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1、武汉理工大学数字电子技术基础课程设计说明书课程设计任务书学生姓名： 专业班级： 指导教师： 工作单位： 题 目: 数字钟的设计 初始条件：具备电子电路的基础知识和设计能力；具备查阅资料的基本方法；熟悉常用的电子器件；熟悉电子设计常用软件的使用；要求完成的主要任务：（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1、设计基本数字钟电路；2、数码管显示时分秒；3、能够进行时间校准；4、掌握数字电路的设计及调试方法；5、撰写符合学校要求的课程设计说明书。时间安排：时间一周，其中2天原理设计，3天电路调试指导教师签名： 年 月 日目 录1 Proteus 软件简介12课程设计分析12.1
2、设计要点12.2 工作原理13电路设计23.1 秒脉冲电路的设计与参数确定2 3.2 秒、分、时计时器电路3 3.3 译码显示电路5 3.4 校时电路63.5 总电路图84.整体电路的仿真95部分元器件的使用说明及其引脚图105.1 集成异步十进制计数器74LS90105.2 555定时器115.3 各芯片引脚图126元器件清单147.电路功能测试以及常见问题解决本法157.1电路功能测试157.2常见问题解决办法158心得体会16参考文献. 17 1 Proteus 软件简介 Proteus软件是英国Labcenter electronics公司出版的EDA工具软件（该软件中国总代理为广州风
3、标电子技术有限公司）。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。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M
4、SP430等，2010年即将增加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。2课程设计分析2.1 设计要点设计一个精确的秒脉冲信号产生电路设计60进制、24进制计数器设计译码显示电路设计校时电路2.2 工作原理数字电子钟由信号发生器、计数器、译码器及显示器、校时电路组成。信号发生器输出标准秒脉冲。将标准秒脉冲信号送入秒计数器，秒计数器满60后向分计数器进位，分计数器满60后向时计数器进位，时计数器按照“24翻1”规律计数，计数器的输出分别经译码器送显示器显示。计时出现误差时，可以用校时电路校时校分。3电路设计3.1
5、秒脉冲电路的设计与参数确定图3.1 脉冲信号发生器本次设计采用555振荡器构成秒脉冲发生器。 555定时器的脉冲时间是由于RC充放电确定的。根据三要素公式： （1） 充电过程的方程式： (2) 充电时间为： (3) 放电过程的方程式： （4） 放电时间为： (5) 总时间为： （6） 频率为： （7） 首先确定C2=100uF，R9=10K，R10=2K，需要输出频率f=1HZ，将充放电时间算出，确定电阻Rp。通过确定Rp=300。且RP具有微调电路工作频率的功能，本电路可产生比较精确的脉冲。3.2 秒、分、时计时器电路秒、分计数器为60进制计数器，小时计数器为24进制计数器。实现这两种模数的
6、计数器采用中规模集成计数器74LS90构成。 60进制计数器数字钟的“分”和“秒”计数器均为模60的计数器，它们的个位都是十进制计数器，而十位则是六进制计数器，其计数规律为00-01-58-59-00。选用74LS90作为“分”和“秒”的个位和十位计数器，其中，十位计数器将74LS90连接成模6计数器 图3.2 60 进 制 计 数 器 24进制计数器 数字钟的“时”计数器为模24的计数器，其计数规律为00-01-22-23-00，即当数字钟运行到23时59分59秒时，在下一个秒脉冲作用下，数字钟显示00时00分00秒。同理，M=24102,应选用2片74LS90，将其连接成模24计数器作为“
