个数字电子钟，具备有以下功能：（1）能显示的事件最大示数为23:59:59；周期为24小时.（2）具有调节时，分功能；（3）具有整点报时功能，XX时59分50秒以后每隔1秒闪1下，持续10秒。设计要求：（1）设计时分秒显示电路；（2）设计555脉冲发生电路f=1HZ；（3）设计校时电路；（4）设计整点报时电路；（5）时分秒的进位电路；（6）画出框图和逻辑电路图。 指导教师： 赵国增 2014年6月3日课 程 设 计 评 语 成绩： 指导教师：_ 年 月 日洛 阳 理 工 学 院 课 程 设 计 报 告目 录1 概述11.1 数字电子钟简介21.2 研究的内容31.3 研究的意义42 数字电子钟的元器件介绍52.1 数字电子钟的功能和结构62.2 数字电子钟的主器件选择73 数字电子钟的电路设计83.1 六十进制“秒”计数器设计93.2 六十进制“分”计数器设计103.3 二十四进制“时”计数器设计113.4 秒脉冲电路设计123.5 校分校时电路设计133.6 整点报时电路设计144 数字电子钟电路的安装及调试154.1总体电路图164.2电路的安装174.3电路的调试185 总体功能详细描述195.1 工作过程205.2 整点报时过程215.3校时过程22总结23参考文献24171 概述 1.1 数字电子钟简介 电子钟是人们日常生活中常用的计时工具，而数字式电子钟又有其体积小、重量轻、走时准确、结构简单、耗电量少等优点而在生活中被广泛应用，因此本次设计就用数字集成电路和一些简单的逻辑门电路来设计一个数字式电子钟，使其完成时间及星期的显示功能。多功能数字钟采用数字电路实现对“时”、“分”、“秒”数字显示的计时装置。具有时间显示、走时准确、显示直观、精度、稳定等优点。电路装置十分小巧,安装使用也方便。同时在日期中，它以其小巧，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。1.2 研究的内容（1）设计一个有“时”、“分”、“秒”（23小时59分59秒）显示，且有手动校时功能的电子钟；（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，写出设计、实验总结报告；（4）整点报时。在59分50秒开始，每2s报时一次至整点1.3 研究的意义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越来越快。数字钟已成为人们日常生活中必不可少的必需品，广泛用于个人家庭以及车站、码 头、剧场、办公室等公共场所，给人们的生活、学习、工作、娱乐带来极大的方便。由于数字集成电路技术的发展和采用了先进的石英技术，使数字钟具有走时准确、性能稳定、集成电路有体积小、功耗小、功能多、携带方便等优点，因此在许多电子设备中被广泛使用。给人们带来了生活上的方便。2 数字电子钟的元器件介绍2.1 数字电子钟的功能和结构2.1.1 数字电子钟的功能需求本课题研究的数字电子钟，应满足经济、实用的特点。经济和实用这两个因素就要求了这种温度不仅实现基本的测量温度的功能，还应该结构简单且有可扩展的其他功能。2.1.2数字电子钟的结构组成根据数字电子钟的功能分析，在这里设计了数字电子钟的框架图。如图1所示。图1 数字电子钟框架图它主要包括以下几大模块，功能如下所述：核心部分即时钟的主要运行及显示部分，实现最高为24小时的周期性运行。扩展功能部分包括整点报时和校时功能。整点报时功能是在XX:59：50秒以后，每隔1秒，小灯闪一下。直到XX：00:00时结束。校时功能实现的是对时、分的独立校时功能。2.2 数字电子钟的主器件选择2.2.1 74LS16074LS160为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。逻辑功能如表1。表1 74LS160逻辑图CPEPET工作状态X0XXX置零10XX预置数X1101保持X11X0保持（C=0）1111计数引脚图以及逻辑符号如图2所示。图2 74LS160引脚图2.2.2 555脉冲发生器555集成定时器由四个部分组成：（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。其引脚排列如图3。 图3 555引脚排列图2.2.3 LED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。管脚分别接输出段的、图形显示如图4所示：图4 LED显示屏2.2.4 与非门、非门、或非门图5 与非门 图6 多脚与非门功能：与非门是数字电路的一种基本逻辑电路。若当输入均为高电平（1），则输出为低电平（0）；若输入中至少有一个为低电平（0），则输出为高电平（1）。与非门可以看作是与门和非门的叠加。3 数字电子钟的电路设计3.1 六十进制“秒”计数器设计3.1.1所需器件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。各器件功能见第2部分。3.1.2原理六十进制秒计数器，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7所示六十进制计数器。六进制采用的是置零范围为05，当第六个脉冲到来的瞬间置零，构成六进制计数器。原理图如下。 图7 秒钟部分电路图3.2 六十进制“分”计数器设计3.2.1所需器件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。