第一篇：多功能數(shù)字鐘電路設(shè)計(jì)報(bào)告

脈沖與數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)

多 功 能 數(shù) 字 電 子 鐘 的 設(shè) 計(jì)

脈沖與數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)

目錄

一、準(zhǔn)備階段...........................3 1.了解多功能數(shù)字鐘的主體電路邏輯圖，并用CAD技術(shù)繪制電路圖…………………………………….3 2.查詢各個(gè)元器件的功能和管腳排列…………..3 3.本組實(shí)驗(yàn)譯碼顯示單元電路的介紹………….7

二、目的及意義………………9

三、原理………………………10

四、安裝、調(diào)試………………11

五、體會(huì)………………………12

脈沖與數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)

數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)

——多功能數(shù)字鐘

一、準(zhǔn)備階段

1.多功能數(shù)字鐘的主體電路邏輯圖：3 83 83 83 83 83 8g a74LS48(6)A3A2A1A0g a74LS48(5)A3 A2 A1 A0BS202?6g a74LS48(4)A3 A2 A1 A0g a74LS48(3)A3 A2 A1 A0g a74LS48(2)A3 A2 A1 A0g a74LS48(1)A3 A2 A1 A06217&51Q1D21Q11RD1CP&176235 Q3 Q2 Q1 Q0 U/D74LS191 D3 D2 D1 D0 G CP LD&11910115414174LS74&& ＋5V3.3k?391112 Q3 Q2 Q1 Q074LS92(2)R0(1CPBCPA9114 Q3 Q2 Q1 Q074LS90(5)R0(1)R9(1)CPBCPA9 Q3 Q2 Q1 Q074LS92(1)R0(1)CPBCPA Q3 Q2 Q1 Q074LS90(4)R0(1)R9(1)CPBCPA&11Hz校時(shí)脈沖&分十位進(jìn)位脈沖&1&秒十位進(jìn)位脈沖0.01?F2k?10k?76218＋5V3.3k?41kHz500HzS23.3k?＋5V10HzQ0Q374LS90(2)CPACPBR0(1)R9(1)0.01?FS11Hz5.1k?55530.1?F51211Q0Q374LS90(1)CPACPBR0(1)R9(1)14126Q0Q374LS90(3)CPACPBR0(1)R9(1)0.01?F

（Protel DXP軟件繪制圖）2.各個(gè)元器件的功能和管腳排列：

555振蕩器：

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R12k?RP10k?7R25.1k?62C10.1?F18＋5V45553vo5C20.01?F如果精度要求不高也可以采用

分頻器電路圖

秒脈沖信號(hào)發(fā)生器：

秒脈沖信號(hào)發(fā)生器是數(shù)字電子鐘的核心部分，它的精度和穩(wěn)定度決定了數(shù)字鐘的質(zhì)量。由振蕩器與分頻器組合產(chǎn)生秒脈沖信號(hào)。

●

振蕩器: 通常用555定時(shí)器與RC構(gòu)成的多諧振蕩器，經(jīng)過調(diào)整輸出1000Hz脈沖。

●

分頻器: 分頻器功能主要有兩個(gè)，一是產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖信

號(hào)，一是提供功能擴(kuò)展電

路所需要的信號(hào)，選用三片74LS90進(jìn)行級(jí)聯(lián)，因?yàn)槊科瑸?/10

分頻器，三片級(jí)聯(lián)好

獲得1Hz標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖。其電路圖如下：

脈沖與數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)

秒 脈 沖 信 號(hào) 發(fā) 生 器

時(shí)分秒計(jì)數(shù)器：

?分和秒計(jì)數(shù)器都是模M=60的計(jì)數(shù)器?其計(jì)數(shù)規(guī)律為00—01—…—58—59—00…?選74LS92作十位計(jì)數(shù)器，74LS90作個(gè)位計(jì)數(shù)器，再將它們級(jí)聯(lián)組成模數(shù)M=60的計(jì)數(shù)器?時(shí)計(jì)數(shù)器是一個(gè)“12翻1”的特殊進(jìn)制計(jì)數(shù)器?即當(dāng)數(shù)字鐘運(yùn)行到12時(shí)59分59秒時(shí)，秒的個(gè)位計(jì)數(shù)器再輸入一個(gè)秒脈沖時(shí)，數(shù)字鐘應(yīng)自動(dòng)顯示為01時(shí)00分00秒，實(shí)現(xiàn)日常生活中習(xí)慣用的計(jì)時(shí)規(guī)律?選用74LS191和74LS74，其電路見本章

時(shí)計(jì)數(shù)器的每位輸出分別送到相應(yīng)七段譯嗎管的輸入端，便可以進(jìn)行不同數(shù)字的顯示。在譯碼管輸出與數(shù)碼管之間串聯(lián)電阻R作為限流電阻。

譯碼顯示電路

故本次實(shí)驗(yàn)的譯碼顯示采用共陰極七段數(shù)碼管和譯碼器74LS48組成。

74LS管腳圖

數(shù)碼管的檢測：

用萬用表檢測，調(diào)至歐姆檔，500歐，紅表筆接數(shù)碼管3腳或6腳，黑表筆接數(shù)碼管其它各個(gè)管腳，依次檢測。若數(shù)碼管各段都有正常發(fā)光，則該數(shù)碼管正常。

數(shù)碼管管腳圖

：

脈沖與數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)

二、目的及意義

1.設(shè)計(jì)目的：

① 準(zhǔn)確計(jì)時(shí)，以數(shù)字形式顯示時(shí)、分、秒的時(shí)間； ② 小時(shí)的計(jì)時(shí)要求為“12翻1”,分和秒的計(jì)時(shí)要求為60進(jìn)位； ③ 校正時(shí)間。

2.實(shí)驗(yàn)的意義：

數(shù)字鐘是一種用數(shù)字電路技術(shù)實(shí)現(xiàn)時(shí)、分、秒計(jì)時(shí)的裝置。與機(jī)械式時(shí)鐘相比具有更高的準(zhǔn)確性和直觀性，且無機(jī)械裝置，具有更長的使用壽命，因此等到了廣泛的應(yīng)用。數(shù)字鐘從原理上講是一種典型的數(shù)字電路，其中包括了組合邏輯電路和時(shí)序電路。

因此，我們本次設(shè)計(jì)和制作數(shù)字鐘就是為了了解數(shù)字鐘的原理，從而學(xué)會(huì)制作數(shù)字鐘，而且通過數(shù)字鐘的脈沖與數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)

制作進(jìn)一步的了解各種在制作中用到的各種中小規(guī)模集成電路的作用及實(shí)用方法。且由于數(shù)字鐘包括組合邏輯電路和時(shí)序電路。通過它可以進(jìn)一步學(xué)習(xí)與掌握各種組合邏輯電路與時(shí)序電路的原理與使用方法。

三、原理

數(shù)字電子鐘由信號(hào)發(fā)生器、“時(shí)、分、秒”計(jì)數(shù)器、譯碼器及顯示器、校時(shí)電路、整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路等組成。秒信號(hào)產(chǎn)生器是整個(gè)系統(tǒng)的時(shí)基信號(hào)，它直接決定計(jì)時(shí)系統(tǒng)的精度，一般用555構(gòu)成的振蕩器加分頻器來實(shí)現(xiàn)。將標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖信號(hào)送入“秒計(jì)數(shù)器”，該計(jì)數(shù)器采用60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，每累計(jì)60秒發(fā)出一個(gè)“分脈沖”信號(hào)，該信號(hào)將作為“分計(jì)數(shù)器”的時(shí)鐘脈沖。“分計(jì)數(shù)器”也采用60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，每累計(jì)60分，發(fā)出一個(gè)“時(shí)脈沖”信號(hào)，該信號(hào)將被送到“時(shí)計(jì)數(shù)器”。“時(shí)計(jì)數(shù)器”采用12進(jìn)制計(jì)數(shù)器，可以實(shí)現(xiàn)一天24h的累計(jì)。譯碼顯示電路將“時(shí)、分、秒”計(jì)數(shù)器的輸出狀態(tài)經(jīng)七段顯示譯碼器譯碼，通過六位LED顯示器顯示出來。整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路是根據(jù)計(jì)時(shí)系統(tǒng)的輸出狀態(tài)產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)，然后去觸發(fā)音頻發(fā)生器實(shí)現(xiàn)報(bào)時(shí)。校時(shí)電路是來對(duì)“時(shí)、分、秒”顯示數(shù)字進(jìn)行校對(duì)調(diào)整。其數(shù)字電子鐘系統(tǒng)框圖如下:

