多功能数字时钟设计报告.docx

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多功能数字时钟设计报告

题目：

多功能数字钟设计

学校：

广东石油化工学院

学院：

机电工程学院

班级：

装控09--2

姓名：

黄亚冲

学号：

16

一、设计任务

多功能数字钟电路设计

二、设计条件

74LS004片,74LS486片，74LS741片，74LS905片，74LS922片，74LS1911片，5551个，数码显示器2026片，电阻器6个，电容器4个，开关2个

三、设计要求

1准确计时，以数字形式显示时、分、秒的时间。

2小时的计时要求为“12翻1”，分和秒的计时要求为60进制进位。

3校正时间。

4、课程设计工作量：

1周内完成对多功能数字钟的设计、仿真、装配与调试。

四、设计内容

1.设计思想:

数字钟主要分为数码显示器、60进制和12进制计数器、频率振荡器和校时这几个部分。

该系统的工作原理是：

振荡器产生的稳定高频脉冲信号，作为数字钟的时间基准，在经分频器输出标准秒脉冲。

秒计数器计满60后向分计数器进位，分计数器计满60后向小时计数器进位，小时计数器按照“12翻1”规律计数。

计数器的输出经译码器送显示器。

计时出现误差时可以用校时电路进行校时、校分、校秒。

图1、多功能数字钟系统组成框图

2.电路结构与原理图

（1）振荡器

振荡器可由晶振组成，也可以由555定时器组成。

图3是由555定时器构成的1KHZ的自激振荡器，其原理是0.7（2R3+R4+R5）C4=1ms，f=1/t=1KHZ。

计时是1HZ的脉冲才是1S计一次数，所以需要分频才能得到1HZ的脉冲。

图2、晶体振荡器图3、555振荡器

（2）分频器的设计

分频器电路，是三个用十进制计数器74LS90串联而成的分频器，分频原理是在74LS90的输出端子中，从低位输入10个脉冲才从高位输出1个脉冲，这样一片74LS90就可以起十分频的作用，三个74LS90串联就构成了千分频的电路，输出的便是1HZ的信号，从而达到目的。

电路图见图4

图4、分频器

（3）小时计数器的设计——12进制计数器

时计数器是一个“12翻1”的特殊进制计数器，即当数字钟运行到12时59分59秒，秒的个位计数器再输入一个秒脉冲是，数字钟应自动显示为01时00分00秒，实现日常生活中习惯用的计时规律。

选用74LS191和74LS74，电路图见图5。

图5、十二进制计数器

（4）分和秒的计数器——60进制计数器：

分和秒计数器都是模数M=60的计数器，其计数规律为00—01—…58—59—00...选74LS92作为十位计数器，74LS90作为个位计数器，再将它们级联组成模数M=60的计数器。

原理图见图6

图6、六十进制计数器

（5）校时

数字钟接通电源或者计时出现误差时，需要校正时间。

校时是数字钟应具备的基本功能。

一般电子手表都具有时、分、秒等校时功能。

为使电路简单，这里只进行分和小时的校时。

对校时电路的要求是，在小时校正时不影响分和秒的正常计数；在分校正时不影响秒和小时的正常计数。

校时方式有“快校时”和“慢校时”两种，“快校时”是，通过开关控制，使计数器对1HZ的校时脉冲计数。

“慢校时”是用手

动产生单脉冲作校时脉冲。

图7所示的为校“时”校“分”电路。

其中S1为校“分”用的控制开关，S2为校“时”用的控制开关，它们的控制功能如表5.5.1所示。

校时脉冲采用分频器输出的1HZ脉冲，当S1或S2分别为“0”时可进行“快校时”。

如果校时脉冲有单次脉冲产生器提供，则可以进行“慢校时”。

需要注意的是，校时电路是由与非门构成的组合逻辑电路，开关S1或S2为“0”或“1”时，可能产生抖动，接电容C1、C2可以缓解抖动。

图7、校时电路

定时控制电路的设计

设计要求：

电路具有显示闹钟定时时间功能，当电路到达设定的时刻时发出闹钟信号，持续时间为一分钟，一分钟过后，闹钟停止，数字钟继续记时。

且具有电路止闹功能，即闹钟时可以是闹钟停止，也可提前将停止闹钟功能，使电路不再闹时。

设计思路：

定时电路的控制应有三部分组成，一部分由计数器在外界人工操作下设置闹钟时刻，一部分由锁存电路构成，锁存计数器设置的时刻，第三部分由比较报时电路构成，由设计要求可知，当比较器输入的闹钟的时分与数字钟基本电路的时分时刻相同时比较发出闹钟信号，驱动蜂鸣器或发光二极管发出声或光闹钟信号