3.2.2 原理六十进制分计数器，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。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。原理图如下。图8 分钟部分电路图3.3 二十四进制“时”计数器设计3.3.1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3.3.2原理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。原理图如下。图9 小时部分电路图13.4 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。3.4.1所需器件电阻R1=25k 1个，R3=15k 1个；555脉冲发生器1个，电容C1=1uF，C2=30uF。 3.4.2 原理图图10 秒脉冲电路图频率f=1T=1（R2+2R3）C1*ln2=1Hz。3.5 校分校时电路设计3.5.1所需器件单刀双向开关2个、12个与非门、2个非门、1个555脉冲发生器、20K电阻1个、5K电阻1个，电容C1=30uF、C2=1uF。3.5.2 功能描述当走时出现误差的时候，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。为了校时较方便，所以校时脉冲设置频率稍快，不至于和秒脉冲一样慢。这样没有效率，设计也就没多大实际意义了。电路的部分截图如图11。功能如下：a.如果闭合右边开关S2，校时脉冲输入分计数器，从而实现对分的校准。b.如果闭合右边开关S2，校时脉冲输入时计数器，从而实现对时的校准。c.当校时开关接地时，计数器正常计数和进位；当校时开关接高电位时，电子钟处于校时状态，此时计数器由秒到分、由分到时的进位脉冲被屏蔽，此时可对分钟或小时进行手动校对，通过单次脉冲使计数器进位。校时电路如图。图11 校时电路图3.6 整点报时电路设计3.6.1所需器件1个与非门，2个或非门，指示灯1个。 3.6.2 整点报时电路 电路应在整点前 10秒钟内开始整点报时，即当时间在 59 分 50秒时，报时电路发出报时控制信号，指示灯每隔1S闪烁一次。当时间在 59 分 50 秒时，分钟的个位Qa=Qd=1、十位Qc=1；秒钟的十位Qd=1，他们进行与非，与非之后结果为0,再与秒钟个位数的Qa进行或非。此时，随着秒钟个位脉冲的到来，或非的结果为1-0-1-0-1-0-1-0-1-0,实现指示灯的闪烁。当时间变为XX:00：00灯停止闪烁，整点报时完成.图12 整点报时电路4 数字电子钟电路的安装及调试4.1总体电路图图13 总体电路图4.2电路的安装按照图11总电路图，先整体摆放各主要元器件，例如6片74LS160，555脉冲发生器，开关，与非门，非门，指示灯等，摆好位置按照总原理图进行连线。为避免出错，应该按照校时电路、555脉冲发生器、时、分、秒、整点报时的顺序分开连接。由于线路较复杂，接线时一定要细心认真细心。4.3电路的调试4.3.1计分、计秒电路的调试按照图14所示电路图连接电路，构成60进制计数器，把74LS90的QA、QB、QC、QD分别接上指示电平，以便观测计数器计数情况，再将秒脉冲和校时脉冲分别接到74LS160的CLK，然后接通电，再打开开关开始计数，观察数码管及电平指示是否按加法计数显示。图14 计分计秒电路图4.3.2计时电路的调试按照图15所示电路图连接电路，构成24进制计数器。用调试计分、计秒电路的方法进行调试。 图15 计时电路图4.3.3完整时分秒电路的调试 按照图16所示电路，将两个60进制计数器和一个24进制计数器连接起来，再用上述调试计时电路的方法进行调试，确保每个计数器间的进位正常。图16 完整时分秒电路图4.3.4 校时电路的调试按照图17所示电路连接电路，构成校时电路，观察是否可以进行校时，并注意在断开开关后是否会存在时间跳变。图17 校时电路图 4.3.5 整点报时电路的调试按照图12所示电路连接电路，构成整点报时电路。接通电路观察从59分50秒起，是否每隔2s指示灯闪动一次，最后一次闪动结束时达到正点。5 总体功能详细描述打开电路开始运行按钮电路开始工作。555脉冲发生器输出1HZ脉冲，作为CP输入秒钟个位CLK接口，打开单刀单掷开关，此时数字电子时钟开始工作。5.1 工作过程（1）秒钟开始从0计时，当个位数显示为9的时候，再来一个时钟脉冲，则向十位产生一个进位脉冲，此时十位加1。（2）当秒钟走到59秒时，会向分钟产生一个进位时钟脉冲，此时分钟显示01。（3）时间走到59分59秒时，再来一个时钟脉冲，则向小时产生一个进位时钟脉冲。（4）当走到23：59:59时，再来一个时钟脉冲，则变为00：00:00，重复上述过程。5.2 整点报时过程当时钟走到XX:59:50秒的时候，指示灯开始闪烁，每隔1S闪烁1次，直到XX：00:00，结束闪烁。5.3校时过程当发现时间错误，需要对时间进行校正的时候，先断开S3即秒钟停止，打开S2，则给时钟输入校时脉冲，可以对分钟进行校时，打开S1的时候，则给小时输入校时脉冲，可以对小时进行校时。打开S3可以对秒钟进行校时，最大限度的实现精确校时。总结转眼之间，这次的课程设计就结束了，通过这次的课程设计，我拓宽了知识