1、課程設計任務書學生姓名： 專業班級： 指導教師： 工作單位： 信息工程學院 題 目: 多功能數字鐘的設計與實現 初始條件：本設計既可以使用集成譯碼器、計數器、定時器、脈沖發生器和必要的門電路等，也可以使用單片機系統構建多功能數字鐘。用數碼管顯示時間計數值。要求完成的主要任務: （包括課程設計工作量及技術要求，以及說明書撰寫等具體要求）1、課程設計工作量：1周。2、技術要求：1）設計一個數字鐘。要求用六位數碼管顯示時間，格式為00：00：00。2）具有60進制和24進制（或12進制）計數功能，秒、分為60進制計數，時為24進制（或12進制）計數。3）有譯碼、七段數碼顯示功能，能顯示時、分、秒計時

2、的結果。4）設計提供連續觸發脈沖的脈沖信號發生器，5）具有校時單元、鬧鐘單元和整點報時單元。6）確定設計方案，按功能模塊的劃分選擇元、器件和中小規模集成電路，設計分電路，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。按*大學課程設計工作規范要求撰寫設計報告書。全文用A4紙打印，圖紙應符合繪圖規范。時間安排：1、 2013年 3 月 18 日，布置課設具體實施計劃與課程設計報告格式的要求說明。2、 2013 年 3 月 22日至 2013 年 5 月 10 日，方案選擇和電路設計。3、 2013 年 5 月 25 日至 2013 年 7 月 2 日，電路調試和設計說明書撰寫。4、

3、2013 年 7 月 5 日，上交課程設計成果及報告，同時進行答辯。指導教師簽名： 年 月 日系主任（或責任教師）簽名： 年 月 日目錄1 引言11.1 數字鐘簡介11.2 EWB簡介12 方案選擇33 系統框圖44 分電路設計54.1 脈沖產生電路54.1.1設計要求54.1.2所需元件54.1.3元件介紹54.1.4參數計算64.1.5電路設計74.2計數電路84.2.1秒電路84.2.2分電路94.2.3時電路114.3顯示電路124.3.1所需元件124.3.2元件介紹124.3.3原理說明124.3.4電路設計124.4整點報時電路134.4.1設計要求134.4.2所需元件134.

4、4.3元件介紹134.4.4參數計算134.4.5原理說明144.4.6電路設計144.5校時電路154.5.1設計要求154.5.2所需元件154.5.3元件介紹154.5.4原理說明154.5.5電路設計154.6鬧鐘電路164.6.1設計要求164.6.2所需元件164.6.3元件介紹164.6.4原理說明184.6.5電路設計185總電路圖196心得體會207元件清單218參考文獻23摘 要數字鐘是一種用數字電路技術實現時、分、秒計時的鐘表。與機械鐘相比具有更高的準確性和直觀性，具有更長的使用壽命，如今已得到廣泛的使用。數字鐘的設計方法有許多種，例如可用中小規模集成電路組成數字鐘，也可

5、以利用單片機來實現數字鐘等等。這些方法都各有其特點。本次設計用的是中小規模集成電路,以實現數字鐘的顯示、校時、鬧鐘、報時等功能。EWB軟件，全稱為ELECTRONICS WORKBENCH EDA，是交互圖像技術有限公司在九十年代初推出的EDA軟件，用于模擬電路和數字電路的混合仿真。EWB是一款小巧，但是仿真功能十分強大的軟件。本次設計將用EWB軟件進行仿真。關鍵詞:數字鐘；設計；EWB；仿真Abstract Digital clock is a sort of clock which can be made to time hours、minutes and seconds through

6、digital circuit technology. Compared with mechanical clock, digital clock has higher accuracy and intuition and longer service life. It has been widely used nowadays. There are mang kinds of methods to design the digital clock. For example, small and medium scale integrated circuit can be used to de

7、sign it. Micro controller can also de used to design digital clock and etc. There are different characteristics in different methods. This time, small and medium scale integrated circuit will be used to achieve the functions of the digital clock such as display、timing、alarm clock、giving the correct

8、time. EWB, whose full name is ELECTRONICS WORKBENCH EDA, is the Interactive Image Technology Ltd launched in the early ninetys EDA software, which can be used to achieve the mixed simulation of analogous circuit and digital circuit. EWB is a small software but it has a powerful function of simulatio

