本科毕业设计论文多功能数字钟数电课程设计报告.docx
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本科毕业设计论文多功能数字钟数电课程设计报告
课程设计成果说明书
题目：
多功能数字钟设计
学生姓名：
学号：
学院：
船舶与海洋工程学院
班级：
A13机电
指导教师：
浙江海洋学院教务处
2015年7月2日
浙江海洋学院课程设计成绩评定表
2014—2015学年第二学期
学院船舶与海洋工程学院班级A13机电专业机电
学生姓名（学号）
课程设计名称
专业课程设计
题目
多功能数字钟课程设计
指导教师评语
指导教师签名：
年月日
答辩评语及成绩
答辩小组教师签名：
年月日
浙江海洋学院课程设计任务书
2014—2015学年第二学期
学院船舶与海洋工程学院班级A13机电专业机电
学生姓名（学号）
彭瑞（130408134）
课程
名称
专业课程设计
设计
题目
多功能数字钟课程设计
完成
期限
自2015年6月14日至2015年7月2日共3周
设
计
依
据
数字钟的设计方法主要是基于Quartus II软件进行逻辑电路的设计并借助于可编程逻辑器件进行硬件实现，最终本设计实现24小时的时钟计时、仿电台整点报时功能，定时闹钟功能，时间重置功能、并创新性的加入了星期的显示及设定。
设
计
要
求
及
主
要
内
容
设计任务与要求
1.时钟显示功能，能够以十进制显示“时”、“分”、“秒”。
2.具有校准时、分的功能。
3.整点自动报时，在整点时，便自动发出鸣叫声，时长1s。
主要内容
在这次设计中，我们采用LED数码管显示时、分、秒，以24小时计时方式，根据数码管动态显示原理来进行显示，用12MHz的晶振产生振荡脉冲，定时器计数，可以实现数字电子时钟功能，仿电台整点报时功能，定时闹钟功能，时间重置功能，星期的显示及调整这四项基本功能。
参
考
资
料
[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[M].北京：
高等教育出版社，1997
[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，2006
指导教
师签字
日期
目录
1.设计目的与要求.............................................................1
2.系统原理框图..........................................................................1
3.设计方案与论证.........................................................................2
4.电路设计...................................................................................4
5.测试方法与数据........................................................................7
6.元件清单...................................................................................7
7.电路工作原理图..........................................................................8
8.参考文献.....................................................................................9
1.设计目的与要求
设计目的
1.掌握数字钟的设计、组装与调试方法。
2.熟悉集成电路的使用方法。
设计任务与要求
1.时钟显示功能，能够以十进制显示“时”、“分”、“秒”。
2.具有校准时、分的功能。
3.整点自动报时，在整点时，便自动发出鸣叫声，时长1s。
扩展功能：
闹钟功能，可按设定的时间闹时。
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，
可发挥部分：
使数字钟具有可整点报时与定时闹钟的功能。
'数字钟的结构框图如图1所示
3.设计方案与论证
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2555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3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4门电路组成的多谐振荡器图
用555组成的脉冲产生电路:
R1=47kΩ，R2=47kΩ，C=10μF ，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0.7～2KΩ之间;对于CMOS门则常在10～100MΩ之间。
由门电路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
4电路设计
4.1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／（R1+2R2）C㏑2
选择R1=47K，R2=47K，RV1=2K，C=10μF，形成电路图如图10所示：
图5秒脉冲发生器
4.2基于74ls160的24进制计数器的设计
本设计采用具有2片十进制同步加法计数器74LS160、一片与非门74LS00和一片非门74LS04。
由外加送来的进位脉冲送入个位计数器，电路在进位脉冲的作用下按二进制自然序依次递增1，当计数到24，这显示器个位输出0011（也就是3），显示器十位输出0010（也就是2），显示器十位计数器只有QC端有输出，显示器个位计数器只有QB端有输出，将QC、QB端接一个二输入与非门，与非门输出一路先送入十位计数器的清零端然后取反送入或非门的另一个输入端，输出接显示器个位计数器的清零端，其每10秒清零并向显示器十位计数器送进位脉冲，当十位输出为二，显示器个位输出为3时，将整个电路清零，完成24秒的显示。
原理如下图：
图6采用同步置数法设计24进制计数器
4.3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7译码及驱动显示电路图
4.4整点报时电路
用8输入与非门，8个端口分别分和秒都为59时的高电平状态，这时，蜂鸣器就会发出持续1S的响声。
4.5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。
由于采用了74HC160芯片，只需要让HC160的置数端有效，然后在各个HC160的输入端口上输入标准时间，在再启动电路时，第一个上升沿到来时，也就置数成功，也就校准时间成功了。
上图左端连的是74HC160的置数端LOAD，低电平有效。
所以只要把开关打到下面的接地端，并且在74HC160的各个输入端，输入标准时间，在启动电路，等第一个上升沿到来就置数成功。
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（F＝1Hz），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。
仿真结果正常。
6.元件清单
器件型号
用途介绍
数量
74LS48
译码器
6
7SEG-COM-CAT-GRN
数码显示器
6
74LS160
十进制计数器
6
74LS04
反相器
3
74LS20
4输入与非门
3
NE555
555定时器
1
CAP
10U电容
1
BUZZER
蜂鸣器
1
Resister
47K欧姆电阻
2
Pot
2K电位器
1
103
0.01u电容
1
Switch
开关
1
74LS30
8输入与非门
1
以及若干接地和，电源。
7.电路工作原理图：
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[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，2006
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