课程设计数字时钟.docx
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课程设计数字时钟
《课程设计报告》
系 别：
专业班级：
学生姓名：
指导教师：
（课程设计时间：
2009年6月15日——2009年6月26日）
目 录
1．课程设计目的…………………………………………………………………3
2．课程设计题目描述和要求……………………………………………………3
3．课程设计报告内容……………………………………………………………4
3.1实验名称………………………………………………………………………4
3.2实验目的………………………………………………………………………4
3.3实验器材及主要器件管脚图…………………………………………………4
3.4实验基本原理…………………………………………………………………5
3.5 实验主体电路的装调………………………………………………………10
3.6 功能扩展电路………………………………………………………………11
3.7整个电路的组装及调试……………………………………………………13
4．总结……………………………………………………………………………13
参考文献…………………………………………………………………………15
一、 课程设计目的
n 让学生掌握组合逻辑电路、时序逻辑电路及数字逻辑电路系统的设计、安装、测试方法；
n 进一步巩固所学的理论知识，提高运用所学知识分析和解决实际问题的能力；
n 提高电路布局﹑布线及检查和排除故障的能力；
n 培养书写综合实验报告的能力
二、 课程设计题目描述和要求
（1）设计一个有“时”、“分”、“秒”（12小时59分59秒）显示，且有校时功能的电子钟。
（2）用中小规模集成电路组成电子钟，并在实验箱上进行组装、调试。
（3）画出框图和逻辑电路图，写出设计、实验总结报告。
（4）闹钟系统。
（5）整点报时。
在59分51秒、53秒、55秒、57秒输出750Hz音频信号，在59分59秒时输出1000Hz信号，音频持续1s，在1000Hz荧屏结束时刻为整点。
（6）选做：
日历系统。
三、课程设计报告内容
3.1实验名称
·数字电子钟
3.2实验目的
·掌握数字电子钟的设计、组装与调试方法。
·熟悉集成电路的使用方法。
3.3实验器材及主要器件管脚图
（1）74LS48 6片
（2）74LS90 5片
（3）74LS191 1片
（4）74LS00 5片
（5）74LS04 3片
（6）74LS74 1片
（7）74LS2O 2片
（8）555集成芯片 1片
（9）共阴七段显示器 6片
（10）电阻、电容、导线等 若干
主要器件管脚图：
（博客相册中）
3.4实验基本原理
数字电子钟的逻辑框图如图3-4所示。
它由555集成芯片构成的振荡电路、分频器、计数器、显示器和校时电路组成。
555集成芯片构成的振荡电路产生的信号经过分频器作为秒脉冲，秒脉冲送入计数器，计数结果通过“时”、“分”、“秒”译码器显示时间。
图3-4
1． 振荡器
石英晶体振荡器的特点是振荡频率准确、电路结构简单、频率易调整。
它还具有压电效应，在晶体某一方向加一电场，则在与此垂直的方向产生机械振动，有了机械振动，就会在相应的垂直面上产生电场，从而机械振动和电场互为因果，这种循环过程一直持续到晶体的机械强度限止时，才达到最后稳定。
这用压电谐振的频率即为晶体振荡器的固有频率。
一般来说，般来说，振荡器的频率越高，计时精度越高，但耗电量将增大。
如果精度要求不高也可以采用由集成电路定时器555与RC组成的多谐振荡器。
如图3-4-1所示。
设振荡频率f=1KHz，R为可调电阻，微调R1可以调出1KHz输出。
2． 分频器
由于振荡器产生的频率很高，要得到秒脉冲，需要分屏电路。
本实验由集成电路定时器555与RC组成的多谐振荡器，产生1KHz的脉冲信号。
故采用3片中规模集成电路计数器74LS90来实现，得到需要的秒脉冲信号。
3． 计数器
秒脉冲信号经过6级计数器，分别得到“秒”个位、十位、“分”个位、十位以及“时”个位、十位的计时。
“秒”“分”计数器为六十进制，小时为十二进制。
（1）六十进制计数
