数电课程设计电子钟报告.docx
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数电课程设计电子钟报告
1.绪论
1.1设计背景及意义
随着科技的发展与进步，数字电子技术得到广泛的发展和应用。
现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域，有力的推动了社会生产力的法阵和社会信息化程度的提高，同时也使现代电子产品性能进一步提高，产品更新换代的节奏也越来越快。
数字时钟已成为人们日常生活中不可少的必需品，广泛用于公共领域和办公场所。
由于数字电子产品的体积小、携带方便、功耗小、性能比较稳定精准等优点，因此在市场上受到人们的青睐。
电子时钟是是人们日常生活中常用的计时工具，而数字电子钟又有其体积小、重量轻、走势准确、结构简单、耗能小等优点而在生活中被广泛应用，因此本次设计就用数字集成电路和一些简单的逻辑门电路来设计一个数字式电子钟，使其完成时间的显示功能。
数字式电子时钟采用数字电路实现对“时”、“分”、“秒”数字显示的计时装置。
具有时间显示、走时准确、显示直观、精准、稳定等优点，电路装置十分小巧，安装使用也方便，同时在日常生活中，它以其小巧、价格低廉，走时精度高，使用方便，便于操作而受到广大消费者的喜爱。
1.2设计内容及要求
通过一个学期的《数字电子技术基础》的学习运用所学知识来设计电子时钟以做到实践运用，要求使用集成块制作出具有显示时、分、秒的数字电子钟。
数字电子钟的功能要求：
以数字形式显示时、分、秒的时间，小时设计要求为24进制，分和秒设计要求为60进制。
用三块面包板分别设计出时、分、秒，并运用已有知识把三块面包板完成级联。
2总体设计方案
2.1原理分析
1、石英晶体多谐振荡器能产生标准脉冲。
利用石英晶体多谐振荡器产生1HZ标准脉冲；
2、“秒电路”、“分电路”均为00-59的六十进制计数、译码、显示电路；
3、“时电路”为00-23的二十四进制计数、译码、显示电路。
2.2系统框图
数字电子钟的电路组成方框图如图2.1所示。
它包括秒发生器电路、计数电路、译码显示电路、校时电路等四个部分组成。
其中发生器电路、校时电路、二部分尤为重要。
由秒发生器电路产生周期为一秒的方波，然后与校时电路共同控制计数电路，正常计时的时候，由秒发生器电路触发计数电路计数。
再通过译码器驱动数码管显示时间。
当数码管显示时间与标准时间有偏差时，打开校时电路，进行调节。
如图2.2
图2.2数字电子钟框图
3、硬件电路设计
3.1秒脉冲电路设计
脉冲发生器是数字钟的核心部分，它的精度和稳定度决定了数字钟的质量。
我们通过555定时器产生秒脉冲。
秒信号发生电路由集成电路555定时器与RC组成的多谐振荡器构成。
如图3.1所示，输出脉冲周期根据：
可得我们所用组件得到的输出周期大约为1.05s，可用作时钟的秒脉冲发生器
3.2计数电路设计
3.2.1分秒计数电路设计
分秒计数器都是采用74LS-4511B芯片、74LS-4518芯片和74LS-08芯片构成的十进制和六进制加法计数器来实现分秒计数器的六十进制计数，74LS-4511B是一种4位十进制加法计数器，通过引脚6和74LS-4518引脚14回馈74LS-4518引脚2触发置数可构成一个十进制加法计数器，74LS-4518是一种双D二\十进制触发器，对74LS-4518引脚4、5和引脚7回馈置数可构成一个六进制加法计数器，十进制端可通过进位来给六进制加法计数器提供脉冲，从而实现六十进制加法计数器。
我们使用气的是七段共阴极数码管显示，并且每段串联一个1k的色环电阻对数码管进行保护，利用各芯片的不同功能进项级联、回馈从而实现分秒的六十进制的电路系统。
3.2.2时计数电路设计
时位计数器属于二十四进制，我们用的是两个74LS-4511芯片（a、b），一个74LS-4518芯片和74LS-08芯片组合构成。
利用4511（a）的脚1和4511（B）的2脚过与门回馈4518的脚7和脚15实现总体的24进制。
3.3译码及显示电路设计
分段式显示器（LED数码管，如图3.3.1）由七条线段围成的8字形，每一段包含一个发光二极管。
外加正向电压时二极管导通，发出清晰地光。
只要按规律控制各段发光二极管的亮、灭，就可以实现各种字形形成符号或字形。
LED数码管有共阳极、共阴极之分。
共阴极的使用较为普遍，原理图如图3.3.2所示。
BCD七段数码管的输入时一位BCD码（以D、C、B、A表示），输出是数码管各段的驱动信号（以Fa-Fg表示），也称4—7译码器。
若用它驱动共阴极数码管，则输出应为高电平有效，即输出为高1时，相应的显示段发光。
根据组成0-9这十个字形的要求可以列出8421BCD七段译码器的真值表，见表3.3.1（未用数码组省略）。
图3.3.1BCD共阴极数码管
图3.3.1BCD共阴极数码管原理图
表3.3.1BCD七段译码器真值表
4.软件仿真
4.1秒脉冲电路仿真
时基电路我们是用555多谐振荡器组成，利用电容和电阻的特性配合555多谐振荡器产生标准的1秒脉冲，利用protuse进行模拟仿真如图4.1.1所示；
图4.1.1秒脉冲仿真
4.2计数电路仿真
4.2.1分秒计数电路仿真
