课程设计说明书.docx
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课程设计说明书
学号：
0121011360104
课程设计
题目
数字时钟设计
学院
自动化学院
专业
自动化
班级
1001班
姓名
指导教师
李彬杨莉
2012
年
7
月
5
日
课程设计任务书
学生姓名：
专业班级：
自动化1001
指导教师：
李彬杨莉工作单位：
自动化学院
题目:
数字时钟设计
初始条件：
1．运用所学的模拟电路和数字电路等知识；
2．用到的元件：
实验板、电源、连接导线、74系列芯片、555芯片或微处理器等。
要求完成的主要任务:
（1）设计一个有“时”，“分”，“秒”（23小时59分59秒）显示且具有校时功能的电子钟；
（2）扩展功能：
整点报时即在某分某秒能输出某一音频信号；
（3）严格按照课程设计说明书要求撰写课程设计说明书。
时间安排：
第1天下达课程设计任务书，根据任务书查找资料；
第2～4天进行方案论证，软件模拟仿真并确定设计方案；
第5天提交电路图，经审查后领取元器件；
第6～8天组装电路并调试，检查错误并提出问题；
第9～11天结果分析整理，撰写课程设计报告，验收调试结果；
第12～14天补充完成课程设计报告和答辩。
指导教师签名：
2012年6月25日
系主任（或责任教师）签名：
2012年6月25日
目录
引言
1设计意义及要求4
1.1设计意义4
1.2设计要求4
2方案设计4
2.1设计思路4
2.2方案设计5
2.2.1方案一5
2.2.2方案二5
2.3方案对比6
3部分电路设计7
3.1振荡电路7
3.1.1电路原理图如图47
３.１.２振荡电路元器件参数7
３.２计数电路7
３.２.１所用芯片７４LS90工作原理7
３．２．２秒计时设计8
3.2.3分计时电路设计9
3.2.4时计时电路设计10
3.3译码显示电路11
3.3.1译码器74LS48工作原理11
3.3.2数码管显示原理11
3.4校时电路设计12
3.5整点报时电路：
13
4调试与检验13
4.1调试中出现的问题及解决方法13
4.2调试及运行结果123
5仿真操作步骤及说明134
6附录135
7参考文献138
引言
数字钟是一种数字电路技术实现时、分、秒计时的装置，由于数字钟精度高而且直观易懂，因而得到了广泛的应用和发展。
数字钟属于数字电路，其中包含了时序逻辑电路和组合逻辑电路。
本次课程设计利用十进制计时器、译码器、数码管、三五定时器和常用的逻辑门器件构成了数字钟电路，并对各个单元原理进行了详细的介绍，同时阐述了仿真操作步骤及仿真过程中出现的问题及解决办法。
1设计意义及要求
1.1设计意义
电子技术是一门实践性很强的课程，加强工程训练，特别是技能的培养，对于培养工程人员的素质和能力具有十分重要的作用。
在电子信息类本科教学中，课程设计是一个重要的实践环节，它包括选择课题、电子电路设计、组装、调试和编写总结报告等实践内容。
通过课程设计要实现以下两个目标：
一、学生初步掌握电子线路的设计、组装及调试方法。
即学生根据设计要求，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学生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。
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。
1.2设计要求
（1）设计一个有“时”，“分”，“秒”（23小时59分59秒）显示且具有校时功能的电子钟;
（2）扩展功能：
整点报时即在某分某秒能输出某一音频信号；
2方案设计
2.1设计思路
