数字电子时钟课程设计.docx
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数字电子时钟课程设计
课程设计报告
题目:
电子时钟整点报时器
院系:
电子电气工程学院
专业:
自动化
学号:
021210131
姓名:
许仲池
指导老师：
张莉萍李洪芹
设计时间:
2012.11.20-2012.12.31
目录
一、引言……………………………...............................1
二、方案论证选择.....................................................................1
2.1设计要求…………………………………………..............................1
2.2设计方案…………………………………………...............................1
2.3设计思想…………………………………………...............................2
2.4系统框图…………………………………………...............................2
2.5设计过程…………………………………………...............................2
三、电路仿真与设计……………………................................3
3.1所需芯片及芯片管脚图………………………….............................3
3.2时、分、秒显示电路模块设计………………….............................3
3.3校时电路模块设计……………………………….............................6
3.4报时电路模块设计……………………………….............................7
3.5综合电路…………………………………………..............................8
3.6PCD版制作图片................................................................................10
四、电路调试及实物照片……………….................................10
4.1电路调试………………………………………….............................10
4.2实物照片…………………………………………..............................11
五、存在的问题………………………….....................................11
六、课程设计心得体会…………………...................................12
附录：
引言
数字字电子钟是日常生活中常见的一种工具，大到机场等公共场所的时间屏幕，小到我们的手表、闹钟等，而且其报时功能也给人们提供了方便，因此，了解报时电子钟的工作原理是很有必要的，也很有趣，因此我选择了这个题目——整点报时数字钟。
数字电子技术课程的核心内容是时序逻辑电路、组合逻辑电路和触发器，这些也是我们学电子的学生最基本要掌握的知识，通过实践可以加深对课本知识的理解，能够处理一些实际中的情况，因此这次数电课程设计，我选择了数字电子钟这个题目，虽然这在日常生活中很常见，看起来也比较简单，但是其中包含的学问很多。
在这个项目中，校时是一个很重要的模块，既要可以正常校时，又不能干扰到时间计数显示模块，而时间显示比较简单，用熟悉的芯片就可以做出来了，老师说过，对芯片等元器件的了解程度等于将军手中可以调动的兵力，掌握了芯片功能，也就掌握了主动权。
这次课程设计的选题——整点报时数字钟，不仅可以加深我对数字电子技术课程的理解，也可以提高自己的动手能力以及实际问题中解决问题的能力，培养对数字电子技术的兴趣，是以后自己的就业前的一次很好的锻炼，我想学校弄课程设计意义重大。
二、方案论证选择
2.1设计要求
1.用秒脉冲作信号源，构成数字钟，显示秒、分、时。
2.具有“对时”功能，即时间可以快速预置。
3.具有整点提示功能。
一种实现的方法是每到整点时触发“音乐芯片”或每到整点前几秒钟，发出如“的、的、的、答”声音信号。
2.3设计方案
数字电子技术的复杂性和灵活性决定了数字电子钟的设计方案有多种，如下是我总结的部分方案。
方案一：
脉冲信号源的选择。
用555定时器制作的多谐振荡器，信号发生器，脉冲芯片等方式都可以作为脉冲信号源，在此我选择的是多谐振荡器，主要考虑的是它的易于制作和很好的稳定性。
