多功能数字钟电路设计.doc

课 程 设 计

课程名称 电子技术
课题名称 多功能数字钟

专 业
班 级
学 号
姓 名
指导教师

2012年 12月 3日
设计内容与设计要求
一． 设计内容：
1、 准确计时，以数字形式显示时、分、秒的时间；
2、 小时计时要求“24翻1”，分和秒的计时为60进制。
3、 可手动较正:能进行时、分、秒的时间校正，只要将开关置于手动位置，可对时、分、秒进行手动脉冲输入调整或连续脉冲输入的校正。
4、 整点报时：整点报时电路要求在每个整点前鸣叫5次低音（500）,整点时再鸣叫1次高音（1000）。
5、 闹铃功能。

二、设计要求：
1、思路清晰，给出整体设计框图和总电路图；
2、单元电路设计，给出具体设计思路和电路；
3、写出设计报告；

主要设计条件
1． 提供调试用实验室；
2． 提供调试用实验箱和电路所需元件及芯片；

说明书格式
1． 课程设计封面；
2． 任务书；
3． 说明书目录；
4． 设计总体思路，基本原理和框图（总电路图）；
5． 单元电路设计（各单元电路图）；
6． 安装、调试步骤；
7． 故障分析与电路改进；
8． 总结与体会；
9． 附录（元器件清单）；
10． 参考文献
11、课程设计成绩评分表

进 度 安 排
第14周星期一:课题内容介绍和查找资料；
星期二:总体电路设计和分电路设计；
星期三:电路仿真,修改方案
星期四 :确定设计方案，拟订调试方案,画出调试电路图,安装电路；
星期五:安装、调试电路；
第15周星期一~二: 安装、调试电路；
星期三：验收电路；
星期四~五:,写设计报告，打印相关图纸；
星期五下午:带调试电路板及设计报告书进行答辩；
整理实验室及其它事情。

一 设计总体思路……………………………………………………..…..1
1. 总体思路……………………………………………………………..…....1
2. 基本原理和框图…………………………………………………………..2
3. 总电路图……………………………………………………………..........3
二 单元电路设计…………………………………………………………4
1.秒计数单元……………………………………………………………..........4
2.分计数单元…………………………………………………………………..5
3.时计数单元…………………………………………………………………..5
4.调时电路………………………………………………………………..........6
5.闹钟电路………………………………………………………………..........7
6.分频器………………………………………………………………………..9
7.整点报时模块……………………………………………………………….10
三 安装、调试步骤…………………………………………………........11
四 故障分析与电路改进………………………………………………....12
五 总结和体会…………………………………………………………... 12

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一 设计总体思路
1．总体思路
数字钟由函数脉冲发生器、分频器、计数器、译码显示、报时等电路组成。其中函数脉冲发生器和分频器组成标准秒信号发射器，直接决定计时系统的精准。由同步十进制进计数器74160、7447译码器和显示器组成计时系统。将标准秒信号送入采用60进制的“秒计数器”组合，每累计60就发出一个“分脉冲”信号，该信号将作为“分计数器”组合的时钟脉冲。“分计数器”也采用60进制组合计数器，每累计60，发出一个“时脉冲”，该信号将被送到“时计数器”。“时计数器”采用24进制计数器，同样由74160芯片组成，可实现对一天24h的累计。译码显示电路将“时”、“分”、“秒”计数器的输出状态通过译码显示器显示出来，可进行整点报时，整点报时采用组合逻辑电路，当达到59分50秒时响5下500报时。到达整点时响一下1000报时，当计时模块出现误差时，可以使用校时电路校时、校分，校秒。定时闹铃系统由6片7485数据选择芯片组成，通过对每个芯片也就是时十位，时个位，分十位，分个位，秒十位，秒个位所对应的85芯片进行置数，当计时系统输出的数据与所置数相同时报时系统输出信号，铃声想起来。

2.设计原理框图

闹
钟
模
块

时显示
分显示
秒显示
报
时
模
块

计时模块
计分模块
计秒模块

校时电路
校分电路
校秒电路

分频器

函数脉冲

3.总电路图:

二 单元电路设计
1.秒计数模块
秒计数模块由两片74160同步十进制计数器组成。首先采用级联法将两片芯片组合成100进制计数器，再用一个四输入与非门将秒个位的和秒十位的相与，与非门的输出端接两芯片的端，同时作为分计数单元的时钟脉冲，这样当秒计时到59时在下一个下降沿时计数器清零，重新计数。

秒计数单元的电路图：

2.分计数单元
分计数单元与秒计数单元采用相同的接法，规则同上。

分计数单元电路图：

3.时计数单元
由两片74160采用级联法构成100进制计数器，由三输入与非门与时十位的和时个位的相连，输出端同样接至置数端，当记数到达23时，计数器清零，重新记数，构成时计数单元。
时计数单元电路图：

4.调时电路
秒校时电路将低位的进位信号与一个反向器相连，输出端与一个或非门相连，将双向开关的常闭端口接地，常开接分频器的第三芯片的，另外两端接或非门的另一端，或非门输出端接秒计时单元的时钟脉冲，这样当开关为常闭状态时，秒计时单元的时钟脉冲为正常的秒脉冲1。当开关为常开时脉冲为分频器的第一片芯片输出的5，这样就可以起到快速校时的作用。其中时校时与分校时的常开也是接入5，但是他们的或非门输出端要先接一个反向器，这样在秒计时单元向分计时单元进位时就是下降沿有效，达到低位清零的同时高位进位，保证计时的准确性。

