1、課程設計任務書姓 名 嚴圖強學 號07261016班 級07計11課程名稱數字電路課程性質專業基礎課設計時間 08 年 1月1日08 年1月12日設計名稱多功能數字鐘設計要求1、顯示時、分、秒； 2、具有校時功能，可以分別對時及分進行單獨校時，使其校正到標準時間； 3、計時過程具有報時功能，當時間到達整點前10秒進行蜂鳴報時； 4、為了保證計時的穩定及準確須由晶體振蕩器提供表針時間基準信號設計思路與設計過程1、收集相關資料，完成相關電路的設計圖，正確選用適合設計內容的集成電路、器件和器材，并列出“領料清單”； 2、利用多功能虛擬軟件Multism8進行電路的制作、調試，并生成文件。計劃與進度1

2、、時間以12小時為一個周期；任課教師意 見說 明 課程設計報告課程： 數字電路課程設計 學號： 07261016 姓名： 嚴圖強 班級： 07計11班 教師： 王波 徐州師范大學 多功能數字鐘一、數字電路課程設計的目的經過了一學期的學習，已基本具備了一些電子技術的基礎知識。子技術課程設計，為了能將理論和實踐相結合，真正能把知識運用到實際的設計中去，培養他們的創新意識，符合國家培養“創新型人才”和建設“創新型社會”的基本思路。 二、數字電路課程設計的基本要求本系統采用555多諧振蕩器、分頻器、計數器、顯示器和校時電路組成。由LED數碼管來顯示譯碼器所輸出的信號，采用了CD和74LS系列中小規模集

3、成芯片，并由學生自己設計校時電路。總體方案設計由主體電路和擴展電路兩大部分組成。其中主體電路完成數字鐘的基本功能,擴展電路完成數字鐘的擴展功能。論文安排如下： 1、緒論 闡述研究電子鐘所具有的現實意義。 2、設計內容及設計方案 論述電子鐘的具體設計方案及設計要求。 3、單元電路設計、原理及器件選擇 說明電子鐘的設計原理以及器件的選擇，主要從石英晶體振蕩器或555多諧震蕩器、分頻器、計數器、顯示器和校時電路五個方面進行說明。 4、繪制整機原理圖，完成該系統的設計、安裝、調試工作全部完成。 三、設計內容及設計方案（一）設計內容要求 1、設計一個有“時”、“分”、“秒”（23小時59分59秒）顯示且

4、有校時功能的電子鐘。2、用中小規模集成電路組成電子鐘，并在實驗箱上進行組裝、調試。3、畫出框圖和邏輯電路圖。 4 、功能擴展： (1) 鬧鐘系統 (2) 整點報時。在59分50秒開始輸出500Hz音頻報時信號，在00分00秒時，輸出1000Hz的(3) 日歷系統。 四、設計方案及工作原理 數字電子鐘的邏輯框圖如圖1所示。它由555多諧振蕩器、分頻器、計數器、譯碼器顯示器和校時電路組成。振蕩器產生穩定的高頻脈沖信號,作為數字鐘的時間基準,然后經過分頻器輸出標準秒脈沖。秒計數器滿60后向分計數器進位,分計數器滿60后向小時計數器進位,小時計數器按照“24翻1”規律計數。計數器的輸出分別經譯碼器送顯

5、示器顯示。計時出現誤差時,可以用校時電路校時、校分。圖1 數字電子鐘邏輯框圖顯 示 器譯 碼 器秒 計 數 器分 頻 器 基準信號555多諧震蕩器顯 示 器譯 碼 器時 計 數 器顯 示 器譯 碼 器分 計 數 器校 時五、電路器件選擇 (一) 電路器件直流穩壓電源一臺、數字萬用表一只、CD4510 九只、CD4511 六只、LED顯示器六只、單刀雙置開關兩只、LE555 1只、蜂鳴器 1只；數字實驗箱；電阻、電容若干。（二）555定時震蕩器 振蕩器是計時器的核心，其作用是產生一個標準頻率的脈沖信號。振蕩頻率的精度和穩定度決定了數字鐘的質量。圖采用集成電路555定時器與RC組成T=1ms的多諧