方案二：
时分秒计数器的选择。
时分秒计数器的选择同样有多种，74160N和74161N都是不错的选择，74LS160和74LS161,74LS190和74LS191等等也都可以，考虑到其简单易用和作为课本上重点内容在此我们选择的是74160N。
2.3设计思想
要想构成数字钟，首先应选择一个脉冲源——能自动地产生稳定的标准时间脉冲信号。
而脉冲源产生的脉冲信号地频率较高，因此，需要进行分频，使得高频脉冲信号变成适合于计时的低频脉冲信号，即“秒脉冲信号”（频率为1Hz）。
经过分频器输出的秒脉冲信号到计数器中进行计数。
由于计时的规律是：
60秒=1分，60分=1小时，24小时=1天，就需要分别设计60进制，24进制计数器，并发出驱动信号。
各计数器输出信号经译码器、驱动器到数字显示器，是“时”、“分”、“秒”得以数字显示出来。
2.4设计系统框图
2.5设计过程
时间显示电路可以用3个CD4518作为核心芯片，进行级联，再辅以若干逻辑门，完成进位、置零等功能，CD4518是双十进制计数器，有两个时钟输入端，正好可以满足进位和校时的功能，而不会产生干扰，且有一个置零功能，可以组成六十进制和二十四进制的计数器。
整点报时模块电路用的是555芯片和一块CD4068芯片组成的电路，555芯片可以接成多谐振荡器，提供交变信号使蜂鸣器发出声音，而整点报时的控制可以用CD4068实现，CD4068是8输入与/与非门，可以在整点之前输出脉冲信号，经过由555芯片组成的多谐振荡器，为其提供一个信号，这样由多谐振荡器输出端可以使蜂鸣器发出“嘀、嘀、嘀”的响声。
秒信号发生器可以用实验箱上的秒脉冲信号代替。
考虑到开关抖动现象，校时模块电路实验箱上的按键开关，每输出一个脉冲信号可以改变分个位和十个位，同时考虑到干扰问题，进位接线和校时接线接在不同的时钟输入端。
三、电路仿真与设计
3.1所需芯片及其管脚图
双十计数器BP4518管脚图
3.2时、分、秒显示电路模块设计
整个电路的的核心芯片是BP4518，它是一个双10进制加法计数器，因此只需要三个芯片，进行级联即可实现两个六十进制和一个二十四进制计数器，再加上一些合适的逻辑门，实现置零和进位。
3.2.1秒钟发生器
上图是秒显示电路设计图，右边为秒个位，左边为秒十位，秒个位的电路中置零引脚和时钟输入端CP1必须接地，这是因为CMOS的引脚不能悬空，否则会影响实验果，CP0接秒脉冲信号，考虑到秒个位计数到9的时候必须进位，所以在显示0的同时输出一个进位信号，输出是0000，因此可以用一个或非门，当输出是0000的时候提供一个进位信号至秒十位的时钟输入端，秒十位另一个时钟输入端接地，当秒十位计数器计到5时，在输出为0110时提供一个信号到秒十位计数器的置零端，使其实现0110——0000，即六十进制。
3.2.2分钟发生器
上图是分计数显示电路设计图，上图是秒显示电路设计图，右边为分个位，左边为分十位，分个位的电路中置零引脚和时钟输入端CP1必须接地，这是因为CMOS的引脚不能悬空，否则会影响实验果，CP0接秒脉冲信号，考虑到秒个位计数到9的时候必须进位，所以在显示0的同时输出一个进位信号，输出是0000，因此可以用一个或非门，当输出是0000的时候提供一个进位信号至分十位的时钟输入端，分十位另一个时钟输入端接地，当分十位计数器计到5时，在输出为0110时提供一个信号到分十位计数器的置零端，使其实现0110——0000，即六十进制。
3.2.3时钟发生器
上图是时计数显示电路设计图，与分、秒不同的是，这一块是24进制，当时十位为0、1的时候，时个位正常从0—9显示；当时十位为2时，要求时个位的显示是0、1、2、3，然后就回到0，因此在置零这一部分接法不同于分、秒计数显示电路，考虑到当时计数器为23时必须变为00，即当时十位输出为0010、时个位输出为0100时，分别变为0000、0000，因此可用一个与门实现，按如图的接法，并且注意到时十位和时个位都必须置零。
3.3校时模块设计
校时模块的设计思路如图所示，使用实验箱上的消除抖动的按键开关，每按一次就输出一个信号，调节分个位和时个位，考虑到实际接线时可能会出现干扰现象，即校时模块中的校时信号会影响到原来的秒十位进位信号和分十位进位信号，所以进位信号输入和校时信号输入接在不同的时钟端，这刚好利用了BP4518有两个时钟输入端的优点。
3.4报时电路模块设计
报时电路模块中的报时信号输出电路如下图所示，用的芯片是BD4068，BD4068是一个8输入与/与非门，与非门的引脚分别接BD4518芯片的对应的输出引脚，使其在59分55秒开始输出报时信号，根据要求将报时信号设计为第55、56、57、58、59秒时输出报时信号，向由555组成的多谐振荡器发送信号。
