数电课程设计(数字时钟).doc

扬州大学能源与动力工程学院

本科生课程设计

题 目： 数字电子钟设计
课 程： 数字电子技术基础
专 业： 电气工程及其自动化
班 级：
学 号：
姓 名：
指导教师：
完成日期：

总 目 录

第一部分：任务书

第二部分：课程设计报告

第三部分： 设计图纸

第 一 部 分

任
务
书

《数字电子技术基础》课程设计任务书
一、课程设计的目的
本课程是在学完《数字电子技术基础》、《数字电子技术实验》之后，集中一周时间，进行的复杂程度较高综合性较强的设计课题的实践环节，通过该教学环节，要求达到以下目的：
1. 使学生进一步掌握数字电子技术的理论知识，培养学生工程设计能力和综合分析问题、解决问题的能力；
2. 使学生基本掌握常用电子电路的一般设计方法，提高电子电路的设计和实验能力；
3. 熟悉并学会选用电子元器件，为以后从事生产和科研工作打下一定的基础。
二、课程设计的要求
1. 必须独立完成设计课题；
2. 合理选用元器件；
3. 按时完成设计任务并提交设计报告。
三、设计题目及内容
数字时钟电路
（1）、具有“时”“分”的数字显示时钟；
（2）、“秒”不作数字显示，只使“时”和“分”之间“：”间隔闪亮；
（3）、具有校分和校时功能；
（4）具有整点报时功能（59分50秒开始间歇报时）。
四、设计要求
1、 用中小型规模集成电路设计出所要求的电路；
2、 在实验箱上安装、调试出所设计的电路。
3、 在EDA编程实验系统上完成硬件系统的功能仿真。
4、 写出设计、调试、总结报告。
五、使用仪器设备
1、 稳压电源(±5V，±15V)；
2、 实验电路箱；
3、 低频信号发生器；
4、 示波器；
六、参考文献
1、“模拟电子技术基础”和“数字电子技术基础”教材；
2、有关“电子技术课程设计指导书”；
3、“集成电路特性应用手册”；
5、 EDA技术使用教程；
6、 其他。
第 二 部 分

课
程
设
计
报
告

目 录

1 设计任务及要求…………….………………………………………….….….（09）
2 系统总体设计方案………………………………………….…………….（10）
2.1 总体设计方案…………………………………………..………..……….….…（10）
2.2 方案特点…………………………………………………..………..…………..…（10）
3 控制电路设计…………………………………………...…………………（11）
3.1 控制电路工作原理………………………………………..………..……………..（11）
3.2 器件选型…………………………………….………………………………..（11）
4 整点报时电路设计…………………………………………...……………（12）
4.1 整点报时电路工作原理………………………………………..………..………（12）
4.2器件选型…………………………………….………………………………..（12）
5 计数电路设计…………………………………………...…………………（13）
5.1 计数电路工作原理………………………………………..………..………（13）
5.2 器件选型…………………………………….………………………………..（14）
6 系统总体电路设计……………………………………...…………………（15）
6.1 系统总体电路………………………………….. ………. ………..……………..（15）
6.2 电路说明…………………………………….………………………………..（15）
7 电路调试………………………………………………...…………………（16）
7.1 计数电路调试及实验结果分析…………………………………….…..….（16）
7.2 整点报时电路调试及实验结果分析…………………………………….….（16）
7.3 控制电路调试及实验结果分析……………………………………….….….（16）
7.4 系统联调及实验结果分析………………………………………….….….（16）
8 改进意见及收获体会…………………………………...…………………（17）
9 器件明细清单…………………………………………...…………………（18）

参考文献……………………………………….……………………………….（19）

1设计任务及要求
设计任务：数字时钟电路
（1）、具有“时”“分”的数字显示时钟；
（2）、“秒”不作数字显示，只使“时”和“分”之间“：”间隔闪亮；
（3）、具有校分和校时功能；
（4）、具有整点报时功能（59分50秒开始间歇报时）。
设计要求：
（1）用中小型规模集成电路设计出所要求的电路；
（2）在实验箱上安装、调试出所设计的电路；
（3）写出设计、调试、总结报告。

2系统总体设计方案
2.1总体设计方案
数字时钟实际上是一个对标准频率（1HZ）进行计数的计数电路。数字时钟电路由显示、译码、计数电路、脉冲电路、整点报时电路、手动校时校分电路和开机清零电路五部分组成。数字电子钟的总体框图如下图所示：

2.2方案特点
当电子钟开机时时、分、秒校零，数码管显示为0；脉冲电路产生脉冲信号，在信号的作用下，电子钟开始计时，秒分均为六十进制，时为二十四进制。秒闪烁六十秒产生的进位信号作为分的脉冲信号，分的进位信号作为时的脉冲信号；同时可以手动校时校分；当时间为59分50秒时，报时电路整点报时，报时电路的发光二极管每两秒闪烁一次。

3控制电路设计
3.1控制电路工作原理
当重新接通电源或走时出现误差时都需要对时间进行校正。通常，校正时间的方法是：首先截断正常的计数通路，然后再进行人工出触发计数或将频率较高的方波信号加到需要校正的计数单元的输入端，校正好后，再转入正常计时状态即可。
下面是在MAX PLUSⅡ里设计的校时校分控制电路原理图

