PAGEPAGE14數字電路課程設計題目數字時鐘學院安徽大學江淮學院專業電子信息工程組長姓名和學號楊川11124104組員姓名和學號梅先兵11124050李軍11124039焦陽11124113洪日11124022周其峰11124042指導教師程鴻李能菲2014年10月23日目錄TOC\o"1-3"\h\u18771.實驗目的 3258662.設計要求 344773.設計及原理 368803.1總體方案設計 3297463.2總電路框圖 4252783.3仿真結果 4222104、硬件電路設計和實驗 8282024.1元器件清單 8302834.2硬件電路說明 8145425.結束語 14201645.1成員具體分工情況 14270935.2小組心得 141.實驗目的 （1）通過數字時鐘的設計實驗，要求學生回顧并加深了解所學數字電路與邏輯設計的基礎理論和基礎實驗，掌握組合電路、時序電路、編程器件和任意集成電路的綜合使用及設計方法，熟悉掌握優先編碼器、觸發器、計數器、單脈沖觸發器、555電路、譯碼/驅動電路的應用方法，熟悉掌握時序電路的設計方法。達到數字實驗課程大綱所要求掌握的基本內容；（2）課程設計要求學生具有一定的動手能力，在課程設計中需要學生對電路結構布局進行設計并使排版對稱、緊密、美觀；（3）本課程設計共由六人組成一設計小組，在設計中需每位組員完成其中一部分功能，最后將每個組員的設計組合成一完整電路，并實現電路所需功能，該過程很好的鍛煉了學生的團隊協作能力，為學生進入社會走向工作崗位與同事合作完成任務積累經驗。2.設計要求 （1）能顯示24小時制的時.分.秒(24小時59分59秒)；（2）具有校時功能，可以對小時，分單獨校時，校時脈沖由手動輸入；為了保證計時準確，穩定，由555多諧振蕩器提供標準時間的基準信號。可實現整點報時功能。3.設計及原理3.1總體方案設計本題的根本任務是準確顯示時分秒，其主要功能是計時和校時。利用60進制和24進制遞增計數器子電路構成數字時鐘系統，由1個24進制同步遞增計數器完成時的計數，由2個60進制同步遞增計數器完成分和秒的計數。秒分時計數器分別都以2個74LS160同步級聯而成，秒分時計數器之間采用異步級聯的方式。當秒計數器顯示59時，分計數器進一；當秒和分計數器同步顯示59時，時計數器進一；當時計數器顯示23，且秒和分計數器同步顯示59時，顯示00：00:00。用開關J1和J2分別控制時和分的校時，對小時和分的輸入CP脈沖信號加入開關控制信號的輸入，單獨對時和分校時。譯碼顯示譯碼顯示譯碼顯示3.2總電路框圖譯碼顯示譯碼顯示譯碼顯示60進制秒計數器24進制時計數器60進制分計數器60進制秒計數器24進制時計數器60進制分計數器校時電路校分電路校時電路校分電路分頻器555多諧振蕩器分頻器555多諧振蕩器圖1.總電路框圖3.3仿真結果此部分電路主要完成的功能是實現數字時鐘的計時功能。分和秒計數器都是模M=60計數器，其計數規律為00-01-58-59-00選擇一片74LS160作十位計數器，而再用一片74LS160作個位計數器，再將它們級聯組成模數M=60的計數器。分和秒的電路差不多，只是它們的CP脈沖不同而已。秒和分的模60計數器之間由個位的進位信號作為十位使能端信號，當計數器顯示59時，十位為0110，把高電平接相與非連接到個位和十位2片74LS160的清0端，實現異步清0的功能。模60計數器仿真如下：圖2.模60（60進制計數器）仿真結果在做出來了模60計數器后，經過分析和討論，以及對74LS160的進一步理解，我們得出了分和秒的仿真電路。秒電路的秒脈沖信號來自三級分頻器所得到的信號，而分電路則來自秒電路，當秒電路計數器計到59秒時，秒電路的十位為0101，而個位為1001，把十位和個位的4個高電平相與作為分電路的進位信號，如下為分和秒的仿真電路：圖3.60進制秒和分的仿真結果用2片74LS160實現24進制計數器，首先把兩片74LS160都連接成十進制，并且2片之前連接成具有十的進位關系，即接成一百進制計數器，在計數器計數到24時，個位和十位同時清0。計到24時，十位的Q1=1.個位的Q2=1，將Q1，Q2相與非連接到芯片的清0端。計時電路的個位時鐘信號來自秒和分電路59分59秒2個信號相與的結果。時電路仿真電路如下：圖4.時電路（24進制）仿真結果校時電路主要完成校分和校時，它包括了去抖動電路。選擇校分時，拔動一次開關，分自動加一；選擇校時時，拔動一次開關，小時自動加一。校時校分電路應正確無誤，能夠實現理想的時間校對。