脈沖與數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)

時(shí)顯示器分顯示器秒顯示器定時(shí)控制主體電路時(shí)譯碼器分譯碼器秒譯碼器仿電臺(tái)報(bào)時(shí)時(shí)計(jì)數(shù)器分計(jì)數(shù)器秒計(jì)數(shù)器報(bào)整點(diǎn)時(shí)數(shù)擴(kuò)展電路校時(shí)電路1s觸摸整點(diǎn)報(bào)時(shí)振蕩器分頻器

數(shù)字電子鐘系統(tǒng)框圖

四、安裝調(diào)試

具體調(diào)試步驟及方法：

555定時(shí)器的輸出信號(hào)和頻率，輸出頻率

⑴用示波器檢測應(yīng)為1000HZ。

⑵將1000HZ信號(hào)送入分頻器，用示波器檢查各級(jí)分頻器的輸出頻率是否符合要求。

⑶將1HZ秒脈沖分別送入時(shí)、分、秒計(jì)數(shù)器，檢查各組計(jì)數(shù)器的工作情況。

⑷觀察校時(shí)電路的功能是否符合要求。

⑸當(dāng)分頻器和計(jì)數(shù)器調(diào)試正常后，觀察電子鐘是否準(zhǔn)確、正常的工作。

五、實(shí)驗(yàn)過程中遇到的問題及解決方

脈沖與數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)

法

我們?cè)跀?shù)字顯示部分調(diào)試時(shí)。調(diào)試過程中秒的顯示中十進(jìn)制沒有問題，但是不進(jìn)位，經(jīng)過檢查發(fā)現(xiàn)是進(jìn)位線連錯(cuò)了。依次向分顯示排查，發(fā)現(xiàn)分顯示也不正常，結(jié)果發(fā)現(xiàn)我們是在分顯示的一個(gè)74LS90下面沒有接電源，接上電源后發(fā)現(xiàn)分顯示正常。在時(shí)顯示部分發(fā)現(xiàn)74LS20的一個(gè)輸出線應(yīng)該是接74LS74的非S端，我們接錯(cuò)了，改了之后顯示部分基本上就沒什么問題了。其它部分沒有需要多進(jìn)行調(diào)試，主要是我們?cè)诮舆@些地方時(shí)，一起對(duì)著邏輯電路參考圖以及集成電路引出端功能圖，一根線一根線地檢查，每連接完一根線就在參考圖上標(biāo)記一個(gè)，這樣比較容易發(fā)現(xiàn)是否漏連了線，所以這些地方在調(diào)試的時(shí)候沒出現(xiàn)什么問題。

六、心得體會(huì)

通過這次對(duì)數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)與制作，讓我們了解了設(shè)計(jì)電路的程序，也讓我了解了關(guān)于數(shù)字鐘的原理與設(shè)計(jì)理念，要設(shè)計(jì)一個(gè)電路總要對(duì)著一個(gè)參考電路圖才可以連接的。但是最后的成品卻不一定與理想的完全一樣，因?yàn)樵趯?shí)際接線中有著各種各樣的條件制約著，所以要合理布局這樣連出來的成品才比較美觀。通過這次學(xué)習(xí)，讓我對(duì)各種電路都有了進(jìn)一步的了解，所以說，坐而言不如立而行，對(duì)于這些電路還是應(yīng)該自己動(dòng)手實(shí)際操作才會(huì)有深刻理解。在這次實(shí)驗(yàn)連接

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中，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)極大的問題，那就是電路連接過程中一定要細(xì)心，耐心。這兩點(diǎn)是至關(guān)重要的，在連接電路圖時(shí)很是麻煩，但是必須定下心來，慢慢連接，在調(diào)試過程中，任何問題有可能導(dǎo)致致命的失誤，我們必須一點(diǎn)一點(diǎn)地檢查，這就要我們有足夠的耐心，從小處著手，從每根導(dǎo)線入手。在現(xiàn)實(shí)生活中也是如此。通過這次課程設(shè)計(jì)，我的動(dòng)手能力也得到了加強(qiáng)。

CD4060由一振蕩器和14級(jí)二進(jìn)制串行計(jì)數(shù)器位組成，振蕩器的結(jié)構(gòu)可以是RC或晶振電路，CR為高電平時(shí)，計(jì)數(shù)器清零且振蕩器使用無效。所有的計(jì)數(shù)器位均為主從觸發(fā)器。在CP1(和CP0)的下降沿計(jì)數(shù)器以二進(jìn)制進(jìn)行計(jì)數(shù)。在時(shí)鐘脈沖線上使用斯密特觸發(fā)器對(duì)時(shí)鐘上升和下降時(shí)間無限制。

脈沖發(fā)生器是數(shù)字鐘的核心部分，它的精度和穩(wěn)定度決定了數(shù)字鐘的質(zhì)量，通常用晶體振蕩器發(fā)出的脈沖經(jīng)過整形、分頻獲得1Hz的秒脈沖。如晶振為32768 Hz，通過15次二分頻后可獲得1Hz的脈沖輸出，電路圖如圖2所示

脈沖與數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)

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第二篇：多功能數(shù)字鐘的電路設(shè)計(jì)

多功能數(shù)字鐘的電路設(shè)計(jì)

目錄：

一、設(shè)計(jì)題目

二、設(shè)計(jì)任務(wù)和要求

三、電路原理分析與程序設(shè)計(jì)

四、元器件

五、仿真圖

六、心得體會(huì)

七、參考文獻(xiàn)資料

八、實(shí)物圖

一、題目：多功能數(shù)字鐘的電路設(shè)計(jì)

二、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求

1）時(shí)鐘顯示功能，能夠以十進(jìn)制顯示“時(shí)”、“分”、“秒”。2）具有校準(zhǔn)時(shí)、分的功能。

3）整點(diǎn)自動(dòng)報(bào)時(shí)，在整點(diǎn)時(shí)，便自動(dòng)發(fā)出鳴叫聲，時(shí)長1s。選做：

1）鬧鐘功能，可按設(shè)定的時(shí)間鬧時(shí)。

2）日歷顯示功能。將時(shí)間的顯示增加“年”、“月”、“日”。

三，電路原理分析與程序設(shè)計(jì) 1．?dāng)?shù)字鐘的構(gòu)成

數(shù)字鐘實(shí)際上是一個(gè)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)頻率（1HZ）進(jìn)行計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)電路。由于計(jì)數(shù)的起始時(shí)間不可能與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間（如北京時(shí)間）一致，故需要在電路上加一個(gè)校時(shí)電路，同時(shí)標(biāo)準(zhǔn)的1HZ時(shí)間信號(hào)必須做到準(zhǔn)確穩(wěn)定。通常使用石英晶體振蕩器電路構(gòu)成數(shù)字鐘。一個(gè)具有計(jì)時(shí)、校時(shí)、報(bào)時(shí)、顯示等基本功能的數(shù)字鐘主要由振蕩器、分頻器、計(jì)數(shù)器、譯碼器、顯示器、校時(shí)電路、報(bào)時(shí)電路等七部分組成。石英晶體振蕩器產(chǎn)生的信號(hào)經(jīng)過分頻器得到秒脈沖，秒脈沖送入計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)結(jié)果通過“時(shí)”、“分”、“秒”譯碼器譯碼，并通過顯示器顯示時(shí)間。數(shù)字鐘的整機(jī)邏輯框圖如下：

振蕩器譯 碼 顯 示 電 路時(shí)計(jì)數(shù)器分計(jì)數(shù)器秒計(jì)數(shù)器

校時(shí)電路報(bào)時(shí)電路多級(jí)分頻器

1)555秒脈沖發(fā)生電路與晶振秒脈沖發(fā)生電路的比較

555與RC組成的多諧振蕩器，產(chǎn)生頻率 f=1kHz的方波信號(hào)，則可設(shè)計(jì)出相應(yīng)的電路，其中RP可微調(diào)振蕩器的輸出頻率f。555由電阻分壓器、電壓比較器、基本R-S觸發(fā)器、放電三極管和輸出緩沖器5部分組成。要產(chǎn)生秒脈沖既可以采用555脈沖發(fā)生電路也可以采用晶振脈沖發(fā)生電路。但是相比二者的穩(wěn)定性，晶振電路比555電路能夠產(chǎn)生更加穩(wěn)定的脈沖，所以最后決定采用晶振脈沖發(fā)生電路。石英晶體振蕩器的特點(diǎn)是振蕩頻率準(zhǔn)確、電路結(jié)構(gòu)簡單、頻率易調(diào)整，它是電子鐘的核心，用它產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào)，再由分頻器分成秒時(shí)間脈沖。晶體振蕩器電路給數(shù)字鐘提供一個(gè)頻率穩(wěn)定準(zhǔn)確的32768Ｈz的方波信號(hào)，可保證數(shù)字鐘的走時(shí)準(zhǔn)確及穩(wěn)定。不管是指針式的電子鐘還是數(shù)字顯示的電子鐘都使用了晶體振蕩器電路。

