多功能数字钟实验报告.docx

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多功能数字钟实验报告

《多功能数字钟电路的设计、制作》

课程设计报告

班级：

（兴）2008级自动化

姓名：

胡荣

学号：

2008960623

指导教师：

刘勇

2010年11月13日

一、设计目的．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1

二、设计内容及要求．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1

三、总设计原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1

四、主要元件及设备．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2

五、单元电路的设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5

1、数字电子计时器组成原理．．．．．．．．．．．．．．．．．5

2、用74LS160实现12进制计数器．．．．．．．．．．．．．．6

3、校时电路．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7

4、时基电路设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8

六、设计总电路图．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8

七、设计结果及其分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8

八、设计过程中的问题及解决方案．．．．．．．．．．．．．．．9

九、心得体会．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9

十、附录．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．10

多功能数字钟电路设计

一、设计目的

通过课程设计要实现以下两个目标：

一、初步掌握电子线路的设计、组装及调试方法。

即根据设计要求，查阅文献资料，收集、分析类似电路的性能，并通过组装调试等实践活动，使电路达到性能要求；二、课程设计为后续的毕业设计打好基础。

毕业设计是系统的工程设计实践，而课程设计的着眼点是让我们开始从理论学习的轨道上逐渐引向实际方面，运用已学过的分析和设计电路的理论知识，逐步掌握工程设计的步骤和方法，同时，课程设计报告的书写，为今后从事技术工作撰写科技报告和技术资料打下基础。

二、设计内容及要求

1、功能要求：

①基本功能:

以数字形式显示时、分、秒的时间，小时计数器的计时要求为“12翻1”，并要求能手动快校时、快校分或慢校时、慢校分。

②扩展功能:

定时控制，其时间自定；仿广播电台正点报时—自动报正点时数。

2、设计步骤与要求：

①拟定数字钟电路的组成框图，要求先实现电路的基本功能，后扩展功能，使用的器件少，成本低；

设计各单元电路，并用Multisim软件仿真；

在通用电路板上安装电路，只要求显示时分；

④测试数字钟系统的逻辑功能；

⑤写出设计报告。

设计报告要求：

写出详细地设计过程（含数字钟系统的整机逻辑电路图）、调试步骤、测试结果及心得体会。

三、总设计原理

数字电子钟原理是一个具有计时、校时、报时、显示等基本功能的数字钟主要由振荡器、分频器、计数器、译码器、显示器、校时电路、报时电路等七部分组成。

石英晶体振荡器产生的信号经过分频器得到秒脉冲，秒脉冲送入计数器计数，计数结果通过“时”、“分”、“秒”译码器译码，并通过显示器显示时间。

四、主要元件及设备

1、给定的主要器件：

74LS00（4片），74LS160（4片）或74LS161（4片），74LS04（2片），74LS20（2片），74LS48（4片），数码管BS202（4只），555（1片），开关（1个），电阻47k（2个）电容10uF（1个）10nF（1个）

各元件引脚图如下图：

74LS00

2、仪器和设备:

稳压电源（或数字逻辑学习机），双宗示波器，数字万用表、数字通用板、拨线钳和电烙铁等。

五、单元电路的设计

1、数字电子钟的设计提示

1）、数字电子计时器组成原理

图1数字电子计时器的结构框图

2）、用74160实现12进制计数器

3）、校时电路

校时电路是数字钟不可缺少的部分，每当数字钟与实际时间不符时，需要根据标准时间进行校时。

当数字钟接通电源或者计时出现错误是，需要校正时间，校时是数字钟应具备的基本功能。

为了电路简单，只对时和分进行校时。

校时电路要求在小时校正时不影响分和秒的正常计数，在分校时时不影响秒和小时的计数。

时校时电路和分校时电路都是一致的，校时脉冲信号为10HZ脉冲，这样速度正好适中，适合校时。

当刚接通电源或时钟走时出现误差时，都需要进行时间的校准。

校时是数字钟应具有的基本功能，一般电子钟都有时、分、秒校时功能。

为使电路简单，这里只进行分和小时的校准。

校时可采用快校时和慢校时两种方式。

校时脉冲采用秒脉冲，则为快校时；如果校时脉冲由单次脉冲产生器提供则为慢校时。

图3中C1、C2用于消除抖动。

方法是控制六十进制的时钟输入端CP，使用两个三态门或者把秒进位信号加入，或者把校分的按键信号J1加入，J2用来控制校分和计分切换，由于两个三态门U10A和U11A的使能端有效电平刚好相反，J2接地时为校分功能，J2不接地时为计分功能。

