多功能数字电子钟.docx

数字电子课程设计论文
—多功能数字电子钟

指导教师：邬春明 李蕾
姓名：冉超威
班级：通信081
学号：0806220107

一．设计题目：多功能数字电子钟

二．设计任务及要求
1.设计任务
（1）画出数字电子钟的电路图。
(2)用ＥＷＢ进行功能仿真。
　（3）撰写课程设计说明书，要求：
课题名称;
设计任务及要求；
设计方案选择及论证（包括参数计算和器件选择等）；
附图（包括框图，单元电路，总电路及说明）及原理说明；
2.设计要求
(1)有“时”、“ 分”、“ 秒”（23小时59分59秒）显示且有校时功能。（设计秒脉冲发生器）
(2)有整点报时功能。
(3) 用中规模或者小规模集成电路及模拟器件实现
(4) 供电方式：5V直流电源。
3．附加功能
闹钟提示功能。
三．设计方案选择及论证
1.设计思路原理图，如图1所示。
时显示器
秒显示器
时译码器
分显示器
分译码器
秒译码器
秒计数器
时计数器
分计数器
整点报时
校时电路
振荡器

图1.数字电子钟原理图
2.设计思路
本设计主体为时，分，秒的设计，秒为整个电路的时基电路。进制包括有60进制和24进制。所以在设计计数器的时候，将采用两个芯片共同作用来达到对进制的要求。调试时间时可以采用开关控制是否接入脉冲，发生器可以采用时钟源来达到要求。
3．时间计数器
数字电子钟系统由秒脉冲发生器，“时”，“分”，“秒”计数器，译码器以及显示器，校时电路组成。秒脉冲信号发生器是整个系统的时基信号。秒计数器采用60进制计数器，没累计60秒发一个分脉冲信号，该信号将作为分计数器的时钟脉冲。分计数器也采用60进制计数器，每累计60分钟，发出一个时脉冲信号，该信号将被送到时计数器。时计数器采用24进制计数器，可实现对一天24小时的累计。译码器电路将“时”“分”“秒”计数器的输出状态送入八段数码管，通过三个两位LED八段显示器显示出来。
在本设计中，采用74LS90计数器和7408芯片实现计数功能。74LS90芯片和7408芯片分别如图2和图3所示。

图2. 74LS90芯片图 图3. 7408芯片图
7490是一个十进制计数器，这表示它能够从0到9循环计数，这也是它的自然态序。更确切地说，QA、QB
QC和QD分别代表二进制数的4个数位，这些引线从0循环到9，如表1所示
表1. 7490芯片 十 —— 二进制转换表
对应十进制数字
QD QC QB QA
对应十进制数字
QD QC QB QA
0
0 0 0 0
5
0 1 0 1
1
0 0 0 1
6
0 1 1 0
2
0 0 1 0
7
0 1 1 1
3
0 0 1 1
8
1 0 0 0
4
0 1 0 0
9
1 0 0 1

在设计中可以对芯片进行设置，使其计数到其他最大数字，然后再恢复到0。设置方法是更改R01、R02、R91和R92线的连接。如果R01和 R02都是1（5伏），并且R91或R92为0（接地），则芯片会将QA、QB、QC和QD 重置为0。因此：
构造10进制计数器：
应该先将引线5（VCC）连接到 5伏，再将引线10（GND）接地来给芯片供电。然后将引线12（QA）连接到引线1（CKB），将引线2（RO1）、3（RO2）、6（R91）和7（R92）接地。在引线14（CKA）上运行来自时基或上一个计数器的输入时钟信号。然后在引线12（QA）、引线9（QB）、引线8（QC）和引线11（QD）上输出。将引线11（QD）上的输出连接到下一个阶段。
构造6进制计数器：
应该先将引线5（VCC）连接到 5伏，再将引线10（GND）接地来给芯片供电。然后将引线12（QA）连接到引线 1（CKB），将引线6（R91）和7（R92）接地。引线 9（QB）和引线3（RO2）用与门（芯片7408）相连，将引线2（RO1）连接到引线 9（QB），将引线3（RO2）连接到引线 8（QC）。在引线14（CKA）上运行来自时基或上一个计数器的输入时钟信号。在引线12（QA）、引线9（QB）和引线8（QC）上输出。使用引线8（QC）连接到下一个阶段。
7408芯片实现的与功能，也可以用一个与门来替代。
数字钟时间计数电路由秒的个位和十位计数器，分的个位和十位计数器以及时的个位和十位计数器电路构成，其中秒和分是60进制计数器，时是24进制计数器。图4，图5，图6分别为时间计数器的秒电路，分电路和时电路。