7、时”计数器。74LS90串联工作，计数脉冲输入到低位计数器的时钟输入端，而低位计数器的状态输出最高位连接到高一位计数器的时钟端。将计数器的状态输出反馈到R0端，则N反=M=（24）10=（00100100）8421因此R0（1）= R0（2）= QB2QC1，故应将它们用与门连接起来，即得到24进制计数器。电路图如下:图3.3 24 进 制 计 数 器3.3 译码显示电路74LS48有实现7段显示译码器基本功能的输入（DCBA）和输出（YaYg）端。在灯测试输入端（LT）和动态灭零输入端（RBI）都接无效电平时，输入DCBA经7448译码，输出高电平有效的7段字符显示器的驱动信号，显示相应字符
8、。除DCBA=0000外，RBI也可以接低电平。图3.4 译码显示电路3.4 校时电路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。一般来说，分四个步骤：首先把小时计数器置到所需的数字；然后再将分计数器置到所需数字；在此同时或之后，应将秒计数器清零，时钟暂停计数，处于等待启动阶段；当选定的标准时刻到达的瞬间，按起动按钮，电路则从所预置时间开始计数。由此可知，校时电路应具有预置小时，预置分、等待启动、计时四个阶段，因此，在设计校对电路时，应能方便、可靠地实现这四个阶段所要求的功能。增加校对电路并不影响时钟的正常计时。校时电路工作原理：设计要求电路校时时，应不影响原电路正常工作。当单刀
9、双掷开关SW1拨至上端时，SR触发器输出为“0”，与非门U16：A和U16：B被截止，按钮开关1和按钮开关2产生的脉冲电平被屏蔽，此时电路能正常工作，且校时功能不起作用，此功能可用来防止因错误操作而导致时钟出错。当SW1拨至下端时，SR触发器输出为“1” 与非门U16：A和U16：B打开，在无按钮开关1和按钮开关2产生的脉冲电平时，非门U16：A和U16：B输出“0”，此时电路正常工作，在按钮开关1或按钮开关2按下并松开瞬间，U16：A和U16：B输出“1”，经过异或门之后，即可产生脉冲，即实现了电路的校时功能，且不影响电路正常工作。按钮开关1和按钮开关2分别控制时校时和分校时。图3.5 校
10、正 电 路3.5总电路图 图3.6 总电路图4.整体电路的仿真用Proteus软件绘制好电路图，开始运行，经过多次调试和改装，电路终于能正常运行，并实现设计要求所有功能。图4.1为仿真运行过程中显示部分图。 图4.1 仿真运行过程中显示图 5部分元器件的使用说明及其引脚图5.1集成异步十进制计数器74LS90 通过不同的连接方式，74LS90可以实现四种不同的逻辑功能；而且还可借助R0（1）、R0（2）对计数器清零，借助S9（1）、S9（2）将计数器置9。其具体功详述如下：（1） 计数脉冲从CP1输入，QA作为输出端，为二进制计数器。（2） 计数脉冲从CP2输入，QDQLQH作为输出端，为异步
11、五进制加法计数器。（3） 若将CP2和QA相连，计数脉冲由CP1输入，QD、QC、QB、QA作为输出端，则构成异步8421码十进制加法计数器。（4） 若将CP1与QD相连，计数脉冲由CP2输入，QA、QD、QC、QB作为输出端，则构成异步5421码十进制加法计数器。（5） 清零、置9功能。a) 异步清零当R0（1）、R0（2）均为“1”；S9（1）、S9（2）中有“0”时，实现异步清零功能，即QDQCQBQA=0000。b) 置9功能当S9（1）、S9（2）均为“1”；R0（1）、R0（2）中有“0”时，实现置9功能，即QDQCQBQA =1001 图5.1 74LS90引脚图 图5.2 74
12、LS90功能表5.2 555定时器 图5.3 555定时器 555 定时器有两个比较器A1和A2，有一个RS触发器，R和S高电平有效。555定时器有两个阈值，分别是VCC /3和2VCC /3。输出端3脚和放电端7脚的状态一致，输出低电平对应放电管饱和，在7脚外接有上拉电阻时，7脚为低电平。输出高电平对应放电管截止，在有上拉电阻时，7脚为高电平。输出端状态的改变有滞回现象，回差电压为VCC /3。输出与触发输入反相。5.3 各芯片引脚图图5.4 74LS373功能表 图5.5 74LS373管脚图 图5.6 74LS85管脚图 图5.7 74LS85功能表图5.8 74LS30管脚图图5.9