2)分頻器電路

時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的頻率很高，要得到秒脈沖，需要分頻電路。分頻器電路將32768Ｈz的高頻方波信號(hào)經(jīng)32768（）次分頻后得到1Hz的方波信號(hào)供秒計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)。分頻器實(shí)際上也就是計(jì)數(shù)器。

3)時(shí)間計(jì)數(shù)器電路

整個(gè)計(jì)數(shù)器電路由秒計(jì)數(shù)器、分計(jì)數(shù)器、時(shí)計(jì)數(shù)器串接而成。秒計(jì)數(shù)器和分計(jì)數(shù)器各自由一個(gè)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器和一個(gè)六進(jìn)制計(jì)數(shù)器串接組成，形成兩個(gè)六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。時(shí)計(jì)數(shù)器可由兩個(gè)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器串接并通過反饋接成二十四制計(jì)數(shù)器。這次的試驗(yàn)我取用了74390芯片，它的邏輯電路圖如圖：

引腳圖：

4)譯碼驅(qū)動(dòng)電路

譯碼驅(qū)動(dòng)電路將計(jì)數(shù)器輸出的8421BCD碼轉(zhuǎn)換為數(shù)碼管需要的邏輯狀態(tài)，并且為保證數(shù)碼管正常工作提供足夠的工作電流。譯碼器由六片74LS48組成，74LS48驅(qū)動(dòng)器是與8421BCD編碼計(jì)數(shù)器配合用的7段譯碼驅(qū)動(dòng)器。一片74LS48驅(qū)動(dòng)一只數(shù)碼，74LS48是集電極開路輸出，為了限制數(shù)碼管的導(dǎo)通電流，在72LS48的輸出與數(shù)碼管的輸入端之間均應(yīng)串有限流電阻。74LS48的引腳圖為：

5)數(shù)碼管

數(shù)碼管通常有發(fā)光二極管（LED）數(shù)碼管和液晶（LCD）數(shù)碼管，本設(shè)計(jì)提供的為ＬＥＤ數(shù)碼管。用七段發(fā)光數(shù)碼管來顯示譯碼器輸出的數(shù)字，發(fā)光數(shù)碼管有兩種：共陽極或共陰極。74LS48驅(qū)動(dòng)器是高電平輸出，采用共陰極數(shù)碼管。數(shù)碼管的引腳如圖：

6）校時(shí)電路

剛接通電源或走時(shí)不準(zhǔn)時(shí)，都需要進(jìn)行時(shí)間校準(zhǔn)。實(shí)現(xiàn)校時(shí)電路的方法有很多，采用基本R-S觸發(fā)器構(gòu)成單脈沖發(fā)生器是其中的一種，其中采用74LS00和74LS04芯片，它們的引腳如圖：

總的電路如圖：

校時(shí)電路

2，數(shù)字鐘的工作原理：

1）秒脈沖晶體振蕩器

晶體振蕩器是構(gòu)成數(shù)字式時(shí)鐘的核心，它保證了時(shí)鐘的走時(shí)準(zhǔn)確及穩(wěn)定。由于晶體具有較高的頻率穩(wěn)定性及準(zhǔn)確性，從而保證了輸出頻率的穩(wěn)定和準(zhǔn)確。晶體XTAL的頻率選為32768HZ。該元件專為數(shù)字鐘電路而設(shè)計(jì)，其頻率較低，有利于減少分頻器級(jí)數(shù)。從有關(guān)手冊(cè)中，可查得C1、C2均為20pF。當(dāng)要求頻率準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度更高時(shí)，還可接入校正電容并采取溫度補(bǔ)償措施。由于CMOS電路的輸入阻抗極高，因此反饋電阻R1可選為22MΩ。較高的反饋電阻有利于提高振蕩頻率的穩(wěn)定性。通常，數(shù)字鐘的晶體振蕩器輸出頻率較高，為了得到１Ｈz的秒信號(hào)輸入，需要對(duì)振蕩器的輸出信號(hào)進(jìn)行分頻。通常實(shí)現(xiàn)分頻器的電路是計(jì)數(shù)器電路，一般采用多級(jí)２進(jìn)制計(jì)數(shù)器來實(shí)現(xiàn)。例如，將３２７６８Ｈz的振蕩信號(hào)分頻為１ＨZ的分頻倍數(shù)為３２７６８（２１５），即實(shí)現(xiàn)該分頻功能的計(jì)數(shù)器相當(dāng)于１５極２進(jìn)制計(jì)數(shù)器。常用的２進(jìn)制計(jì)數(shù)器有７４LS74等。本實(shí)驗(yàn)中采用CD4060來構(gòu)成分頻電路。CD4060在數(shù)字集成電路中可實(shí)現(xiàn)的分頻次數(shù)最高，而且CD4060還包含振蕩電路所需的非門，使用更為方便。ＣＤ４０６０計(jì)數(shù)為１４級(jí)２進(jìn)制計(jì)數(shù)器，可以將３２７６８ＨZ的信號(hào)分頻為２ＨZ。

CD4060秒脈沖振蕩發(fā)生器

2）時(shí)間計(jì)數(shù)單元

時(shí)間計(jì)數(shù)單元有時(shí)計(jì)數(shù)、分計(jì)數(shù)和秒計(jì)數(shù)等幾個(gè)部分。時(shí)計(jì)數(shù)單元一般為24進(jìn)制計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器，其輸出為兩位８４２１ＢＣＤ碼形式；分計(jì)數(shù)和秒計(jì)數(shù)單元為６０進(jìn)制計(jì)數(shù)器，其輸出也為８４２１ＢＣＤ碼。一般采用10進(jìn)制計(jì)數(shù)器74HC390來實(shí)現(xiàn)時(shí)間計(jì)數(shù)單元的計(jì)數(shù)功能。為減少器件使用數(shù)量，可選７４ＨＣ３９０，其內(nèi)部邏輯框圖如圖所示。該器件為雙２—５－１０異步計(jì)數(shù)器，并且每一計(jì)數(shù)器均提供一個(gè)異步清零端（高電平有效）。

74HC390(1/2)內(nèi)部邏輯框圖

秒個(gè)位計(jì)數(shù)單元為１０進(jìn)制計(jì)數(shù)器，無需進(jìn)制轉(zhuǎn)換，只需將ＱＡ與ＣＰＢ（下降沿有效）相連即可。ＣＰＡ（下降沒效）與１ＨZ秒輸入信號(hào)相連，Ｑ３可作為向上的進(jìn)位信號(hào)與十位計(jì)數(shù)單元的ＣＰＡ相連。秒十位計(jì)數(shù)單元為６進(jìn)制計(jì)數(shù)器，需要進(jìn)制轉(zhuǎn)換。將１０進(jìn)制計(jì)數(shù)器轉(zhuǎn)換為６進(jìn)制計(jì)數(shù)器的電路連接方法如圖所示，其中Ｑ２可作為向上的進(jìn)位信號(hào)與分個(gè)位的計(jì)數(shù)單元的ＣＰＡ相連。

10進(jìn)制——6進(jìn)制計(jì)數(shù)器轉(zhuǎn)換電路

分個(gè)位和分十位計(jì)數(shù)單元電路結(jié)構(gòu)分別與秒個(gè)位和秒十位計(jì)數(shù)單元完全相同，只不過分個(gè)位計(jì)數(shù)單元的Ｑ３作為向上的進(jìn)位信號(hào)應(yīng)與分十位計(jì)數(shù)單元的ＣＰＡ相連，分十位計(jì)數(shù)單元的Ｑ２作為向上的進(jìn)位信號(hào)應(yīng)與時(shí)個(gè)位計(jì)數(shù)單元的ＣＰＡ相連。

時(shí)個(gè)位計(jì)數(shù)單元電路結(jié)構(gòu)仍與秒或個(gè)位計(jì)數(shù)單元相同，但是要求，整個(gè)時(shí)計(jì)數(shù)單元應(yīng)為24進(jìn)制計(jì)數(shù)器，不是１０的整數(shù)倍，因此需將個(gè)位和十位計(jì)數(shù)單元合并為一個(gè)整體才能進(jìn)行24進(jìn)制轉(zhuǎn)換。利用１片７４ＨＣ３９０實(shí)現(xiàn)24進(jìn)制計(jì)數(shù)功能的電路。

