数电课程设计报告.docx
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数电课程设计报告
数电课程设计报告
题目：
多功能数字钟电路设计
班级：
2009级通信工程二班
姓名：
Higher-7
学号：
2009650624
指导教师：
刘奇能
目录
一、功能要求…………………………………………………………3
二、设计步骤及要求…………………………………………………3
三、设计报告要求……………………………………………………3
四、总设计原理………………………………………………………4
五、单元电路的设计…………………………………………………4
1、计数电路的设计………………………………………………4
2、校时电路的设计………………………………………………5
3、时基电路的设计………………………………………………6
4、分频电路的设计………………………………………………7
5、定时控制电路的设计…………………………………………8
6、整点报时电路的设计…………………………………………9
六、电子时钟设计总电路图…………………………………………10
七、电路设计调试过程中的问题及解决方案………………………11
1、电路设计…………………………………………………………11
2、软件调试的问题…………………………………………………12
3、硬件焊接调试的问题……………………………………………13
八、设计心得及体会…………………………………………………15
九、附录………………………………………………………………16
1、元器件清单及所用仪器…………………………………………16
2、所用集成器件对应的引脚图……………………………………17
3、参考文献………………………………………………………20
多功能数字钟电路设计报告
一、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。
二、设计步骤及要求：
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；
②设计各单元电路，并用Multisim软件仿真；
③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、设计报告要求：
（1）写出各单元电路的工作原理、设计过程及器件选择；
（2）画出完整的电路原理图，并标明各元器件的参数值；
（3）绘出电路中的时序波形，整理实验数据，并加以说明；
（4）写出设计过程中出现的故障现象及其解决办法；
（5）设计心得、体会及建议。
四、总设计原理
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
五、单元电路的设计
1、计数电路的设计
（1）用74160实现12进制计数器
图2用并行进位整体置数法构成的12进制计数器（12翻1）
（2）用74ls160实现60进制计数器
图3用并行进位整体置数法构成的60进制计数器
2、校时电路的设计
至分两个脉冲
至时两个脉冲
分进位脉冲
秒进位脉冲
校时脉冲
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。
图4校时电路
3、时基电路的设计
由555产生1Hz的频率
图5由555定时器构成的多谐振荡器
4、定时控制电路的设计
数字钟在指定的时刻发出信号，或驱动音响电路“闹时”，或对某装置进行控制，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。
设置上午6点59分发出闹时信号，持续时间为1分钟。
6时59分对应数字钟的时计数器的状态为（Q3Q2Q1Q0）H1=0110，分十位计数器的状态为（Q3Q2Q1Q0）M2=0101，分个位计数器的状态为（Q3Q2Q1Q0）M1=1001。
若将上述计数器输出为“1”的所有输出端经过与门电路去控制发光二极管电路可以使发光二极管正好在6点59分亮，且持续时间1分钟停亮。
所以闹时控制信号Y的表达式为：
Y=（Q2Q1）H1（Q2Q0）M2（Q3Q0）M1
图9定时控制电路
5、整点报时电路的设计
仿电台正点报时电路的功能要求是：
每当数字钟计时快要到正点时发出声响，通常按照4低音1高音的顺序发出声响，以最后一声高音结束的时刻为正点时刻。
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，它们的持续时间为1秒。
根据以上设定可得到电台正点报时时的分十位状态Q2M2Q0M2=11（0101），分个位的状态为Q3M1Q0M1=11（1001），秒十位状态为Q2S2Q0S2=11（0101），秒个位的状态为Q0S1=1（1、3、5、7、9）。
而发低音还是高音只与秒个位有关，根据设定可列表如表1所示：
由表中的状态可总结出如下结论：
秒个位的第三位Q3S1可用来作为鸣低音或高音的控制信号，即
Q3s1=0时，输入500Hz的低频信号至音响电路
Q3S1=1时，输入1kHz的高频信号至音响电路。
表1正点报时状态功能表
CP（秒）
Q3S1Q2S1Q1S1Q0S1
功能
Cp（秒）
Q3S1Q2S1Q1S1Q0S1
功能
50
51
52
53
54
55
0000
0001
0010
0011
0100
0101
鸣低音
停
鸣低音
停
鸣低音
56
57
58
59
00
0110
0111
1000
1001
0000
停
鸣低音
停
鸣高音
停
秒个位Q3s1
1000Hz
500Hz
图10整点报时电路图
六、电子时钟设计总电路图
七、电路设计调试过程中的问题及解决方案
1、电路设计
（1）由于考虑到整体置数法比较稳定，而且有12翻1，故记数电路全部采用整体置数。