图3校时电路

4、时基电路

555定时器的脉冲时间是由于RC充放电确定的。

根据三要素公式：

（1）

充电过程的方程式：

（2）

充电时间为：

（3）

放电过程的方程式：

（4）

放电时间为：

（5）

总时间为：

（6）

频率为：

（7）

首先确定C1=0.1uf，R2=5.1KΩ，需要输出频率f=1KHZ，将充放电时间算出，确定电阻R1。

通过确定R1=4.1KΩ。

秒脉冲信号发生器是数字电子钟的核心部分，它的精度和稳定度决定了数字钟的质量。

由振荡器与分频器组合产生秒脉冲信号。

图4由555定时器构成的多谐振荡器

一般说来，振荡器的频率越高，计时精度越高。

本设计中采用由集成定时器555与RC组成的多谐振荡器，经过调整输出1000Hz脉冲。

六、设计总电路图

七、设计结果及其分析

本次实验基本达到了老师的要求，实现了数字钟的时钟显示功能、60进位功能，小时高位12翻1的功能、校时功能。

试验中容易出现时钟屏幕数字时快时慢，可能是由于示波器电压不稳定，或者电路板的电阻或者导线的电阻有关。

八、设计过程中的问题及解决方案

设计电路过程中，在multisim软件中出现了许多各种各样的错误，虽然最后经过不断的修改以及和同学的讨论得到了比较好的解决。

其中有一个问题困惑了我很久，就是连接好译码显示电路后LED却不能显示出数字，最后查出原来所选用的译码器型号不同连接方式也不同，而且555定时器的电阻设置不同则他们的周期也不同，如果电阻选择不恰当也会出现不能显示数字，。

还有就是设计六十进制计数器和二十四进制计数器是各个计数器之间的连接、秒到分间的进位问题、分到时之间的进位问题、校时电路的连接方式等等问题。

当模拟电路在电脑上成功后，实际上的操作也有一些失误，导致出现不进位和60进制中出现跳过几个数字的情况，经过认真检查电路发现不进位的原因是有些导线的与电路板焊接接触不良，出现虚焊。

60进制钟出现跳过几个数字的情况是将555的out输出端接到触发端，虽然有数字的输出但是不是连续的，说明触发端输出的波形不是完整的矩形波，经过示波器的调试知道从触发端输出的波形是三角波一类的，输出有波峰和波谷。

同时也证明了要想得到60进制的连续数字必须是一列矩形波。

九、心得体会

通过本次实验对输电知识有了更深入的了解，将其运用到了实际中来，明白了学习电子技术基础的意义。

这次电子电路课程设计，也对电子电路设计的知识有了更深一步的了解，熟悉了更多不同的数字芯片，比如74LS00，74LS04,74LS48，74LS160，数码管等，这为我以后的电路设计打了一定的基础。

在连接十二进制,六十进制的进位的接法中,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。

在这次的设计中，我考虑了许多不同的方案，从理论上细致的比较各个方案的好坏，同时又充分的考虑实际情况，比如十二翻一得采用置数法比置零法更好，不会出现不稳定的情况，以实际情况为主要，在此过程中学会了把理论和实际充分结合起来的思维方式。

在设计的过程中我采用了MULTISIM仿真软件，通过这次的课程设计使我对这个仿真软件的使用更加的熟练。

还有就是在设计的过程中首先必须明白个个引脚的作用以及分类，比如说在设计MULTISIM仿真软件的时候，需要把地线，VCC分清楚，这些线很容易搅在一起，在实际做电路板的焊接的时候，也需要首先进行排版，要知道排版的好坏直接影响电路的美观而且最重要的是影响接线，还有就是在检查电路的时候也有影响，说明了我们不能忽视细节问题，在连接导线的时候尽量不要出现虚焊，建议接好一根线的同时用万用表检查一下，这样可以省去复查，在检查的时候也可以把电路板分为几个模块去检查，这样也会大大缩短时间，提高工作效率。

总之通过此次课程设计，收获颇丰，在培养自己的实验动手能力的同时还培养自己的性情，这次课程设计对以后的实际操作和以后的课程设计都有举足轻重的作用，这次焊接电路板使我明白了模拟和实际不是等价的，在知道了实验原理后实际操作才是最重要的。