3）譯碼驅(qū)動(dòng)及顯示單元

計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)了對(duì)時(shí)間的累計(jì)以8421BCD碼形式輸出，選用顯示譯碼電路將計(jì)數(shù)器的輸出數(shù)碼轉(zhuǎn)換為數(shù)碼顯示器件所需要的輸出邏輯和一定的電流，選用74LS48作為顯示譯碼電路，選用LED數(shù)碼管作為顯示單元電路。

4）校時(shí)電源電路

當(dāng)重新接通電源或走時(shí)出現(xiàn)誤差時(shí)都需要對(duì)時(shí)間進(jìn)行校正。通常，校正時(shí)間的方法是：首先截?cái)嗾５挠?jì)數(shù)通路，然后再進(jìn)行人工出觸發(fā)計(jì)數(shù)或?qū)㈩l率較高的方波信號(hào)加到需要校正的計(jì)數(shù)單元的輸入端，校正好后，再轉(zhuǎn)入正常計(jì)時(shí)狀態(tài)即可。

根據(jù)要求，數(shù)字鐘應(yīng)具有分校正和時(shí)校正功能，因此，應(yīng)截?cái)喾謧€(gè)位和時(shí)個(gè)位的直接計(jì)數(shù)通路，并采用正常計(jì)時(shí)信號(hào)與校正信號(hào)可以隨時(shí)切換的電路接入其中。如圖所示為校時(shí)電路，校正電路

5）整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路

一般時(shí)鐘都應(yīng)具備整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路功能，即在時(shí)間出現(xiàn)整點(diǎn)前數(shù)秒內(nèi)，數(shù)字鐘會(huì)自動(dòng)報(bào)時(shí)，以示提醒。其作用方式是發(fā)出連續(xù)的或有節(jié)奏的音頻聲波，較復(fù)雜的也可以是實(shí)時(shí)語音提示。根據(jù)要求，電路應(yīng)在整點(diǎn)前1秒鐘內(nèi)開始整點(diǎn)報(bào)時(shí)，即當(dāng)時(shí)間在59分59秒時(shí)，報(bào)時(shí)電路報(bào)時(shí)控制信號(hào)。報(bào)時(shí)電路選74HC30，選蜂鳴器為電聲器件。

四、元器件

5V電源，電路板 1塊，跳線若干，共陰數(shù)碼管 1個(gè)，100Ω電阻 42個(gè)，3.3KΩ電阻 2個(gè)，22MΩ電阻 1個(gè)，20PF電容 2個(gè)，0.01uF 1個(gè)，32.768k時(shí)鐘晶體 1個(gè)，蜂鳴器 1個(gè)，CD4060 1個(gè)，74LS74 1個(gè)，74LS30 1個(gè)，74LS48 6個(gè)，74LS390 3個(gè)，74LS00 3個(gè)，74LS08 1個(gè)，74LS04 1個(gè)，開關(guān) 2個(gè)。

五、仿真圖

由于所用的仿真器所限制，有的元件并不能被利用，所以秒脈沖和校時(shí)信號(hào)都用了波形發(fā)生器代替了。

六、設(shè)計(jì)體會(huì)

通過這次對(duì)數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)與制作，讓我了解了設(shè)計(jì)電路的程序，也讓我了解了關(guān)于數(shù)字鐘的原理與設(shè)計(jì)理念，要設(shè)計(jì)一個(gè)電路總要先用仿真仿真成功之后才實(shí)際接線的。但是最后做出來的并不是與仿真時(shí)一樣的，這還需要自己去做出一些調(diào)整。因?yàn)椋賹?shí)際接線中有著各種各樣的條件制約著。而且，在仿真中無法成功的電路接法，在實(shí)際中因?yàn)樾酒旧淼奶匦远軌虺晒Α４送猓瑢?shí)際的元器件的引腳與仿真器中的是不同的。所以，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮兩者的差異，從中找出最適合的設(shè)計(jì)方法，尤其要注意在電路板上的布局。通過這次學(xué)習(xí)，讓我對(duì)各種電路都有了大概的了解，所以說，坐而言不如立而行，對(duì)于這些電路還是應(yīng)該自己動(dòng)手實(shí)際操作才會(huì)有深刻理解。在動(dòng)手制作之前由于對(duì)一些關(guān)于所做電路的資料、原理，以及如何檢測電路的方法，還有關(guān)于檢測芯片的方法都不太熟悉，所以很容易會(huì)選錯(cuò)芯片或者出現(xiàn)一些錯(cuò)誤。如果在開始的時(shí)候有這方面的資料那就會(huì)有助于我們進(jìn)一步的進(jìn)入狀況，完成設(shè)計(jì)。

七、參考文獻(xiàn)

《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》 《電工電子技術(shù)試驗(yàn)》

八、實(shí)物圖

第三篇：多功能數(shù)字鐘課程設(shè)計(jì)報(bào)告

課題名稱 姓名 學(xué)號(hào) 院、系、部 專業(yè) 指導(dǎo)教師

電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告書

2016年6月12日

一、設(shè)計(jì)任務(wù)及要求：

用中小規(guī)模集成芯片設(shè)計(jì)并制作多功能數(shù)字鐘，具體要求如下：

1、準(zhǔn)確及時(shí)，以數(shù)字形式顯示時(shí)（00～23）、分（00～59）、秒（00～59）的時(shí)間。

2、具有校時(shí)功能。指導(dǎo)教師簽名：

2016

二、指導(dǎo)教師評(píng)語：

指導(dǎo)教師簽名：

2016

三、成績

指導(dǎo)教師簽名：

2016年6月年6月年6月日

日

日

多功能數(shù)字鐘課程設(shè)計(jì)報(bào)告 設(shè)計(jì)目的

一、設(shè)計(jì)原理與技術(shù)方法：

包括：電路工作原理分析與原理圖、元器件選擇與參數(shù)計(jì)算、電路調(diào)試方法與結(jié)果說明； 軟件設(shè)計(jì)說明書與流程圖、軟件源程序代碼、軟件調(diào)試方法與運(yùn)行結(jié)果說明。

1、電路工作原理分析與原理圖

數(shù)字鐘實(shí)際上是一個(gè)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)頻率（1Hz）進(jìn)行計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)電路。由于標(biāo)準(zhǔn)的1Hz 時(shí)間信號(hào)必須做到準(zhǔn)確穩(wěn)定，所以通常使用輸出頻率穩(wěn)定的石英晶體振蕩器電路構(gòu)成數(shù)字鐘的振源。又由于計(jì)數(shù)的起始時(shí)間不可能與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間（如北京時(shí)間）一致，故需要在電路上加一個(gè)校時(shí)電路。因此一個(gè)具有計(jì)時(shí)、校時(shí)、報(bào)時(shí)、顯示等基本功能的數(shù)字鐘主要由振蕩器、分頻器、計(jì)數(shù)器、譯碼器、顯示器、校時(shí)電路、報(bào)時(shí)電路等七部分組成。石英晶體振蕩器產(chǎn)生的信號(hào)經(jīng)過分頻器得到秒脈沖后，秒脈沖送入計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)結(jié)果通過“時(shí)”、“分”、“秒”譯碼器譯碼，并通過顯示器顯示時(shí)間。由以上分析可得到原理框圖如下圖

圖1 實(shí)驗(yàn)原理框圖

2、元器件選擇與參數(shù)計(jì)算

（1）晶體振蕩電路：產(chǎn)生秒脈沖既可以采用555脈沖發(fā)生電路也可以采用晶振脈沖發(fā)生電路。若由集成電路定時(shí)器555與RC組成的多諧振蕩器作為時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源，可使555與RC組成多諧振蕩器，產(chǎn)生頻率 f=1kHz的方波信號(hào)，再通過分頻則可得到秒脈沖信號(hào)。晶體振蕩器電路則可以給數(shù)字鐘提供一個(gè)頻率穩(wěn)定準(zhǔn)確的32768Hz的方波信號(hào)，可保證數(shù)字鐘的走時(shí)準(zhǔn)確及穩(wěn)定。相比二者的穩(wěn)定性，晶振電路比555電路能夠產(chǎn)生更加穩(wěn)定的脈沖，數(shù)字電路中的時(shí)鐘是由振蕩器產(chǎn)生的，振蕩器是數(shù)字鐘的核心。振蕩器的穩(wěn)定度及頻率的精度決定了數(shù)字鐘計(jì)時(shí)的準(zhǔn)確程度，所以最后決定采用晶振脈沖發(fā)生電路。石英晶體振蕩器的特點(diǎn)是振蕩頻率準(zhǔn)確、電路結(jié)構(gòu)簡單、頻率易調(diào)整，它是電子鐘的核心，用它產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào)，再由分頻器分成秒時(shí)間脈沖。