校時校分應該切斷秒，分，時計數電路之前的進位連線。校時，分功能表如下：SW4SW5功能11計數10校時01校分圖5.校時電路圖該部分主要由555定時器秒脈沖產生電路時鐘信號、秒計數器、分計數器、時計數器、校分校時電路、74LS47譯碼電路和6個7段數碼管即相關電路組成。完成的功能是當開始計時時，秒個位開始計數，當秒計數器計到59時，驅動分計數器的計時功能，以此類推，當秒和分計數器都計數到59時，時計數器開始計時。當時計數器計數到23，且秒和分計數器計數到59時，全部清0。通過譯碼電路74LS47顯示到數碼管上，其時鐘信號由時鐘產生電路提供。并將時間顯示在共陰極七段數碼顯示管上。如下圖數字時鐘的整體仿真圖：圖6.數字時鐘的整體仿真圖4、硬件電路設計和實驗4.1元器件清單5V共陽數碼管3個十進制計數器芯片74LS1606個四正與非門74LS002個四輸入與門74LS211個顯示譯碼器74LS476個555定時器1個色環電阻10K2個色環電阻1K2個色環電阻5.1K1個色環電阻2K1個可調電阻10K1個線若干4.2硬件電路說明（1）基本RS觸發器功能簡介：1.保持狀態。當輸入端接入==1的電平時，如果基本SR觸發器現態=1、=0，則觸發器次態=1、=0；若基本SR觸發器的現態=0、=1，則觸發器次態=0、=1。即==1時，觸發器保持原狀態不變。2.置0狀態。當=1，=0時，如果基本SR觸發器現態為=1、=0，因=0，會使=1，而=1與=1共同作用使端翻轉為0；如果基本SR觸發器現態為=0、=1，同理會使=0，=1。只要輸入信號=1，=0，無論基本SR觸發器的輸出現態如何，均會使輸出次態置為0態。3.置1狀態。當=0、=1時，如果觸發器現態為=0、=1，因=0，會使G1的輸出端次態翻轉為1，而=1和=1共同使G2的輸出端=0；同理當=1、=0，也會使觸發器的次態輸出為=1、=0；只要=0、=1，無論觸發器現態如何，均會將觸發器置1。4.不定狀態。當==0時，無論觸發器的原狀態如何，均會使=1，=1。當脈沖去掉后，和同時恢復高電平后，觸發器的新狀態要看G1和G2兩個門翻轉速度快慢，所以稱==0是不定狀態，在實際電路中要避免此狀態出現。（2）74LS00功能簡介：2輸入四正與非門。Inputs輸入輸出ABYLLHLHHHLHHHL表74LS00真值表圖74LS00引腳排列及邏輯符號（3）74LS21功能簡介：4輸入雙正與門，Y=ABCD。Inputs輸入輸出ABCDYXXXLLXXLXLXLXXLLXXXLHHHHH表74LS21真值表圖74LS21引腳排列及邏輯符號（4）74LS160功能簡介：CLK是脈沖輸入端，RCO是進位信號輸出端，ENP和ENT是計數器工作狀態端，CLR是異步清0端，LOAD是置數端，VCC接正電源，GND接地，A-D是數據輸入端，QA-QD是計數器狀態輸出端。電源電壓5V，輸入電壓5V。表74LS160真值表圖74LS160的引腳排列及邏輯符號（5）74LS47功能簡介：顯示譯碼器由譯碼輸出和顯示器配合使用，最常用的是BCD七段譯碼器。其輸出是驅動七段字形的七個信號，常見產品型號有74LS48、74LS47等。本設計由于使用共陽極數碼管，因此使用74LS47顯示譯碼器。十進制數輸入輸出A3A2A1A0/abcdefg01100001000000111X00011100111121X00101001001031X00111000011041X01001100110051X01011010010061X01101110000071X01111000111181X10001000000091X100110001100表74LS47真值表圖74LS47的引腳排列及邏輯符號（6）555定時器功能簡介：圖

555定時器電路（7）數碼管功能簡介：字符顯示器：分段式顯示是將字符由分布在同一平面上的若干段發光筆劃組成。電子計算器，數字萬用表等顯示器都是顯示分段式數字。而LED數碼顯示器是最常見的。通常有紅、綠、黃等顏色。LED的死區電壓較高，工作電壓大約1.5~3V，驅動電流為幾十毫安。下圖是七段LED數碼管的引線圖和顯示數字情況。74LS47譯碼驅動器輸出是低電平有效，所以配接的數碼管須采用共陽極接法；而74LS48譯碼驅動器輸出是高電平有效，所以，配接的數碼管須采用共陰極接法。數碼管常用型號有BS201、BS202等。本課程設計是采用共陽式LED數碼管，使用時，公陽極接地，7個陰極a~g由相應的74LS47七段譯碼器來驅動。結束語這次課程設計是對上學期數字邏輯課程所學內容的一次綜合性的練習。從中強化了我對課本中知識的理解和掌握，同時也拓展了我在數字電子技術方面的動手能力，和對自己所學專業的進一步的認識。課程設計更是一個把所學知識應用于實踐的過程，用實踐檢驗真理。同時我從這次課設中知道：知識不僅僅是寫在書本上的文字和死板的理論，它更是指導我們實踐的工具。

