《数字电子技术》课程设计说明书多功能数字钟的设计1

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1、武汉理工大学数字电子技术课程设计说明书目 录1仿真软件介绍12设计目的及要求22.1设计目的及主要任务22.1.1设计目的22.1.2设计任务及主要技术指标22.1.3初始条件23电路工作原理34电路单元模块设计44.1秒脉冲信号发生器44.2秒、分、时计时器电路设计54.2.1 60进制计数器54.2.2 24进制计数器54.3译码显示电路64.4校时电路74.5闹钟，整点报时电路85器件选择95.1 74LS16195.2 LM555CM106.电路与仿真126.1电路图126.2仿真效果展示137.元件列表158.参考文献169.设计总结179.1 电路功能测试179.2 仿真过程中出现

2、问题及解决办法1710.心得体会181仿真软件介绍Multisim是加拿大Interactive Image Technologies公司推出的Windows环境下的电路仿真软件，是广泛应用的EWB(Electronics Workbench，电子工作台)的升级版，不仅可以完成电路瞬态分析和稳态分析、时域和频域分析、噪声分析和直流分析等基本功能，而且还提供了离散傅里叶分析、电路零极点分析、交直流灵敏度分析和电路容差分析等电路分析方法，并具有故障模拟和数据储存等功能。应用Multisim对电路进行仿真分析的基本过程与PSpice类似，只是在绘电路图时还需要接入所需要的仪器仪表仪器仪表 广义的说仪

3、器仪表也可具有自动控制、报警、信号传递和数据处理等功能，如气动调节仪、电动调节仪表，以及集散型仪表控制系统等也皆属器仪表。仪器仪表能改善、扩展或补充人的官能。如显微镜、望远镜、声级计、酸度计、高温计等，可以扩展人的视、听、尝、摸外部事物的官能；有些仪器仪表，如磁强计、射线计数计等，可感受和测量到人所不能感受到的物理量；还有些仪器仪表可以超过人的能力去记录、计算和计数，如高速照相机、计算机等。 全文，构成完整的实验电路。在进行数字电路仿真或模拟电路瞬态分析时，不需要设置仿真类型和参数，只需要打开虚拟的电源开关电源 电源是向电子设备提供功率的装置，也称电源供应器，它提供计算机中所有部件所需要的电能

4、全文，即可进行仿真，显示仿真结果。 Multisim为用户提供了数量众多的元器件，被分门别类地存放在多个器件库中。在绘制电路图时只需打开器件库，再用鼠标左键选中要用的元器件，并把它拖放到工作区即可。当光标移动到元器件的引脚时，会自动产生一个带十字的黑点，进入到连线状态。单击鼠标左键确认后，移动鼠标即可实现连线，搭接电路原理图既方便又快捷，就像在计算机上进行实验一样。2设计目的及要求2.1设计目的及主要任务2.1.1设计目的1.要求了解多功能数字钟内部工作原理，掌握其外围电路的设计2.要求掌握多功能数字钟的设计方法及装调技术2.1.2设计任务及主要技术指标1、课程设计工作量：1周内完成对多功能数

5、字钟的设计、仿真、装配与调试。2、技术要求：设计一个数字钟。要求用六位数码管显示时间，格式为00：00：00。具有60进制和24进制（或12进制）计数功能，秒、分为60进制计数，时为24进制（或12进制）计数。有译码、七段数码显示功能，能显示时、分、秒计时的结果。设计提供连续触发脉冲的脉冲信号发生器，具有校时单元、闹钟单元和整点报时单元。确定设计方案，按功能模块的划分选择元、器件和中小规模集成电路，设计分电路，画出总体电路原理图，阐述基本原理。3、查阅至少5篇参考文献。按武汉理工大学课程设计工作规范要求撰写设计报告书。全文用A4纸打印，图纸应符合绘图规范。2.1.3初始条件利用集成译码器、计数

6、器、定时器、数码管、脉冲发生器和必要的门电路等数字器件实现系统设计。（也可以使用单片机系统设计实现） 3电路工作原理数字电子钟由信号发生器、“时、分、秒”计数器、译码器及显示器、校时电路、整点报时电路等组成。秒信号产生器是整个系统的时基信号，它直接决定计时系统的精度，一般用555构成的振荡器加分频器来实现。将标准秒脉冲信号送入“秒计数器”，该计数器采用60进制计数器，每累计60秒发出一个“分脉冲”信号，该信号将作为“分计数器”的时钟脉冲。“分计数器”也采用60进制计数器，每累计60分，发出一个“时脉冲”信号，该信号将被送到“时计数器”。“时计数器”采用24进制计数器，可以实现一天24h的累计。