所以秒脈沖晶體振蕩選用32768Hz的晶振，該元件專為數(shù)字鐘電路而設(shè)計(jì)，其頻率較低，有利于減少分頻器級(jí)數(shù)。從有關(guān)手冊(cè)中，可查得C1、C2均為20pF。當(dāng)要求頻率準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度更高時(shí)，還可接入校正電容并采取溫度補(bǔ)償措施。由于CMOS電路的輸入阻抗極高，因此反饋電阻R1可選為20MΩ。

（2）分頻器電路：分頻器電路將32768Hz的高頻方波信號(hào)經(jīng)32768（152）次分頻后得到1Hz的方波信號(hào)供秒計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)。分頻器實(shí)際上也就是計(jì)數(shù)器。該電路可通過CD4060與雙D觸發(fā)器74LS74共同實(shí)現(xiàn)。

（3）時(shí)間計(jì)數(shù)器電路：時(shí)間計(jì)數(shù)電路由秒個(gè)位和秒十位計(jì)數(shù)器、分個(gè)位和分十位計(jì)數(shù)器及時(shí)個(gè)位和時(shí)十位計(jì)數(shù)器電路構(gòu)成，其中秒個(gè)位和秒十位計(jì)數(shù)器、分個(gè)位和分十位計(jì)數(shù)器為60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，而根據(jù)設(shè)計(jì)要求，時(shí)個(gè)位和時(shí)十位計(jì)數(shù)器為24進(jìn)制計(jì)數(shù)器。計(jì)數(shù)器可以使用十進(jìn)制的74LS160。

（4）譯碼驅(qū)動(dòng)電路：譯碼驅(qū)動(dòng)電路將計(jì)數(shù)器輸出的8421BCD碼轉(zhuǎn)換為數(shù)碼管需要的邏輯狀態(tài)，并且為保證數(shù)碼管正常工作提供足夠的工作電流。譯碼器可以使用CD4511。

（5）校時(shí)電路：可以通過基本的門器件、電阻與開關(guān)實(shí)現(xiàn)。由設(shè)計(jì)的電路圖可選擇與非門74LS00。（6）整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路：一般時(shí)鐘都應(yīng)具備整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路功能,即在時(shí)間出現(xiàn)整點(diǎn)前數(shù)秒內(nèi),數(shù)字鐘會(huì)自動(dòng)報(bào)時(shí),以示提醒.其作用方式是發(fā)出連續(xù)的或有節(jié)奏的音頻聲波。

3、電路調(diào)試方法與結(jié)果說明（1）電路調(diào)試方法 ①數(shù)碼管的調(diào)試：可以用萬用表的負(fù)極接數(shù)碼管的3或8腳，正極依次接數(shù)碼管剩余的管腳所接電阻的另一端，并將萬用表調(diào)至測發(fā)光二極管檔位，從而測試數(shù)碼管的顯示是否正確。②“時(shí)”“分”“秒”電路的調(diào)試：將“時(shí)”“分”“秒”電路連接完成后，可以用函數(shù)信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的1Hz方波信號(hào)分別作為“時(shí)”、“分”、“秒”的個(gè)位74LS160的計(jì)數(shù)脈沖，從而測試“時(shí)”是否為24進(jìn)制，“分”和“秒”是否為60進(jìn)制。③校時(shí)電路的調(diào)試：先將電路外接用函數(shù)信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的2Hz方波信號(hào)，再分別通過校時(shí)、校分電路開關(guān)的斷開、閉合以及開關(guān)閉合后電路的工作情況判斷電路的校時(shí)、校分功能是否正確。

④秒脈沖產(chǎn)生電路的調(diào)試：將電路產(chǎn)生的秒時(shí)間脈沖接入示波器，觀察并計(jì)算電路是否產(chǎn)生1Hz方波信號(hào)。（2）結(jié)果說明

①數(shù)碼管的調(diào)試：當(dāng)正極依次接1、2、4、5、7、9、10管腳時(shí)，數(shù)碼管依次是G、F、A、B、C、D、E亮。②“時(shí)”“分”“秒”電路的調(diào)試：“時(shí)”為24進(jìn)制（從“00”到“23”），“分”和“秒”都為60進(jìn)制（從“00”到“59”）。

③校時(shí)電路的調(diào)試：開關(guān)斷開時(shí)電路處于正常工作狀態(tài)，開關(guān)閉合時(shí)電路處于校時(shí)、校分狀態(tài)。

④秒脈沖產(chǎn)生電路的調(diào)試：電路產(chǎn)生1Hz方波信號(hào)。

4、軟件設(shè)計(jì)說明書與流程圖（1）秒脈沖產(chǎn)生電路

晶體振蕩器是構(gòu)成數(shù)字式時(shí)鐘的核心，它保證了時(shí)鐘的走時(shí)準(zhǔn)確及穩(wěn)定。由于晶體具有較高的頻率穩(wěn)定性及準(zhǔn)確性，從而保證了輸出頻率的穩(wěn)定和準(zhǔn)確。晶體XTAL的頻率選為32768HZ。該元件專為數(shù)字鐘電路而設(shè)計(jì)，其頻率較低，有利于減少分頻器級(jí)數(shù)。從有關(guān)手冊(cè)中，可查得C1、C2均為20pF。當(dāng)要求頻率準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度更高時(shí)，還可接入校正電容并采取溫度補(bǔ)償措施。由于CMOS電路的輸入阻抗極高，因此反饋電阻R1可選為22MΩ。較高的反饋電阻有利于提高振蕩頻率的穩(wěn)定性。通常，數(shù)字鐘的晶體振蕩器輸出頻率較高，為了得到1Hz的秒信號(hào)輸入，需要對(duì)振蕩器的輸出信號(hào)進(jìn)行分頻。通常實(shí)現(xiàn)分頻器的電路是計(jì)數(shù)器電路，一般采用多級(jí)２進(jìn)制計(jì)數(shù)器來實(shí)現(xiàn)。

本實(shí)驗(yàn)中采用CD4060來構(gòu)成分頻電路。管腳圖見圖2。CD4060在數(shù)字集成電路中可實(shí)現(xiàn)的分頻次數(shù)最高，而且CD4060還包含振蕩電路所需的非門，使用更為方便。CD4060計(jì)數(shù)為14級(jí)2進(jìn)制計(jì)數(shù)器，可以將32768Hz的信號(hào)分頻為2Hz，再經(jīng)過74LS74即可獲得1Hz的方波信號(hào)。原理電路圖如圖3所示，圖4為仿真電路圖。

圖2 D4060管腳圖

圖3 CD4060秒脈沖振蕩發(fā)生器

圖 4 產(chǎn)生1Hz時(shí)間脈沖的電路圖

（2）時(shí)間計(jì)數(shù)器電路 ①“秒”“分”電路

根據(jù)題目要求，“秒”和“分”都是60進(jìn)制的，而且是從“00”到“59”，可以使用十進(jìn)制的74LS160來實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能。首先將兩片74LS160通過串行進(jìn)位方式接成百進(jìn)制計(jì)數(shù)器，即分別將“秒”和“分”個(gè)位的進(jìn)位輸出信號(hào)經(jīng)非門作為“秒”和“分”十位的計(jì)數(shù)輸入脈沖。當(dāng)計(jì)數(shù)器從全0狀態(tài)開始計(jì)數(shù)，計(jì)入59個(gè)脈沖時(shí)，經(jīng)與非門譯碼產(chǎn)生低電平信號(hào)立刻將兩片74LS160同時(shí)置零，于是便得到了60進(jìn)制的計(jì)數(shù)器。74160的邏輯功能示意圖、引腳圖及功能表如下所示。

圖5 a)74160邏輯功能示意圖

b)74160引腳圖

圖6 74160邏輯功能表 ②“時(shí)”電路 根據(jù)題目要求，“時(shí)”是24進(jìn)制的，而且是從“00”到“23”，可以使用十進(jìn)制的74LS160來實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能。首先將兩片74LS160通過串行進(jìn)位方式接成百進(jìn)制計(jì)數(shù)器，當(dāng)計(jì)數(shù)器從全0狀態(tài)開始計(jì)數(shù)，計(jì)入23個(gè)脈沖時(shí)，經(jīng)與非門譯碼產(chǎn)生低電平信號(hào)立刻將兩片74LS160同時(shí)置零，于是便得到了24進(jìn)制的計(jì)數(shù)器。（3）譯碼驅(qū)動(dòng)電路

