张永超屌炸了让你无法直视的一份数电课程设计.docx

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张永超屌炸了让你无法直视的一份数电课程设计

摘要

本次课程设计的主题是数字电子钟。

干电路系统由秒信号发生器、“时、分、秒”计数器、显示器、整点报时、分时段报时电路组成。

秒信号产生器是整个系统的时基信号，它直接决定计时系统的精度，这里用多谐振荡器加分频器来实现。

将标准秒信号送入“秒计数器”，“秒计数器”采用60进制计数器，每累计60秒发出一个“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进制计时器，可实现对一天24小时的累计。

译码显示电路将“时”、“分”、“秒”计数器的输出状态送到七段显示译码器译码，通过七位LED七段显示器显示出来。

整点报时电路时根据计时系统的输出状态产生一脉冲信号，然后去触发一音频发生器实现报时。

与同学和网络上等优秀作品相比，本作品并没有什么创新之处，若非要说有什么创新的话，我想应该是：

本作品完全由本人独立自主设计、制作完成。

关键词：

数字电子钟；设计；时分秒；进制；独立自主

目录

综述1

一、设计任务及设计分析1

1.1设计任务1

1.2方案设计与选择1

1.3原理设计和功能描述2

1.3.1数字计时器的设计思想2

1.3.2数字电子钟总体框架图3

二、单元电路的设计3

2.1秒脉冲信号发生器3

2.2时间计数器电路4

2.2.160进制计数器4

2.2.224进制计数器5

2.2.3校时电路6

2.2.4分时段报时电路7

2.2.5译码显示电路7

2.3.6扬声器9

三、元器件清单9

四、总电路图10

五、课程设计体会10

六参考文献11

综述

随着科技的快速发展，数字电子钟在实际生活中的应用越来越广泛，数字电子钟是一种数字显示秒、分、时的计时装置，与传统的机械钟相比，它具有走时准确、显示直观、无机械传动装置等优点，因而得到了广泛的应用。

小到人们日常生活中的电子表，大到车站、码头、机场等公共场所的大型数显电子钟。

数字钟是一个将“时”，“分”,“秒”显示于人的视觉器官的计时装置。

它的计时周期为24小时，显示满刻度为23时59分59秒，另外应有整点报时，时、分校正功能，分时段报时等附加功能。

因此，一个基本的数字钟电路主要由译码显示器、“时”，“分”，“秒”计数器、报时电路和振荡器组成。

作为电气的一名学生掌握并能够独立自主设计一个数字电子钟是必要和必须的，既可以加深对课本上理论知识的理解又能锻炼自己的思考和解决问题的能力。

于是，在老师和学校的号召下，经过查阅许多相关书籍和浏览许多网络资源，我做了这款简单数字电子钟的设计。

一、设计任务及设计分析

1.1设计任务

（1）能显示时、分、秒，24小时制。

（2）时和分有校正功能。

（3）整点报时。

（4）可设定夜间某个时段不报时。

1.2方案设计与选择

数字电子技术的复杂性和灵活性决定了数字电子钟的设计方案有多种，如下是我总结的部分方案。

方案一：

脉冲信号源的选择。

用555定时器制作的多谐振荡器，信号发生器，脉冲芯片等方式都可以作为脉冲信号源，在此我选择的是多谐振荡器，主要考虑的是它的易于制作和很好的稳定性。

方案二：

时分秒计数器的选择。

时分秒计数器的选择同样有多种，74160N和74161N都是不错的选择，74LS160和74LS161,74LS190和74LS191等等也都可以，考虑到其简单易用和作为课本上重点内容在此我们选择的是74160N。