图4.时间计数器 ——秒电路

图5.时间计数器——分电路
个位接成十进制形式，十位通过QA与CLKB外部链接，向显示屏间隔地输出“0”和“1”，组成24进制递增计数器。构成时间计数器——时电路。

图6. 时间计数器——时电路
4.调节电路
将时电路和分电路直接接到时钟源，再分别由开关控制电路的接通与断开，实现调节时电路和分电路。如图7。

图7. 调节电路
5.整点报时电路
用八脚或非门分别与秒和分的输出相连，再用与门连接，最后连接小灯泡。所以当输出为“00：00”时，小灯亮。连接线路如图8所示。

图8.整点报时电路
6．定时闹钟电路
定时器定时时间的设定，可用开关，分别置入0或1，就可以在其输入端得到对应的0或1,。然后与数字钟的输出端用同或门和与门组成比较电路，当定时器数值与时钟的值一致时便可触动小灯泡使之报时。如图9所示。

图9. 定时闹钟电路

7.系统电路图 ，如图10所示。

图10. 系统电路图
四.仿真过程
1．加脉冲，打开开关，电路正常运行，如图11所示。

图11. 电路运行显示图
2.当分电路和秒电路的LED显示“00：00”时，表示为整点，此时红灯亮，如图12所示。

图12.整点报时显示电路
3.打开开关3和开关4，调节自己想要设定的时刻，之后断开开关3和开关4，时间设定完毕。时钟正确运行，当时钟所显示的时刻与所设定的时间一致时，表示达到闹钟预定时刻，闹钟的蓝灯亮，如图13所示。

图13.闹钟显示

五．所用元器件列表 ，如表2所示。
表2.元器件列表

元器件名称
型号或类型
元件可个数
芯片Digital ICs
74LS90
10块
芯片Digital ICs
74LS08
5块
时钟源 Clock
1HZ
1个
LED数码管
Decoded seven-segment Display
BS12.7R——1
10块
指示灯 Red or Blue Probe
红色 蓝色
各1个
与门2-Input AND Gate
S-75L08ANC
2个
与门8-Input AND Gate
74HC21
2个
同或门2-Input XNOR Gate
HCC4077B
16个
或非门2-Input NOR Gate
SN74HCT02N
2个
开关Switch
单刀双掷86型
5个
电源Batterty
5V
5个
导线

若干

六．仿真中出现的问题
在这次课程设计当中，出现了很多的问题，比如：
1.对EWB仿真软件的不充分了解和运用不熟练，在制作电路的过程当中出现了很多不会处理的问题，不过后来经过上网查找解决方案和老师的帮助得以解决。
2．在仿真的过程中，LED灯亮，但是不能正确显示预先设想的数字，原因是在连线时某些连线接错，经过仔细检查，找出错误原因经改正后，电子钟得以正确运行。
3.在进行闹钟调试时，只在00:00时闹钟的小灯会亮，其他时候小灯都不亮。后来又重新经过计算，发现原来是所用的门错了，误把同或门用成了或门。改正后，闹钟的小灯也正常显示了。

七．收获体会以及改进方向
数字电子钟的设计涉及到很多本学期学过的数字电子知识，我们在课堂上掌握的仅仅是专业基础课的理论面，如何去面对现实中的各种工作？如何把我们所学到的专业基础理论知识用到实践中去呢？我想做类似的作业就为我们提供了良好的实践平台。
在做本次课程设计的过程中，我感触最深的当属查阅了很多次设计书和指导书。为了让自己的设计更加完善，更加符合标准，一次次查阅各种资料是十分必要的，同时也是必不可少的。实践中会用到各种类似于各种基本的逻辑门，复合逻辑门，译码器，计数器，显示器等等，让我们充分熟悉和掌握了课本上的知识。
通过这次课程设计的制作，使我进一步加深了对数字电子知识的学习，锻炼了我理解问题、分析问题、解决问题的能力。使我学会有效查找文献和筛选对设计有用文献的方法。在设计的过程中，吸取了很多前人的设计理念。这些文献资料为设计的成功提供了理论和实践的指导。在学习新知识的同时，把课程中学到的理论知识很好的运用到实际设计中来，增强了动手能力和系统开发研制能力。与此同时，也发现了自身的很多不足之处，比如总是会因为连线太多太多复杂就开始变得心烦意乱，在这次设计当中，大大加强了我的耐心和自我发掘和认识的能力，以后我也将会秉着严谨认真的态度投入到以后的学习和生活当中。

八．参考文献
《数字电子技术基础》第五版，阎石 著，高等教育出版社，2008年