电子时钟课程设计报告

数字电路课程设计报告

题目：数字电子钟的设计

         姓    名：   xxx            
         专    业：   物联网工程         
         班    级：   xxx     
         学    号：   xxx        

第1章，课程任务设计及要求…………………………………………………3
第2章，系统设计 ……………………………………………………………………..3
2.1方案设计与选择……………………………………………………………..3
2.2系统设计………………………………………………………………………………….4
2.2.1数字计时器的设计思想……………………………………………………………4
2.2.2数字电子时钟总体框架图………………………………………………………..4
2.3单元电路的设计……………………………………………………………………..5
2.3.1单元电路的工作原理…………………………………………………………………..5
2.3.2元件参数的选择………………………………………………………………………….7
第3章，软件仿真……………………………………………………………………….10
3.1仿真电路图…………………………………………………………………….10
3.2仿真过程………………………………………………………………………..11
3.3仿真结果…………………………………………………………………………………….11
第4章，故障分析………………………………………………………………………..12
第5章，结论…………………………………………………………………………………13
第6章，使用仪器设备清单………………………………………………………13
主要参考文献………………………………………………………………………………………13
收获，体会，建议……………………………………….13

第1章，课程任务设计及要求
数字电子钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置，与机械式时钟相比具有更高的准确性和直观性，且无机械装置，具有更更长的使用寿命，因此得到了广泛的使用。数字钟从原理上讲是一种典型的数字电路，其中包括了组合逻辑电路和时序电路。目前，数字钟的功能越来越强，并且有多种专门的大规模集成电路可供选择。本设计采用 74LS160、带有译码器的数码管和适当的门电路构成，可实现对时、分、秒等时间信息的采集和较时功能地实现。
数字时钟从原理上面来说的话，它是一种典型的数字电路，其中包括了组合逻辑电路和时序逻辑电路
我们这次设计是为了了解数字时钟的原理，从而学会制作数字电子时钟，再者，我们通过数字时钟的制作进一步的了解各种在制作中能用到的中小规模集成电路的作用及使用方法。
设计一个数字计时器，可以完成 00:00:00 到 23:59:59 的计时功能，并在控制电路的作用下具有快速校时、快速校分功能。 能进行正常的时分秒计时功能。分另由六个数码管实现时分秒的计时。同时实现报时的功能。
第2章，系统设计
2.1方案设计与选择
方案一：
脉冲信号源的选择。
（1）555多谐振荡器产生1khz，用这个做信号发生器，比较稳定。为了得到秒脉冲信号，将分频比设置为1000，正好选用三个十进制计数器（三片74LS160）。
（2）石英晶体振荡器产生32768hz，而后进行分频即可得到单脉冲信号。
以上两个得到单脉冲的信号的方法都可以。
（3）利用数电课本496页和497页可以知道，用CB555定时器设计一个可以产生单脉冲的多谐振荡器，即相当于以上两个方法的脉冲源加上分频的过程，而且比以上两个方法更加的方便，快捷。
方案二：
时分秒计数器的选择。
时分秒计数器的选择是有很多种的74LS160N和74LS160D都是不错的选择，当然了，74LS190和74LS191也是可以的，但是考虑到简单易用加上，课本上面终点内容，而且大多数参考书上面都是用的74LS160，因此本次设计我也采用74LS160作为时分秒计数器。
方案三：
译码显示器的选择。因为我看的参考书上面用的就是七段共阴极译码器，于是我就选择了这个，所以对于译码器的别的一些种类没有过多的了解和认识。
2.2系统设计
2.2.1数字计时器的设计思想
可以知道的是数字电子时钟由秒脉冲产生电路，计数电路，校时校分电路还有整点报时电路（不过遗憾的是这个我没有做出来）几个电路构成的。其中秒脉冲是由改装过的CB555定时器，之后，秒信号进入计数器进行计数，把累加的结果以时分秒的数字显示出来，时显示由二十四进制计数器，译码器和显示器构成，分秒显示分别由六十进制计数器，译码器和显示器构成。课进行整点报时，计时出现误差时，可以用校时校分电路
2.2.2数字电子时钟总体框架图

