数电时钟课程设计.docx

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数电时钟课程设计

湖南工程学院

课程设计

课程名称

课题名称

专业

班级

学号

姓名

指导教师

年月日

湖南工程学院

课程设计任务书

课程名称：

数字电子技术

题目：

多功能数字钟电路设计

专业班级：

电气1001学号：

17

学生姓名：

刘军

指导老师：

李朝健

审批：

任务书下达日期2012年12月25日

设计完成日期2012年12月26日

设计内容与设计要求

一、设计内容：

多功能数字钟应该具有的功能有：

显示时－分－秒、整点报时、小时和分钟可调等基本功能。

首先要知道钟表的工作机理，整个钟表的工作应该是在1Hz信号的作用下进行，这样每来一个时钟信号，秒增加1秒，当秒从59秒跳转到00秒时，分钟增加1分，同时当分钟从59分跳转到00分时，小时增加1小时，但是需要注意的是，小时的范围是从0～23时。

在实验中为了显示的方便，由于分钟和秒钟显示的范围都是从0～59，所以可以用一个3位的二进制码显示十位，用一个四位的二进制码（BCD码）显示个位，对于小时因为它的范围是从0～23，所以可以用一个2位的二进制码显示十位，用4位二进制码（BCD码）显示个位。

2、设计要求:

1.给出整体设计框图，提供总电路图；

2.单元模块设计，给出具体设计思路和电路；

3.给出各单元模块电路、总电路图的仿真结果；

4.电路硬件实现和功能调试；

5.写出设计报告。

主要设计条件

1.提供所需元件及芯片；

2.提供电源和调试设备；

3.提供设计软件；

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.单元电路的设计（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

第一周

星期一：

课程内容介绍和查找资料；

星期二：

总体电路设计和分电路的设计；

星期三：

分电路设计与仿真；

星期四：

总体电路电路仿真，修改方案，电路调试；

星期五：

确定设计方案，安装电路；

第二周

星期一~二：

安装、调试电路或验收电路；

星期三：

安装、调试电路或验收电路；

星期四~五：

写设计报告；

星期五下午：

答辩，整理实验室；

参考文献

目录

第一章概述1

1.1.EWB软件1

1.2.数字钟实现的功能1

第二章模块电路的设计2

2.1.电路设计方案2

2.2.进制计数器电路模块的设计3

2.3.校时电路模块的设计6

2.4.整点报时电路模块的设计7

第三章电路的调试与安装8

3.1.总设计电路图8

3.2.电路的软件设计目的8

3.3.电路的硬件调试与安装过程9

第四章体会与心得10

第五章附录10

5.1.芯片清单11

5.3.参考文献12

第一章概述

1.1.EWB软件

EWB软件，全称为ELECTRONICSWORKBENCHEDA，是交互图像技术有限公司在九十年代初推出的EDA软件，用于模拟电路和数字电路的混合仿真，利用它可以直接从屏幕上看到各种电路的输出波形。

