数字电路课程设计数字时钟.docx
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数字电路课程设计数字时钟
《数字时钟》技术报告
概要
数字钟是一个将“ 时”，“分”，“秒”显示于人的视觉器官的计时装置。
它的计时周期为24小时，显示满刻度为23时59分59秒。
一个基本的数字钟电路主要由秒信号发生器、“时、分、秒、”计数器、译码器及显示器组成。
由于采用纯数字硬件设计制作，与传统的机械表相比，它具有走时准，显示直观，无机械传动装置等特点。
本设计中的数字时钟采用数字电路实现对“时”、“分”、“秒”的显示和调整。
通过采用各种集成数字芯片搭建电路来实现相应的功能。
具体用到了555震荡器，74LS90及与非，异或等门集成芯片等。
该电路具有计时和校时的功能。
在对整个模块进行分析和画出总体电路图后，对各模块进行仿真并记录仿真所观察到的结果。
实验证明该设计电路基本上能够符合设计要求！
1、系统结构。
（1）功能。
此数字钟能显示“时、分、秒”的功能，它的计时周期是24小时，最大能显示23时59分59秒，并能对时间进行调整和校对，相对于机械式的手表其更为准确。
（2）系统框图。
译码器
译码器
译码器
时计数器
分计数器
秒计数器
校时电路
振荡器
分频器
系统方框图1
（3）系统组成。
1.秒发生器：
由555芯片和RC组成的多谐振荡器，其555上3的输出频率由接入的电阻与电容决定。
2.校时模块：
由74LS03中的4个与非门和相应的开关和电阻构成。
3.计数器：
由74LS90中的与非门、JK触发器、或门构成相应芯片串接得到二十四、六十进制的计数器，再由74LS90与74LS08相连接而得到秒、分、时的进分别进位。
4.译码器：
选用BCD锁存译码器4511，接受74LS90来的信号，转换为7段的二进制数。
5.显示模块：
由7段数码管来起到显示作用，通过接受CD4511的信号。
本次选用的是共阴型的CD4511。
2、各部分电路原理。
1.秒发生器：
555电路内部（图2-1）由运放和RS触发器共同组成，其工作原理由8处接VCC，C1处当Uco=2/3Vcc>u11时运放输出为1，同理C2也一样。
最终如图3接口就输出矩形波，而形成的秒脉冲。
图2-1内部结构图
图2-2555功能表
2.校时模块：
校时模块主要由74LS03中的4个与非门构成（图2-3），由其功能图看得出只要有一个输入端由H到L或者从L到H都会使输出端发生高低变化。
因此通过开关的拨动产生高低信号从而对时、分处的计数器起到调数作用。
图2-3校时模块图
图3-374LS03功能图
3.计数器：
通过74LS90来计数，由14接脚INPUT为秒脉冲信号输入端，从而使输出端到CD4511上产生10进制数，这里相互之间的74LS90的连接能相应的产生60进制和24进制数，由个位到十位是当各位控制的74LS90输出到8、9是Qd变为H，又从9到0是Qd变为低，从而使十位74LS90的14接口输入由H到L进一位（图2-5和图2-7）。
关于24进制和60进制的控制是由74LS08控制的，如图2-5所示74LS08控制的是60进制数，当Qb、Qc输出高电平时，即此时数码管显示的60，74LS08的与门输出H，到74LS90的R0
（1）、R0
（2）从而达到清零的作用，与此同时又到下一时钟处的74LS90的14接口处而达到进位作用。
同理24进制就是把十位上的Qb和个位上的Qc与74LS08上的与非门相连而达到清零作用。
图2-5
图2-6
ResetInputs复位输入
输出
R0
（1）
R0
（2）
R9
（1）
R9
（2）
QD
QC
QB
QA
H
H
L
X
L
L
L
L
H
H
X
L
L
L
L
L
X
X
H
H
H
L
L
H
X
L
X
L
COUNT
COUNT
COUNT
COUNT
L
X
L
X
L
X
X
L
X
L
L
X
Count