2.3单元电路的设计
2.3.1单元电路工作原理
1，时功能24进制电路，如下图所示；

图1，二十四进制计数器

说明：这个是小时功能的，是二十四进制的，因此可以在十位等于2（QAQBQCQD=0100）个位等于4（QAQBQCQD=0010）的时候进行清零（注意是与非门那一条线同时连接两个芯片的复位端，就是清零端CLR），从而实现24进制，个位的进位输出端接十位的CLK端，从而使小时的个位在进位的时候十位的那个芯片才开始实现计数功能。
2，秒分功能60进制计数器，如下图所示：

图2，六十进制计数器
说明：这个是秒分功能的计数器，跟以上的很一样，只是只需要在十位等于6（QAQBQCQD=0110）的时候，进行清零，同样的个位的进位输出端接十位的CLK端。74LS160构成的60进制计数器和24进制计数器如图1和图2所示。
小时，分钟，秒钟分别采用60,24,24进制计数器。其中秒钟，分钟的个位是10进制，十位是6进制，共同组成60进制的计数器，和小时计数器一样的是使用的是复位清零。
3，秒脉冲产生电路

                    图3，秒脉冲产生电路

将电路向导中的555多谐振荡器的R1，R2的电阻值改为48千欧姆C,C2的值也改为10和0.01uF，也就是说可以得到单脉冲，就是1hz的信号。
2.3.2元件参数的选择
1，电阻 48千欧，48千欧

2，电容 10uF 0.01uF

3，与门

4，数码管（七段共阴极数码管）

5,74LS160管脚功能

6，74LS48功能图

74LS48除了有实现7段显示译码器基本功能的输入（DCBA）和输出（Ya～Yg）端外，7448还引入了灯测试输入端（LT）和动态灭零输入端（RBI），以及既有输入功能又有输出功能的消隐输入/动态灭零输出（BI/RBO）端。
由7448真值表可获知7448所具有的逻辑功能：
（1）7段译码功能（LT=1，RBI=1）
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。除DCBA = 0000外，RBI也可以接低电平，见表1中1～16行。
（2）消隐功能（BI=0）
此时BI/RBO端作为输入端，该端输入低电平信号时，表1倒数第3行，无论LT 和RBI输入什么电平信号，不管输入DCBA为什么状态，输出全为“0”，7段显示器熄灭。该功能主要用于多显示器的动态显示。
（3）灯测试功能（LT = 0）
此时BI/RBO端作为输出端， 端输入低电平信号时，表1最后一行，与 及DCBA输入无关，输出全为“1”，显示器7个字段都点亮。该功能用于7段显示器测试，判别是否有损坏的字段。
（4）动态灭零功能（LT=1，RBI=1）
此时BI/RBO端也作为输出端，LT 端输入高电平信号，RBI 端输入低电平信号，若此时DCBA = 0000，表1倒数第2行，输出全为“0”，显示器熄灭，不显示这个零。DCBA≠0，则对显示无影响。该功能主要用于多个7段显示器同时显示时熄灭高位的零。
第三章，软件仿真
3.1仿真电路图

                         图11数字电子时钟仿真图

3.2仿真过程
电路的连接是我们这次课程设计的主要任务之一，也是整个过程的最难阶段。仿真的这部分工作室在multisim仿真软件上进行，对于电路的仿真分为几个部分，分别对电路各个部分的功能都进行仿真调试后，每连接一次都要进行一次调试，才会保证最后的成功。
说实话，以前对于multisim仿真软件根本就没什么了解，对于它的基本操作一开始也是一头蒙的感觉，不过通过不断地探索和观察，了解的大多数器件的放置位置以及仿真的方法，整个过程进行的特别慢，但是确学到了很多，也感受到了这个仿真软件的神奇之处，有种现实的既视感。
基本过程：
1，按照电路原理图将仿真分为几部分依次连接电路并调试；
2，对于555多谐振荡器进行电阻阻值改变以及电容阻值改变从而使之成为能够产生1hz的信号；
3，连接60,20,进制的计数器电路并调试，观察是否符合要求；
4，讲单脉冲信号连接到计数器电路，观察时钟是否正常运行
3.3仿真结果
电路成功实现了24小时进制，60分钟，60秒钟进制的电子时钟的功能，可以精确计时，每60秒进一分并清零秒计数器，每60分进一小时并清零分钟计数器，每24个小时清零所有计数器并重新开始计时。仿真结果如图12.