一些比較簡單的邏輯器件，經過一定的理論知識分析，將它們組合在一起就構成了我們生活中普遍應用的數字時鐘。完成課程設計的任務以后，看到自己的成果感到很有成就感，從而加強了自己對本課程的興趣，更加有利于對本課程方面知識的進一步拓展性學習。5.1成員具體分工情況隊長：楊川主要負責整個數字時鐘課程設計的安排和分工。隊員：梅先兵充分利用網絡和課本知識查找相關的內容。李軍負責數字時鐘電路的仿真。焦陽負責數字時鐘電路的實際連線工作。洪日負責寫數字時鐘課程設計報告。周其峰制作PPT來展示我們的成果。5.2小組心得楊川：在這一次的數字時鐘課程設計中，我收獲了很多，理論結合實踐，我深刻的意識到一個人的動手能力的重要性，在設計過程中遇到了很多困難，但是經過同學之前的互幫互助，詢問老師以及查閱書籍，一切的問題都很快解決了。完成課程設計的任務以后，看到自己的成果感到很有成就感，從而加強了自己對本課程的興趣，更加有利于對本課程方面知識的進一步拓展性學習。該過程很好的鍛煉了學生的團隊協作能力，為學生進入社會走向工作崗位與同事合作完成任務積累經驗。周其峰：通過這次課程設計，加強了我們動手、思考和解決問題的能力。在整個設計過程中，我們了解了很多元件的功能，并對其在電路中的使用有了更多了了解。這次課程設計讓我們記住了很多東西，比如一些芯片的功能，平時看課本很容易忘，通過動手實踐讓我們對各個元件印象深刻。認知來源于實踐，實踐是認知的動力和最終目的。實踐實踐是檢驗真理的唯一標準。所以這次的課程設計對我們通過這次課程設計，加強了我們動手、思考和解決問題的能力。在整個設計過程中，我們了解了很多元件的功能，并對其在電路中的使用有了更多了了解。這次課程設計讓我們記住了很多東西，比如一些芯片的功能，平時看課本很容易忘，通過動手實踐讓我們對各個元件印象深刻。認知來源于實踐，實踐是認知的動力和最終目的，實踐實踐是檢驗真理的唯一標準。所以這次的課程設計對我們的作用非常大。這次課程設計讓我懂得了理論與實際相結合的重要，只有理論知識是遠遠不夠的，只要把所學的理論知識與實踐相結合起來，從理論中得出結論，才能真正為社會服務，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。總之這次課程設計，學到了很多課內學不到的東西，比如獨立思考能力，出現錯誤的應對能力，和與人合作共同提高，都受益匪淺。洪日：我們這一次實訓這一組做數字時鐘，原以為這個很簡單，我們一上午就把電路圖分析出來了，當時我們高興的一逼，認為成功在即，可是到了真正連線的時候，真的好復雜，麻煩啊，花了好久都沒什么進展，總有很多地方不對勁，電板被我們連的像個拖把。查了各種資料可還是一無所獲，我們過得很難受，幾乎都想放棄了，但是作為安大江淮的一名優秀大學生，我們怎么可以輕易放棄。我們請來老師給我們進行分析，又對電路進行修改，歷經千辛萬苦，最后終于成功的調試了出來。雖然這次這次實訓時間很短，但我們有了很多意想不到的收獲，遇到問題我們都應該團結互助，用于面對問題，carry全局！只要有耐心，再加上實驗中細心操作，一切問題都會迎刃而解。焦陽:在為時9周的數字電路課程設計中，我們學到了很多東西。數字電子計時器從原理上講是一種典型的數字電路，其中包括了組合邏輯電路和時序電路。通過數字電子計時器的制作我們進一步的了解各種在制作中用到的中小規模集成電路的作用及實用方法.且由于包括組合邏輯電路和時敘電路。通過它可以進一步學習與掌握各種組合邏輯電路與時序電路的原理與使用方法。在課程設計中，我們了解了計時器主體電路的組成及工作原理，熟悉了采用異步時序電路設計方法，掌握了集成電路及有關電子元器件的使用，成功實現了設計要求。總之，通過這次課程設計實訓，不僅是我們對所學過的知識有了一些新的的認識，而且提高了我們考慮問題、分析問題的全面性及動手實踐操作能力能力。使我們的綜合能力有了更進一步的提高。梅先兵：經過這次的實驗，我個人得到了不少的收獲，一方面加深了自己對理論知識的認識,另一方面也提高了自己的實驗邏輯思考能力及實驗操作能力。我們做實驗不要一成不變和墨守成規，應該有改良創新的精神。實際上，在弄懂了實驗原理的基礎上，我們的時間是充分的，做實驗應該是游刃有余的，如果說創新對于我們來說是件難事，那