13、74LS08管脚图 图5.10 74LS04管脚图6元器件清单 元器件清单表元件规格数量电阻10K10个2K1个电容0.01uF1个100uF1个电位器1K1个发光二极管1个蜂鸣器1个开关按键开关4个普通开关1个单刀双掷开关3个集成电路74LS002片74LS041片74LS082片74LS301片74LS3734片74LS486片74LS854片74LS861片74LS9010片5551片数码管7段共阴数码管6块7.电路功能测试以及常见问题解决本法7.1电路功能测试按照设计要求，逐项测试电路功能1）数字钟计数功能测试：接通电源，在秒脉冲的作用下，电路开始计数，且时、分、秒分别为24、60、6
14、0进制。计数功能符合设计要求。2）校时功能测试：在显示时钟时间时，按动时钟调时、时钟调分按钮开关时，时、分均可以调节，且不按动时，计数电路能正常工作，校时功能符合设计要求。7.2常见问题解决办法设计过程中遇到的一些常见问题及其解决办法：1）由于开始没有总体考虑布局，导致接线时太复杂，而且不美观。改进方法：将原来的上拉电阻改为串接在电路中。2）校验时发现数码管的其中一位不亮，说明线路断路，电阻坏了。改进方法：换一个电阻。3）校验时发现数码管的其中一位一直亮，说明接线时将该位的引脚接在电源端，接错了。改进方法：将该引脚接正确。4）校验时发现没有脉冲信号，查验后发现电容坏了。改进方法：换一个电容。8
15、心得体会在此次的数字钟设计过程中，我更进一步地熟悉了芯片的结构及掌握了各芯片的工作原理和其具体的使用方法。做课程设计的同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。 平时看课本时，有时问题老是弄不懂，做完课程设计，那些问题就迎刃而解了。而且还可以记住很多东西。比如一些芯片的功能，平时看课本，这次看了，下次就忘了，通过动手实践让我们对各个元件映象深刻。认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。所以这个
16、课程设计对我们的作用是非常大的。 在连接六进制、十进制、六十进制的进位及十二进制的接法中，要求熟悉逻辑电路及其芯片各引脚的功能，那么在电路出错时便能准确地找出错误所在并及时纠正了。在设计电路中，往往是先仿真后连接实物图，但有时候仿真和电路连接并不是完全一致的，例如仿真的连接示意图中，往往没有接高电平的16脚或14脚以及接低电平的7脚或8脚，因此在实际的电路连接中往往容易遗漏。又例如74LS90芯片，其本身就是一个十进制计数器，在仿真电路中必须连接反馈线才能正常显示，而在实际电路中无需再连接，因此仿真图和电路连接图还是有一定区别的。在设计电路的连接图中出错的主要原因都是接线和芯片的接触不良以及接
17、线的错误所引起的。此次的数字钟设计重在于仿真和接线，虽然能把电路图接出来，并能正常显示，但对于电路本身的原理并不是十分熟悉。总的来说，通过这次的设计实验更进一步地增强了实验的动手能力。参考文献1 赵世强.电子电路EDA技术.西安电子科技大学出版社，2000.2 高文焕.模拟电路的计算机分析与应用.清华大学出版社，1999.3 吴友宇.数字电子技术基础.清华大学出版社，2009.044 李世琼，宗伟.基于Multisim10.0的电路计算机辅助分析.中国电力出版社，2007.085 穆秀春，华春梅，吕中志.multisim10.0电子仿真及应用优技.科学出版社,2009.11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： 多功能数字钟的设计课程设计答辩或质疑记录：成绩评定依据：最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）指导教师签字： 年 月 日19
《数字电子技术基础》课程设计说明书多功能数字钟的设计仿真与制作