9、n. The simulation of this design will be made through EWB.Keywords：digital clock；design；EWB；simulation 1 引言1.1 數字鐘簡介數字鐘是日常生活中常見的一種工具，大到機場等公共場所的時間屏幕，小到我們的手表、鬧鐘等。數字鐘實際上是一個對標準頻率進行計數的計數電路。它的計時周期是24小時，由于計數器的起始時間不可能與標準時間（如北京時間）一致所以采用校準功能和報時功能。數字鐘是由振蕩器、計數器、譯碼器、顯示器、校時電路、報時電路、鬧鐘電路組成，振蕩器產生的信號作為秒脈沖，秒脈沖送入計數器，計數

10、結果通過時、分、秒譯碼器顯示時間。秒脈沖是整個系統的時基信號，它直接決定計時系統的精度，將標準秒信號送入“秒計數器”，“秒計數器”采用60進制計數器，每累計60秒發出一個“分脈沖”信號，該信號將作為“分計數器”的時鐘脈沖。“分計數器”也采用60進制計數器，每累計60分鐘，發出一個時脈沖信號，該信號將被送到時計數器。時計數器采用24進制計時器，可實現對一天24小時的計時。譯碼顯示電路將“時”、“分”、“秒”計數器的輸出狀態通過顯示驅動電路，七段顯示譯碼器譯碼，在經過六位LED七段顯示器顯示出來。整點報時電路時根據計時系統的輸出狀態產生一個脈沖信號，然后去觸發一音頻發生器實現報時。校準電路時用來對

11、“時”、“分”、“秒”顯示數字進行校對調整的。鬧鐘電路則是通過數值比較器來實現。1.2 EWB簡介EWB是一種電子電路計算機仿真軟件，它被稱為電子設計工作平臺或虛擬電子實驗室，英文全稱為Electronics Workbench。EWB是加拿大Interactive Image Technologies公司于1988年開發的。EWB以SPICE3F5為軟件核心，增強了其在數字及模擬混合信號方面的仿真功能。SPICE3F5是SPICE的最新版本，SPICE自1972年使用以來，已經成為模擬集成電路設計的標準軟件。相對其它EDA軟件而言，它是個較小巧的軟件，只有16M，功能也比較單一，就是進行模擬

12、電路和數字電路的混合仿真，但它的仿真功能十分強大，可以幾乎100%地仿真出真實電路的結果，而且它在桌面上提供了萬用表、示波器、信號發生器、掃頻儀、邏輯分析儀、數字信號發生器、邏輯轉換器等工具，它的器件庫中則包含了許多大公司的晶體管元器件、集成電路和數字門電路芯片，器件庫中沒有的元器件，還可以由外部模塊導入，在眾多的電路仿真軟件中，EWB是最容易上手的，它的工作界面非常直觀，原理圖和各種工具都在同一個窗口內，未接觸過它的人稍加學習就可以很熟練地使用該軟件，對于電子設計工作者來說，它是個很好的EDA工具，許多電路無需動用烙鐵就可得知它的結果，而且若想更換元器件或改變元器件參數，只需點點鼠標即可，它

13、也可以作為電學知識的輔助教學軟件使用。2 方案選擇方案一：采用中小規模集成電路實現采用中小規模集成邏輯電路設計可以實現數字鐘的時、分、秒計時功能、定點報時功能、校時功能、鬧鐘功能，計時模塊采用時鐘信號觸發，不需要程序控制。所有功能模塊的主要部件都使用集成芯片。此方案正是所學的知識的實際應用，可以加深對邏輯電路的了解，符合此次設計的要求。方案二：EDA技術實現采用EDA作為主控制器外圍電路進行電壓，時鐘控制、鍵盤和LED控制。但此方案邏輯電路復雜，外圍設備多，靈活性較低，不利于擴展。且涉及的大多是未學的知識，不能達到此次設計的目的。方案三：單片機編程實現利用AT89S51單片機和74HC573八

14、位鎖存器以及利用C語言對AT89S51進行編程來實現數字鐘的時間顯示。單片機的相關知識尚未學習，而且運用單片機也不符合運用數字電路完成設計的初衷，不能達到此次設計的目的。綜上，根據自身的知識和方案比較，采用方案一，因為方案一簡便靈活，擴展性好，而且正好是所學知識的應用，可以對邏輯器件的使用增加經驗，同時符合此次數字電路知識設計的要求。3 系統框圖計數電路 分電路秒電路時電路個位顯示十位顯示個位顯示十位顯示個位顯示十位顯示譯碼器譯碼器譯碼器譯碼器譯碼器譯碼器計數器計數器計數器計數器計數器計數器校時電路報時電路脈沖振蕩器鬧鐘電路圖3.1 系統框圖4 分電路設計4.1 脈沖產生電路4.1.1設計要求

