数字钟 报告.docx

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数字钟报告

上海电力学院

课题名称数字钟

课题代码206

院（系）电自学院

专业电气工程及其自动化

班级2007022

学生

时间2010.01.11-2011.01.22

指导教师签名：

教研室主任（系主任）签名：

多功能数字钟的课程设计

一、设计题目：

多功能数字钟的电路设计

二、设计要求：

1）准确计时，以数字形式显示时、分和秒的时间。

2）小时的计时要求为“12翻1”，分和秒的时间要求为60进制。

3）校正时间。

三、题目分析：

数字电子钟由信号发生器、“时、分、秒”计数器、译码器及显示器、校时电路、整点报时电路等组成。

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，在此次实验中用555定时器来实现。

其主体电路的工作原理如下：

由555定时器产生1kHz的脉冲信号，经由74LS161构成的几级分频器后，输出1Hz的时钟，为由74LS161和74LS161构成的60进制“秒计数器”提供时钟，每累计60秒发出一个“分脉冲”信号，该信号将作为“分计数器”的时钟脉冲。

“分计数器”也采用60进制计数器，每累计60分，发出一个“时脉冲”信号，该信号将被送到“时计数器”。

“时计数器”采用12进制计数器，可以实现半天12h的累计。

译码显示电路将“时、分、秒”计数器的输出状态经七段显示译码器译码，通过六位LED显示器显示出来。

为了使数字钟的功能更加完善，增加了校时环节，校时电路是来对“时、分、秒”显示数字进行校对调整的环节。

四、总体方案：

此次设计大概可以分五个部分：

1kHz脉冲产生部分、一千分频部分、计数部分、显示部分、校时部分。

在1kHz脉冲产生部分中，用555定时器予以实现，通过调节电阻的大小最后得到我们所需要的1kHz脉冲；在一千分频部分中，我们采用一个74LS161由反馈清零法构成10分频，再将3个74LS161串联构成一千分频；在计数电路中，我们采用74LS161，将反馈清零的10分频和6分频串联构成分和秒计数器，在时计数器的设计中，由于牵涉到12点的下一个状态时01点，故采用反馈清零和反馈预置相结合的办法，个位和十位CP信号相同，个位信号达到1010时个位异步清零，个位和十位达到12点时两位同步置数，同时，十位的使能端由个位的输出信号控制；显示部分我们采用了译码管，省去了串接译码器再显示的麻烦，简化了电路结构；在校时部分中，我们选用的是手动校时的方式，通过单刀双掷开关控制秒脉冲给分和小时的计数，从而达到校时的目的。

通过以上几个部分的共同作用，最终达到该项设计的所有要求，设计出一个多功能数字钟。

下图为数字钟总设计结构图：

图1总设计结构图

五、具体实现：

1）千赫脉冲产生部分（555定时器）

本设计方案使用555多谐振荡器来产生1kHZ的信号，通过改变相应的电阻电容值调节频率。

在555定时器的外部接适当的电阻和电容元件构成多谐振荡器，再选择元件参数使其发出千赫信号。

555定时器的功能主要由上、下两个比较器Ｃ1、Ｃ2的工作状况决定。

若复位端ＲＤ加低电平或接地,可使电路强制复位,不管555电路原处于什么状态,均可使它的输出Ｑ为“0”电平。

只要在555定时器电路外部配上两个电阻及两个电容元件,并将某些引脚相连,就可方便地构成多谐振荡器。

图2555功能

555是数字钟脉冲产生的核心部分。

为了保证脉冲的准确性与稳定性，R1和R2采用可调电阻，经过不断的调试，R1的阻值大约在2.43K左右，R2的电阻大约在6K左右，电容C大小为100nF，经过多次调试后可以得到频率为1kHz的脉冲，并将其作为整个多功能数字钟的脉冲源，作为计数器计数等功能之用。

其具体的仿真图如下：

图3产生千赫脉冲的仿真

2）千分频部分

我们采用一个74LS161由反馈清零法构成10分频，再将3个74LS161串联构成一千分频，74LS161其引脚图和功能图明细见下图。

图4计数器74LS161的引脚图和完全功能表

具体的分频连接图如下：

图51000分频部

3）计数部分

对于设计所需的六十进制和十二进制，通过下图所示的计数器和门电路综合控制的方法达到该要求。

在六十进制的秒和分表示中，需要在秒和分的个位出现1010的时候便通过门电路进行反馈清零，在秒和分的十位出现0110的时候便通过门电路进行反馈清零；在十二进制时中表示中，由于牵涉到12点的下一个状态时01点，故采用反馈清零和反馈预置相结合的办法，个位和十位CP信号相同，个位信号达到1010时个位异步清零，个位和十位达到12点时两位同步置数，同时，十位的使能端由个位的输出信号控制。

