扬州大学数电课程设计 数字时钟电路Word文档格式.docx
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第二部分：
课程设计报告
第三部分：
设计图纸
第一部分
任
务
书
一、课程设计的目的
本课程是在学完《数字电子技术基础》、《数字电子技术实验》之后，集中一周时间，进行的复杂程度较高、综合性较强的设计课题的实践环节，通过该教学环节，要求达到以下目的：
1.使学生进一步掌握数字电子技术的理论知识，培养学生工程设计能力和综合分析问题、解决问题的能力；
2.使学生基本掌握常用电子电路的一般设计方法，提高电子电路的设计和实验能力；
3.熟悉并学会选用电子元器件，为以后从事生产和科研工作打下一定的基础。
二、设计题目及内容
数字时钟电路
（1）、具有“时”“分”的数字显示时钟
（2）、“秒”不作数字显示，只使“时”和“分”之间“：
”间隔内亮
（3）、具有校时和校分功能
（4）、具有整点报时功能（因部分器件本实验软件中不具备，故用小灯代替整点报时）
三、设计要求
1、用中小型规模集成电路设计出所要求的电路；
2、在实验箱上安装、调试出所设计的电路；
3、写出设计、调试、总结报告。
四、使用仪器设备
1、PC机（装有MULTISIM软件）；
2、GW48EDA编程系统等。
五、参考文献
1、“模拟电子技术基础”和“数字电子技术基础”教材；
2、有关“电子技术课程设计指导书”；
3、“集成电路特性应用手册”；
4、其他。
第二部分
课
程
设
计
报
告
1设计任务及要求
设计任务：
（1）、具有“时”“分”的数字显示时钟；
”间隔闪亮；
（3）、具有校分和校时功能；
（4）、具有整点报时功能（59分50秒开始间歇报时）。
设计要求：
（1）用中小型规模集成电路设计出所要求的电路；
（2）在实验箱上安装、调试出所设计的电路；
（3）写出设计、调试、总结报告。
2系统总体设计方案
2.1总体设计方案
数字时钟钟的总体框图如下图所示，它由显示、译码、计数电路、整点报时
电路、手动校时校分电路和开机清零电路五部分组成。
图1数字时钟钟的总体框图
2.2方案特点
当时钟开机时时、分、秒清零，数码管显示为0；
脉冲电路由外部电路提供，在信号的作用下，时钟钟开始计时，秒分均为六十进制，时为二十四进制。
秒闪烁六十秒产生的进位信号作为分的脉冲信号，分的进位信号作为时的脉冲信号；
同时可以手动校时校分；
当时间为59分时，报时电路整点报时（小灯闪烁）。
3控制电路设计
3.1控制电路工作原理
图65校时校分原理
当需要校分时打开开关A使之和2接，这时秒进位信号关断，分校时信号进入充当分控制信号。
同理，校时电路开关接6，分进位信号关断，时校时信号进入充当控制信号。
这时便可实现校时校分功能。
（同时引入开关J3、J4详见电路总体设计分析），减少了分时偏差。
3.2参数计算
见原理部分
3.3器件选型
三端开关2个
4振荡电路设计
4.1振荡电路工作原理
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。
采用集成电路555定时器与RC组成的多谐振荡器。
输出的脉冲频率为fs=1/[（R1+2R2）C1ln2]=1KHZ，周期T=1/fs=1ms。
若参数选择：
R1=R2=10K欧姆，C1=47uF时，可以得到秒脉冲信号。
虽然直接得到了秒脉冲，但从计时精度的角度考虑，振荡器的振荡频率越高，钟表计时的精度就越高，所以一般不直接输出秒脉冲信号。
本次设计采用的是用555输出1KHZ的脉冲，然后通过3个同步十进制计数器74LS160将1KHZ的脉冲变成1HZ适用。
使用74LS160分频时，将进位与下一个160中的Cp相连，产生1/10的分频。
4.2参数计算
输出的脉冲频率为fs=1/[（R1+2R2）C1ln2]=1KHZ，周期T=1/fs=1ms。
4.3器件选型
一片74LS04，六片74LS160，一片74LS74。
5计数电路设计
5.1计数电路工作原理
1）60进制原理图
通过两片74160的串行连接来实现六十进制。
时钟信号加在低位的时钟信号端，个位的进位端反相再接到十位的时钟端。
其中，秒到分，分到时的进位是将复位信号脉冲作为进位信号接到下一级的时钟脉冲端。
2）24进制原理图
通过两片74160的串行进位异步置零的连接方式来设计的24进制计数器，其中个位的时钟端为六十进制中十位的复位信号反相输出，个位的进位反相接到十位的时钟端。
输出再统一接到显示器。
5.2参数计算
见原理图部分
5.3器件选型
同步十进制计数器74LS160N两块74LS4D两块七段译码器74LS48D两块74LS40D1块。
6译码显示电路设计