                        图12仿真结果

第四章，故障分析
如果没有能实现预想的功能，就要一个一个部分的去检查，若哪一功能不能实现，再根据故障分析和排除的方法，找出故障，并加以改进。还有一点是，这次的连线当中发现一个问题就是，会出现仿真错误，在我把所有连线练完了以后，出现了仿真错误，之后呢，我是找了特别的长久，然后我就询问一个班的跟我用一个芯片的人的连线方法，发现还是找不到，甚至跟她改成一样的也不行，最后我百度了一下，然后再数码管和译码器的每个管脚之间加了一个200的电阻，然后就可以了，只是别人的都没有加，经过百度发现是我用的数码管的电压是2V左右的，而电路的电压是5V的，终于知道电阻在那里起的什么作用了。可以知道的是，排除故障，调试并不是一件容易的事情，需要准确找到故障处，否则只能乱碰，却达不到效果，只能是白白浪费时间，经过多次实践，我觉得缩小范围的方法很好用，可以减去很大的工作量，很大程度上，提高了工作效率。
第五章，结论
经过一周多的课程设计，我完成了这次的课程设计，尽管过程很艰辛，但是现在还是实现了预想的功能。首先，我觉得最重要的一点是一定要好好学习学习自己的课本真的是很重要，这次的课程设计发型还都是课本上面的内容，上课结束后几乎不看课本的我，这次浪费了很长的时间，在这次课程设计上面特别吃力，我想，如果好好看课本的话，设计起来必定省去很多时间还有精力。总之，学到了特别多，这个是一次全新的体验，特别有意义。
第六章，使用仪器设备清单
七段共阴极数码管 6个
74LS160D芯片 6个
74LS48D芯片 6个
555定时器 1个
5V电源 1个
74LS00D与非门 3个
74LS02N 或非门 2个
74LS04N 非门 2个
开关 5个
电阻 若干
导线 若干
电容 2个

 参考文献

1，阎石，电子技术基础，北京，高等教育出版社2006
2，李亚伯，数字电路与系统。电子工业出版社，1998
3，郭锁利，刘延飞编著，基于Multisim的电子系统设计，仿真与综合应用，人民邮电出版社
收获，体会和建议
说实话，整个过程花了我很长的时间，从分析到设计，到调试，到成功，可能说着也就没有多少个字，一开始的时候觉得特别难，觉得自己根本就是无法完成的，但是当自己做完的时候发现，事情并没有自己想象的那么难。在实际的操作中，还要将课堂上学习的知识与这个课程设计结合起来。通过这次的课程设计，我确实学到了很多，跟以往的学习理论知识完全不是一个概念的感觉，这个课程设计追求的是不能有一点点小小的错误，要求你特别的细心，特别的有耐心还要对于设计所要用到的芯片的管脚功能有很深刻的了解，各方面吧，总之，这个课程设计也教会了我仿真软件的使用，同时呢，也了解了不少器件的功能也加深了对数电的理解。
不过我想说的是我在设计电路之前遇到的两个问题。第一个其实严格来说不算是什么大问题吧，本身的话，用555多谐振荡器产生1000HZ的脉冲信号，然后经过三个十进制计数器（74LS160）连在一块，可以实现千分频的功能，那么这样的话，就可以给计数器提供稳定的1HZ的脉冲信号，但是呢，在连线过程中，总觉得不用这么麻烦，毕竟就只是一个1HZ的信号而已。后来看到数电书上面478页上面有个例子，讲的是CB555定时器改装过可以产生稳定的1HZ的单脉冲信号，而且可以不用那么麻烦了。第二个就是24进制计数器，其实这个不是什么难的问题只是上课听得不认真以至于在设计的时候特别费事，在24进制计数器上面花了很久的时间，才知道原来是可以有两种方法的，一种是在用复位端（清零端）置零，还有一种是置数端置零。彻底理解了任意进制计数器。
任何事情都是一步一步来的，希望从这次课程设计中我可以冷静分析，慢慢纠错，不慌不忙地做好任何一件事情。