方案三：

译码显示器的选择。

DCD_HEX或742LS248加上SEVEN_SEG_COM_K等也是多种方案，这里我选择的是742LS248。

1.3原理设计和功能描述

1.3.1数字计时器的设计思想

要想构成数字钟，首先应选择一个脉冲源——能自动地产生稳定的标准时间脉冲信号。

而脉冲源产生的脉冲信号地频率较高，因此，需要进行分频，使得高频脉冲信号变成适合于计时的低频脉冲信号，即“秒脉冲信号”（频率为1Hz）。

经过分频器输出的秒脉冲信号到计数器中进行计数。

由于计时的规律是：

60秒=1分，60分=1小时，24小时=1天，就需要分别设计60进制，24进制计数器，并发出驱动信号。

各计数器输出信号经译码器、驱动器到数字显示器，是“时”、“分”、“秒”得以数字显示出来。

分时段整点报时电路要求在每个特定整点发出音响，因此需要对特定每个整点进行时间译码，以其输出驱动音响控制电路。

校时电路是数字钟不可缺少的部分，每当数字钟与实际时间不符时，需要根据标准时间进行校时。

1.3.2数字电子钟总体框架图

图2-2

二、单元电路的设计

2.1秒脉冲信号发生器

晶体振荡器是电子钟的核心，晶体振荡器设计的质量直接影响了整个电的好坏。

这里我用555定时器制作了一个多谐振荡器。

由BC555的特性参数可知，当电源电压取为5V时，在100mA的输出电流下输出电压的典型值为3.3V，所以取

可以满足对输出脉冲幅度的要求。

暂定占空比为

，若采用如图电路，

，故得到

又

若取

，则

。

由

知，其频率为1Hz。

如图：

2.2时间计数器电路

2.2.160进制计数器

由74LS160构成的60进制计数器，将一片74LS160设计成10进制加法计数器，另一片设置6进制加法计数器。

两片74LS160按反馈清零法串接而成。

秒计数器的十位和个位，输出脉冲除用作自身清零外，同时还作为分计数器的输入脉冲CP1。

下图电路即可作为秒计数器，也可作为分计数器。

2.2.224进制计数器

由74LS160构成的二十四进制计数器，将一片74LS160设计成十进制加法计数器，另一片设置四进制加法计数器。

既个位计数状态为

=1001十位计数状态为

=0011时，要求计数器归零。

通过把个位

、十位

相与后的信号送到个位、十位计数器的清零端，使计数器清零，从而构成24进制计数器。

电路图如下:

时间计数电路由秒个位和秒十位计数器、分个位和分十位计数器、时个位和时十位计数器电路构成，其中秒个位和秒十位计数器、分个位和分十位计数器为60进制计数器，时个位和时十位计数器为24进制计数器，其原理图如下：

图2-3-4

2.2.3校时电路

校时电路是数字钟不可缺少的部分，每当数字钟与实际时间不符时，需要根据标准时间进行校时。

K1、K2分别是时校正、分校正开关。

不校正时，K1、K2开关是闭和的。

当校正时位时，需要把K1开关打开，然后用手拨动K3开关，来回拨动一次，就能使时位增加1，根据需要去拨动开关的次数，校正完毕后把K1开关闭上。

校正分位时和校正时位的方法一样。

其电路图如下:

2.2.4分时段报时电路

20点到6点响铃关闭（不报时），利用组合逻辑电路来实现，先计算好哪些小时是应该响的。

按照题意，应该是只有20时到6时不响。

把他们列表，然后求出逻辑表达式。

在用一系列的门电路实现即可，以上是一些与门和或门，非门的组合，其实可以看做是一种筛选。

6个输入端分别为时计数器的十位的后两个代码和个位的四个代码。

当时间为从7点到19点时，输出为0，其余时间段为1。

如图

2.2.5译码显示电路

译码电路的功能是将秒、分、时计数器的输出代码进行翻译，变成相应的数字。

用与驱动LED七段数码管的译码器常用的有74LS248。

74LS248是BCD-7段译码器/驱动器，输出高电平有效，专用于驱动LED七段共阴极显示数码管。

若将秒、分、时计数器的每位输出分别送到相应七段译吗管的输入端，便可以进行不同数字的显示。

在译码管输出与数码管之间串联电阻R作为限流。

电路图如下:

数码管通常有发光二极管（LED）数码管和液晶（LCD）数码管，本设计提供的为LED数码管DCD_HEX，其已内含译码器功能，所以不用再另加译码器。

图2-3-5

2.3.6扬声器

该扬声器的额定频率为200Hz，额定电压为3V，额定电流为0.05A。

图2-3-6

三、元器件清单

元件名称

数量（个）

DCD_HEX

74LS160N

555_VIRTUAL

4049BT_5V

74LS00D

48kΩ电阻

5V直流电源

BUZZER

10μF电容

0.01μF电容

导线

6

8

1

3

3

2

1

1

1

1

若干

表2-4

四、总电路图

图3-1

五、课程设计体会

我很喜欢模电数电，因为感觉这些东西很绞脑汁儿、很好玩，总想着什么时候能用这些知识做点什么东西出来。

当刚拿到题目时很兴奋，心想总算有机会做点东西出来了。

可是当真正开始做的时候却发现不知从何下手，不能很好将书上所学连贯起来……

也就是从这时我才真正的明白理论知识学得好，或者说是应试能力练得好与真正的能力是有差距的。

这次课程设计一路走来让我学了好多东西。

首先，我想最重要的就是让我明白了理论和实践的关系。

二、学会了如何使用Multisim软件。

三、记住了很多元件的标准的名称。

四、在实践中了解了多种元件的功能和参数。

五、从仿真实践中不仅学会了如何去分析问题和解决问题，也体会到了成功的喜悦和失败的忧郁。

六、提高了自己的读图和分析图还有设计图的能力。

总之，这次课程设计让我学到了好多东西，这种课程设计对一个大学生是非常重要的，建议学校应该多多举办类似的学习活动。

六参考文献

[1]清华大学电子学教研组编，童诗白、华成英主编：

《模拟电子技术基础》[M].（第四版）.北京：

高等教育出版社,2006.5（2009重印）

[2]华中工学院电子学教研室编，康华光主编：

《电子基础——数字部分》[M].（第四版）.北京:

高等教育出版社，1988年

[3]清华大学电子学教研组编，阎石主编：

《数学电子技术基础》[M].（第五版）.北京：

高等教育出版社，2006.5（2008年重印）

[4]辽宁工程技术大学电工与电子技术实验中心组编，马玉芳、朴忠学、张国军主编：

《电子技术实验指导书》，2010.3

[5]朱清慧、张凤蕊、翟天蒿、王志奎编著：

《Proteus教程——电子线路设计、制版与仿真》[M].北京：

清华大学教育出版社，2008.9

[6]熊幸明主编：

《电子电工技能训练》[M].北京:

电子工业出版社，2005年