1、課程設計課程名稱： 多功能數字鐘電路設計、安裝、調試 學 院：電氣工程學院 專 業：電氣工程及自動化 姓 名： 學 號： 年 級： 任課教師： 2015年 12月 28日數字鐘電路設計課程設計報告 姓 名： 學 號 指導老師： 時 間： 2015年12月28日 一、目 錄摘要 1一、概 述 1二、設計任務與要求 22.1 設計任務 22.2 設計要求 2三、 電路設計 23.1設計方案 23.2 單元電路的設計 23.2.1 振蕩電路的設計 23.2.2 分頻電路的設計43.2.3計數電路的設計53.2.4校時電路的設計63.2.5譯碼與顯示電路的設計7四、 組裝與調試 8 4.1振蕩電路 8

2、4.2分頻電路84.3計數電路84.4校時電路84.5譯碼與顯示電路8五、 總結與體會 9六、附錄10參考文獻 11 11多功能數字鐘電路設計、安裝、調試摘要數字電子鐘是一種用數字顯示秒、分、時的記時裝置，與傳統的機械時鐘相比，它一般具有走時準確、顯示直觀、無機械傳動裝置等優點，因而得到了廣泛的應用：小到人們的日常生活中的電子手表、電子鬧鐘，大到車站、碼頭、機場等公共場所的大型數字顯電子鐘。鐘表的數字化給人們生產生活帶來了極大的方便,而且大大地擴展了鐘表原先的報時功能。 諸如定時自動報警、按時自動打鈴、時間程序自動控制、定時廣播、定時啟閉電路、定時開關烘箱、通斷動力設備甚至各種定時電氣的自動啟

3、用等， 所有這些，都是以鐘表數字化為基礎的。因此，研究數字鐘及擴大其應用，有著非常現實的意義。關鍵詞：555定時器； 振蕩電路； 分頻器； 計數器； 顯示； 譯碼器一、 概 述簡易數字電子鐘具有正常時間顯示與計時的功能，根據課程設計任務書要求，此設計書中數字鐘可以顯示秒、分、時的功能，以及具有校正的功能 (因為快校正設計復雜、不易實現，所以采取慢校正)。具體可利用振蕩器、分頻器、計數器、譯碼器、顯示器實現此數字鐘，另外可以添加其他電路來實現額外功能，例如：整點報時，鬧鐘等。時顯示器核心部分是振蕩器的起振與分頻(具體在后文分析)，產生1Hz的脈沖。繁瑣部分是計數與顯示。兩部分都是做成與否的關鍵。

4、分顯示器秒顯示器時譯碼器分譯碼器秒譯碼器時計數器分計數器秒計數器校時電路振蕩器分頻器整點報時觸摸報時仿電臺報定時控制主體電路 擴展電路二、設計任務及要求2.1設計任務設計一個用數字顯示“時”、“分”、“秒”的數字鐘電路。2.2設計要求準確計時，用數字顯示“時”、“分”、“秒”。用中小規模集成電路組成，使用器件少，成本低。（3）選做：校正時間、整點報時。三、電路設計3.1設計方案數字鐘的邏輯結構主要包括有六十進制計數器、二十四進制計數器（其中包括六十進制計數器和二十四進制計數器均由十進制計數器74LS90接成）、動態顯示譯碼器、LED數碼管顯示環節、555定時器（可以提供一個比較精確的1Hz的時

5、鐘脈沖），時間設置環節可以提供時間的初始設置，動態顯示譯碼器提供將BCD代碼(即8421碼)譯成數碼顯示管所需要的驅動信號，使LED數碼管用十進制數字顯示出BCD代碼所表示的數值。3.2單元電路的設計3.2.1 振蕩電路的設計555定時器是一種多用途的數字 模擬混合集成電路，利用它能極方便地構成施密斯觸發器、單穩態觸發器和多諧振蕩器。由于使用靈活、方便，所以555定時器在波形的產生與變換、測量與控制、家用電器、電子玩具等許多領域中都得到了應用。本設計方案使用555多諧振蕩器來產生1HZ的信號。通過改變相應的電阻電容值可使頻率微調，不必使用分頻器來對高頻信號進行分頻使電路繁復。雖然此振蕩器沒有石

6、英晶體穩定度和精確性高，由于設計方便，操作簡單，成為了設計時的首選，但是由于與實驗中使用的555芯片產生的脈沖相比較，利用晶振產生的脈沖信號更加的穩定，通過電壓表的測量能很好的觀察到這一點，同時在顯示上能夠更加接進預定的值，受外界環境的干擾較少，一定程度上優于使用555芯片產生信號方式。最終我們選擇了555定時器作為秒脈沖發生器。在555定時器的外部接適當的電阻和電容元件構成多諧振蕩器，再選擇元件參數使其發出標準秒信號。555定時器的功能主要由上、下兩個比較器1、2的工作狀況決定。若復位端 加低電平或接地,可使電路強制復位,不管555電路原處于什么狀態,均可使它的輸出為“0”電平。只要在555