分计数显示电路与秒电路计数显示完全相同，用到的原件都是74LS-4511和74LS-4518，另外还用到08芯片的一个与门，分秒计数电路仿真如图4.2.1所示
图4.2.1分秒计数电路仿真
4.2.2时计数电路仿真
图4.2.2时显示器电路仿真图
时计数电路的设计我们用的是两个74LS-4511B（a、b）芯片和一个双D触发器74LS-4518芯片，另外利用74LS-00芯片的与非门进行反馈，使显示器的十位端为二十四进制，时显示器的个位端为十进制计数，并且利用芯片74LS-4511（b）的脚6与芯片74LS-4518的脚2进行级联，将其到达9跳0时产生的下降沿作为时显示器十位端的触发脉冲进行计数。
同理利用其由4跳0和十位端的显示2时共同回馈，从而实现各位能够由0跳至9跳0，再由0跳至9跳0，最后由9跳0至4跳0。
显示器的十位端为二进制计数。
我们利用芯片74LS-4511（a）的输入端脚1和脚2配合使用与非门回馈到芯片74LS-4518的脚7产生高电平，从而实现显示器的十位是二进制计数。
时显示器电路仿真图如图4.2.2二十四进制计数器。
4.3译码及显示电路仿真
这里我们用芯片74LS-4511B进行译码显示，译码电路如图4.3.1所示，显示电路仿真如图4.3.2所示。
图4.3.1译码电路仿真图
图4.3.2显示仿真图
4.4总体电路仿真
电子时钟的总体系统仿真我们是把分秒电路仿真系统级联后，再与电子钟的时电路级联后进行仿真。
其电路原理图和仿真如图4.4.1和图4.4.2所示：
图4.4.1电子时钟原理图
图4.4.2电子时钟总体仿真图
5硬件调试
5.1分计数器电路调试
分计数器电路的硬件连接是在面包板上连接实现的，图5.1.1是硬件连接图，图5.1.2是硬件调试图。
图5.1.1分计数器硬件的连线
图5.1.2分计数器硬件的调试
5.2秒计数电路调试
由于秒与分的硬件连线完全相同，此处省略了秒计数器的连线图，只附有硬件调试图，如图5.2.1所示。
图5.2秒显示器的硬件调试
5.3时计数电路调试
图5.3时显示器的硬件调试
5.4整体调试
图5.4电子钟硬件整体调试
总结
在本次课程设计过程中，不仅仅体会到数字电子技术的乐趣，更多的是这门学科给我们带来的知识和认知。
在这次设计中我也得到了很多体会，在设计中因为不够认真导致在排线过程中出现许多错误，在调试中因为元器件的损坏也为课程设计带来了诸多问题。
但是通过自己的亲身设计，熟悉了如74LS-4518、74LS-4511、74LS08等芯片的结构及掌握了74LS-4518、74LS-4511、74LS08等芯片的工作原理和其具体的使用方法。
也锻炼了自己独立思考问题的能力和通过查看相关资料来解决问题的习惯。
虽然这是一次简单的课程设计，但通过这次课程设计我们了解了课程设计的一般步骤，和设计中应该注意的问题。
我们学习了数字电子电路和模拟电子电路，对电子技术有了一些初步了解，但那都是一些理论的东西。
通过这次数字电子钟的课程设计，我才把学到的东西与实践相结合。
从中对我学的知识有了更进一步的理解。
在此次的数字钟设计过程中，更进一步地熟悉了芯片的结构及掌握了各芯片的工作原理和具体的使用方法。
也锻炼了自己独立思考问题的能力和通过查看相关资料来解决问题的习惯。
虽然这只是一次简单的课程设计，但通过这次的课程设计我们了解了课程设计的一般步骤，和设计中应该注意的问题。
设计本身并不是有很重要的意义，而是对待问题时的态度和处理事情的能力。
设计的过程，设计的思想和设计电路中的每一个环节，电路中的各个部分的功能是如何实现的。
各个芯片能够完成什么样的功能，使用芯片时应该注意哪些要点。
同一个电路可以用哪些芯片实现，各个芯片实现同一个功能的区别。
在这次设计过程中，我也对proteus、word、画图等软件有了更进一步的了解，这使我在以后的学习过程中更加得心应手。
实验中，借助仿真软件，不仅可以把课堂中所学到的知识，直接加以运用，而且还可以把各个分离的知识点组合为一个整体。
使自己在专业知识和动手能力上有了很大的提高。
参考文献
1.杨志忠、卫桦林2012《数字电子技术基础》（第二版）北京：
高等教育出版社。
2.徐春华《电子电工技术实验实训指导》东北：
师范大学出版社。
3.艾永乐、付子义2012《数字电子技术基础》北京：
中国电力出版社。
4.罗桂娥2006《数字电子技术实用教程》[M]湖南：
中南大学出版社。
5.闫石2008《数字电子技术基础》[M]北京：
清华大学出版。
6.徐爱钧2012《单片机原理及应用---基于peoteus虚拟仿真技术》机械工业出版社
附录A
元件清单
表-附录A
元件名称
元件型号
数量
备注
计数器
74LS-4518D
6
译码器
74LS-4511B
3
与门
74LS-08
3
555
NE555-VIRTUAL
1
电阻
1K
44
电容
0.1uF
1
显示器
七段数码管
6
共阴极
电源
5V
1
直流
导线
铜芯网线
若干
附录B
系统框图
附录C
系统原理图
电子钟分秒原理图如图C-1，时原理图如图c-2，总原理图如图C-3：
图C-1电子钟分秒系统原理图
图C-2电子钟时系统原理图
图C-3电子钟系统原理图（见下页）
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