输出
QD
QC
QB
QA
0
L
L
L
L
1
L
L
L
H
2
L
L
H
L
3
L
L
H
H
4
L
H
L
L
5
L
H
L
H
6
L
H
H
L
7
L
H
H
H
8
H
L
L
L
9
H
L
L
H
图2-7
4.显示模块：
显示模块由CD4511和数码管组成。
其功能表如图2-8和图2-9所示。
图2-8
图2-9
3、装配与调试。
整个装配过程分为四各阶段过程：
1.秒脉冲信号模块：
在焊接结束后接上正负极，看555上3接口处的发光二极管的是否能亮，来判断是否成功。
2.秒显示模块：
焊好秒显示模块时，接上555秒脉冲模块发现不能正常工作，数码管都显示00，后来又看电路图，原来74LS90上的2、3接口并没有接上，原电路图是接上74LS08后才能正常工作。
后来由使74LS90上的2、3接地，就能正常工作了。
3.时、分显示模块：
其实这一模块和秒显示模块接线都一样的，所以焊上后用同样用555秒脉冲模块一样调试都能正常工作。
4.校时模块：
这也是最后调试模块（总调试），这个过程前面调试都没有问题，接下来会有问题的话，就是时、分、秒模块的连接问题或者是校时电路的问题，也可能是74LS08的连接问题，当然还可能是芯片问题。
这次调试要达到的效果就是总的效果，走秒、走分、走时以及可以调数。
还好最后没出问题，总的效果没问题。
4、技术总结。
本电路采用纯数字电路制作，刚开始也是不知道怎么下手，总的制作过程分为三个过程：
1.制作前期：
从图书馆借阅图书查找相应的课题，并从网上查找相应的课设和论文，最终决定选定制作数字时钟。
2.制作中期：
从相应的图书和论文中选定电路图，本组三人分模块去弄，各自把各自的模块搞懂，并一定时间相应讨论进度，了解整个模块的运行原理。
用Protues仿真软件进行相应的仿真（图1-1），并能成功运行运行。
在仿真中对原电路图进行了一定的修改，原来的分频板块取消了（分频模块目的是降低555脉冲的输出频率），由于可以通过改变555模块的电阻和电容，从而得到1秒脉冲，就直接就接上555秒脉冲电路。
本来打算用晶振来做秒脉冲的但是觉得555报警电路以前做过觉得简单就用555秒脉冲电路，并且显示模块在实际焊接的时候数码管没有4段的，就利用电子实习时做八路抢答器时显示模块是利用CD4511接上的，最后就采用CD4511（图4-2）。
3.制作后期：
从仿真的电路图中确定元器件，去采购相应的元器件，并通过Protues软件对电路进行了相应的排版（图4-3），最后开始焊接电路，一点一点的进行调试。
图4-1
图4-2
图4-3
5、心得体会。
参加培训快一个月，最后也终于把东西做出来了，十分高兴。
这次做的说实话到最后还十分没底，在上次参加了双基电子设计大赛，用Proteus做了个“智能冰箱”，当时在Proteus上可以正常运作，效果那是非常的好，但是最后做出来的效果，可以说完全没效果，还花了这么多时间，十分受挫。
不过现在想想当时做的是用单片机控制的，关于单片机还完全不了解，因此单片机很多细节性的东东不知道，做出来没效果也是肯定的。
当然上次比赛也是第一次参加，也是第一次自己设计东西，并要让它能正常工作，很多细节的都不懂，花了很多时间而达到的效果也并不大。
因此总结上次的经验，这次果断十分小心，一点一点的弄好。
先确定项目，在寻找相应的论文。
在对着电路图和数电资料书一点一点的把原理弄懂，这样发现这样不管是在调试的时候，还是在焊接的时候，自然而然的就能发现问题。
不管怎么说最后还是做出来了，现在发现在这暑期培训中虽然没有老师在讲课，其实也不错。
完全靠自己自学，自己解决问题，而且又有大二的学长在，不懂的又可以问，其实不知不觉的自学能力已经提高了。
果然任何成果不是一蹴而就的，而是一点一点的积累经验走出来的，“万丈高楼平地起，树高千尺在于根深”。
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