数字电子设计基于震荡器的时钟设计.docx

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物理与电子信息科学系
《数字电子线路课程设计报告》
---“数字时钟设计”
专 业 电子信息科学与技术
班级电信（2）班
学生姓名XXXXXX
学 号08000000
指导教师黄XX
提交日期 2010年 12月31日
目录
1．数电设计实验框图原理.................................................................2
2．数电设计实验protues仿真调试...................................................2
2.1 共阳极七段数码管....................................................................2
译码器74LS47.................................................................4
......................................................................5
2.4六进制计数器74LS92..............................................................................7
555振荡器.....................................................................................8
2.6按键复位电路........................................................................................9
3．protel原理图和PCB焊接线路设计...............................................10
3.1 protel原理图设计............................................................................10
3.2 protel PCB焊接电路设计..................................................................10
4．元件清单.............................................................................................11
5．电路焊接.............................................................................................12
6．设计总结..............................................................................................12
参考文献...............................................................................................13
1. 数字时钟设计原理
本设计采用555定时器来输入脉冲，先通过74LS90进行十进制计数（时钟的秒数个位），达到进位时将进位送入74LS92进行六进制计数（时钟的秒数十位），进位送入74LS90进行十进制计数（时钟的分位）；由74LS47译码后送给数码管进行显示。数字时钟结构框图如图

图1.1 数字时钟的原理框图
2. 模块设计及protues仿真
共阳极七段数码管的概念
所谓共阳就是数码管内部的8个发光二极管的正极共用一根导线连接.这样做的目的就是为了使要控制的变量只有负极一个.当二极管的负极接低电位时数码管就会亮,反之接高电位则不会亮.共阴极数码管的内部构造与共阳正好相反。所以在购买时要用万用表测量。

图 数码管原理图

图 数码管引脚图
下面是共阳极七数码管的仿真图

图共阳极七段数码管的仿真图
2.2 译码器74LS47
表2.2 74LS47的真值表
十进制或功能
输入
BI/RBO
输出
字
形
LT
RBI
D
C
B
A
a
b
c
d
e
f
g
0
H
H
L
L
L
L
H
L
L
L
L
L
L
H

1
H
X
L
L
L
H
H
H
L
L
H
H
H
H

2
H
X
L
L
H
L
H
L
L
H
L
L
H
L

3
H
X
L
L
H
H
H
L
L
L
L
H
H
L

4
H
X
L
H
L
L
H
H
L
L
H
H
L
L

5
H
X
L
H
L
H
H
L
H
L
L
H
L
L

6
H
X
L
H
H
L
H
H
H
L
L
L
L
L

7
H
X
L
H
H
H
H
L
L
L
H
H
H
H

8
H
X
H
L
L
L
H
L
L
L
L
L
L
L

9
H
X
H
L
L
H
H
L
L
L
H
H
L
L

74LS47的仿真图

74LS47的仿真图
十进制计数器74LS90
74LS90是异步二—五—十进制加法计数器，它既可以作二进制加法计数器，又可以作五进制和十进制加法计数器。74LS90的功能如表2.3所示。通过不同的连接方式，74LS90 可以实现四种不同的逻辑功能；而且可借助R0(1)、R0(2)对计数器清零，借助 S9(1)、S9(2)将计数器置 9。其功能详述如下：
(1)计数脉冲从CP1输入，QA作为输出端，为二进制计数器。
(2)计数脉冲从CP2输入，QDQCQB作为输出端，为异步五进制加法计数器。
(3)若将CP2和QA相连，计数脉冲由CP1输入，QD、QC、QB、QA作为输出端，则构成异步8421 码十进制加法计数器。
(4)若将CP1与QD相连，计数脉冲由CP2输入，QA、QD、QC、QB作为输出端，则构成异步5421 码十进制加法计数器。
(5)清零、置9 功能。
a) 异步清零功能。
当R0(1)、R0(2)均为“1”；S9(1)、S9(2)中有“0”时，实现异步清零，即
QDQCQBQA＝0000。
b) 置 9 功能。
当S9(1)、S9(2)均为“1”；R0(1)、R0(2)为任意值时，实现置 9 功能，即
QDQCQBQA =1001。
表2.3 74LS90功能表
输 入
输 出
功 能
清 0
置 9
时 钟
QD QC QB QA
R0(1)、R0(2)
S9(1)、S9(2)
CP1 CP2
1
1
0
×
×
0
××
0
0
0
0
清 0
0
×
×
0
1
1
××
1
0
0
1
置 9
0 ×
× 0
0 ×
× 0
↓ 1
QA 输 出
二进制计数
1 ↓
QDQCQB输出
五进制计数
↓ QA
QDQCQBQA输出8421BCD码
十进制计数