15、要求設計出一個能產生一秒周期信號的電路。用555定時器作為基礎，調節外界參數R和C，使得振蕩周期為1秒。4.1.2所需元件 導線若干、555定時器、1000k、200k、20k、1k、300、40、8電阻各一個、1F、0.01F電容各一個。4.1.3元件介紹555定時器：555定時器是一種模擬和數字功能相結合的中規模集成器件。 內部結構圖： 圖4-1 555定時器內部結構圖 引腳圖： 引腳功能注釋： 表4-1 555定時器引腳功能 功能表：表4-2 555定時器功能表清零端高觸發端TH低觸發端Q放電管T功能0××0導通直接清零101x保持上一狀態保持上一狀態1101截止置1

16、1001截止置11110導通清零4.1.4參數計算由555定時器構成的多諧振蕩器由電阻R1、R2，電容C以及旁路電容Cp等組成。輸出頻率為： 當f=1Hz時，若選C為1F的電解電容，取ln2=0.693，得R1+2R2=1449.2695k。令R1=1M，R2=221.348k。若R2用200k+20k+1k+300+40+8的形式替換，可得到周期為1.00002839s的脈沖。4.1.5電路設計圖4-2 脈沖產生電路該電路的仿真結果為:圖4-3 脈沖電路仿真波形4.2計數電路4.2.1秒電路4.2.1.1所需元件 導線若干、兩輸入與門一個、74LS290芯片兩塊4.2.1.2元件介紹 與門

17、表達式F=A·B 真值表：ABF000010100111 74LS290芯片 引腳圖：4.2.1.3原理說明由脈沖產生電路產生的秒信號經右邊芯片的時鐘信號輸入端CLKA輸入，秒電路開始計時。當個位顯示從零變到九時，十位顯示由于沒有脈沖信號，它的顯示保持不變。在第十個脈沖到來之際，個位顯示由零變為九，同時向十位發出一個脈沖信號，十位的顯示增加一。當十位的是5，此時再從個位來一個脈沖信號，十位的輸出由0101變為0110，和的1經與門相與后輸出1，將這個1送至個位和十位的異步清零端，使得個位和十位的輸出強制制0，同時這個1也將被當作脈沖信號輸出給分電路，秒電路的計數重新開始。這樣便實現了

18、秒電路的60進制。4.2.1.4電路設計圖4-4 秒計時電路4.2.2分電路4.2.2.1所需元件 導線若干、兩輸入與門一個、74LS290芯片兩塊4.2.2.2元件介紹 與門 表達式F=A·B 真值表：ABF000010100111 74LS290芯片 引腳圖：4.2.2.3原理說明 由秒電路產生的信號經右邊芯片的時鐘信號輸入端CLKA輸入，分電路開始計時。當個位顯示從零變到九時，十位顯示由于沒有脈沖信號，它的顯示保持不變。在第十個脈沖到來之際，個位顯示由零變為九，同時向十位發出一個脈沖信號，十位的顯示增加一。當十位的是5，此時再從個位來一個脈沖信號，十位的輸出由0101變為011

19、0，和的1經與門相與后輸出1，將這個1送至個位和十位的異步清零端，使得個位和十位的輸出強制制0，同時這個1也將被當作脈沖信號輸出給時電路，分電路的計數重新開始。這樣便實現了分電路的60進制。4.2.2.4電路設計圖4-5 分計時電路4.2.3時電路4.2.3.1所需元件 導線若干、74LS290芯片兩塊4.2.3.2元件介紹 74LS290芯片 引腳圖：4.2.3.3原理說明由分電路產生的信號經右邊芯片的時鐘信號輸入端CLKA輸入，時電路開始計時。當個位顯示從零變到九時，十位顯示由于沒有脈沖信號，它的顯示保持不變。在第十個脈沖到來之際，個位顯示由零變為九，同時向十位發出一個脈沖信號，十位的顯示