由分频器来的秒脉冲信号，首先送到“秒”计数器进行累加计数，秒计数器应完成一分钟之内秒数目的累加，并达到60秒时产生一个进位信号，所以，选用一片74LS90和一片74LS92组成六十进制计数器，采用反馈归零的方法来实现六十进制计数。
其中，“秒”十位是六进制，“秒”个位是十进制。
如图3-4-3-1所示。
（2）十二四进制计数
“12翻1”小时计数器是按照“01——02——03——……——11——12——01——02——……”规律计数的，这与日常生活中的计时规律相同。
在此实验中，小时的个位计数器由4位二进制同步可逆计数器74LS191构成，十位计数器由D触发器74LS74构成，将它们级连组成“12翻1”小时计数器。
计数器的状态要发生两次跳跃：
一是计数器计到9，即个位计数器的状态为Q03Q02Q01Q00=1001，在下一脉冲作用下计数器进入暂态1010，利用暂态的两个1即Q03Q01使个位异步置0，同时向十位计数器进位使Q10=1；二是计数器计到12后，在第13个脉冲作用下个位计数器的状态应为Q03Q02Q01Q00=0001，十位计数器的Q10=0。
第二次跳跃的十位清0和个位置1信号可由暂态为1的输出端Q10，Q01，Q00来产生。
图3-4-3-2 M12计数器功能表
4． 译码器
译码是指把给定的代码进行翻译的过程。
计数器采用的码制不同，译码电路也不同。
74LS48驱动器是与8421BCD编码计数器配合用的七段译码驱动器。
74LS48配有灯测试LT、动态灭灯输入RBI，灭灯输入/动态灭灯输出BI/RBO,当LT=0时，74LS48出去全1。
5． 显示器
本系统用七段发光二极管来显示译码器输出的数字，显示器有两种：
共阳极显示器或共阴极显示器。
74LS48译码器对应的显示器是共阴极显示器。
6． 校时电路
当数字钟走时出现误差时，需要校正时间。
校时电路实现对“时”“分”“秒”的校准。
在电路中设有正常计时和校对位置。
本实验实现“时”“分”的校对。
对校时的要求是，在小时校正时不影响分和秒的正常计数；在分校正时不影响秒和小时的正常计数。
需要注意的时，校时电路是由与非门构成的组合逻辑电路，开关S1或S2为“0”或“1”时，可能会产生抖动，为防止这一情况的发生我们接入一个由RS触发器组成的防抖动电路来控制。
图3-4-6-1 校时开关的功能表
S1
S2
功能
1
1
计数
0
1
校分
1
0
校时
图3-4-6-2 校时电路
3.5 实验主体电路的装调
·由图3-4所示的数字中系统组成框图按照信号的流向分级安装，逐级级联。
这里的每一级是指组成数字中的各个功能电路。
·级联时如果出现时序配合不同步，或剑锋脉冲干扰，引起的逻辑混乱，可以增加多级逻辑门来延时。
如果显示字符变化很快，模糊不清，可能是由于电源电流的跳变引起的，可在集成电路器件的电源端Vcc加退藕滤波电容。
通常用几十微法的大电容与0.01μF的小电容相并联。
·画数字钟的主体逻辑电路图。
如图3-5
图3-5 数字钟的主体电路逻辑图
3.6 功能扩展电路
（1）定时控制电路
数字钟在指定的时刻发出信号，或驱动音响电路“闹时”，或对某装置的电源进行接通或断开“控制”。
不管是闹时还是控制，都要求时间准确，即信号的开始时刻与持续时间必须满足规定的要求。
例如要求上午7时59分发出闹时信号，持续时间为1分钟。
本实验设计为7时59分时，音响电路的晶体管导通，则扬声器发出1KHz的声音。
持续1分钟到8点整晶体管因输入端为“0”而截止，电路停闹。
图3-6 闹时电路
（2）仿广播电台整点报时电路
仿广播电台整点报时电路的功能要求是，每当数字钟计时快要到整点时发出声响，通常按照4低音1高音的顺序发出间断声响，以最后一声高音结束的时刻为整点时刻。
设4声低音（约500Hz）分别发生在59分51秒、53秒、55秒及57秒，最后一声高音（约1KHz）发生在59分59秒，它们的持续时间均为1秒。
如表3-6-2所示
CP（秒）
Q3s1
Q2s1
Q1s1
Q0s1
功能
50
0
0
0
0
51
0
0
0
1
鸣低音
52
0
0
1
0
停
53
0
0
1
1
鸣低音
54
0
1
0
0
停
55
0
1
0
1
鸣低音
56
0
1
1
0
停
57
0
1
1
1
鸣低音
58
1
0
0
0
停