QD ↓
QAQDQCQB输出5421BCD码
十进制计数

1 1
不 变
保 持
74LS90接入后的仿真图

图74LS90的仿真图
2.4六进制计数器74LS92
74LS92的真值表
表2.4 74LS92真值表
COUNT
OUTPUT
Q0
Q1
Q2
Q3
0
L
L
L
L
1
H
L
L
L
2
L
H
L
L
3
H
H
L
L
4
L
L
H
L
5
H
L
H
L
6
L
L
L
H
7
H
L
L
H
8
L
H
L
H
9
H
H
L
H
10
L
L
H
H
11
H
L
H
H
74LS92的仿真图

图2.4.174LS92的仿真图
以上电路的组合连接仿真图

图2.4.2组合电路仿真
2.5 555振荡器
用555定时器构成多谐振荡器，输出稳定的调频脉冲，作为时间基准。振荡器是计时器的核心，其作用是产生一个标准频率的脉冲信号。振荡频率的精度和稳定度决定了数字钟的质量。图采用集成电路555定时器与RC组成T=1ms的多谐振荡器。输出的脉冲频率为f=1kHz。
555振荡器电路图

图2.5.1 555振荡器电路图解
555震荡电路仿真图

图555震荡电路仿真图
2.6按键复位电路仿真图

图按键复位电路
3. protel原理图和PCB焊接线路设计
3.1 protel原理图设计
从protel中找出设计所需要元件，根据实验设计框图画出原理图如下：

图3.1 protues原理图
3.2 protel PCB焊接电路设计
根据图设计的原理图，利用protel软件导入PCB，经合理分布排列后，做成如下PCB形式：

图3.2 protel原理图
4. 元件清单
表4.1 元件清单
元件名称
数量（个）
14脚插座
3
16脚插座
3
共阳极七段数码管
3
40脚插座
1
74LS47
3
74LS90
2
74LS92
1
555
1
电阻
510
1
22k
1
56
1
电位器
20k
1
按键开关
1
电容
22uf
1

1
万能板（5000×3000mil）
1
插针
3
5. 电路焊接
根据3.2所示PCB电路焊接元器件以及线路:
图5.1 元件面

图5.2 焊接面
6.设计总结
本次实验原理很清楚，但是遇到问题却比想象中多，任何一点小错误都会让努力白费，所以细心，耐心是一定要的。
实验虽不难,但在做实验的过程中却学到了许多,也尝试了许多的第一次,比如第一次使用protues,第一次使用protel,再到第一次拖焊.这中间有太多另人兴奋的尝试,当然也出了很多的错误和操作的盲区.但经过指导老师的细心讲解和帮助,总算是成功的掌握了一些基本的操作,在自己成功的完成了作品之后,一种小小的成就感由然而生,这为我们在学习知识的过程中增添了不少乐趣!
数字电路复杂,因此需要我们连接时要有好的布局和合理的布线规则。在连接每一根线时，走线时要成直线直角，使电路板连线清晰美观。经过两星期的辛勤工作，让我们知道了许多的东西，也让我们了解了许多在书本上所学不到的知识和技能，这为我们在以后的工作起了非常重要的作用。通过这次也让我对数字钟的设计与制作，了解了设计电路的程序，也让我了解了关于数字钟的原理与设计理念，要设计一个电路总要先用仿真，仿真成功之后再实际接线的。通过这次学习，让我对各种电路都有了大概的了解，所以说，坐而言不如立而行，对于这些电路还是应该自己动手实际操作才会有深刻理解。
参考文献
[1] 康华光,电子技术基础数字部分（第四版）,高等教育出版社