数电设计报告.doc

《电子技术》课程设计报告

《数字钟的设计》

专 业：

班 级：

姓 名：

指导教师：

设计任务书
一、设计题目：“数字钟的设计”
二、技术要求：
1.设计一台能够直接显示“时”“分”“秒”的数字钟，要求24小时为一个计时周期。
2.当电路发生走时误差时，要求电路具有校时功能。
三、给定条件及元器件
1.要求电路主要采用中规模集成电路CMOS或TTL。
2.电源电压为+5V。
3.要求设计在数字电路实验箱上完成。
四、设计内容
1.掌握电路各部分的组成及工作原理。
2.元器件的选取及画出整机电路图。
3.连接电路并进行调试。
4.在整机电路的设计调试过程中，有何体会。
5.写出设计报告。
五、数字钟的各部分组成及工作原理
1. 计数器
有了时间标准“秒”信号后，就可以根据60秒为1分、60分为1小时、24小时为1天的计数周期。分别组成两个60进制（秒、分），一个24进制（时）的计数器，再将这些计数器适当连接，就可以构成秒、分、时的计数，以实现计数功能。
此处每个计数器分别选用两片74192来实现计数器功能。电路图如下所示。计数器均采用并行置0法进行连接，即个位数循环一个周期（到达1001）时，个位进位端向十位芯片提供使能信号，十位计一次数。且两块芯片共用一个CP。到达设定位数（60或24）后，通过与非门（采用74LS00）将低电平送往复位端，完成一轮计数，并开始下一轮计数。而清0信号同时做为给上一位的CP信号通过校时电路采用。
（1）.二十四进制计数器（时）：

（2）.六十进位计数器（分、秒）：

二、译码显示电路
译码和数码显示电路是将数字钟的计时状态直观清晰地反映出来。被人们的视觉器官所接受。显示器件选用LED七段译码管。在译码显示电路输出信号的驱动下，显示出清晰、直观的数字符
我们选用的计数器全部是二—十进制的集成片，“秒”、“分”、“时”的个位和十位状态分别由集成片中的四个触发器的输出状态来反映的。每组的输出计数器状态都按BCD码以高低电平来显示。因此，需经译码电路将计数器输出的BCD代码变成能驱动七段译码显示器的工作信号。
我们选用的计数器全部是二—十进制的集成片，“秒”、“分”、“时”的个位和十位状态分别由集成片中的四个触发器的输出状态来反映的。每组的输出计数器状态都按BCD码以高低电平来显示。因此，需经译码电路将计数器输出的BCD代码变成能驱动七段译码显示器的工作信号。
三、校时电路
实际的数字钟电路由于秒信号的精确性和稳定性不可能做到完全准确无误，加之电路中的其他原因，数字钟总会产生走时误差的现象。因此，电路中就应该有校准时间功能的电路。其原理图如下：

校时电路所用原理为“快速校时法”。其原理为：与非门1,2构成的双稳态触发器，可以将1Hz的由555计时器所发出的“秒”信号和“低位计数器的进位信号”送至“计数器的CP端”。而两个信号的选送由其下方开关来控制。
其工作过程为：①当开关置于B端时，与非门1输出低电平，门2输出高电平。此时“低位计数器的进位信号”通过门4和门5送至“计数器的CP端”，使计数器正常工作；②当需要校准时间时，将开关置于A端，与非门1输出高电平，门2输出低电平，门4封锁“低位计数器进位信号”，而门3将1Hz的CP信号通过门3和门5送至“计数器的CP端”，使计数器在1Hz的信号下快速计数，直至正确的时间，再将开关置回B端，已达到校准时间的目的。
“秒”计数器稍有不同，其正常工作是由1Hz的CP信号控制，而校时时则由1Hz信号的二分频信号执行，其余同“分”、“时”信号。
四、振荡电路
振荡器的作用是产生时间的标准信号。一个数字钟的精度，主要便是取决于震荡电路的频率及稳定性。在此，选用555定时器构成多谐振荡器完成。其电路图如下：

555定时器完成后频率约为1/[0.69(R1+2R2)C]。如果电阻选取R1=R2=10KΩ，则C1=47μF，C2=0.01μF。调节电位器，即可以得到频率为1HZ的信号。
二、设计心得体会
经过这次数字时钟课程设计，我学到了许多知识，对课本上的内容的理解加深了印象，同时也学会了一种学习的态度。理论要联系实践，当然实践也离不开理论，为了能够更准更快的完成设计，我先把课本的重点知识复习了一遍，时序逻辑电路、组合逻辑电路等，并找相关书籍查阅有关芯片的结构、原理及其具体应用。
理论知识掌握的差不多了，接下来就开始电路的设计了。首先，在纸上画出设计电路草稿图，在通过电路内部结构及原理进行检查，在多次检查与修改后，进行仿真。我利用的是EWB仿真软件，因为它能直接选取所需芯片、逻辑门、电源、接地及开关等器件，而且能够对电路进行仿真，来验证电路的准确性。由于所用芯片比较多，在连线的时候经常出现连线重叠，比较令人懊恼。因为到最后需要打印电路，如果连线重叠，那么打印保护来的电路图就是错误的。所以为了避免这类的事情发生，在将所有的线连好以后，我有按照草稿图将所有的线分开一定距离，避免重叠。在将所有的线都连好以后，开始进行仿真，仿真结构却是全部都从1开始计时。于是我又把每一小块儿分开，分别进行仿真，秒、分、时计时器、振荡器、校正电路等。在分别仿真的过程检查到有些没有用到的接线端悬空等错误，在仔细改正后，再经过调试及仿真，得到正确电路。在每一个部分电路改正后，再连接好，再进行仿真。最后终于得到正确电路。当时的感受是兴奋和疲惫。电路正确以后，进行截屏截图，保存起来。然后就开始写设计报告。
在这次的设计过程中，体会到理论与实际的不同点，及学习要理论与实际相结合，在锻炼动脑的同时练习动手能力。不仅仅是做课程设计，无论是做什么研究，都必须要有一种认真严谨的学习态度，比如说，独立思考独立完成，认真接线，仔细检查等，这些都是对我们自身能力的一种培养。