（2）直接用555按书上有个实例连接的电路，参数设置也是一样，产生1Hz的电路
（3）设置6点59分为定时电路，发光二极管亮1分钟
（4）整点报时，类似于广播电台的报时
2、软件调试的问题
仿真我用的是Multisim10这个软件，最开始拿到课程设计的题目的时候，认真分析过，我觉得数字钟的这个课题非常的贴近生活，日常生活，以前也不止一次的想过，这个电子钟的功能挺神奇的，要是自己能做出来一个，那多cool呀，所以就做这个了，当我开始着手准备这个仿真设计时，想着由上到下，先弄了时分秒的进制设计和连接，以及显示电路，然后就用信号发生器检测了下，发现没有显示呀，后来通过和同学讨论以及参考之前学长做过的设计，发现自己的七段数码管选错了，型号不对，后来换了些数码管，就ok了，哈哈，好开心，一次性就把时分秒的进制设计对了，接下来就想着要把调时控制电路接入以及脉冲发生电路，我先接上那个时基电路，并及时检测了，由于参考了书上的实例，一举就成功了，接下来便是调试电路，按着那个参考书那上面的电路连接，也没有什么问题，主要是那个闹钟和报时电路，我没能找到相应的对的音响什么的，这就是因为自己对这个multism软件不熟悉造成的，后来就干脆参考了学长的这个拓展电路的设计，后来就全成功了，很开心
3、硬件焊接调试的问题
焊接时我就汲取了之前做模电课程设计时的教训，花了半个小时的时间部了下局，还有上网查找了要用芯片的引脚图。
在焊接时我分了四个模块：
（1）基本显示电路模块；
（2）校时模块；（3）闹钟模块；（4）555频率产生模块。
本想着，要是自己能过成功的做出来整个数字钟，完整各拓展功能，我就花钱自己的作品买下来，哈哈，于是我信誓旦旦的检查好芯片和各元件，本来老师给的芯片并不够我完整的设计电路的实现，在我跟老师说明我的想法后，老师还是不肯给，但看我一直苦苦争取，老师最后还是给了我所有我需要的芯片，哈哈，很开心，揣着完备的芯片，兴高采烈的回寝室了，准备在寝室焊接电路版，呵呵，然后我认真整齐的布置好各芯片的位置，先把芯片的各底座焊稳了一两个引脚，以防到时候不限需要调整芯片位置，然后一气呵成花了整整三天天天熬夜，多次返回实验室拿线和焊锡，终于在最后关头，成功的焊好了主电路，就是那个记时调试电路，包括脉冲产生电路，就是555定时器的时基电路，调时电路以及时分秒计时及显示电路，又是焊接效率可能比较差，没能把所有拓展电路全部焊接上去，就单单完成了主电路。
由于时间有限，就赶着调试了，最开始一个都不亮啊，当时我就急了，哎呀，我一下子就有点失落了，我辛辛苦苦焊接了这么久啊，还精心布线，芯片什么的，于是用万用表检测了下个芯片的电压到底满足了没，该接地的有没有接地，发现自己的芯片都没有供上电，于是我仔细回查了自己的线路连接，终于发现芯片的那个总的电源接入端并没有接通，马上就改了，又发现老师给的6个数码管只有两个亮的，其实有一个亮的是8，于是我想着看下是不是数码管坏了，于是换着插了，发现有五个是坏的，就找老师换了，但是还是有几个管子没有能点亮，而且我发现当时的工作电流是有好大的，很快就发现有好多芯片发热了，我想肯定是哪个地方短路了，于是用万用表检测了好久，还是没有检测出来，自己弄了好久，也问了老师，老师也给了我好多的指导，后来不知道怎么的电流就恢复到正常电流了，虽说都能显示，但是还是没法正常显示时分秒的计时规律，后来我想着让老师陪我去换掉所有的芯片，但是老师说是不可能都换了，我就一个一个的换，就先看秒位的计数，但是还是没有正确显示，有检查了好久，一共检查了三遍，发现线路确实没有错误，而且检测每个芯片的各引脚都接对了，对的电平，就是没有对的计时，而且经检测，我的555脉冲发生电路也产生了还算正常的1HZ的方波脉冲，就是在下降沿的时刻有点毛刺，但是我问了老师，老师告诉我说这算是正常了，呵呵，我开心，但是后来本来想着要老师给我多一周的时间认真再查下错，老师也同意，但是考虑到期考临近，要好好准备考试了，有没有那么方便的一个操作环境，就交作品了，有点遗憾
八、设计心得及体会
虽然并没有成功的达到自己先前为自己定下的目标，就是完整的做出数字钟，但在这次数电课程设计中我真的学到了很多东西，不管是焊接还是布线，都有进步，而且通过仿真设计我觉得我对Multisim10这个软件更加熟悉了，基本上能比较灵活的运用了，在仿真之前我还去图书馆借了一本Multisim10的书学了下。
同时对书本上相关的理论知识有了更加深入的理解和认识，很好的学以致用了，呵呵，挺有成就感的！
但是我觉得，有个地方没有做好，就是自己的焊接效率有点低，导致给调试留下的时间就少了，导致最后作品没能完全成功，但是老师有夸奖我说我的焊点很漂亮哦，呵呵，自己的认真得到了老师的认可，很开心。
但是我发现真的调试特重要，这就是一个发现问题分析问题然后解决问题的环节额，特别锻炼人，尤其是在解决自己作品中出现的问题，就更有意义了，我相信，这也会对我之后的各课程实际一个很好的教训的，我会继续努力。
在这里要感谢刘奇能老师的悉心指导，谢谢！
九、附录
1、元器件清单及所用仪器
元器件清单:
名称
数量
74LS160
6
74LS48
6
数码管BS202
6
555
1
74LS153
1
74LS290
3
发光二极管
1
74LS20二4输入与非门
1
74LS00与非门
2
74LS04反相器
2
单刀单掷开关
2
喇叭
1
电阻
3.3K×2，47K×2
瓷片电容
1nF（2个），10uF（1个）100nF（2个）
所用到的仪器：
示波器，万用表，稳压电源
2、所用集成器件对应的引脚图
七段共阴极数码管74LS48
74LS160555定时器
74LS00
74LS04
74LS20
3、参考文献:
（1）、《数字电子技术基础》清华大学出版社、阎石主编
（2）、上网查找相关资料
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