调时电路：

5.闹钟电路
由6片7485数据选择芯片串联，分别将时分秒的各个输出端按照从上到下接到每个85芯片的B3B2B1B0端，然后将85芯片各个A3A2A1A0接到一个双向开关，开关的另为两端分别接到高电平上与地线上。当这样接入时，如果我们需要设定闹铃，就用85芯片连接的开关进行置数，当计时模块的输出端输出的数据与我们置入的数据相同就会从第一块85芯片的端口输出一个高电平，将这个高电平与蜂鸣器相连就会在那个时刻产生蜂鸣。达到闹钟的功能。

闹钟电路图：

6．分频器
分频器的设计主要用于秒脉冲的输出，我们用三片74160芯片组成，首先用级联法连成1000进制的计数器。当输入1的脉冲时，可以输出1的秒脉冲，因为74160为十进制计数器，所以三片芯片相连就相当于做除法，除以1000。

分频器电路：

7.整点报时模块
整点报时模块采用逻辑电路，每当数字钟计时快要到正点时候发出响声，通常按照四低音，一高音的顺序发出间断声，以最后一声高音结束的时刻为正点时刻。5低音（约500）分别发生在59分51秒、59分53秒、59分55秒、59分57秒、59分59秒，最后一声高音（约1000）发生在整点时，他们的持续时间均为一秒。
整点报时电路

三 安装与调试
1. 在11.0软件上进行电路的的初步设计
本实验使用这个软件进行仿真，设计之前首先识别软件中各种虚拟电子器件以及了解软件中的最基本操作。
在查找虚拟器件的过程中，最重要的是借助虚拟期间自身的信息。这个软件的本身操作也比较简单，只要找到对应的元件库，放置在工作区域内，然后直接用鼠标点击就可以直接连接电路了。逐个连出单元电路，然后按照控制原路，将各个元件电路练成总电路图，检查无误后就可以仿真了，看一下是否能达到预期的工作，如果达不到再进行电路改进。

2. 实体电路的安装调试步骤
在实体安装中，还要依靠仿真软件的总电路图，从实验室领实验器材元件，拿到设备后，还要先进行识别检查器件，实验台上已经有显示管、显示灯及脉冲信号。还要检查接电路图的线是否是好的，需要事先连接灯和电源试一试。
1) 在实验台上合理的安装芯片
2) 按图接线
在接线过程中以模块为单位，安装好一个单元电路后进行调试，这样可以减少错误。

四 故障分析与电路改进

1. 发现故障
经过前面硬件的安装之后，下面进行整体电路的调试。虽然是按照仿真电路接的线，但是效果还是不尽人意，怀疑有接触不严的现象，所以还需要进行一一的排查。

2. 电路改进
初次设计的时候觉得线路过于复杂，所以经过思考与实验，把一些控制电路进行优化，比如校时电路，采用较为简单的控制方式，虽然电路还是比较繁杂，但是较之之前看起来清爽许多。

五 总结与体会
首先经过这次的数电课程设计我感觉以前学过的知识得到了实践的强化与应用，这样那些知识在我脑子中就更加影响深刻了。然后因为是设计类的活动，使得我意识到必须要有非常清晰的思维与谨慎的态度才能做好，还有就是对知识的掌握要扎实到位，对各个芯片与他们的功能都得非常的了解才行。如果不了解，根本就无法成功，另为还有一点就是要对各种脉冲的下降沿和上升沿要掌握好，否则就会因为一点点的小错误而导致整体的失误，还有要跟同学很好的合作才能更快的完成任务，回头去看，通过这次数电课程设计，我掌握了设计一种电路的基本步骤和方法，应该会为将来更高阶的设计打基础。
比如说这次学会了如何接任意进制的计数器还有如何改变脉冲的上升沿与下降沿，让我更加喜欢这门学科，只要抱着一定能做好的信念，不管结果与否，我都能坦然面对，因为我亲手做了，这已经让我非常高兴了，我相信下次如果还有类似的课程设计，我也会非常努力的去做，并且把它做好。最后我想说多谢老师的指导和教诲，当然这对于我们大学生来说应该多独立的去做，去努力。师傅领进门，修行靠个人。非常感谢学校给我们安排的这次课程设计活动！
我相信我会学的越来越好，迎接每一次的挑战！！！！

附录 电子原件清单

名称
型号
数量（个）

四2输入与非门
7400
2

四2输入正或非门
7402
1

六反向器
7404
2

三3输入正与非门
7410
2

双四输入正与非门
7420
2

四位数值比较器
7485
6

十进制同步计数器
40160
9

参考文献：
1、《电子线路设计、实验、测试》（第二版）
华中理工大学出版社 谢自美 主编
2、《新型集成电路的应用》电子技术基础课程设计
华中理工大学出版社 梁宗善 主编
电气与信息工程系课程设计评分表
项 目
评 价
优
良
中
及格
差
设计方案的合理性与创造性

软件设计完成情况

硬件调试完成情况

设计说明书与设计图纸质量

答辩情况

独立工作能力

完成任务情况

出勤情况

综 合 评 分

指导教师签名：
日 期：