EWB是一款小巧，但是仿真功能十分强大的软件。

EWB建立在SPICE基础上，它具有以下突出的特点：

（1）采用直观的图形界面创建电路：

在计算机屏幕上模仿真实实验室的工作台，绘制电路图需要的元器件、电路仿真需要的测试仪器均可直接从屏幕上选取；

（2）软件仪器的控制面板外形和操作方式都与实物相似，可以实时显示测量结果。

（3）EWB软件带有丰富的电路元件库，提供多种电路分析方法。

（4）作为设计工具，它可以同其它流行的电路分析、设计和制板软件交换数据。

（5）EWB还是一个优秀的电子技术训练工具，利用它提供的虚拟仪器可以用比实验室中更灵活的方式进行电路实验，仿真电路的实际运行情况，熟悉常用电子仪器测量方法。

1.2.数字中实现的功能

1.准确计时,以数字形式显示分、秒的时间。

2.分和秒的计时要求为60进制进位。

3.校正视角。

第二章模块电路的设计

2.1.电路设计方案

多功能数字钟原理框架如图所示，电路包括以下几个部分：

标准秒信号发生器、显示电路、分秒计数器、校时电路。

此次数字数字设计利用所给的芯片设计完成。

利用6个数示管完成显示电路的设计，所用数码管为共阳性。

本次电路采用的是译码芯片＋LED数码显示管，采用74LS47，BCD码译成段码发送给8段发光二极管数码管。

本实验用到的计数器是74LS160，它有一个时钟输入端CLK和一个异步置零端CLR。

其中。

设计中用了两个开关，分别用做分、时校对。

最后数码管跳动一秒所用的脉冲由实验室提供。

2.2.进制计数器电路模块的设计

1.74LS160功能简介

CLK是脉冲输入端；RCO是进位信号输出端；ENP和ENT是计数器工作状态端；CLR是异步清零端；LOAD是置数端；VCC接正电源，GND接地；A～D是数据输入端，QA～QD是计数器状态输出端。

电源电压5V，输入电压5V。

其状态表如下所示：

输入

输出

注

CLR

LD

ENT

ENP

CLK

A

B

C

D

QAn+1

QBn+1

QCn+1

QDn+1

CO

0

1

1

1

1

x

0

1

1

1

x

x

1

0

x

x

x

1

x

0

x

↑

↑

x

x

x

a

x

x

x

x

b

x

x

x

x

c

x

x

x

x

d

x

x

x

0000

abcd

计数

保持

保持

0

0

清零

置数

2.60进制计数器

60进制计数器是由两个74LS160十进制计数器经过一定的方式连接组成的。

具体连接是这样的，一片74LS160用低位，另一片设计成六进制计数器做为高位。

将高位片的QB和QC接入与门，出来接入高位片的CLR,当高位片为0110时，CLR为低电平，此时清零，实现了六十进制,由于存在竞争与冒险，所以，为了消除这种现象，接线如下

分和秒的实验电路如下图：

3.24进制计数器

24进制计数器也是由两片74LS160组成的，当各位计数状态为Q3Q2Q1Q0=0100,十位计数状态为Q3Q3Q1Q0=0010时，计数器归零。

通过把个位Q2、十位Q1接入与非门，然后接入个位、十位的MR端。

令计数器清零，从而实现二十四进制计数器的功能。

其连线图如下所示：

2.3.校时电路模块的设计

校时电路是数字中不可缺少的部分，当数字显示与实际时间不符时，就要根据标准时间进行校时。

在秒十位与分个位之间接入与门和单刀双掷开关，其简单电路如下所示：

2.4.整点报时模块的设计

功能实现的是从早上9点到晚上8点的时间内整点报时，从59分51秒开始报时，51,53,55,57秒是低音，59秒是高音，低音鸣蜂器是500HZ，高音是1KHZ。

具体实验电路如下：

第三章电路的调试与安装

3.1.总设计电路图

设计电路如图3-1所示

图3-1

3.2.电路的软件设计目的

此次实验设计目的在于培养学生们的操作实践能力。

通过对数字时钟原理的学习增强同学们的理论知识以及思维能力。

此次实验设计不单是理论的实现相反的更多的在于操作能力的锻炼。

通过对数字时钟的实践操作让同学们从中收获甚多。

学会元器件识别、测试和安装的方法掌握万用表的使用方法学会利用软、硬件独立进行电子设备的整机装配、调试方法并达到产品的质量要求从而锻炼和提高学生的动手能力巩固和加深对电子学理论知识的理解和掌握为以后专业设计、课程设计及毕业设计准备必要的工艺知识和操作技能。

培养学生综合运用理论知识解决实际问题的能力。

掌握电子线路的基本原理、基本方法掌握焊接的基本技能达到焊点大小适中、均匀、圆润、光亮、无虚焊的要求通过简单电器的安装制作熟悉电子仪器的安装制作过程和电路的调试及简单故障排除的技能。