1）闹钟时刻设置部分

闹钟部分电路图如图4-13所示

图4-13闹钟时刻设置电路

工作原理说明：

闹钟时刻只有时和分，其工作原理与基本电路的校时电路完全相同。

在单刀双掷开关拨至下面时，按钮开关分别控制时和分的定时时刻设置。

2）锁存部分

锁存部分电路如图4-14所示

图4-14锁存部分电路

工作原理：

锁存器74LS373为八输入锁存器当使能端OE为“0”时且LE为“1”输出Qn等于输入Dn，当OE为“1”时锁存器输出高阻态可以通过开关SW4控制锁存器的片选功能，使显示器显示闹钟定时时刻或者数字钟正常时间。

图中当开关拨至上端时，显示正常时间，开关拨至下端时，显示器显示闹钟定时时刻。

图4-15和4-16分别为锁存器74LS373的功能表和管脚图。

图4-154LS373功能表

图4-1674LS373管脚图。

3）比较报时部分

比较报时部分电路如图4-17所示

图4-17比较报时部分电路如图4-17

工作原理：

分别把闹钟定时时刻和始终时刻输入两片比较器74LS85中当且仅当两片输入时和分相等时QA=B输出“1”，此时驱动扬声器发声，发光二极管发光。

可持续一分钟，直到时钟秒进位，时钟分钟加1。

闹钟到时间时，断开开关，则闹钟停止，次开关可以控制闹钟的断和开。

图4-18和4-19分别为锁存器74LS373的管脚图和功能表。

图4-1874LS373管脚图

图4-1974LS373功能表

整点报时电路的设计

设计要求：

要求电路具有整点报时功能，当时钟电路为59分时，从50秒开始，每隔一秒钟响一次直到进位变为00分。

设计思路：

可利用一与门将时钟分59为“1”的输出端与秒十位为5时为“1”的输出端与时钟脉冲信号与在一起，当条件符合时，电路即可以报时，报时信号可以是声音报时和光报时两种。

整点报时电路如图4-20所示

图4-20整点报时电路

工作原理：

在秒脉冲作用下，电路开始正常计数。

当计数达到59分50秒时，在秒脉冲作用下，与非门输入全为“1”此时与非门输出“0”，经反相器后输出为“1”，高电平驱动扬声器发出声音，同时发光二极管开始发光，发出整点报时信号。