7、定時器電路外部配上兩個電阻及兩個電容元件,并將某些引腳相連,就可方便地構成多諧振蕩器。 555振蕩電路連接圖定時器功能表555振蕩電路內部圖3.2.2 分頻電路的設計由于選取的振蕩器是555振蕩電路，所以想要得到1Hz的脈沖必須將頻率1KHz，利用計數器可以實現。將74LS290的連接成十進制，將3個十進制的74LS290連接成為千進制。：假設，一個100Hz的脈沖發送進入十進制的計數器中，每當計數器計滿十時就會發送出1Hz的脈沖，經過100Hz后就會只有10Hz。利用這點就可以將1KHz變成1Hz，并且也可以將555振蕩器產生的誤差1K等分，這也是為什么頻率越高誤差越小。3.2.3計數電路的

8、設計一般采用十進制計數器如74LS290、74LS90、74LS390,等來實現計數單元的計數功能。在此，該電路使用的為74LS90。74LS90計數器是一種中規模二一五進制計數器，該芯片有兩個異步清零端MR1、MR2和兩個異步置9端MS1、MS2，都為高電平有效。秒個位計數單元為10進制計數器，無需進制轉換，只需將Q0與CP1（下降沿有效）相連即可。CP0（下跳沿有效）與1HZ秒輸入信號相連，Q3可作為向上的進位信號與十位計數單元的CP0相連。秒十位計數單元為6進制計數器，需要進制轉換。將10進制計數器轉換為6進制計數器只需將Q1、Q2分別和兩個清零端連接，當信號出現0110時立刻轉變為00

9、00，其中Q2可作為向上的進位信號與分個位的計數單元的CP0相連。分個位和分十位計數單元電路結構分別與秒個位和秒十位計數單元完全相同，只不過分個位計數單元的Q3作為向上的進位信號應與分十位計數單元的CP0相連，分十位計數單元的Q2作為向上的進位信號應與時個位計數單元的CP0相連。時個位計數單元電路結構仍與秒或個位計數單元相同，但是要求，整個時計數單元應為24進制計數器，不是10的整數倍，因此需將個位和十位計數單元合并為一個整體才能進行24進制轉換。時個位計數單元的Q2接個位和十位的清零端MR1，十位計數單元的Q1接十位和個位的另一清零端MR2。1）六進制接法2）十進制接法3）二十四進制接法3.

10、2.4校時電路的設計對校時電路的要求是，在小時校正時不影響分和秒的正常計數；在分校正時不影響秒和小時的正常計數。校時方式有兩種“快校時”和“慢校時”， “快校時”是，通過開關控制，使計數器對1Hz的校時脈沖計數。“慢校時”是用手動產生單脈沖做校時脈沖。圖（ ）所示的為校時、校分電路。其中S1為校“分”用的控制開關，S2為校“時”用的控制開關，它們的控制功能如表1.1所示。校時脈沖采用分頻器輸出的1HZ脈沖。同時為了緩解開關S1或 S2為“0”或“1”時產生的抖動，需在開關處各并接一電容。校對電路原理： 當數字鐘出現誤差時，需校準。校對時間總是在標準時間到來之前進行，一般分四個步驟：首先把小時計

11、數器置到所需的數字；然后再將分計數器置到所需數字；在此同時或之后，應將秒計數器清零，時鐘暫停計數，處于等待啟動；當選定的標準時刻到達的瞬間，按起動按鈕，電路則從所預置時間開始計數。當數字鐘接通電源或或者計時出現誤差時,需要校正時間(或稱校時)。校時是數字鐘應具備的基本功能。一般電子手表都具有時、分等校時功能。為使電路簡單，這里只進行分和小時的校時。對校時電路的功能是，在小時校正時不影響分和秒的正常計數；在分校正時不影響秒和小時的正常計數。校時方式有“快校時”和“慢校時”兩種，“快校時”是通過開關控制，使計數器對1Hz的校時脈沖計數。“慢校時”是手動產生單脈沖作校時脈沖。3.2.5譯碼與顯示電路