6、振蕩器。輸出的脈沖頻率為f=1kHZ,周期。 輸入 輸出閥值輸入（V11）觸發輸入（V12）復位（Rd）輸出（Vo）三級管T X X 0 0 導通 2/3Vcc2/3Vcc1/3Vcc1 0 導通1/3Vcc 1 不變 不變 555 5.1K +5V R1 8 4 7 3 5.1K R2 6 1KHZ 0.01uf 0.1uf C1 1000000000100010001200100010300110011401000100501011000601101001701111010810001010910011100(三)分頻器 1、8421碼制,5421碼制 用四位二進制碼的十六種組合作為代碼，

7、取其中十種組合來表示0-9這十個數字符號。通常，把用四位二進制數碼來表示一位十進制數稱為二-十進制編碼，也叫做BCD碼，見表1。 表1 8421碼 和5421碼 2、分頻器的具體工作原理 由于555多諧振蕩器產生的頻率很高，此電路輸出選為1000HZ。要得到秒脈沖，需要用分頻電路。例如，振蕩器輸出1000HZ的信號，通過三個十進制同步加減計數器（CD4510）分頻變成1Hz LM555CD4510CD4510CD4510 圖3 分頻電路 (四) 計數器 秒脈沖信號經過6級計數器，分別得到“秒”個位、十位，“分”個位、十位以及“時”個位、十位的計時。“秒”、“分”計數器為60進制，小時為24進制

8、。 1、60進制計數器 (1) 計數器按觸發方式分類 計數器是一種累計時鐘脈沖數的邏輯部件。計數器不僅用于時鐘脈沖計數，還用于定時、分頻、產生節拍脈沖以及數字運算等。計數器是應用最廣泛的邏輯部件之一。按觸發方式，把計數器分成同步計數器和異步計數器兩種。對于同步計數器，輸入時鐘脈沖時觸發器的翻轉是同時進行的，而異步計數器中的觸發器的翻轉則不是同時。 (2) 60進制計數器的工作原理 “秒”計數器電路與“分”計數器電路都是60進制，它由一級10進制計數器和一級6進制計數器連接構成，如圖4所示，采用兩片中規模集成電路CD4511串接起來構成的“秒”、“分”計數器。 CD4511 引 腳 圖邏輯功能見

9、表：8421 BCD 碼對應的顯示見下圖：選用共陰極數碼管，對于 CD4511 ，它與數碼管的基本連接方式如下圖 ： (圖4) 60進制計數電路 74LS04非門 74LS00二輸入與非門74LS04的引腳排列圖 74LS00的引腳排列圖1 142 133 124 11 5 106 97 8GND1A1B1Y2B4A4B4Y3YVCC3A3B3B3AVCC3Y3B3AVCC2A2Y2B2A1Y1B1AVCC1A3A1B3B1Y3Y2A4A2B4B2Y4YGND (五) 譯碼與顯示電路 1、顯示器原理（數碼管） 數碼管是數碼顯示器的俗稱。常用的數碼顯示器有半導體數碼管，熒光數碼管，輝光數碼管和液

10、晶顯示器等。 本設計所選用的是半導體數碼管，是用發光二極管（簡稱LED）組成的字形來顯示數字，七個條形發光二極管排列成七段組合字形，便構成了半導體數碼管。半導體數碼管有共陽極和共陰極兩種類型。共陽極數碼管的七個發光二極管的陽極接在一起，而七個陰極則是獨立的。共陰極數碼管與共陽極數碼管相反，七個發光二極管的陰極接在一起，而陽極是獨立的。 當共陽極數碼管的某一陰極接低電平時，相應的二極管發光，可根據字形使某幾段二極管發光，所以共陽極數碼管需要輸出低電平有效的譯碼器去驅動。共陰極數碼管則需輸出高電平有效的譯碼器去驅動。LED數碼管內外結構圖及管腳分布圖 2、譯碼器原理 譯碼為編碼的逆過程。它將編碼時

11、賦予代碼的含義“翻譯”過來。實現譯碼的邏輯電路成為譯碼器。譯碼器輸出與輸入代碼有唯一的對應關系：CD4511是輸出低電平有效的七段字形譯碼器，它在這里與數碼管配合使用，表2列出了CD4511的真值表，表示出了它與數碼管之間的關系 CD 4511 A AB BC CD D LT EBI F LE G 7 13 1 12 2 11 6 10 3 9 4 15 5 14 表2 Inputs Outputs LEBILTD C B A0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 10 1 1 00 1 1 11 0 0 01 0 0 11 0 1 01 0