7、译码显示电路将“时、分、秒”计数器的输出状态经七段显示译码器译码，通过六位LED显示器显示出来。整点报时电路是根据计时系统的输出状态产生一个脉冲信号，然后去触发音频发生器实现报时。校时电路是来对“时、分、秒”显示数字进行校对调整。其数字电子钟系统框图如下:4电路单元模块设计4.1秒脉冲信号发生器秒脉冲信号发生器是数字电子钟的核心部分，它的精度和稳定度决定了数字钟的质量。由振荡器与分频器组合产生秒脉冲信号。 振荡器：通常用555定时器与RC构成的多谐振荡器，经过调整输出1000Hz脉冲。脉 冲 信 号 发 生 器分频电路4.2秒、分、时计时器电路设计秒、分计数器为60进制计数器，小时计数器为24

8、进制计数器。实现这两种模数的计数器采用中规模集成计数器74LS90构成。4.2.1 60进制计数器由74LS161N构成的60进制计数器，将一片74LS161N设计成10进制加法计数器，另一片设置6进制加法计数器。两片74LS161按反馈清零法串接而成。秒计数器的十位和个位，输出脉冲除用作自身清零外，同时还作为分计数器的输入脉冲CP1。下图电路即可作为秒计数器，也可作为分计数器。60 进 制 计 数 器4.2.2 24进制计数器由两片74LS161N构成的二十四进制计数器，将一片74LS161N设计成10进制加法计数器，另一片设置2进制加法计数器。即个位计数状态为Qd Qc Qb Qa = 0

9、100十位计数状态为Qd Qc Qb Qa = 0010时，要求计数器归零。通过把个位Qc、十位Qb相与后的信号送到个位、十位计数器的清零端，使计数器清零，从而构成24进制计数器。电路图如下: 24 进 制 计 数 器4.3译码显示电路译码电路的功能是将秒、分、时计数器的输出代码进行翻译，变成相应的数字。用与驱动LED七段数码管的译码器用的有4511BP_5V。4511BP_5V是BCD-7段译码器/驱动器，输出高电平有效，专用于驱动LED七段共阴极显示数码管。若将秒、分、时计数器的每位输出分别送到相应七段译吗管的输入端，便可以进行不同数字的显示。译码显示电路4.4校时电路校时电路是数字钟不可

10、缺少的部分，每当数字钟与实际时间不符时，需要根据标准时间进行校时。J6、J5分别是时校正、分校正开关。不校正时开关J5，J6置于上边，J7闭合，电路正常运行，当要校正时，断开J7。若要校正时，则拨动一次J6，时增加一小时；若要校正分，则拨动一次J5，分增加一分。校正完成后，闭合J7时间继续运行。 校正电路4.5闹钟，整点报时电路5器件选择5.1 74LS16174LS161是常用的四位二进制可预置的同步加法计数器，他可以灵活的运用在各种数字电路，以及单片机系统种实现分频器等很多重要的功能，：管脚图介绍：时钟CP和四个数据输入端P0P3清零/MR使能CEP，CET置数PE数据输出端Q0Q3以及进

11、位输出TC. (TC=Q0Q1Q2Q3CET)输 入 输 出 CR CPLD EPETD3 D2 D1 D0 Q3 Q2 Q1 Q0 0 0 0 0 0 1 0 d c b a d c b a 1 1 0 Q3 Q2 Q1 Q0 1 1 0 Q3 Q2 Q1 Q0 1 1 1 1 状态码加1 从74LS161功能表功能表中可以知道，当清零端CR=“0”，计数器输出Q3、Q2、Q1、Q0立即为全“0”，这个时候为异步复位功能。当CR=“1”且LD=“0”时，在CP信号上升沿作用后，74LS161输出端Q3、Q2、Q1、Q0的状态分别与并行数据输入端D3，D2，D1，D0的状态一样，为同步置数功能

12、。而只有当CR=LD=EP=ET=“1”、CP脉冲上升沿作用后，计数器加1。74LS161还有一个进位输出端CO，其逻辑关系是CO= Q0Q1Q2Q3CET。合理应用计数器的清零功能和置数功能，一片74LS161可以组成16进制以下的任意进制分频器。5.2 LM555CM振荡器由555定时器构成。在555定时器的外部接适当的电阻和电容元件构成多谐振荡器，再选择元件参数使其发出标准秒信号。555定时器的功能主要由上、下两个比较器1、2的工作状况决定。比较器的参考电压由分压器提供,在电源与地端之间加上电压,且控制端悬空,则上比较器1的反相端“-”加上的参考电压为2/3,下比较器2的同相端“+”加上

13、的参考电压为1/3。若触发端 的输入电压21/3,下比较器2输出为“1”电平,触发器的输入端接受“1”信号,可使触发器输出端为“1”,从而使整个555电路输出为“1”;若阈值端的输入电压62/3,上比较器1输出为“1”电平,触发器的输入端接受“1”信号,可使触发器输出端为“0”,从而使整个555电路输出为“0”。控制电压端外加电压可改变两个比较器的参考电压,不用时,通常将它通过电容(0.01左右)接地。放电管1的输出端为集电极开路输出,其集电极最大电流可达50,因此,具有较大的带灌电流负载能力。若复位端 加低电平或接地,可使电路强制复位,不管555电路原处于什么状态,均可使它的输出为“0”电平