計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)了對(duì)時(shí)間的累計(jì)以8421BCD碼形式輸出，選用顯示譯碼電路將計(jì)數(shù)器的輸出數(shù)碼轉(zhuǎn)換為數(shù)碼顯示器件所需要的輸出邏輯和一定的電流，選用CD4511作為顯示譯碼電路，選用LED數(shù)碼管作為顯示單元電路。由于CD4511是輸出高電平有效，所以選用七段共陰極LED數(shù)碼管。若將“秒”、“分”、“時(shí)”計(jì)數(shù)器的每位輸出分別接到相應(yīng)七段譯碼器的輸入端，便可進(jìn)行不同數(shù)字的顯示。“秒”用數(shù)碼管顯示如圖7所示。

圖7 “秒”的譯碼及驅(qū)動(dòng)顯示電路圖（4）校時(shí)電路

數(shù)字種啟動(dòng)后,每當(dāng)數(shù)字鐘顯示與實(shí)際時(shí)間不符合,需要根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間進(jìn)行校時(shí)。通常，校正時(shí)間的方法是：首先截?cái)嗾５挠?jì)數(shù)通路，然后再進(jìn)行人工觸發(fā)計(jì)數(shù)或?qū)㈩l率較高的方波信號(hào)加到需要校正的計(jì)數(shù)單元的輸入端，校正好后，再轉(zhuǎn)入正常計(jì)時(shí)狀態(tài)即可。校“秒”時(shí)，采用等待校時(shí)。校“分”、“時(shí)”的原理比較簡單，采用加速校時(shí)。對(duì)校時(shí)電路的要求是 : 1．在小時(shí)校正時(shí)不影響分和秒的正常計(jì)數(shù)。2．在分校正時(shí)不影響秒和小時(shí)的正常計(jì)數(shù)。當(dāng)開關(guān)斷開時(shí)，因?yàn)樾Ｕ盘?hào)和0相與的輸出為0，而開關(guān)的另一端接高電平，正常輸入信號(hào)可以順利通過與或門，故校時(shí)電路處于正常計(jì)時(shí)狀態(tài)；當(dāng)開關(guān)閉合時(shí)，情況正好與上述相反，這時(shí)校時(shí)電路處于校時(shí)狀態(tài)。與非門可選74LS00，非門則可用與非門2個(gè)輸入端并接來代替從而節(jié)省芯片。校時(shí)電路圖見圖8。

校時(shí)電路圖（5）整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路

一般時(shí)鐘都應(yīng)具備整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路功能，即在時(shí)間出現(xiàn)整點(diǎn)前數(shù)秒內(nèi)，數(shù)字鐘會(huì)自動(dòng)報(bào)時(shí)，以示提醒。其作用方式是發(fā)出連續(xù)的或有節(jié)奏的音頻聲波。當(dāng)時(shí)間在59分50秒到59分59秒期間時(shí)，分十位、分個(gè)位和秒十位均保持不變，分別為5、9和5，因此可將分計(jì)數(shù)器十位的QC和QＡ、個(gè)位的QＤ和QＡ及秒計(jì)數(shù)器十位的QＣ 和QＡ相與。電路在整點(diǎn)前6秒鐘內(nèi)開始整點(diǎn)報(bào)時(shí)，即當(dāng)時(shí)間在59分54秒到59分59秒期間時(shí)，報(bào)時(shí)電路產(chǎn)生報(bào)時(shí)控制信號(hào)，控制小喇叭產(chǎn)生低音；當(dāng)時(shí)間為00分00秒時(shí)，報(bào)時(shí)電路產(chǎn)生報(bào)時(shí)控制信號(hào)，控制小喇叭產(chǎn)生高音。

5、軟件調(diào)試方法與運(yùn)行結(jié)果說明（1）軟件調(diào)試方法

由于仿真時(shí)晶振不能正常工作，所以通過外接1KHz方波信號(hào)來調(diào)試電路。“時(shí)”“分”“秒”電路的調(diào)試：“時(shí)”為24進(jìn)制（從“00”到“23”），“分”和“秒”都為60進(jìn)制（從“00”到“59”）。校時(shí)電路的調(diào)試：可以通過校時(shí)、校分電路的開關(guān)來校對(duì)時(shí)間，并判斷電路的“時(shí)”“分”“秒”的進(jìn)制是否正確。開關(guān)斷開時(shí)電路處于正常工作狀態(tài)，開關(guān)閉合時(shí)電路處于校時(shí)、校分狀態(tài)。（2）運(yùn)行結(jié)果說明

數(shù)碼管的各部分可以正確顯示，電路的“時(shí)”為24進(jìn)制（從“00”到“23”），“分”和“秒”都為60進(jìn)制（從“00”到“59”）。開關(guān)斷開時(shí)電路處于正常工作狀態(tài)，開關(guān)閉合時(shí)電路處于校時(shí)、校分狀態(tài)，通過控制開關(guān)及輸入信號(hào)可以達(dá)到校時(shí)功能。

三、設(shè)計(jì)體會(huì)與建議 1.設(shè)計(jì)體會(huì)

我覺得此次的數(shù)字鐘設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，電路原理相對(duì)來比較簡單，但電路圖比較復(fù)雜，所用芯片比較多，相應(yīng)的連線也多，這就給焊接電路增加了較大的難度。不過通過此次實(shí)驗(yàn)，使我更進(jìn)一步地熟悉了芯片的結(jié)構(gòu)，掌握了實(shí)驗(yàn)中所用各芯片的工作原理和其具體的使用方法，同時(shí)還接觸到了一些新認(rèn)識(shí)的芯片，增長了見識(shí)。這次課程設(shè)計(jì)是一次難得的鍛煉機(jī)會(huì)，讓我們能夠充分運(yùn)用所學(xué)過的理論知識(shí)和自己動(dòng)手實(shí)際操作的能力，另外還讓我們學(xué)習(xí)查找資料的方法，以及自己設(shè)計(jì)電路、焊接電路、分析解決電路存在的問題的能力。這對(duì)于我來說是很好的提高，填補(bǔ)了平日理論學(xué)習(xí)后實(shí)踐方面的空白。參考文獻(xiàn)

[1] 閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社，2001年

[2] 楊素行.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)簡明教程[M].北京：高等教育出版社，2005年 [3]康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社，1999年 [4]彭華林等編.數(shù)字電子技術(shù)[M].長沙：湖南大學(xué)出版社，2004年 [5]金唯香等編.電子測試技術(shù)[M].長沙：湖南大學(xué)出版社，2004年

第四篇：多功能數(shù)字鐘

課程設(shè)計(jì)任務(wù)書

學(xué)生姓名：專業(yè)班級(jí)：指導(dǎo)教師：工作單位：題目:多功能數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)初始條件：

本設(shè)計(jì)既可以使用集成譯碼器、計(jì)數(shù)器、定時(shí)器、脈沖發(fā)生器和必要的門電路等，也可以使用單片機(jī)系統(tǒng)構(gòu)建多功能數(shù)字鐘。用數(shù)碼管顯示時(shí)間計(jì)數(shù)值。

要求完成的主要任務(wù):（包括課程設(shè)計(jì)工作量及技術(shù)要求，以及說明書撰寫等具體要求）

1、課程設(shè)計(jì)工作量：1周。

2、技術(shù)要求：

1）設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字鐘。要求用六位數(shù)碼管顯示時(shí)間，格式為00：00：00。

2）具有60進(jìn)制和24進(jìn)制（或12進(jìn)制）計(jì)數(shù)功能，秒、分為60進(jìn)制計(jì)數(shù)，時(shí)為24進(jìn)制（或12進(jìn)制）計(jì)數(shù)。

3）有譯碼、七段數(shù)碼顯示功能，能顯示時(shí)、分、秒計(jì)時(shí)的結(jié)果。

4）設(shè)計(jì)提供連續(xù)觸發(fā)脈沖的脈沖信號(hào)發(fā)生器，5）具有校時(shí)單元、鬧鐘單元和整點(diǎn)報(bào)時(shí)單元。

6）確定設(shè)計(jì)方案，按功能模塊的劃分選擇元、器件和中小規(guī)模集成電路，設(shè)計(jì)分電路，畫出總體電路原理圖，闡述基本原理。

3、查閱至少5篇參考文獻(xiàn)。按《******大學(xué)課程設(shè)計(jì)工作規(guī)范》要求撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告書。全文用A4紙打印，圖紙應(yīng)符合繪圖規(guī)范。