12、的設計選擇CD4511作為顯示譯碼電路；選擇LED數碼管作為顯示單元電路。由CD4511把輸進來的二進制信號翻譯成十進制數字，再由數碼管顯示出來。這里的LED數碼管是采用共陰的方法連接的。計數器實現了對時間的累計并以8421BCD碼的形式輸送到CD4511芯片，再由4511芯片把BCD碼轉變為十進制數碼送到數碼管中顯示出來。 四、 組裝與調試可以先將系統劃分為多諧振蕩器、計數器、校準電路、譯碼顯示等部分。單元電路安裝好后，應該先認真進行通電前的檢查，通電后，檢查每片集成電路的工作電壓是否正常，這是電路有效工作的基本保證。調試該單元電路直至正常工作。調試可分為靜態調試和動態調試兩種，一般組合電路

13、應靜態調試，時序電路應動態調試。       統調主電路的方法是將已調試好的若干單元電路連接起來，然后跟蹤信號流向，由輸入到輸出，由簡單到復雜，依次測試，直至正常工作。因此時控制電路尚未安裝，需人為地給受控電路加以特定信號使其正常工作。       調試控制電路分為兩步：第一步單獨調試控制電路本身，施加于控制電路的各個信號可以人為設定為某種狀態，直至正常工作。第二步將控制電路與系統主電路中各個功能部件聯接起來，進行電路統調。4.1振蕩電路 芯片：有時電路上電后，數碼管沒有全亮

14、，經檢查電路沒問題。這是因為剛上電，74ls90的輸出狀態不定，有的碼值超過十，譯碼芯片不能正常工作，則輸出出錯。在輸入一個脈沖之后數碼管又顯示正常。4.2分頻電路分頻電路由于其結構較為簡單，所以連接時不易出錯，比較容易完成。4.3計數電路計時電路由于要構成60進制的組合，同時要和CD4511連接形成輸入與輸出的關系，線路連接時一出現錯誤，同時，計數電路的LS90容易被燒壞，需要在連接中及時發現并更換，否則影響及時的準確性。4.4校時電路由于這部分電路要求比較精確，需要反復的進行調試。4.5譯碼與顯示電路數碼管1>數碼管直接接5伏電壓時燒壞一個，于是在六個數碼管的公共端接上100歐電阻，

15、之后數碼管暗了很多，延長了數碼管的壽命。2>調時過程中，發現數碼管有的數顯示的不正常，經檢驗，是先接反了，更正后正常。五、 總結與體會通過此次的數字時鐘課程設計，無疑的一點：我學到了很多。早在大一的時候我就在問自己我學電路分析究竟拿來干什么，學數字電子技術基礎拿來干什么，都埋頭苦干在書本上，一點興趣都沒有，一點趣味都沒有，以至于花了時間在課本上，卻沒讓自己得到更多的收獲。可這次不一樣了，我對專業的興趣來了，我對專業的熱情燃燒了，此次的數字時鐘課程設計就是我對專業熱情燃燒的導火線。通過此次的數字時鐘課程設計，不僅讓我對專業重新了解，也讓我在其中學到了很多，從理論學習到實踐學習，其理論、實踐

16、的完美結合更讓我知道了電子信息工程的本質。通過本次課程設計,我明白了一個道理:無論做什么事情,都必需養成嚴謹,認真,善思的工作作風.我這畢業設計由于我采用的是數字電路來實現的,所以電路較復雜,但是容易理解.每一部分我都能理解并且能有多種設計方法.我認為，在這學期的實驗中，不僅培養了獨立思考、動手操作的能力，在各種其它能力上也都有了提高。更重要的是，在實驗課上，我們學會了很多學習的方法。而這是日后最實用的，真的是受益匪淺。要面對社會的挑戰，只有不斷的學習、實踐，再學習、再實踐。這對于我們的將來也有很大的幫助。以后，不管有多苦，我想我們都能變苦為樂，找尋有趣的事情，發現其中珍貴的事情。就像中國提倡

17、的艱苦奮斗一樣，我們都可以在實驗結束之后變的更加成熟，會面對需要面對的事情。最后在實現多功能數字鐘的各相功能，都達到了預期的結果，并且很美觀。沒有最好，只有更好。我相信通過這一次的課程設計之后，我以后會更加努力，用嚴謹的科學態度去面對一切。克服困難，戰勝自我，超越自我。六、附錄序 號名 稱型 號 參 數數 量備注1計數器74LS906片2譯碼器 CD45116片5共陰極七段譯碼器 74LS486片6面包板SYB-1181塊82-四輸入與非門74LS202個9CD40601個11按 鈕2個12電 容30皮法 2個電 容0.01微法2個13電 阻20兆歐姆2個電 阻47千歐2個14斜口鉗1個15 555定時器1個16彩色導線若干17鑷 子1把18剪 刀1把參考文獻 1 閻石 數字電子技術基礎第五版北京:高等教育出版社