14、。只要在555定时器电路外部配上两个电阻及两个电容元件,并将某些引脚相连,就可方便地构成多谐振荡器。6.电路与仿真6.1电路图 仿真电路图6.2仿真效果展示 秒效果 分效果 时效果 最大计时7.元件列表DescriptionRefDesPackage474LS, 74LS85NU1, U2, U3, U4IPC-2221A/2222NO16174LS, 74LS20NU5IPC-2221A/2222NO14374LS, 74LS32NU6, U44, U45IPC-2221A/2222NO146CMOS_5V_IC, 4511BP_5VU9, U10, U11, U12, U13, U14IP

15、C-2221A/2222SOT-38Z674LS, 74LS161NU18, U19, U20, U21, U22, U23IPC-2221A/2222NO16574LS, 74LS08DU7, U8, U15, U16, U17IPC-7351DO14674LS, 74LS00DU24, U25, U26, U27, U28, U29IPC-7351DO14674LS, 74LS04DU30, U32, U33, U34, U35, U36IPC-7351DO14474LS, 74LS00NU31, U37, U42, U43IPC-2221A/2222NO14474LS, 74LS08NU

16、38, U39, U40, U41IPC-2221A/2222NO141TIMER, LM555CMU46IPC-7351M08A4DSWPK_4J1, J2, J3, J4UltiboardDIPSW4H2SWITCH, SPDTJ5, J6GenericSPDT1DIPSW1J7UltiboardDIPSW1H1BUZZER, BUZZER 200 Hz U53GenericBUZZER8.参考文献1. 康华光主编 电子技术基础数字部分第五版 高等教育出版社2008.42.姚福安 著 电子电路设计与实践 山东 山东科学技术出版社 20023.康华光主编 数字电子基础北京 高等教育出版社 1

17、9994.傅晓林 电子技术课程设计实用教程 重庆 重庆交通学院电工电子教研室 20065.路勇主编 电子电路实验及仿真 北京 清华大学出版社 20049.设计总结9.1 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、60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。3）整点报时功能测试：电路基数时，当时钟到达59分50秒时，电路发出整点报时信号，频率为1Hz，持续10秒钟后，报时停

18、止。整点报时功能符合设计要求。4)闹钟功能测试：切换显示开关，使显示器显示闹钟时刻，通过定时开关调节定时的时和分，当时钟到达定时时刻时，扬声器响起，发光二极管发光，频率均为1Hz。闹钟时间为1分钟。断开闹钟控制开关，闹钟停止。切换显示开关至时钟部分，时钟部分能继续正常工作。闹钟功能符合设计要求。 9.2 仿真过程中出现问题及解决办法1）操作时钟调校正按钮时，显示器显示数据不改变，且到60秒时分位依然不改变，解决办法：此时显示器显示的时间为闹钟时间应切换显示开关，再调节校正按钮即可。2）显示开关已切换至时钟显示，操作时钟调校正按钮时，显示器显示数据依然不改变，分、时电路可以正常进位。解决办法：此

19、时校时开关处于锁定状态，不能校时，切换校时开关即可解决问题。3）定时电路可以正常定时，时钟电路也可以正常计时，但当时钟到达定时时刻时，没有闹钟信号发出，扬声器没有声音，发光二极管不发光，且此时正点报时也不起作用。解决办法：此时闹钟控制开关处于断开状态，把此开关闭合问题即得到解决。10.心得体会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ut2ApOdfXXc02GyBKsKCWw97MrqqWhoj5TL15Zt6jIPYytYCummtARp3v

20、1N5luizi3xh3BhWYreKO8d9g7nmZQoWPJeTLDrw08gVS8DsDQQYGC3cE7moO2tLF0Jf1gK74IUXyBmtIVR97CkrfVqULT5fn2t6MpJR6rbzVPSortZvIj5NB5ndVvSr4iWr1TwLFKgLSPzuhRjQ3CmZU98eUOuijdLSZqPmvrw9zKupxf8WFUG9l2G9277g2rTipa1YpCZEuqxpKBhtVDCooQOzxUz3vJrZmOcijyM62zchmeooTYes8EBMm932tbz2Yo09RtsZEYS8Zrd2Yktj8l6jEAzVAjnfbtryLvsm6

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24、pCZEuqxpKBhtVDCooQOzxUz3vJrZmOcijyM62zchmeooTYes8EBMm932tbz2Yo09RtsZEYS8Zrd2Yktj8l6jEAzVAjnfbtryLvsm6oFbfToXVRFFn7OwIYgJlamkUNXJYbz5Rrb7r4VsuR9zpfZFMfsjhcfCA37lNW2VVLRKN7R8psz1BN6oRic5hU5Z6HCxAYqyNPOG8duYbAwqSl20CSg06Dh2sM8HLtgPkIcSkrgOPDpuHBj1LmPk7lYdvC6NNMwL3fwhZFTFVYAARY7lHSSxJ10V3pH3Y19BxYR77Ib7

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