具体实现图示如下：

图6计数电路部分（上图为分秒下图为时系统）

4）显示部分

由于采用了简单的译码管，故只需将秒、分、时的74LS161的4个输出端与译码管的4个输入端相连即可。

5）校时部分

分析整个电路图可知：

校时部分原理非常简单，只需要两个单刀双置开关即可实现，开关始终接通的端口与下一需要输进脉冲的端口相连，开关的两个选择端口一个连接正常进位的脉冲输出端，另外一端则直接与1Hz秒脉冲连接。

当开关位于正常进位脉冲端时，整个数字钟正常工作，当开关位于直接连接脉冲源端时，分或时不再受进位脉冲的影响，而直接受脉冲源控制，此而完成校时的功能。

图7校时电路部分

6）总的设计图

通过以上部分的共同作用可实现多功能数字钟的各种功能，其中总的实现电路如下：

图8设计总图

六、在实验室实现过程中遇到的问题及排除措施：

在检测面包板状况的过程中,出现本该相通的地方却未通的状况,后经检验发现是面包板接触不良和接线在插孔中断裂等情况，影响了我们不少的时间。

连接分频电路时,我们需要分频后变为1Hz,整个电路也到此为正常的数字钟计数。

但在具体的实验过程中，我们却始终得不到1HZ，为此我还在实验检测过程中不小心烧坏了一个74hc161，后来经过反复试验，发现由于在实验时将74ls161和74hc161混淆了，而二者的管脚和功能又有一些不同，导致实验停滞。

在连接校正电路的过程中,出现时和分都能正常校正时,但秒却受到影响,特别时一较分钟的时候秒乱跳,而不校时的时候,秒从40跳到59,然后又跳回40,分和秒之间无进位,电路在时,分,秒进位过程中能正常显示,故可排除芯片和连线的接触不良的问题。

经检查,校正电路的连线没有错误,后用直流电压带电检测秒十位的QA,QB,QC和QD脚,发现QA脚时有电压时而无电压,再检测秒到分和分到时的进位端,发现是由于秒到分的进位未拔掉所至。

在计时电路部分，在时部12翻1的地方我们遇到了问题，后经反复测试，调试，发现是由于B，C，D脚为接地所致。

七、设计心得体会：

我从整个数字钟设计过程中学到不少的东西，更深一步掌握了时序逻辑电路，熟悉了芯片的结构，同时掌握了各芯片的工作原理和其具体的使用方法。

在连接六进制、十进制、六十进制的进位及十二进制的接法中，要求熟悉逻辑电路及其芯片各引脚的功能，那么在电路出错时便能准确地找出错误所在并及时纠正了。

通过这次难得的实验机会，我了解并掌握电子电路的一般设计方法，初步具备了独立设计能力。

在实验的过程中，由于很多元件并没有学过，对其其性能与管脚的信息一无所知，通过查阅文献资料，上网浏览，我渐渐的学会了查阅文献的方法。

在使用EDA软件Multisim对电子电路进行仿真设计的过程中，得到的结果常常与实际不符，这是由于实际元件存在误差所造成的，这更要求我们耐心的调试。

亲自动手的实践过程中，我渐渐理解了想和做是密不可分的，尤其是当线路繁多，更来不得半点马虎和急躁。

在实际接线的过程中，我慢慢的克服自己心焦气躁的缺点，一块一块的实现了数字钟的功能，这也教育我，路是靠一步一步走出来，而不是急出来或想出来的。

注重团队，4人一组各自分工可以更快的达到我们想要的结果。

此次的数字钟设计重在于仿真和接线，虽然我能把电路图接出来，并能正常显示，但对于电路本身的原理并不是全部理解。

但总的来说，通过这次的设计实验更进一步地加强了理论知识与实践统一的能力，并加强了自己的动手操作能力，为以后的电路设计打好基础。

八、参考文献：

[1]康华光.电子技术基础-数字部分（第五版）.高等教育出版社,2006

[2]数字电子技术《实验指导书》

附成品照片：

1、基本结构（由于面包板的问题，只得将555留在了另一个板上）

2、数码管显示的时间（经过校时的哦~）

3、完整的数字钟（有些凌乱，但功能一点不差）