3.2器件选型
需要两片四2输入与非门74LS00。

4 整点报时电路设计
4.1整点报时电路工作原理
当分达到59即十位显示5，个位显示为9时，秒从51起，响一秒停一秒，奇数响，偶数停，前四声较小，最后一声较大（用不同方波脉冲驱动）。与门1取出59分信号，与门2取出51~59秒信号，奇数秒时出高电平，偶数秒出低电平，与门3将奇数秒时输出的低电平送至74153数据选择器的地址端A1，1KHZ信号送至数据选择器的D1，经D触发器分频后的250HZ信号送至D0，与门4到59秒时输出高电平送至A0。当A1A0=00时，选通D0，用250HZ的信号驱动喇叭；当A1A0=01时，选通D1，用1KHZ的信号驱动喇叭；其他情况下喇叭不响。
下面是在MAX PLUSⅡ里设计的整点报时电路设计图

4.2器件选型
一片74LS04，六片74LS160，一片74LS74。

5 计数电路设计
5.1计数电路工作原理
秒脉冲信号经过6级计数器，分别得到“秒”个位、十位，“分”个位、十位及“时”个位、十位的计时。“秒”、“分”计数为60进制，小时为24进制。
（1）60进制计数：“秒”计数器电路和“分”计数器电路都是60进制，采用整体置数方式。首先将两片74160接成百进制计数器。然后将电路的59状态译码产生置数端为0的信号，同时加到两片74160上，在下个计数脉冲（第60个输入脉冲）到达时，将0000同时置入两片74160中，从而得到六十进制计数器。进位信号直接有与非门的输出端引出。
“秒”计数器电路：

“分”计数器电路：
（2）24进制计数：“时”计数器电路是二十四进制，采用整体置零的接法。首先将两片74160连成一个一百进制计数器。当计数器从全0状态开始计数，计入24个脉冲时，经与非门译码产生低电平信号立刻将两片74160同时置零，于是便得到了二十四进制计数器。
“时”计数器电路：
下面是在MAX PLUSⅡ里设计的时分秒电路原理图
5.2器件选型
需要六片74LS160，一片74LS20，一片74LS00。
6系统总体电路设计
6.1系统总体电路

6.2 电路说明
整个数字钟由时间计数电路、整点报时电路、校时校分电路组成。
产生1Hz的秒脉冲，将秒脉冲信号送人发光二极管和“秒”计数器电路。
以校正电路代替时间计数电路中的时、分、秒之间的进位，当校时电路处于正常输入信号时，时间计数电路正常计时，但当分校正时，其不会产生向时进位，而分与时的校位是分开的，而校正电路也是一个独立的电路。

7电路调试
7.1 计数电路调试及实验结果分析
将1秒信号分别送人“时”、“分”计数器，检查各级计数器的工作情况。
7.2 整点报时电路调试及实验分析结果
接入一个较高频率的脉冲，让“分”快速跳至59，观察用来报时的发光二极管是否每隔两秒闪一下。
7.3控制电路调试及实验结果分析
闭合开关K1对“分”进行校时，闭合开关K2对“时”进行校时。刚开始，闭合开关K1或K2中的任何一个都对“分”和“时”同时校时，后来我们又加了一个电阻使校“时”电路和校“分”电路完全独立，得到了满足要求的校时电路。
7.4 系统联调及实验结果分析
在实验箱上组装电子钟，注意器件管脚的连接一定要准确，“悬空端”、“清零端”、“置1端”要正确处理。当所有器件调试正常以后，观察电子钟是否准确正常工作。结果表明得到了满足要求的数字钟。

8改进意见及收获体会
通过这一周的课程设计实习，我学会了许多在平时的课堂与实验中学不到的知识。我了解到课程设计不同于普通的实验，只是根据给定的电路图连接电路，而需要我们自己思考设计电路，然后再动手连接，是真真正正的理论联系实际。虽然我抽中了相对比较繁琐的数字时钟电路的硬件设计，花费了比软件设计更多的时间与精力去完成，但这大大提高了我的动手实践能力。
第一天上午接受任务之后，我们下午便开始查阅资料，设计电路，构思实验。然而这个电路繁琐复杂，我们忙了很久却仍毫无头绪。好不容易在我们几个人齐心协力、拼拼凑凑之下，设计出了电路，但却始终无法调试成功。后来是指导老师提醒我们对于这种复杂繁琐的电路，应该把每一部分分开来设计，逐一调试成功后再连接成总电路。因此，我们每设计成功一小部分电路，再把硬件按照电路连接起来，并检测它的准确性后再进行下一步电路的设计。在连电路的时候，我与我的搭档分工协作，她负责查询电路与管脚号，我负责连接线路。由于电路很复杂，电路线重重交叉，看得我们眼花缭乱。因此我们打起了十二万分的精神仔细地连接线路，唯恐出现一点差错，从而导致功亏一篑。尽管如此，我们却还是出了差错，不得不中途拆了重来。到最后电路终于连接成功，并且没有错误时，我们感到很有成就感。
相信在今后的课程设计中我们一定能做的更好！

9器件明细清单
器件名称
器件型号
器件数目
数字逻辑箱

1个
LED共阴数码管
BS207
4片
BCD七段译码器
74LS48
4片
十进制计数器
74LS160
12片
四2输入与非门
74LS00
3片
双4输入与非门
74LS20
1片
六反相器
74LS04
1片
双上升沿D触发器
74LS74
1片
石英晶体

1个
发光二极管

2只
开关
K1、K2
2只
电阻
1千欧
5只
电容
0．01微法
1只
电容
10皮法
1只
导线

若干

参 考 文 献
[1] 阎石主编．数字电子技术基础（第四版）．北京：高教出版社， 2000
[2] 高吉祥主编．电子技术基础实验与课程设计（第二版）．北京：电子工业出版社，2005．２
[3] 苏文平．新型电子电路应用实例精选．北京：北京航空航天大学出版社，2000

第 三 部 分

设
计
图
纸

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