数字计时由一个二十四进制的计时电路和两个六十进制的电路组成，因次可以利用十进制计数器设计构成，可以利用555定时器为芯片提供工作CP，然后利用译码器和数码管将计数过程显示出来，加上简易的校时及报时电路就可以设计出数字钟。
原理图如图1
秒显示电路
分显示电路
时显示电路
秒显示电路
分显示电路
时显示电路
秒计数电路
分计数电路
时计数电路
校时电路
振荡器
图1-原理框图
2.2方案设计
2.2.1方案一
（1）方案1电路原理图见附录2
（2）电路工作原理：
此电路由6片74LS90构成基本计数部分。
秒计时和分计时都是60进制计数器，时计时为24进制计数器。
60进制计数器由两片10进制74LS90组成，由555定时器产生的脉冲为秒计时的低位提供工作CP，当CP下降沿到来时低位进行计数，每当到来一个下降沿时，低位计数部分一次加一计数，在没达到1001前，与Q0和Q3相连接的与门输出为低电平，计数至1001时输出高电平，然后计数循环至0000，此时与门输出低电平，产生一个下降沿脉冲触发高位计数。
高位计数至0110前，与Ｑ２和Ｑ３相连接的与门输出为低电平，计数至０１１０时，与门输出为高电平，此时产生的高电平输入到ＲＯ（１）和RO
（2）进行清零，实现从0到5的6进制计数，低位为10进制计数，一起构成了60进制计数器。
24计数器工作时，由分计时的高位进位提供工作CP，时计时低位从0000开始计时，计时至1001前，与Ｑ０和Ｑ３连接的与门输出为低电平，计数至１００１时，输出为高电平，然后又从００００开始循环计数，此时与门输出低电平，产生一个下降沿触发芯片Ｕ１计数，U1和U2组成的计数器计数至00100100前正常计数，计数至00100100时，与高位Ｑ１和低位Q2连接的与门输出高电平将计数器清零，实现从00000000到00100011的24进制计数。
数码管将计数过程显示出来。
在进位输入之间加一个自锁开关，不需要校时时，将开关按下，校时的时候，每按一次开关产生一个下降沿，触发高位加一计数，以此实现校时功能。
在向时计时的进位输入间加一个有源蜂鸣器，每当向高位进位即整点时，蜂鸣器就会工作，以此实现整点报时功能。
2.2.2方案二
（1）方案2原理电路图见附录1
（2）工作原理：
此方案脉冲产生电路、显示电路和整点报时原理和方案一相同，60进制和24进制计数器工作原理与方案一类似，不同的是此方案进位不是通过与门，而是通过低位的输出端向高位进位，因为大大简化了电路，制作实物时也变得简单。
方案二的校时电路采用了单刀双掷开关进行，不需要校时时将SW1和SW2开关拨至进位输入端，需要校时的时候，将开关拨到另一端，同时将ＳＷ３和SW4上下拨动就可以产生下降沿，以此进行分和时电路的校时。
2.3方案对比
由于方案二进位不需要与门，方案二需要大量的与门，因此方案一比较巧妙的利用了计数器输出，制作实物时减少了工作量。
虽然方案二也有不足，方案二的校时电路需要单刀双掷开关，显得麻烦.但对比两个方案，方案二整体上比方案一好，因此选择方案二。
3部分电路设计
3.1振荡电路
3.1.1电路原理图如图2
图2-秒脉冲产生电路
３.１.２振荡电路元器件参数
用555定时器构成的多谐振荡器能够产生矩形脉冲信号，产生的脉冲信号具有比较陡的上升沿和下降沿，并且不需要外加脉冲。
其振荡周期为T=0.7（R1+2R2）C，f=1/T=1.43/（R1+2R2）,当R1=10Ｋ，C1=71uF时，f=1/T=1Hz
３.２计数电路
３.２.１所用芯片７４LS90工作原理
74LS90内部是由2进制和5进制计数共同构成的10进制计数。
内部电路是由4个主从触发器和用作除2计数器及计数周期长度为除5的3位2进制计数器所用的附加选通所组成。