3.3.电路的硬件调试与安装过程

大体分四阶段：

第一阶段：

在进行试验之前，我们做了如下准备工作，芯片分类，导线测试。

第二阶段：

12月23日上午，我们按照电路图进行安装接线，一个人负责检查导线的好坏，用一个完好的灯显示和一个开关来测试导线的好坏。

完成了导线的测试，按照线路接了三四遍之后，结果仍然未正确。

第三阶段：

下午我们各司其职，把该有的准备工作做好，首先检查试验台的好坏，确保数码管的显示、红黄绿灯的显示、插孔的输出、芯片的引脚的完好。

第四阶段：

准备工作做完之后，按照设计图进行连线。

我和同伴一起连接数字时钟电路。

结果相比上午比较满意。

在硬件的调试安装过程中遇到的问题点：

问题1：

按照图纸接完电路，对于出现的问题，毫无头绪，不知如何检查电路。

解决：

线路接好之后，看着那凌乱的线路，确实令人头痛，不知道线路的开始和结尾，有一种害怕的心理，首先得战胜恐惧的心里，静下心好好地思考问题所在，上午我们三个人，每个人平均接了两遍，都感觉要崩溃了，每次接完线路，看到的转台乱七八糟，很不理想。

不过在多次的失败之后，我们都有同样的猜想：

或者芯片是坏的，或者试验台插孔不灵敏。

大家开始分工测试芯片和试验台，试验台的测试：

好的芯片插上去能够正确显示其逻辑功能，我的方法是：

用一块好的74ls10（随选）的芯片，根据其逻辑功能，如果能正确输入输出，表示试验台上插芯片的周围各个孔是好的。

然后在好实验台上测试所需要的芯片的好坏，根据其逻辑功能来判断，逻辑功能第五章附件所见。

问题2：

接好线路，发现显示不进位。

解决：

脉冲信号没有送进去，查看线路，发现掉了一个线，高位的输出信号没有输出给脉冲输入端CLK。

在硬件调试中注意的是：

要防止错线，掉线，多线。

根据问题分析电路，在查线，这样会比盲目的查线要少更多的工作量。

第四章体会与心得

本次的课程设计共两周的时间，和以前做一件事情相比，时间上挺久的。

但是从接到这个课题开始（12月17日），从设计思路到设计电路，从来没有像这样去想一个设计，分析了一遍又一遍，其里面的逻辑功能都快把我整晕了，面临周六的四级考试，周日的概论考试，更是感觉脑袋快要崩溃了，考试完之后，又是一整天的分析电路，问题没有解决，饭也吃不下。

不过效果一旦达到之后，心里的喜悦又是多么的深沉。

总之，拿出自己不放弃和不退缩的精神，努力思考问题的所在，一定会得到解决的。

在安装与调试中，培养了我严谨细心的态度，因为一不留心接线就会出错，要学会克服线路太多而产生的恐惧心理，保持清晰地思路，细心地做好每一过程，同时让我学到了团队合作的重要性，两个人只要一个人出错就前功尽弃，让我更加的重视团结合作。

总之，这次课程设计既考验了我们对课本理论知识的掌握，也考察了我们的动手分析能力以及团结合作的精神。

第五章附录

5.1.芯片清单

本实验所用到的元件清单表如表5-1所示。

名称

型号

数量

六非门

74LS04（TTL）

1片

四2输入与非门

74LS00（TTL）

1片

4线—10线译码器

74LS47

6片

同步十进制加法计数器

74160

4片

数码管

8段共阳

6个

表5-1

5.2.参考文献

1.《数字电子技术基础（第五版）》阎石主编

2.《电子技术基础试验与仿真》孙胜麟郭照南主编

3.《集成电路》门宏编著

4.《现在电子设计与创新》李洋主编

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（10%）

硬件设计或软件编程完成情况（10%）

硬件测试或软件调试结果*（10%）

设计说明书质量（10%）

设计图纸质量（10%）

答辩汇报的条理性和独特见解（10%）

答辩中对所提问题的回答情况（10%）

完成任务情况（10%）

独立工作能力（10%）

出勤情况（10%）

综合评分

指导教师签名：

________________

日期：

________________

注：

表中标*号项目是硬件制作或软件编程类课题必填内容；

此表装订在课程设计说明书的最后一页。

课程设计说明书装订顺序：

封面、任务书、目录、正文、评分表、附件（非16K大小的图纸及程序清单）。