20、增加一。當十位的是2，個位的顯示是3，此時再從,分位來一個脈沖信號，十位的輸出由0變為1，個位的輸出由0變為1，將這個兩個1送至個位和十位的異步清零端，使得個位和十位的輸出強制制0，計數重新開始。這樣便實現了時電路的24進制。4.2.3.4電路設計圖4-6 時計時電路4.3顯示電路4.3.1所需元件 導線若干、74LS47芯片一塊、7段數碼管一個4.3.2元件介紹 共陽極7段數碼管： 4.3.3原理說明 從時、分、秒各電路輸出的信號經74LS47芯片譯碼后輸入7段數碼管顯示出電路。 4.3.4電路設計圖4-7 譯碼顯示電路4.4整點報時電路4.4.1設計要求當分電路向時電路發送脈沖信號時，說明

21、已經是整點。若將該信號直接送給蜂鳴器，激勵時間只有一下，要使響應持續五秒，需將信號送入一個暫穩態時間為5秒的單穩態觸發器，在由單穩態觸發器的輸出接到蜂鳴器上，這樣整點報時便可以持續5秒。4.4.2所需元件導線若干、一個非門、555定時器一個、1mF電容一個、0.01F電容一個、蜂鳴器一個、1000電阻4個、500電阻一個、10電阻4個、5電阻一個、0.5電阻一個4.4.3元件介紹蜂鳴器： 非門： 真值表：AF10014.4.4參數計算要使報時的時間延續5秒，則單穩態觸發器輸出脈沖寬度為=5s，脈沖寬度公式為：若用555定時器構成單穩態觸發器，則1.1RC，則RC4.5455s。取C=1mF，則

22、R=4545.5。把R用1000*4+500+10*4+5+0.5代替。4.4.5原理說明當分電路向時電路發出脈沖信號時,電平由低變高再變低,形成一個上跳信號,但單穩態觸發器是電平下跳觸發,所以需在報時電路的輸入端接一個反向器。觸發單穩態觸發器后電路輸出一個5秒的信號,使蜂鳴器鳴叫持續5秒。4.4.6電路設計圖4-8 整點報時電路該電路的仿真結果為:圖4-9 結果仿真4.5校時電路4.5.1設計要求當時間不準時需進行手動校時，將時間調至準確時間。手動校時需斷開原來的脈沖信號，并進行手動輸入脈沖。4.5.2所需元件 導線若干、單刀雙擲開關6個4.5.3元件介紹 單刀雙擲開關：4.5.4原理說明原

23、脈沖輸入在開關1和開關2的下端。當需要校時時,若需要校分電路,則將開關1向上撥,然后將開關5向下撥以后向上撥.然后手動輸入脈沖:將開關3向上撥后立即向下撥,形成一個輸入脈沖,分電路輸入一個信號。4.5.5電路設計圖4-10 校時電路4.6鬧鐘電路4.6.1設計要求人為地給電路設定一個時間，經數值比較器與原本的時間進行比較，并將比較的結果送至蜂鳴器，設定鬧鐘時間為30秒。當蜂鳴器響的時間超過5秒，說明鬧鐘功能實現。4.6.2所需元件導線若干、74LS290芯片兩塊、74LS85芯片兩塊、蜂鳴器一個、兩輸入與門兩個、單刀雙擲開關9個4.6.3元件介紹 單刀雙擲開關：蜂鳴器： 與門 表達式F=A&#

24、183;B 真值表：ABF00001010011174LS290芯片 引腳圖： 74LS85芯片 引腳圖：功能表：表4-3 74LS85芯片功能表4.6.4原理說明單刀雙擲開關的右端接在原輸入譯碼電路端,開關上方接在七段顯示管的各個輸入端。當需要設定鬧鐘時，將開關撥向左側，同時七段數碼管制零，開關Y手動輸入脈沖，直到設定預期的時間，輸出端與原計數電路的輸出端同時接入數值比較器，數值比較器的輸出端接在脈沖寬度為10秒的單穩態觸發器，單穩態觸發器的輸出接在蜂鳴器上。當鬧鐘起作用時，蜂鳴器會鳴叫10秒。4.6.5電路設計圖4-11 鬧鐘電路5總電路圖圖5-1 總電路圖6心得體會經過這段時間的課程設計，我學到了許多東西，對課本上的內容的理解加深了印象，同時也學會了一種學習的態度。對于大一就學了數電的我來說