有选通的零复位和置9输入。
为了利用本计数器的最大计数长度（十进制），可将B输入同QA输出连接，输入计数脉冲可加到输入A上，此时输出就如相应的功能表上所要求的那样。
74LS90十进制计数接法如图3
图3—74LS90十进制接法
３．２．２秒计时设计
（1）秒计时电路由两片74LS90组成，个位由74LS90十进制计时直接构成，十位为6进制计数，通过个位的Q０和Q3相与后为十位提供CP，当计数至0110后，反馈清零。
秒计时电路原理图如图4
（
图4—秒计时原理图
（２）秒计时电路工作原理：
ＣＰ从ＣＫＡ输入，秒的个位逢十进一，为１０进制计数，十位逢６进１，为６进制计数，从而共同完成６０进制计数。
当计数到５９时进行清零并从新开始计数，秒计时的个位可以直接利用７４ＬＳ进行计数，由０增加到９时，芯片输出端１００１时，与门输出为高电平，芯片输出变为0000时，与门输出低电平，因而产生一个下降沿触发十位计数，从而实现个位的十进制计数和进位功能，十位收到个位的进位信号记一次数，计数至５后在下一个进位信号来后变为６，但一瞬间通过输出反馈清零端清零，秒计数集体清零，由于清零时间极端，所以数码管不会显示６０，而是从５９跳变至００，实现秒计数功能。
3.2.3分计时电路设计
（1）分计时电路由两片74LS90构成，个位直接利用74LS90十进制构成，其Q０与Q３相与后为十位提供CP脉冲，十位为６进制计数，通过反馈清零端清零。
分计时电路原理图如图5
图5－分计时原理图
（2）工作原理与秒计时相同。
3.2.4时计时电路设计
（1）时计时由两片７４LS９０构成，个位利用７４LS９０十进制计数构成，其输出Q0和Q3相与后为十位提供CP，十位为3进制计数，当电路输出为00100100时通过反馈清零端统一清零。
时计时电路原理图如图6
图6-时计时原理图
（2）时计时电路工作原理：
由两片74LS90构成，来自分计数电路的进位信号使时计时的个位加一计数，来自分计数电路的进位脉冲使时的个位加一，十计数器由0增加到9产生向十位的进位信号，当个位计数到1001时，与门输出一个高电平，计数到0000时，输出低电平，从而产生一个下降沿进位脉冲，该脉冲连在十位计数的脉冲输入端CPA，使十位计数。
当十位计数到2，个位计数到4时，通过输出反馈清零将计数器清零，同样由于清零时间较短，数码显示管上不会显示24，而是从23便可以跳到00。
实现了从00到23的24进制时计时电路。
3.3译码显示电路
显示电路由译码器74LS48和数码显示管组成。
3.3.1译码器74LS48工作原理：
74LS48为有内部上拉电阻的BCD，七段译码器/驱动器。
输出端（Ya-Yg）为高电平有效，可驱动灯缓冲器或共阴极VLED。
当要求输出0-15时，消隐输入（BI）应为高电平或开路，对于输出为0时还要求脉冲消隐输入RBI为高电平或者开路。
当BI为低电平时，不管其它输入端状态如何，（Ya-Yg）均为低电平。
当RBI和地址端（A0-A30均为低电平，并且灯测试输入端LT为高电平时。
Ya-Yg为低电平，脉冲消隐输出（RBO）也变为低电平。
当BI为高电平或开路时，LT为低电平可使Ya-Yg均为高电平。
引出端符号:
A0-A3译码地址输入端
BI/RBO消隐输入，低电平有效，脉冲消隐输出，低电平有效，LT灯测试输入端，低电平有效，RBI脉冲消隐输入端，低电平有效，Ya-Yg段输出
3.3.2数码管显示原理
7段数码管一般由8个发光二极管组成,其中由7个细长的发光二极管组成数字显示,另外一个圆形的发光二极管显示小数点。
当发光二极管导通时相应的一个点或一个笔画发光。
控制相应的二极管导通,就能显示出各种字符.发光二极管的阳极连在一起的称为共阳极数码管,阴极连在一起的称为共阴极数码管.