12、 1 11 1 0 01 1 0 11 1 1 01 1 1 1a b c d e f gDisplay00000000000000001 01111111111111111101111111111111111111 1 1 1 1 1 10 0 0 0 0 0 01 1 1 1 1 1 00 1 1 0 0 0 01 1 0 1 1 0 11 1 1 1 0 0 10 1 1 0 0 1 11 0 1 1 0 1 10 0 1 1 1 1 11 1 1 0 0 0 01 1 1 1 1 1 11 1 1 0 0 1 10 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

13、0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 B 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9(1)LT()：試燈輸入，是為了檢查數碼管各段是否能正常發光而設置的。當LT()=0時，無論輸入A3 ，A2 ，A1 ，A0為何種狀態，譯碼器輸出均為低電平，若驅動的數碼管正常，是顯示8。 (2) BI()：滅燈輸入，是為控制多位數碼顯示的滅燈所設置的。BI()=0時。不論LT()和輸入A3 ，A2 ，A1，A0為何種狀態，譯碼器輸出均為高電平，使共陽極數碼管熄滅。 (3)RBI(-)：滅零輸入，它是為使不希望顯示的0熄滅而設定的。當對每一位A3= A2 =A1

14、 =A0=0時，本應顯示0，但是在RBI(-)=0作用下，使譯碼器輸出全為高電平。其結果和加入滅燈信號的結果一樣，將0熄滅。 (4)RBO()：滅零輸出，它和滅燈輸入BI()共用一端，兩者配合使用，可以實現多位數碼顯示的滅零控制。3、譯碼器與顯示器的配套使用譯碼是把給定的代碼進行翻譯，本設計即是將時、分、秒計數器輸出的四位二進制數代碼翻譯為相應的十進制數，并通過顯示器顯示，通常顯示器與譯碼器是配套使用的。我們選用的七段譯碼驅動器（74LS47）和數碼管（LED）是共陽極接法（需要輸出低電平有效的譯碼器驅動）。譯碼顯示電路如圖9所示。 QAQBQC QD QA QB QC QD LTBI/RBO

15、 74LS248RBI a b c d e f g LTBI/RBO 74LS248 RBI a b c d e f g 1 1 a b c d e f g f aaaa b g e c d LC5011 llc5011 a b c d e f g f b e c d LC5011 LC L LCLLLC5011LC5011 LC5011L LLLLLLLLC5 L LLLC50 L LC5011 aa gg 圖6 (圖9) 譯碼顯示電路 （六）、校時電路 當接通電源或計時出現誤差時，都需要對時間進行校時。校正電路如圖所示，K1、K2分別為時校正、分校正開關。不校正時，K1、K2 開關是閉合的

16、。當對時校正時，把K1打開，用手撥動開關K3，來回撥動，就能使十位增加1。根據需要開關的次數，校正完畢后把K1開關合上，校正分位同相&K110KK210KK310K10K（七）報時器 報時電路（八） 總框圖和原理圖1. 總框圖顯 示 器譯 碼 器秒 計 數 器分 頻 器 基準信號555多諧震蕩器顯 示 器譯 碼 器時 計 數 器顯 示 器譯 碼 器分 計 數 器校 時2. 總原理圖 74LS90(3)Q0Q374LS90(2)Q0Q3Q074LS90(1)Q3 Q3 Q2 Q1 Q0 Q3 Q2 Q1 Q0 Q3 Q2 Q1 Q0 Q3 Q2 Q1 Q0 74LS90(4)74LS90(5)7

17、4LS92(2)74LS92(1)919141211915CPBCPA D3 D2 D1 D0 G CP1Q1RD1CP5& LD 74LS19174LS741Q3 83 83 83 83 83 8BS2026g ag ag ag ag ag a&1Hz10Hz74LS48(6) A3 A2 A1 A0 74LS48(4)74LS48(3)74LS48(2)74LS48(1)74LS48(5) Q3 Q2 Q1 Q0 4141109111D5V3.3kW13253267&11 U/DR0(1)R9(1)R0(1)CPBCPAR0(1)CPBCPAR9(1)R0(1)CPBCPA A3 A2 A1 A0 A3 A2 A1 A0 A3 A2 A1 A0 A3 A2 A1 A0 A3 A2 A1 A0 7126R9(1)R0(1)CPBCPAR9(1)R0(1)CPBCPAR9(1)R0(