時(shí)間安排：

1、年月

2、年月日，方案選擇和電路設(shè)計(jì)。

3、年月日，電路調(diào)試和設(shè)計(jì)說明書撰寫。

4、年月

指導(dǎo)教師簽名：年月日 系主任（或責(zé)任教師）簽名：年月日

第五篇：多功能數(shù)字鐘課程設(shè)計(jì)

多功能數(shù)字鐘

朱安煙

（安陽師范學(xué)院 物電學(xué)院, 河南 安陽 455002）

摘要：時(shí)鐘相比具有更高的準(zhǔn)確性和直觀性

因此得到了更加廣泛的使用。數(shù)字鐘從原理上講是一種典型的數(shù)字電路，其中

本設(shè)計(jì)采用六位LED

24小時(shí)計(jì)時(shí)方式根據(jù)數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示原理來進(jìn)行顯示。用晶振產(chǎn)生振蕩脈加以分頻得到所需的鐘表秒脈沖,利用純數(shù)字電路，實(shí)現(xiàn)數(shù)字電子時(shí)鐘功能,時(shí)間重置功能。此次數(shù)字鐘的理圖設(shè)計(jì)，PCB圖的制作主要是基于altium designer軟件，利用proteus7.7軟件進(jìn)行仿真，最終本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)24小時(shí)的時(shí)鐘計(jì)時(shí)、時(shí)間重置功能。

關(guān)鍵詞：LED數(shù)碼管

時(shí)序電路

邏輯電路

時(shí)鐘

校時(shí)引言

僅向。方案論證：

2.1方案一

由于是數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)，可以用單片機(jī)AT89C51來實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)功能，相對(duì)于純數(shù)字電路來講它具有功耗低、體積小、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。但在大二下半學(xué)期初期，對(duì)單片機(jī)方面的內(nèi)容知識(shí)還不夠完善，加上用單片機(jī)為核心來做數(shù)字鐘還需做編程，對(duì)自身來說又是一難點(diǎn)。不過此法可以待以后，學(xué)習(xí)知識(shí)完善后再考慮。

2.2 方案二

繼而考慮到用原先學(xué)過的純數(shù)字電路來做，以74Ls160來做為計(jì)數(shù)的芯片，用六片分別實(shí)現(xiàn) 數(shù)字鐘的小時(shí)、分、秒、的計(jì)數(shù)，并用晶振加以分頻產(chǎn)生數(shù)字鐘所需的秒脈沖。

從以上兩種方案，很容易看出，采用方案二，用此法做即可以復(fù)習(xí)回顧早期學(xué)習(xí)的數(shù)電模電知識(shí)，又避免了單片機(jī)知識(shí)不足的問題，故用此法。結(jié)果與討論

3.1.1數(shù)字鐘主要計(jì)數(shù)芯片為74ls160其引腳圖如下：

這種同步可預(yù)置十進(jìn)計(jì)數(shù)器是由四個(gè)D型觸發(fā)器和若干個(gè)門電路構(gòu)成，內(nèi)部有超前進(jìn)位，具有計(jì)數(shù)、置數(shù)、禁止、直接（異步）清零等功能。對(duì)所有觸發(fā)器同時(shí)加上時(shí)鐘，使得當(dāng)計(jì)數(shù)使能輸入和內(nèi)部門發(fā)出指令時(shí)輸出變化彼此協(xié)調(diào)一致而實(shí)現(xiàn)同步工作。這種工作方式消除了非同步（脈沖時(shí)鐘）計(jì)數(shù)器中常有的輸出計(jì)數(shù)尖峰。緩沖時(shí)鐘輸入將在時(shí)鐘輸入上升沿觸發(fā)四個(gè)觸發(fā)器。這種計(jì)數(shù)器是可全編程的，即輸出可預(yù)置到任何電平。當(dāng)預(yù)置是同步時(shí)，在置數(shù)輸入上將建立一低電平，禁止計(jì)數(shù)，并在下一個(gè)時(shí)鐘之后不管使能輸入是何電平，輸出都與建立數(shù)據(jù)一致。清除是異步的（直接清零），不管時(shí)鐘輸入、置數(shù)輸入、使能輸入為何電平，清除輸入端的低電平把所有四個(gè)觸發(fā)器的輸出直接置為低電平。超前進(jìn)位電路無須另加門，即可級(jí)聯(lián)出n位同步應(yīng)用的計(jì)數(shù)器。它是借助于兩個(gè)計(jì)數(shù)使能輸入和一個(gè)動(dòng)態(tài)進(jìn)位輸出來實(shí)現(xiàn)的。兩個(gè)計(jì)數(shù)使能輸入（ENP和ENT）計(jì)數(shù)時(shí)必須是高電平，且輸入ENT必須正反饋，以便使能動(dòng)態(tài)進(jìn)位輸出。因而被使能的動(dòng)態(tài)進(jìn)位輸出將產(chǎn)生一個(gè)高電平輸出脈沖，其寬度近似等于QA輸出高電平。此高電平溢出進(jìn)位脈沖可用來使能其后的各個(gè)串聯(lián)級(jí)。使能ENP和ENT輸入的跳變不受時(shí)鐘輸入的影響。電路有全獨(dú)立的時(shí)鐘電路。改變工作模式的控制輸入（使能ENP、ENT或清零）縱使發(fā)生變化，直到時(shí)鐘發(fā)生為止，都沒有什么影響。計(jì)數(shù)器的功能（不管使能、不使能、置數(shù)或計(jì)數(shù)）完全由穩(wěn)態(tài)建立時(shí)間和保持時(shí)間所要求的條件來決定。

管腳說明： CLR:清零復(fù)位端

當(dāng)輸入為低電平時(shí)有效

CLK：時(shí)鐘信號(hào)接收端

A~D:讀入

QA~QD:輸出

ENT、ENP置一時(shí)芯片正常工作

LOAD:置數(shù)端

RCO：信號(hào)輸出端

GND：接地

Vcc：接高

工作方式：

3.1.2 7段LED數(shù)碼管

3.1.3 32.768KHZ晶振

32.768KHZ是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的頻率，晶振頻率的應(yīng)用主要有以下幾個(gè)方面的參數(shù)：尺寸、負(fù)載電容、頻率偏差、應(yīng)用范圍。按尺寸外形來分主要分為插件和貼片的；插件的主要有2*

6、3*

8、49s 等，貼片的就有很多種了，跟據(jù)各公司的設(shè)計(jì)可的型號(hào)有很多，例如：日本KDS晶振就有49SMD、DST310S、SM—14J、DST520、DST410S等。

3.1.4 CD4060分頻器

CD4060由一振蕩器和14級(jí)二進(jìn)制串行計(jì)數(shù)器位組成，振蕩器的結(jié)構(gòu)可以是RC或晶振電路，CR為高電平時(shí)，計(jì)數(shù)器清零且振蕩器使用無效。所有的計(jì)數(shù)器位均為主從觸發(fā)器。在CP1(和CP0)的下降沿計(jì)數(shù)器以二進(jìn)制進(jìn)行計(jì)數(shù)。在時(shí)鐘脈沖線上使用斯密特觸發(fā)器對(duì)時(shí)鐘上升和下降時(shí)間無限制 引腳功能：

/CP1：時(shí)鐘輸入端

/CP0：時(shí)鐘輸出端

/CP0：反相時(shí)鐘輸出端

Q4~Q10，Q12~Q14：計(jì)數(shù)器輸出端

/Q14：第14級(jí)計(jì)數(shù)器反相輸出端

VDD：電源正

VSS：電源負(fù)

CR：清零端 3.1.5 74ls48

功能介紹：

74LS48除了有實(shí)現(xiàn)7段顯示譯碼器基本功能的輸入（DCBA）和輸出（Ya～Yg）端外，7448還引入了燈測試輸入端（LT）和動(dòng)態(tài)滅零輸入端（RBI），以及既有輸入功能又有輸出功能的消隱輸入/動(dòng)態(tài)滅零輸出（BI/RBO）端。

由7448真值表可獲知7448所具有的邏輯功能：

（1）7段譯碼功能（LT=1，RBI=1）

在燈測試輸入端（LT）和動(dòng)態(tài)滅零輸入端（RBI）都接無效電平時(shí)，輸入DCBA經(jīng)7448譯碼，輸出高電平有效的7段字符顯示器的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，顯示相應(yīng)字符。除DCBA = 0000外，RBI也可以接低電平，見表1中1～16行。