由于接入秒脉冲信号，扬声器发声和发光二极管的工作频率均为1Hz，持续10秒钟后，停止整点报时。

图中所用74LS30、74LS08、74LS04管脚图分别如图4-21、4-22、4-23所示。

图4-2174LS30管脚图

图4-2274LS08管脚图

图4-2374LS04管脚图

3.设计和使用

如图8所示为数字钟的总电路图，按照信号的流向分级安装，逐级级联，这里的每一级是指数字钟的各功能电路。

级联如果出现时序配合不同步，或尖峰脉冲干扰，引起逻辑混乱，则可以增加多级逻辑门来延时。

图8、数字中的主体电路逻辑图

5.整体电路的仿真

用Proteus软件绘制好电路图，开始运行，经过多次调试和改装，电路终于能正常运行，并实现设计要求所有功能。

图5-1为仿真运行过程中显示部分图。

图5-1仿真运行过程中显示图

6.电路功能测试以及常见问题解决本法

6.1电路功能测试

按照设计要求，逐项测试电路功能

1）数字钟计数功能测试：

接通电源，在秒脉冲的作用下，电路开始计数，且时、分、秒分别为24、60、60进制。

计数功能符合设计要求。

2）校时功能测试：

在显示时钟时间时，按动时钟调时、时钟调分按钮开关时，时、分均可以调节，且不按动时，计数电路能正常工作，校时功能符合设计要求。

3）整点报时功能测试：

电路基数时，当时钟到达59分50秒时，电路发出整点报时信号，频率为1Hz，持续10秒钟后，报时停止。

整点报时功能符合设计要求。

4）闹钟功能测试：

切换显示开关，使显示器显示闹钟时刻，通过定时开关调节定时的时和分，当时钟到达定时时刻时，扬声器响起，发光二极管发光，频率均为1Hz。

闹钟时间为1分钟。

断开闹钟控制开关，闹钟停止。

切换显示开关至时钟部分，时钟部分能继续正常工作。

闹钟功能符合设计要求。

6.2常见问题解决办法

由于不熟悉本设计电路构造，经常会有一些误操作导致不能得到想要结果，这里特此列举出一些常见问题及其解决办法。

1）操作时钟调校正按钮时，显示器显示数据不改变，且到60秒时分位依然不改变，解决办法：

此时显示器显示的时间为闹钟时间应切换显示开关，再调节校正按钮即可。

2）显示开关已切换至时钟显示，操作时钟调校正按钮时，显示器显示数据依然不改变，分、时电路可以正常进位。

解决办法：

此时校时开关处于锁定状态，不能校时，切换校时开关即可解决问题。

3）定时电路可以正常定时，时钟电路也可以正常计时，但当时钟到达定时时刻时，没有闹钟信号发出，扬声器没有声音，发光二极管不发光，且此时正点报时也不起作用。

解决办法：

此时闹钟控制开关处于断开状态，把此开关闭合问题即得到解决。

七、心得体会

时间过的好快，转眼间，为期一周的电子技术课程设计就结束了。

通过这一周的课程设计，我拓宽了知识面，锻炼了能力，综合素质得到较大提高。

设计，给人以创作的冲动。

但凡涉及设计都是一件良好的事情，因为她能给人以美的幻想，因为她能给人以金般财富，因为她能给人以成就之感，更为现实的是她能给人以成长以及成长所需的营养，而这种营养更是一种福祉，一辈子消受不竭享用不尽。

安排课程设计的基本目的，在于通过理论与实际的结合、人与人的沟通，进一步提高思想觉悟。

尤其是观察、分析和解决问题的实际工作能力，以便培养成为能够主动适应社会主义现代化建设需要的高素质的复合型人才。

课程设计发端之始，思绪全无，举步维艰，对于理论知识学习不够扎实的我深感“书到用时方恨少”，于是想起圣人之言“温故而知新”，便重拾教材与实验手册，对知识系统而全面进行了梳理，遇到难处先是苦思冥想再向同学请教，终于熟练掌握了基本理论知识，而且领悟诸多平时学习难以理解掌握的较难知识，学会了如何思考的思维方式，找到了设计的灵感。

课程设计的过程中，由于对理论掌握的不熟练，或者是操作过程中发生失误，都会导致最后结果出不来。

至善至美，是人类永恒的追求。

但是，不从忘却“金无足赤，人无完人”，我们换种思维方式，去恶亦是至善，改错亦为至美。

在课程设计过程中，我们不断发现错误，不断改正，不断领悟，不断获取。

最终的检测调试环节，本身就是在践行“过而能改，善莫大焉”的知行观。

对我们电子信息专业的本科生来说，实际能力的培养至关重要，而这种实际能力的培养单靠课堂教学是远远不够的，必须从课堂走向实践。

这也是一次预演和准备毕业设计工作。

通过课程设计，让我们找出自身状况与实际需要的差距，并在以后的学习期间及时补充相关知识，为求职与正式工作做好充分的知识、能力准备，从而缩短从校园走向社会的心理转型期。

作为整个学习体系的有机组成部分，课程设计虽然安排在两周进行，但并不具有绝对独立的意义。

它的一个重要功能，在于运用学习成果，检验学习成果。

运用学习成果，把课堂上学到的系统化的理论知识，尝试性地应用于实际设计工作，并从理论的高度对设计工作的现代化提出一些有针对性的建议和设想。

检验学习成果，看一看课堂学习与实际工作到底有多大距离，并通过综合分析，找出学习中存在的不足，以便为完善学习计划，改变学习内容与方法提供实践依据。

通过课程设计，我还更加明白了一个真理。

时至今日，课程设计基本告成，才切身领悟“实践是检验真理的唯一标准”，才明晓实践出真知。

因为在教材上，数字钟不过是由计数器和译码显码器组合而成，也便不以为然搭建电路图，结果电路出现诸多问题，譬如短路开路，EWB中引脚悬空即为低电平，现实中引脚悬空呈现大电阻特性即高电平，不为则不知，无为则无知，实践出真知。

课程设计达到了专业学习的预期目的。

在两个星期的课程设计之后，我们普遍感到不仅实际动手能力有所提高，更重要的是通过对设计过程的了解，进一步激发了我们对专业知识的兴趣，并能够结合实际存在的问题在专业领域内进行更深入的学习。

这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多问题，最后在老师的辛勤指导下，终于迎刃而解。

同时，在老师的身上我学得到很多实用的知识，在此我表示感谢！

同时，对给过我帮助的所有同学和各位指导老师再次表示忠心的感谢！

六、参考资料

[1]童诗白,华成英.模拟电子技术基础.高教出版社，2006：

11—29.

[2]阎石.数字电子技术基础.高教出版社，2006：

66—309.

[3]金唯香，谢玉梅.电子测试技术.湖南大学出版社，2005：

154—189.

[4]彭介华.电子技术课程设计指导.高等教育出版社，2006：

103—117

[5]李国丽，朱维勇.电子技术实验指导书.中国科技大学出版社,2005：

128—146

[6]李良荣.EWB9电子设计技术.机械工业出版社，2006：

203—225

[7]吕思忠施齐云.数字电路实验与课程设计.哈尔滨：

哈尔滨工程大学出版社，2001.9