数字逻辑设计报告.docx
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数字逻辑设计报告
数字逻辑设计报告
设计报告
题目：
多功能电子钟的设计
摘要：
设计的电子钟可以实现一天的计时，显示时分秒（以24小时为一个计时周期），并且具有调时功能。
在完成的基础上，加了整点报时功能和闹叫功能。
设计中主要包括脉冲的发生，计时，对数码管的驱动显示，调时开关的设计和用数值比较器设计成的定时闹叫。
其中主要涉及到60进制，24进制的设计，555触发器和数值比较器的应用。
关键词：
计数校时闹叫整点报时
目录：
1．设计任务和要求······································3
1.1设计任务············································3
1.2设计要求············································3
2．系统设计············································3
2.1系统要求········································3
2.2方案设计········································3
2.3系统工作原理····································4
3．单元电路设计········································5
3.1秒脉冲发生器····································5
3.1.1电路结构工作原理···························5
3.1.2电路仿真·································5
3.1.3元器件选择与参数确定·······················5
3.2六十进制加法计数器··································5
3.2.1电路结构工作原理····························5
3.2.2电路仿真···································5
3.2.3元器件选择与参数确定························5
3.3二十四进制加法计数器·································5
3.3.1电路结构工作原理····························5
3.3.2电路仿真···································5
3.3.3元器件选择与参数确定························5
3.4译码驱动与显示电路···································6
3.4.1电路结构工作原理·····························6
3.4.2电路仿真····································6
3.4.3元器件选择与参数确定·························6
3.5时间校准···············································6
3.5.1电路结构工作原理·····························6
3.5.2电路仿真····································6
3.5.3元器件选择与参数确定·························6
3.6闹钟与整点报时电路································6
3.6.1电路结构工作原理··························6
3.6.2电路仿真································6
3.6.3元器件选择与参数确定······················6
4．系统仿真···········································7
5．电路安装、调试与测试······························7
5.1电路安装·······································7
5.2电路调试·······································7
5.3系统功能及性能测试·····························7
5.3.1测试方法设计······························7
5.3.2测试结构及分析···························8
6．结论··············································8
7．参考文献··········································8
8．总结、体会和建议··································9
附录···············································9
设计任务和要求：
1.用六位数码管显示时,分,秒，在分和秒之间显示“：
”，并以1Hz的速度闪烁，以24小时为一个记时周期。
