集成数字式闹钟设计报.docx
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集成数字式闹钟设计报
集成数字式闹钟设计报
告
一、设计目的
1.进一步熟悉和掌握数字电路的设计方法和步骤2.进一步将理论和实践相结合3.熟悉和掌握仿真软件的应用
二、设计任务和要求
时钟功能：
具有24小时或12小时的计时方式，显示时、分、秒。
具有快速校准时、分、秒的功能。
能设定起闹时间，响闹时间为一分钟，超过一分钟自动停;具有人工止闹功能；止闹后不再重新操作，将不再起闹。
计时准确度：
每天计时误差不超过10秒。
供电方式：
220v，50hz交流供电，当交流中断时，自动接上内部备用电源供电，不影响计时功能。
三、设计要求
1．完成全电路的理论设计2.参数的计算和有关器件的选择3.对电路仿真
4.撰写设计报告一份：
A3图纸至少一张，报告要求写明以下要求：
总体方案的选择各个单元的选择和设计仿真过程的实现
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目录
第一章：
设计方案的选择（3）
1.数字闹钟的设计思想（3）2.数字闹钟组成框图及工作过程（3）
第二章：
电路的计算与分析（6）
1.直流稳压电源的设计（6）2.秒脉冲发生器的设计（7）3.时、分、秒计数器的设计（10）4.校时电路的设计（16）5.闹时电路的设计（17）6.数码显示电路的设计（20）
第三章：
仿真过程及结果分析（21）
1.仿真软件的简介（21）2.仿真分析（21）
第四章：
总结与心得（26）第五章：
附录（28）
1.元器件明细表（28）2.总电路原理图（30）
第六章：
第二章：
电路的设计计算与分析
整流电路的设计
在电力电子中，整流电路主要变压器、桥式整流电路、滤波电路、稳压电路组成，根据整流电路的主要组成，我选用初、次级线圈之比为1:
的变压器TRAN-2P2S,桥式整流集成电路BR1,电容C1、C2构成滤波电路以及集成稳压芯片7805组成，电路图如图2-1：
图2-1整流稳压电路
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秒脉冲发生器的设计
秒脉冲发生器振荡器和分频器构成。
振荡器是数字钟的核心，振荡器的稳定度及频率的精确度决定了数字钟的计时的准确程度。
振荡器的选择方案
方案一：
采用555定时器与电阻和电容构成多谐振荡器方案二：
采用石英晶体振荡器
于555定时器构成的多谐振荡器频率不稳定，因此本设计选用方案二：
石英晶体振荡器。
分频器的设计分频器的功能主要有两个：
一是产生标准秒脉冲信号
二是提供功能扩展电路所需要的信号
能构成分频器的芯片有很多如3片中规模集成电路计数器74LS90,74LS161以及14位二进制计数器，如CD4020、CD4060、MC14020、MC14060、74HC4020、74HC4060。
本设计选用CD4060芯片及D触发器构成15分频电路，其中D触发器用来进行二分频，秒脉冲电路如图2-2：
图2-2CD4060秒脉冲发生器
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CD4060芯片功能简介：
CD4060一振荡器和14级二进制串行计数器组成，所有计数器均为主从触发器。
CD4060管教图：
图2-3CD4060管脚图
CD4060各管脚功能：
管脚号功能112分频输出8Vss接地1510分频输出213分频输出9信号正向输出16Vdd电源345
67管脚号功能14分6分5分7分4分频输频输频输频输频输出出出出出1011121314信号信号复位9分反向输入信号频输输出输入出8分频输出管脚号功能
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D触发器管脚图：
图2-4D触发器管教图
D触发器真值表:
输入端D0011
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Qn0101Qn+10011说明Qn+1=0Qn+1=1D触发器管脚功能图：
管脚号12345
时、分、秒计数器的设计
秒信号经过秒计数器、分计数器、时计数器之后，分别传
到显示电路，以便实现数字显示时、分、秒的要求。
“秒”和“分”计数器应为六十进制，“时”计时器应为二十四或十二进制，本设计选择二十四进制。
要实现这一要求，计数电路一般采用10进制计数器如74LS190、74HC290、74HC390,74LS160等来实现计数单元的计数功能。
本次设计选择74LS160计数器。
对应端RDCLKSQ功能说明置0端输入端脉冲输入端置1端输出端
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计数器74LS160管脚图：
图2-574LS160管教图
74160计数器各管脚功能：
管脚3、4、5、6分别对应D0、D1、D2、D3为输入端，14、13、12、11分别对应Q0、Q1、Q2、Q3为输出端，9对应LOAD端，为同步置数端，2对应CLK端，为信号输入端,1对应MR端，为异步清零端，7、10管脚对应ENP、ENT为控制端,当7、10管脚接高电平芯片进入工作状态，接低电平不工作。
a．六十进制计数器
六十进制计数器有两片中规模十进制计数器74LS160构成，利用异步清零端MR将一片十进制计数器74LS160构成六进制，再与另一片十进制计数器74LS160连成六十进制，各个原理图如下图所示：
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六进制计数器：
图2-674LS160构成六进制计数器原理图
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六十进制计数器：
图2-776LS160构成六十进制原理图
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b.二十四进制计数器