上图是由555芯片和电阻、电容构成的多谐振荡器，电阻的一端输入经过CD4068的报时信号，使电路导通，从而在555输出端产生一个交变信号使得蜂鸣器发出声音。
3.5.1综合电路（用于电路仿真）
3.5.2综合电路（用于实物制作）
由于市场上没有8个引脚的显示管，所以重新用protues仿真重新仿真如下图。
3.5.3PCD版制作图片
四、电路调试及实物照片
4.1电路调试
课程设计的起点在于仿真，使用仿真软件做出来后，还要进行接线，这时候整个电路的成功与否，就在最后的调试了。
在这次电路的调试过程中，遇到三个问题：
1、电路模块之间或者接线之间的干扰，导致在计数时数码管上显示的数并不如预期的变化，比如有时候是每计数到11秒时，本该到12秒的时候，秒十位也跟着变化了，变成22秒，在调整小部分接线之后，这个问题也解决了，计数器正常工作。
2、第二个问题也是最关键的问题，关系到校时电路这一部分能否做出来的问题，也就是上面提到的进位信号与校时信号相互干扰问题，由于BD4518的仿真库出错，所以在仿真软件上试验的话可能不准确，而且实际与理论是有差距的，因此只能在实验箱上进行调试。
最后才想到BD4518有两个时钟输入端，之前的仿真不行是因为BD4518的仿真出错，于是将进位信号和校时信号接在不同的时钟输入端上，解决了互相干扰的问题，同时也可以正常校时。
3.在调试过程中发现板子很多引脚发生虚焊漏焊的现象，最后还是圆满解决。
经过调试，整个电路的功能实现了。
4.2实物照片
五、存在问题
完成了课程设计的基本要求，但是这个电子钟是没有实用价值的，现实中不可能用这么多芯片去生产一个普通的电子钟，但这是学习的一种途径。
我设计的这个电路在校时时没有一个开关可以使秒的计数暂时停止，而且有的时候秒也是需要调节的，由于材料不足等原因，报时的“音乐”也显得有些单调。
六、心得体会
经过这段时间的课程设计，我学到了许多课本上学不到的东西，对数字电子技术的内容的理解加深了印象，同时也学会了一种学习的态度和学习的方法。
我很喜欢模电数电，因为感觉这些东西很绞脑汁儿、很好玩，总想着什么时候能用这些知识做点什么东西出来。
当刚拿到题目时很兴奋，心想总算有机会做点东西出来了。
可是当真正开始做的时候却发现不知从何下手，不能很好将书上所学连贯起来……也就是从这时我才真正的明白理论知识学得好，或者说是应试能力练得好与真正的能力是有差距的。
这次课程设计一路走来让我学了好多东西。
首先，我想最重要的就是让我明白了理论和实践的关系。
二、学会了如何使用Multisim软件。
3、记住了很多元件的标准的名称。
4、在实践中了解了多种元件的功能和参数。
5、从仿真实践中不仅学会了如何去分析问题和解决问题，也体会到了成功的喜悦和失败的忧郁。
6、提高了自己的读图和分析图还有设计图的能力。
再次，仿真结束就要进行实物版制作了，突然有一个难题摆在眼前，就是显示管的问题，由于用于仿真的显示管八个引脚的，但做实物的时候市场上是没有八个引脚的显示管，只有四个引脚的显示管。
这回可伤透脑筋咯，还好学过protues,通过CD4511和74LS160的搭配工作，可以实现连接四个显示管并使之工作。
最后就是找淘宝卖家做版子的问题，联系了好几个卖家最终达成交易，但是版子回来，到实验室准备焊接才发现他给我少打了一个洞，使我的卡槽不能卡进去，这可麻烦了，但还是想到办法，就是利用高温度用那个焊针使劲打穿过去，还好电子时钟最后还是能工作，这使我松了一口气。
附录：
元件清单
元器件
数量
用途
BD4518
3
双10进制计数器
7408J
3
2输入与门
CD4011
1
与非门
BD4068
1
8输入与/与非门
开关
5
控制
555
1
构成多谐振荡器
15K电阻
2
构成多谐振荡器
1000uf瓷片电容
1
构成多谐振荡器
参考文献：
[1]清华大学电子学教研组编，童诗白、华成英主编：
《模拟电子技术基础》[M].（第四版）.北京：
高等教育出版社,2006.5（2009重印）
[2]华中工学院电子学教研室编，康华光主编：
《电子基础——数字部分》[M].（第四版）.北京:
高等教育出版社，1988年
[3]清华大学电子学教研组编，阎石主编：
《数学电子技术基础》[M].（第五版）.北京：
高等教育出版社，2006.5（2008年重印）
[4]辽宁工程技术大学电工与电子技术实验中心组编，马玉芳、朴忠学、张国军主编：
《电子技术实验指导书》，2010.3
[5]朱清慧、张凤蕊、翟天蒿、王志奎编著：
《Proteus教程——电子线路设计、制版与仿真》[M].北京：
清华大学教育出版社，2008.9
[6]熊幸明主编：
《电子电工技能训练》[M].北京:
电子工业出版社，2005年
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