2.能够在任何时刻对电子钟进行时间校正。
3.可以进行闹钟设置，在闹钟时刻能驱动小型扬声器发声，并且能手动切除闹叫。
4.整点时刻能够通过扬声器给出提示。
5.按照上面的要求设计电路并在mutisim上进行仿真，然后计算参数，安装，调试电路，完成设计报告。
系统设计：
设计原理图：
原理分析：
第一步得有一个秒脉冲，可以采用555触发器去设计，产生的脉冲作为时钟信号加到秒计数的信号端，秒计数采用74LS160与74LS161搭建60进制，60进制计完向分计数进位，分计数与秒计数一样为60进制，产生的进位信号触发到时计数，时计数为24进制。
上述设计完成了基本的时间计数功能。
第二步是用74LS47译码器通过对74LS160与74LS161的输出端电平的引入，将其译码并驱动共阳极八段数码管显示当前的计数.第三步得安插一个开关，使得可以对时间的显示进行调节，采用与非门进行时间调节和计数功能互不影响。
最后一步是整点闹叫和闹钟响铃，使用555触发器构成的单稳态触发器来延长整点闹叫的时间，避免只响0.5s，会不易发觉。
闹钟设计上通过两片八位拨码开关进行小时与分钟的闹钟时间设计，通过数值比较器使得当前时间与闹钟时间相等时，输出高电平来驱动扬声器工作。
上面这些过程实现了设计所要求的全部内容。
单元电路设计：
（一）计时电路单元设计
秒与分的60进制计时设计
小时计数24进制计数设计
60进制与24进制的
设计均用74LS160与
74LS161两个芯片组
成，其用到的原理就
是异步清零。
用与非
门完成。
其仿真波形如图所示：
波形显示为60和24为一周期，说明设计正确。
（二）校时开关电路单元设计
以基本获得高低电平的电
路来实现对进位信号的控
制，人为的利用开关产生
脉冲信号触发CLOCK端，使其计数，达到校时的目的。
（三）1Hz脉冲电路单元设计
使用555触发器外接47k电阻与10微发电容，构成了产生1Hz脉冲的多谐振荡器.此信号作为整个电路的基本元素，都是对此信号进行处理，达到应有功能。
面包板上搭建检验合格。
（四）译码及数码管显示电路单元设计
译码器选择74LS47（BCD-7
段数码管译码器驱动器），
将由74LS160或74LS161计
数产生的四位输出二进制码
进行译码，驱动共阳数码管
显示当前数字。
设计仿真结果正确。
（五）报时与闹叫电路单元设计
整点报时是将从分钟向小时的
进位端引出，这样将会在整点
时刻输出高电平，以此驱动扬
声器工作。
而闹叫功能主要是用数值比较
器CD4585设计，使用两片数值比较器组成八位数值比较，使用拨码开关预先设置闹叫时间，输入到比较器的比较端，将时，分信号也加入到比较端进行两者比较，相等时输出高电平驱动扬声器响铃。
系统仿真：
将以上五个模块进行组合，组成完整系统，在mutisim中进行仿真，发现秒，分，时计数，进位正常，数码管能正确显示，校时开关也能正常运行，当设计闹钟时间为11时11分时，调时观察得当时间与闹钟时间相同时，扬声器也能正常鸣叫。
故系统正常，能够安装电路。
系统总体原理图：
电路安装，调时与测试
电路安装：
1.Hz的多谐振荡器的焊接
2.基本计时电路的安装，对其进行译码并数码管显示
3.校时开关的安装，加入开关按钮。
4.数值比较器的加入。
5.单稳态触发器对整点报时提醒时间的延长。
电路调试：
1.用led校验触发脉冲，发现led以1Hz的速度闪烁，电路正常。
2.对时分秒的计数与显示进行校验,发现在秒的计数上出现了由9跳到19，再到10的显示，运行错误。
觉得在9的时候加数时已经向前进位，触发发生了错误，经过对161芯片的资料查询，发现为下降沿触发，所以加入了与非门，再次校验正常。
3.对校时开关的检查，通电后数码管只有第一个亮，其他的都不亮，检查好久都没发现问题，最后在细看了一下，发现是将按钮开关的相邻角都接入了地线，将线路调整好，检验正常。
4.对闹钟和整点报时的检查，设置闹钟时间1时22分，到时间蜂鸣器响，电路正确。
整点时刻检验也正确。
系统测试：
通电后整体运行几乎正常，只是在校时时，发现小时不能按1增加，而是增加2或3.原因应该是开关的抖动引起的，或者是竞争冒险现象，想的解决方法是加入滤波电容，由于线路复杂且板子较小，所以就再没弄。
结论：
24小时为周期计数正常，完成功能一；时开关调试运行正常，完成校正功能；整点时刻报时正常，完成功能三；闹叫也能正常工作，完成功能四。
总体达到设计要求。
参考文献：
[1]童诗白模拟电子技术基础[M]北京:
高等教育出版社，2000，10
[2]阎石数字电子技术[M]北京:
高等教育出版社，2000，5
[3]谢自美电子线路设计[M]北京:
高等教育出版社，2000，3
总结与体会：
整体下来，第一个感觉就是要原理清晰，这样才能在焊接板子时顺当些，同时，由于用到的芯片较多，所以引脚要认真去接，逻辑门在时序逻辑电路中要熟练应用。
还有针对于某个功能实现的方案选择的易行，是最重要的。
看到板子后面许多线，最深的感触就是以后要学习pcb的设计。
另一个就是焊成后感觉数电还是很好玩的。
附录：
器件型号
数量
555定时器
2
74hc160
3
74ls161
3
74hc00
2
74ls04
1
74ls08
1
74ls47
6
Cd4585
4
八位拨码开关
2
小功率蜂鸣器
1
共阳数码管
6
Led灯
2
按钮开关
4
2k电位器
1
电阻，电容，导线若干
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