（1）数码管管脚图7所示
图7-数码管
发光二极管是一种由磷化镓等半导体材料制成的，能直接将电能转变成光能的发光显示器件。
当其内部有一一电流通过时，它就会发光。
7段数码管每段的驱动电流和其他单个LED发光二极管一样，一般为5-10mA，正向电压随发光材料不同表现为1.8~2.5V不等。
7段数码管的显示方法可分为静态显示与动态显示。
3.4校时电路设计
（1）校时电路原理图如图8
图8-校时电路原理图
（2）校时电路工作原理;不需要校时的时候，将开关Ｓ１拨至低位的进位信号端，计时电路正常计数，计时时将S1拨到另一端，然后每拨动一次S2便可以产生一个脉冲，此脉冲可以使高位加一计数，知道调整到所需时间为止。
3.5整点报时电路：
在分计时向时计时的进位信号中加一个有源蜂鸣器就构成了整点报时电路，当有进位信号即整点时，蜂鸣器就会工作，以此完成整点报时功能。
4调试与检验
4.1调试中出现的问题及解决方法
（1）时于秒计时和分计时两部分一样，所以我直接把秒计时复制用作分计时，但是仿真后有错误，经过和大家的商量，发现是复制后没有改片的名称。
解决办法：
将复制部分的芯片换个名称。
（2）调试时蜂鸣器老是不能工作，经过多次修改，发现蜂鸣器没有接电源。
解决办法：
将蜂鸣器的接地端改为接电源。
（3）直接在进位输入处加一个按钮做成校时电路，结果有时能校时，有时则不能校时。
因为进位信号输入端有可能是低电平也有可能是高电平，所以有时可以校时有时不可以校时。
解决办法;在进位输入信号端加两个单刀双掷开关，电路图如图16.
（4）在制作实物时，刚接电源后，数字钟正常工作，过一会后无法工作了。
然后用万用表查后发现是电源输出电压减小所至。
解决办法：
换一个好电源即可。
（5）在连接实物时，由于面包板插口太松，导致许多该连通方没有连通，数字钟无法工作。
解决办法：
尽量选择那些插口不松的地方放置芯片。
（6）制作实物时用的译码器是74LS48，但用了共阳极数码管，导致不能正常显示。
解决办法：
将共阳极改为共阴极，或者将译码器改为74LS47。
4.2运行与调试结果
经过不断修改与仿真，最终数字钟可以正常计数，并可以校时和整点报时，调试与运行结果如图9
图9
5仿真操作步骤及说明
将电路原理用Protues画出来后，点击仿真按钮，将SW1和SW2拨到进位信号端，计数器正常计数，到达整点时，蜂鸣器就会报时。
需要校时的时候，将开关SW1和SW2拨到另一端后，在拨ＳＷ３和SW4就可以进行分和时的校时，校时完后将开关拨回信号输入端进行计数。
结束语
次课程设计是本人到目前为止觉得最有意义也是收获最大的一次实习。
身为自动化的学生，计是我们将来必需的技能。
而这次课程设计恰恰给我们提供了一个应用自己所学知识的平台。
在此次课程设计中我们学会了如何应用所学的模电数电及电路知识进行设计，加深了对理论的认识和理解。
在设计的同时学会了Ｐｒｏｔｕｅｓ软件的应用，扩展了自己的能力。
在制作实物时，很好的培养了我的动手能力，发现问题，解决问题的能力。
在此次课设中让我们知道了团队的力量，学会了如何与一个团队合作共同完成任务，为以后工作积攒了宝贵的经验。
在总结课设时也锻炼了我们的表达能力。
总之，这次课程设计对我来说收获很大，受益终身。
6附录
附录1-方案一原理图
附录2-方案2原理图
附录3-方案2调试结果
附录4-方案一24进制原理电路图。
附录5-方案一60进制原理电路图。
7参考文献
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国防工业出版社。
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[12]张葛祥.MATLAB仿真技术与应用.北京:
清华大学大学出版社,
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[19]刘修文主编.实用电子电路设计制作300例.中国电力出版社，2005
本科生课程设计成绩评定表
姓名
性别
专业、班级
课程设计题目：
课程设计答辩或质疑记录：
成绩评定依据：
设计方案
与内容
（30分）
制作与调试
（20分）
说明书内容与规范程度
（30分）
答辩
（10分）
学习态度
与考勤
（10分）
总分
（100分）
指导教师签字：
2012年7月9日
升级会员 