6.1译码显示电路工作原理
译码是将给定的代码进行翻译。
计数器实现了对时间的累计以8421BCD码形式输出，为了将计数器输出的8421BCD码显示出来，需用显示译码电路将计数器的输出数码转换为数码显示器件所需要的输出逻辑和一定的电流，一般这种译码器通常称为7段译码显示驱动器。
74LS48译码器对应的显示器是共阴（接地）显示器。
6.2参数计算
6.3器件选型
七段译码器74LS484片
LED共阴七段数码管BS2074片
7系统总体电路设计
7.1系统总体电路
7.2电路说明
1、秒计数器到六十进一位，进位接在分的时钟端，分就计一次数；
分也如此；
时计数器从0到23循环技数。
2、秒不显示输出数字，而是将秒作为单独的点，以闪烁计时
3、功能键不按时，时钟正常工作，按一次校时工作，按两次校分工作。
4、校时校分状态时，按一次校准脉冲，时或者分就相应的加一，直至到相应时间为止，再按功能键使它正常工作。
5、校时校分状态时，闪烁电路工作，相应的显示数码管根据秒脉冲闪烁。
6、当达到59分时，整点报时电路工作，到50秒开始间歇发声报时。
8电路调试
8.1振荡电路调试及实验结果分析
将振荡电路的输出端接一个发光二极管看是否得到理想的秒脉冲信号。
结果发光二极管正常闪烁且频率正确，可见得到了理想的秒脉冲。
8.2计数电路调试及实验结果分析
将1秒信号分别送人“时”、“分”计数器，通过译码显示电路，检查各级计数器的工作情况。
8.3译码显示电路调试及实验结果分析
结合计数电路观察，起初“时”十位的显示器在开始时总会出现“4”即不能清零，经过反复检查及老师的指导最终发现是所用电源有干扰造成的，在启动电路时只需将电源先断开即可，排除问题之后，继续调试，各级计数显示电路工作正常。
8.4控制电路调试及实验结果分析
接整点报时信号的时候，开始时蜂鸣器一直会叫，只有在59分50秒到整点的时候才不叫，与要求正好相反，于是在蜂鸣器前面加了一个反相器，然后继续调试，最终电路正常了。
8.5系统联调及实验结果分析
在实验箱上组装电子钟，注意器件管脚的连接一定要准确，“悬空端”、“清零端”、“置1端”要正确处理。
当所有器件调试正常以后，观察电子钟是否准确正常工作。
结果表明得到了满足要求的数字钟。
9改进意见及收获体会
1、改进意见
实验室提供的元件较少，脉冲发生电路并没有接，控制电路太简陋操作不够方便，不能做出实用性的电子钟来。
建议下次提供更多的材料供我们搭建电路。
2、收获体会
这次试验让我印象深刻，平时学习的理论知识发现在实际使用时收到了很大的考验，一开始在multisim上搭建电路是遇到了极大的阻碍。
一方面大家都不熟悉电子钟的工作原理，二是我们都没有多少实际电路的搭建经验，所以电路搭建地特别慢。
我记得很清楚，第二天就要完成电路图，前一天我和同学一直奋战到深夜一点多才基本完成了工作。
我们查阅了网上的很多篇资料，再结合课本，终于把基本原理都搞的比较清楚了，但搭建实际电路时还是遇到了很大的阻碍。
电子钟电路虽然逻辑教清晰，但走线很多很繁琐，那么多线要设计好位置，看的眼睛都花了，很多同学连好又发现不对，复查的很累。
最后，我们终于算是完成了电路搭建，心中的成就感是非常强烈的！
可以说如果没有书本和XX文库，那我就真的不知道该如把实验完成了。
这次课程设计虽然很短，但我学会了独立思考，寻找书本上有用的知识，学会了自己查资料分析解决问题，锻炼了思维能力以及动手能力得到了很大的收获。
10器件明细清单
LED共阴数码管
BS207
4片
BCD七段译码器
74LS48
十进制计数器
74LS160
12片
四2输入与非门
74LS00
3片
双4输入与非门
74LS20
1片
六反相器
74LS04
双上升沿D触发器
74LS74
石英晶体
4MHz
1个
发光二极管
2只
开关
K1、K2
电阻
1千欧
5只
电容
0．01微法
1只
10皮法
参考文献
[1]阎石主编．数字电子技术基础（第四版）．北京：
高教出版社，2000
[2]于卫主编．现代数字电路与系统综合实训教程．北京：
北京邮电大学出版社，2010
第三部分
图
纸
图纸目录
序号
图纸名称
图幅
图纸编号
备注
1
系统总体方框图
A3
电01
2
系统总电路图
电02
3
系统总接线图
电03
附设计深度规定：
系统总体方框图：
标注各单元模块，图中给出各单元模块的正确连接、标出各信号的流向。
系统总电路图：
标明各器件的型号、标注器件参数、标注集成块各引脚的逻辑符号。
系统安装接线图：
以集成块为单位画出各引脚之间的接线，标注各集成块的型号、注明引脚编号。
电01：
电02：
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