59
1
0
0
1
鸣低音
00
0
0
0
0
停
图3-6-2放电台报时电路
3.7整个电路的组装及调试
和扩展电路检查均无连线错误并且显示正常后，将两个电路连为一个整体，接上+5V电源。
观察时钟是否显示正常；是否在上午7时59分发出闹时信号，持续时间一分钟；是否有四声低音分别发生在59分51秒、53秒、55秒及57秒，最后一声高音法正在59分59秒，它们持续时间均为1秒。
若不正常则检查电路各个部分，直到得到满意的结果。
我们共经过两天的调试，圆满完成了这次为期两周的课程设计。
四.实验总结
短短的两周课程设计结束了。
看着自己设计、连线、调试成功的数字电子钟，很有成就感。
真的很有收获，体会到了什么是学以致用，理论与实践的差别到底有多大。
以前上课都是上一些最基本的东西而现在却可以将以前学的东西做出有实际价值的东西。
在这个过程中，我的确学得到很多在书本上学不到的东西，如：
怎么设计一个六十、十二进制计数器，如何实现校时的防抖动等等。
但也遇到了不少的挫折，有时遇到了一个错误怎么找也找不到原因所在，找了老半天结果却是接头的方向接错了，有时更是忘接地了。
在学习中的小问题在课堂上不可能犯，在动手的过程中却很有可能犯。
特别是在接电路时，一不小心就会犯错，而且很不容易检查出来。
在调试主板电路时，十位不进位，检查电路，以为没有什么问
题，后来一步一步的检查，发现总的地线没接，接上总的地线，一切正常。
副版是我的同组刘玉龙连接的电路，在主板和副版连接起来后，新的问题又出现了。
第一，计数太快了，正常一秒，我们设计的数字电子表却可以走两三秒，显然输入不是1Hz的脉冲信号；第二，我们的校时电路连接正确，可是每次校时，开关S1或S2为“0”或“1”时，会产生抖动，无法正常校时。
针对这两个问题，我们进行了分析，进而转化为实际的操作。
我们在+5V电压和地线之间分别加了两个电容，通过滤波，选择我们需要的1Hz脉冲信号。
对于无法正常校时的问题，在设计中接入一个由RS触发器组成的防抖动电路来控制校时。
把时间调到上午7点58分，等7点59分准确闹钟响起，持续一分钟。
再将时间跳到58分，等59分51秒、53秒、55秒及57秒都发出4声低音，最后一声高音发生在59分59秒。
，持续时间都是一秒钟。
数字电子钟已经成功完成了。
我的动手能力又有了进一步的提高，我感到十分的高兴。
同时学到了课本上没有的东西，也锻炼了自己独立解决问题的能力。
这在以后的学习和生活中会有很大的用处。
但是我还有不足，按照电路连接实物时，器件的摆放不够科学，最终导致了，只有自己能看懂电路的走向。
不过我会在以后的学习中逐步提高，做一个动手能力强的大学生。
十分感谢自动化系提供这么好的机会，让我们把学到的知识应用到实践中，同时谢谢老师的耐心指导。
参考文献
【1】梁宗善·电子技术基础课程设计·华中科技大学出版社，2009
【2】朱定华·电子电路测试与实验·清华大学出版社，2004
【3】朱定华·模拟电子技术基础·清华大学出版社北京交通大学出版社，2005
【4】朱定华·现代数字电路与逻辑设计·清华大学出版社北京交通大学出版社，2007
【5】华成英，董诗白·模拟电子技术基础（第四版）·高等教育出版社，2006
【6】阎石·数字电子技术基础（第五版）·高等教育出版社，2006
【7】康华光·电子技术基础（第五版）模拟部分·高等教育出版社，2006
【8】康华光·电子技术基础（第五版）数字部分·高等教育出版社，2006
【9】陈大钦，罗杰·电子技术基础实验（第三版）.高等教育出版社，2008
【10】罗杰，谢自美.电子线路设计·实验·测试（第四版）·电子工业出版社，2008
【11】毕满清·电子技术试验与课程设计（第三版）·机械工业出版社，2005
课程设计成绩:
项 目
业务考核成绩（70%）
（百分制记分）
平时成绩（30%）
（百分制记分）
综合总成绩
（百分制记分）
注:
教师按学生实际成绩（平时成绩和业务考核成绩）登记并录入教务MIS系统，由系统自动转化为“优秀（90～100分）、良好（80～89分）、中等（70～79分）、及格（60～69分）和不及格（60分以下）”五等。
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