二十四进制计数器同样用两片中规模集成计数器74LS160构成，不过与构成六十进制的思路有些许不同，我是先将两片74LS160构成一百进制计数器，，再通过异步置零端，在100进制的基础上构成二十四进制计数器。
图2-8一百进制原理图，图2-9为二十四进制原理图如下：
一百进制计数器：
图2-874LS160构成的一百进制计数器
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二十四进制计数器：
图2-9有74LS160构成的二十四进制计数器
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校时电路的设计
在刚接通电源或者时钟走时出现误差时，则需要进行时间的校准。
校时电路的要求
a．在小时校正时不影响分和秒的正常计数b．在分校正时不影响秒和时的正常计数校时方式：
c．快校：
通过开关控制，使计数器对1HZ的校时脉冲计数d．慢校：
用手动产生单脉冲做校时脉冲
本设计使用快校方式。
图2-10为分校准电路原理图：
图2-10分校准电路
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原理图说明：
开关C、D分别一端接计数器的控制端ENP和ENT端，另一端经过一电阻接到一直流电源上，当开关合上，控制端为为高电平，处于有效状态，在计数脉冲的作用下，可对分十位和分个位单独计数，当记到正确的时刻时再断开开关，这样电路就完成了校正功能。
时和秒校正电路与时校正电路原理一样。
闹时电路的设计
闹时电路设计我选用了四组开关和四片数值比较器74S85。
两组开关和两片数值比较器用来设定小时闹铃时刻，另两组开关和两片数值比较器时用来设定分钟闹铃时刻的。
数值比较器74S85管脚图：
图2-1174S85管脚图
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数值比较器74S85功能表：
图2-1274S85功能表
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闹钟电路原理图：
图2-13闹钟电路原理图
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功能简介：
通过四组开关分别调整闹钟时间，如将第一组开关自上而下的第三个开关向上拨，接到高电平端，其余三个开关向下拨，接地，则对应数值2，将第二组，第三组，第四组开关同样操作，则对应的了22点22分，当各个计数器输出值分别都为2时，四片计数器的QA=B都输出高电平，经过一个与非门和一个非门，接到三级管上，使三极管基级导通，进而集电极导通，继而驱动蜂鸣器发声。
当响铃一分钟后，蜂鸣器停止鸣叫。
人工止闹的实现：
使用一个开关N，该开关在三极管的基级端，使用闹钟功能时，将开关N闭合;停止闹钟功能时，将开关断开，这就实现了“止闹后不再重新操作，将不再发生起闹”的功能
数码显示电路：
数码显示电路器件的选用应注意译码器和显示器件的相互配合。
一是驱动电路要足够大，二是逻辑电平要匹配。
为了节约空间及降低复杂度，本设计我选用了一个集成显示器7SEG_BCD，高显示器有四个管脚，可以直接提供BCD码的译码和显示。
图2-14数码显示器7SEG_BCD
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第三章:
仿真过程及结果分析
仿真软件的简介：
Proteus是世界上著名的EDA工具（仿真软件），从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。
是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，20XX年又增加了Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。
在编译方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译器。
proteus是英国Labcenter公司开发的电路分析与仿真软件。
该软件的特点是：
①集原理图设计、仿真和PCB设计于一体，真正实现从概念到产品的完整电子设计工具，②具有模拟电路、数字电路、单片机应用系统、嵌入式系统设计与仿真功能，③具有全速、单步、设置断点等多种形式的调试功能，④具有各种信号源和电路分析所需的虚拟仪表，⑤支持KeilC51uVision2、MPLAB等第三方的软件编译和调试环境，⑥具有强大的原理图到PCB板设计功能，可以输出多种格式的电路设计报表。
拥有PROTEUS电子设计工具，就相当于拥有了一个电子设计和分析平台
仿真分析
a．仿真时遇到的问题
于思维的局限性及理论知识在实际运用上存在一些相对误差，这就导致了仿真过程中种种错误的出现，我在设计过程中主要遇到以下问题：
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连线问题：
于制图空间有限及排版不规范而出现不
规则的连线方式，例如出现斜线现象，如下图3-1：
图连线错误示例图
分时进位方面问题：
于思维的局限性，最初只考虑到了秒计数器满六十向分计数器进一，分计数器满六十进向时计数器进一，而忽略了秒计数器对时计数器在进位方面的影响，这就导致了分计数器对应的显示器显示59数值，秒计数器对应的显示器显示00数值时，下一个秒脉冲到来后，直接向时计数器进一，而正确的应该是分显示器显示59数值，秒显示器显示59数值时，下一个秒脉冲到来后才向时计数器进一。
而且除此之外还有一个大弊端，那就是在分显示器显示59数值整个一分钟过程中，于时计数器ENP、ENT一直为高电平，处于有效状态，随着秒脉冲不断计数。
错误连线图如图3-2
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仿真错误图：
图3-2进位连线错误示例图
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蜂鸣器驱动电压过大问题:
于proteus软件中蜂鸣器驱动电压默认12V，而电路提供的直流电压为5V左右，因此无法驱动蜂鸣器使其鸣响。
b.仿真问题的解决方案
连线问题的解决：
斜线的出现主要是于刚开始排版时，器件排列过于紧密，因而在器件之间没有留下布线的空间，因此我把各个器件进行合适重新排版，这样问题也就解决了。
进位问题的解决：
既然要满足分显示器和秒显示器同时为59，下一个秒脉冲到来时，时显示器才能加一位，因此将分计数器的对应十位计数器的Q2、Q1端，对应个位计数器的Q3、Q1引出四条线接到一个四端口的与非门，将秒计数器做同样的操作，再将两个与非门的输出端接到两端口的与非门，再将该与非门的输出端接到时计数器的ENT、ENP，这样就完成了向时计数器的完美进位了。
原理图如图3-3：
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图3-3进位问题解决方案原理图
蜂鸣器驱动电压过大解决方案：
双击蜂鸣器修改蜂鸣器的驱动电压为1V就可以了
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第四章：
总结与心得
我们学习了数字电路和模拟电子电路，对电子技术有了一些初步的了解，但那毕竟都是一些纯理论的知识，通过这次数字闹钟的课程设计，我们才把学到的知识与部分实践相结合，从中对我们所学的知识有了更进一步的理解
数电课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程.回顾起此次课程设计，至今我仍感慨颇多，的确，从选题到定稿，从理论到实践，在短短的两个星期的日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。
通过这次数电课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做数电课程设计，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。
这次数电课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多问题，最后在李老师的辛勤指导下，终于游逆而解。
总体来说,这次实习我受益匪浅.在摸索该如何设计电路使之实现所需功能的过程中,特别有趣,培养了我的设计思维,增加了实际操作能力.在让
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我体会到了设计的艰辛的同时,更让我体会到成功的喜悦和快乐.这次数电课程设计,虽然短暂但是让我得到多方面的提高：
1.提高了我们的逻辑思维能力，使我们在逻辑电路的分析与设计上有了很大的进步。
加深了我们对组合逻辑电路与时序逻辑电路的认识，进一步增进了对一些常见逻辑器件的了解。
另外，我们还更加充分的认识到，数字电路这门课程在科学发展中的至关重要性
2，查阅参考书的独立思考的能力以及培养非常重要，我们在设计电路时，遇到很多不理解的东西，有的我们通过查阅参考书弄明白，有的通过网络查到，但于时间和资料有限我们更多的还是独立思考。
3，相互讨论共同研究也是很重要的，经常出现一些问题，比如电路设计中的分频器的设计，开始并不理解分频器的原理，但是和其他的专业同学讨论后，理解了分频器的基本原理后，很快的设计了电路原理图
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第五章附录元器件明细表：
元器件名称R1\\R3\\R5\\R61欧姆电阻与非门R2\\R4R774LS138欧姆10M无符号主要参数数量1\\1\\1\\11\\111三端口输入与非门74LS00无3二端口输入与非门74LS13无1四端口输入与门与门非门数值比较器计数器74LS160无674LS0874LS2174LS1474S85无无无无3214两端口输入四端口输入无四位数值比较器十进制计数器蜂鸣器晶振BUZZERCRYSTAL驱动电压1VF=11无无无备注28
三极管单刀单掷开关单刀双掷开关数码显示器电容整流桥变压器NPNSW-SPDT无无17无无SW-SPST无16无7SEG-BCD无6无C1\\C2\\C3BR1TRAN-2P2S10uf\\480uf\\220uf1\\1\\1无1无1无无线圈比值为25 29
总电路原理图：
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七．
告
一、设计目的
1.进一步熟悉和掌握数字电路的设计方法和步骤2.进一步将理论和实践相结合3.熟悉和掌握仿真软件的应用
二、设计任务和要求
时钟功能：
具有24小时或12小时的计时方式，显示时、分、秒。
具有快速校准时、分、秒的功能。
能设定起闹时间，响闹时间为一分钟，超过一分钟自动停;具有人工止闹功能；止闹后不再重新操作，将不再起闹。
计时准确度：
每天计时误差不超过10秒。
供电方式：
220v，50hz交流供电，当交流中断时，自动接上内部备用电源供电，不影响计时功能。
三、设计要求
1．完成全电路的理论设计2.参数的计算和有关器件的选择3.对电路仿真
4.撰写设计报告一份：
A3图纸至少一张，报告要求写明以下要求：
总体方案的选择各个单元的选择和设计仿真过程的实现
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目录
第一章：
设计方案的选择（3）
1.数字闹钟的设计思想（3）2.数字闹钟组成框图及工作过程（3）
第二章：
电路的计算与分析（6）
1.直流稳压电源的设计（6）2.秒脉冲发生器的设计（7）3.时、分、秒计数器的设计（10）4.校时电路的设计（16）5.闹时电路的设计（17）6.数码显示电路的设计（20）
第三章：
仿真过程及结果分析（21）
1.仿真软件的简介（21）2.仿真分析（21）
第四章：
总结与心得（26）第五章：
附录（28）
1.元器件明细表（28）2.总电路原理图（30）
第六章：
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