（2）消隱功能（BI=0）

此時(shí)BI/RBO端作為輸入端，該端輸入低電平信號(hào)時(shí)，表1倒數(shù)第3行，無論LT 和RBI輸入什么電平信號(hào)，不管輸入DCBA為什么狀態(tài)，輸出全為“0”，7段顯示器熄滅。該功能主要用于多顯示器的動(dòng)態(tài)顯示。

（3）燈測試功能（LT = 0）

此時(shí)BI/RBO端作為輸出端，端輸入低電平信號(hào)時(shí)，表1最后一行，與 及DCBA輸入無關(guān)，輸出全為“1”，顯示器7個(gè)字段都點(diǎn)亮。該功能用于7段顯示器測試，判別是否有損壞的字段。

（4）動(dòng)態(tài)滅零功能（LT=1，RBI=1）

此時(shí)BI/RBO端也作為輸出端，LT 端輸入高電平信號(hào)，RBI 端輸入低電平信號(hào)，若此時(shí)DCBA = 0000，表1倒數(shù)第2行，輸出全為“0”，顯示器熄滅，不顯示這個(gè)零。DCBA≠0，則對(duì)顯示無影響。該功能主要用于多個(gè)7段顯示器同時(shí)顯示時(shí)熄滅高位的零。

3.2 原理設(shè)計(jì)

整體電路設(shè)計(jì)方案：

3.2.1 振蕩電路設(shè)計(jì)

振蕩電路由振蕩器產(chǎn)生的脈沖，振蕩器是數(shù)字鐘的核心。振蕩器的穩(wěn)定度及頻率的精度決定了數(shù)字鐘的精確程度，次處有555定時(shí)器和晶振兩種產(chǎn)生秒脈沖的方法：555振蕩器做振蕩源一般用于精確度要求不高的場合，由門電路組成的多諧振蕩器的振蕩周期不僅與時(shí)間常數(shù)RC有關(guān)，而且還取決于門電路的閾值電壓VTH，由于VTH容易受到溫度、電源電壓及干擾的影響，因此頻率穩(wěn)定性較差，只能用于對(duì)頻率穩(wěn)定性要求不高的場合。考慮到振蕩頻率的精確度與穩(wěn)定性固采用晶振做為振蕩源來實(shí)現(xiàn)振蕩電路，得時(shí)鐘脈沖更穩(wěn)定，時(shí)間走的更準(zhǔn)37.268KHz晶振 通過cd4060分頻器進(jìn)行十四分頻得到0.5s的脈沖信號(hào)，再進(jìn)行一個(gè)SN74LS74進(jìn)行二分頻得到所需的秒脈沖信號(hào)：

3.2.2 校時(shí)電路設(shè)計(jì)

根據(jù)電路設(shè)計(jì)所知需要在分處和小時(shí)處需要校時(shí)，分別在分和時(shí)個(gè)位向十位進(jìn)位處各加一開關(guān)，另一端接地并且在與地之間接100pf電容為防止按鍵抖動(dòng)。

電路設(shè)計(jì)如下：

當(dāng)開關(guān)處于自然位置時(shí)分十位clk端所接為高電平，當(dāng)開關(guān)按下時(shí)則引入一低電平實(shí)其clk端有一個(gè)下降沿脈沖接入，使其產(chǎn)生了校時(shí)功能。

3.2.3顯示電路設(shè)計(jì)

顯示電路是用74ls48驅(qū)動(dòng)七段共陰數(shù)碼管來作為時(shí)鐘顯示器。

電路設(shè)計(jì)如下：

3.2.4 計(jì)時(shí)電路設(shè)計(jì)

數(shù)字鐘的秒和分位都是從0到60循環(huán)計(jì)數(shù)的，所以可以用用異步清零法設(shè)計(jì)60進(jìn)制計(jì)數(shù)器作為秒和分的計(jì)數(shù)器。用異步置數(shù)法設(shè)計(jì)小時(shí)所用的24進(jìn)制計(jì)數(shù)器。秒、分位設(shè)計(jì)電路如下：

3.3 程序調(diào)試過程

在板子焊接好以后通上5V電源發(fā)現(xiàn)六Led燈只有三個(gè)能完整亮出來，其余的都不亮或是亮的不全，而且秒位不走，校時(shí)按鍵不管用。問題很多。

開始調(diào)試：

1、首先調(diào)試的是秒位為何不走，先測晶振石否起振，測量后發(fā)現(xiàn)晶振正常起振，然后從74ls160的clk端用示波器測試一下沒有脈沖信號(hào)輸入，則找74ls74的輸出口也無脈沖，以次往前推，最后測量出從74ls74輸入端有正確的脈沖輸入，輸出端卻無脈沖輸出。觀察后沒有連接錯(cuò)誤，故用萬用表測vcc.end端都有正確的電平接入，再測量兩點(diǎn)間是否有漏焊現(xiàn)象，最后測出一處漏焊點(diǎn)使D端與Q端沒有接通。重新焊接后秒位正常計(jì)時(shí)。

2、秒位正常計(jì)時(shí)，但向秒的十位進(jìn)位時(shí)總是顯示從8到19，查閱資料可知，在第一個(gè)160芯片到第二個(gè)160芯片中缺一個(gè)非門，充當(dāng)延時(shí)作用，使個(gè)位計(jì)數(shù)到9再來一個(gè)脈沖下計(jì)數(shù)時(shí)再向前進(jìn)位。加上非門進(jìn)位正常了。

3、秒位向分位進(jìn)位正常，但校時(shí)按鍵不能用，且分位向十分位不能進(jìn)位，通過觀察焊接對(duì)比原理圖與pcb圖后發(fā)現(xiàn)，開關(guān)接地的一端弄反了，應(yīng)是開關(guān)與接電容端相側(cè)對(duì)著的端接地。這個(gè)錯(cuò)誤導(dǎo)致開關(guān)不能用，亦使分的十位端的74ls160芯片clk段一直接了地，故不能使其正常進(jìn)位。修改過后則可以正常進(jìn)位，且兩開關(guān)都能用了。

4、顯示小時(shí)位的第一個(gè)數(shù)碼管一直不亮，通過測量發(fā)現(xiàn)led數(shù)碼管沒有燒壞，能正常工作，通過對(duì)比PCB圖觀察沒有焊接錯(cuò)誤，用萬用表測量則發(fā)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)次led的74ls48管沒有正常接地，連接跳線處有一虛焊，重新焊接后恢復(fù)正常。

5、但分向小時(shí)不能進(jìn)位，由示波器觀察發(fā)現(xiàn)74ls160芯片clk端無脈沖輸入，但十分位有脈沖輸出，且導(dǎo)線也導(dǎo)通了，就觀察原理圖發(fā)現(xiàn)原理圖一處錯(cuò)誤，分向時(shí)進(jìn)位時(shí)是分滿60向前進(jìn)一個(gè)脈沖，故分的TC端不用再接到時(shí)的CLK端了。找到錯(cuò)誤后用鑷子將板上的銅線劃段，則正常進(jìn)位了。

6、小時(shí)進(jìn)位正常但顯示的不是24進(jìn)制，顯示的是44進(jìn)制，則推測可能是跳線連接錯(cuò)誤，將顯示小時(shí)的十位 74ls160芯片接B端連接成接C端了，故使其顯示44進(jìn)制，通過觀察、對(duì)比pcb圖，最后發(fā)現(xiàn)果然如此。修改過后小時(shí)為正常24進(jìn)制了。

7、最后一個(gè)數(shù)碼管有三段老是不亮，觀察連接沒有錯(cuò)誤，測量焊接也正常，最后用萬用表測量發(fā)現(xiàn)芯片沒有問題，那三段不亮的數(shù)碼管燒了。

8、調(diào)試好后在后來的觀察中發(fā)現(xiàn)從秒向分進(jìn)位時(shí)有時(shí)一下進(jìn)兩位，自己找不出來原因。問過老師后，老師說是由于防抖電容所致。嘗試著將電容先劃斷試了一下就沒有那種情況了。但此時(shí)校時(shí)開關(guān)由于抖動(dòng)緣故，按一下有時(shí)跳3、4個(gè)位，校時(shí)不穩(wěn)定了。結(jié)論

此數(shù)字鐘相對(duì)于機(jī)械鐘來說有低功耗，高精度，數(shù)字化顯示和不易損壞等特點(diǎn)。符合人們?nèi)粘＜揖蛹稗k公對(duì)鐘表的要求，可以作為家居、辦公等用表。

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附圖: 電路原理圖: