电子时钟 可设置时间 响铃.docx

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电子时钟可设置时间响铃

一、题目名称：

数字钟打铃系统

二、设计任务和要求：

用中、小规模集成电路设计一个数字钟打铃系统，能实现：

由晶体振荡器电路（或555定时器）产生1Hz的标准“秒”信号；“秒、分计数器”为00~59的六十进制计数器；“时计数器”为00~23的二十四进制计数器；走时精度要求每天误差小于1秒；具有校时功能。

即只要将开关置于校时位置，可分别对“秒、分、时”进行手动脉冲输入或连续脉冲输入的校正；可设置六个时间，数字钟定时打铃，响铃时间为10秒。

三、考虑方案，画出系统框图，比较和选定设计的系统方案。

设计方案：

数字电子钟主要由秒信号发生器、“时、分、秒”计数器、译码显示器、校时电路等组成。

秒信号发生器主要由石英晶体振荡器或555振荡器分频后得到；秒、分都是60进制，故由60进制计数器构成；时为24进制，即由24进制计数器构成；显示部分由译码和数码显示构成；校时电路由门电路和开关等构成。

利用函数信号发生器来进行脉冲信号的输出、利用74160N来设置十进制和六进制的进位输出、利用数码显示器来显示时间、利用或门、与门、非门、与非门、等电路元件进行组合、级联后得到设计所要求的电路图。

由于要对时钟进行校队，电路选择串行的进位方式，使每个位都可以快速接入脉冲，进行校时

译码、显示译码、显示译码、显示

时计数器分计数器秒计数器

校时校分校秒

校时控制校分控制校秒控制555定时器

时数值比较器分数值比较器秒数数值比较器

设置时设置分设置秒

响铃

显示译码器：

方案一：

用编码器芯片74LS248，以及七段发光二极管显示器，

　　　开关和电源。

方案二、用DCD_HEX

最后我们选择方案二，比较简单明了。

用DCD_HEX为时分秒的显示译码器，74LS160十进制的计数器，分别计60进制、60进制24进制，这里使用异步清零法，在0~59循环中在多计个次数（很快），在分和时上连

多谐振荡器，可以进型快速校时，

校时比较方案：

方案一、放置单刀双掷开关，连接触发器和门电路，以触发器给单次脉冲，门电路给连续脉冲电路，这样就可以实现时间的校准，如图

方案二、直接给脉冲，用555来实现，如图

以上两种电路，我们选择方案二，因为方案而实现起来简便，易行。

为了可以实现定时，在下面连接一个相同的电路，用数值比较器将其连接起来，即可得到当是中与所定的时间相同时，相连的响铃开始响铃，这样设置数字钟打铃系统

四、单元电路设计、参数设计和元器件选择

1、用两片74160N级联，其中右边一片为十进制，左边一片为六进制，总体为六十进制。

它们实现的功能为进行时间秒的输出，当时间到六十后，进位为一。

得到秒计时，以异步清零法，LD接0，首先把两片以并联的方式练成百进制计数器，计数器从0开始计数，当十片计数为Q3Q2Q1Q0=0110时，个片计数为Q3Q2Q1Q0=0000，即计入60个进位信号时，十位片Q2Q1经门G1译码产生反馈清零信号，计量片同时置零，所以接线时可以接60s

2.用两片74160N级联，其中右边一片为十进制，左边一片为六进制，总体为六十进制。

它们实现的功能为进行时间分的输出，当时间到六十后，进位为一。

得到分计时，在数字钟的控制电路中，分和秒的控制都是一样的，在电路的设计中我采用的是统一的器件74LS161N的反馈置数法来实现十进制功能和六进制功能，

时计数器可由两个十进制计数器串接并通过反馈接成二十四制计数器。

3、用两片74160N级联，总体为二十四进制。

它们实现的功能为进行时间小时的输出，当时间到二十四后，时钟信号全部置零

4.三块时间模块的级联如下图：

5、555多谐震荡，给脉冲信号，使得输入的f=1Hz，标准秒，并将其封装（需要次使用比较大），使用串行法，即在“秒处”给脉冲即可：

封装后：

555振荡器的输出脉冲：

6、校对:

当数字钟接通电源或者计时出现误差时，需要校正时间。

校时是数字钟应具备的基本功能。

校时时应截断分个位和时个位的直接计数通路，并采用正常计时信号与校正信号可以随时切换的电路接入其中。

对校时电路的要求是，在小时校正时不影响分和秒的正常计数；在分校正时不影响秒和小时的正常计数。

校时方式有快校时和慢校时两种，快校时是，通过开关控制，使计数器对1Hz的校时脉冲计数。

慢校时是用手动产生单脉冲作校时脉冲下图所示为校时电路和校分电路。

其中S1是校分用的控制开关，S2为校时用的控制开关，它们的控制功能下表所示。

校时脉冲采用分频器输出的1Hz脉冲，当S1或S2分别为0时可进行快校时。

如果校时脉冲由单脉冲产生器提供，则可以进行慢校时。

Multisim仿真软件校时的具体设计方法是：

用一个单刀双掷开关切换计数功能与校时功能，另一端接计数器的脉冲输入端，开关置于函数发生器这一端便可以校时，置于计数器的进位端便是计时。

不校正时间时开关都应打在与非门的那一端。

但一般校时选用的是快校时，给高频的脉冲型号，使计数器快速进位带到理想的要求：

使用555即可用单刀双掷来控制，是否给单独的脉冲进行计数，只在“分”“时”出给进，“秒”处不需要

校时电路

7、.在完成以上的步骤后，一个能显示时间的时间控制器已经完成了，接下来是设定输出。

以74LS85D为数值比较器，分别比较时分秒，诸位进行比较，但“秒”处的0.1s则不需要比较，否则响铃会不停地响，一旦比较结果全部相同，则输出“1”，给响铃一脉冲

8、响铃系统，只要所有的输入皆为1即可开始打铃，若有一项为0停止打铃

9、闹钟时间设置，与上述原理相同，给74LS160高频脉冲使得“时”“分”皆可快速调制，然后，等到自己要得到的时间，若相同，开始打铃。

五、画出完整的电路图，并说明电路的工作原理。

总体电路图

本次课设是使用555定时器作为输入脉冲，以计数器分别60进制、60进制、24进制的显示有时钟，并在单独加入，不同频的输入脉冲，使之可以校对的更加快捷，后再设置定时器，与上述相同，再将其与数据比较其分别相连，在在输出端，链接打铃系统，使之数值比较器的输出为一时，给以信号，使喇叭开始工作，响铃时间为10s

六、组装调试的内容，包括：

1．使用的主要仪器和仪表；

使用示波器观察555多谐振荡器输出波形，及频率，用函数发生器可代替555

2．调试电路的方法和技巧；

调试电路时先从小器件开始入手，当每完成一项时，去测试其是否为准确的，若不合格，继续调试

3．测试的数据和波形并与计算结果比较分析；

555定时器中为了得到1Hs的频率，由公式可知：

T=（R1+2*R2）Cln2

f=1/T=1/（R1+2*R2）Cln2R1=R2=1000欧C=500uF时即可得到f=1Hz

波形

4．调试中出现的故障、原因及排除方法。

由于计数器使用的是异步清零法，则可以看见在60s进位的时候，可以看见一位短暂的60出现，若要排除，可使用同步置数法。

在调试中出现了许多的问题、故障，比如说并不知道74LS85D和DCD_HEX直接管脚的连接方式，忘记接入输入电压在555定时器上，数值比较器接上后闹铃不停的响，后发现原来不需要与0.1s相比较等等，这样类似的问题很多

七、总结设计电路的特点和方案的优缺点，提出改进设计意见和展望。

晶体振荡器电路给数字钟提供一个频率稳定准确的方波信号，可保证数字钟的走时准确及稳定。

本次设计采用555定时器得到1Hz,的脉冲功能主要是产生标准秒脉冲信号和提供功能扩展电路所需要的信号。

可实际操作中发现，555定时器在1Hz的频率下无法震荡起来，只有加大频率才能使显示译码器有较快的输出。

本设计的电子数字钟能经振荡分频器、计数器、译码和显示电路将时间“时”“分”“秒”用数字的方式显示出来，并且需要校正电路使其准确工作，还有定时和报时功能。

控制较简单，没有遥控、防电台报时等复杂电路。

调试时有的器件在理论上可行，但在实际运行中就无法看到效果，所以得换不少器件，有时无法找出错误便更换器件重新接线以使电路正常运行。

Multisim软件有时会出问题，在理论上可行的电路在调试中未必能显示出来，这就需要耐心、仔细地分析和解决问题，不断地尝试才能得出正确的答案。

不足之处：

不能自动设置闹钟时间。

只能人为事先设定打铃时间。

八、列出系统使用的元器件。

1、74LS85D12个

2、DCD_HEX12个

3、74LS22N与非门（4管脚）2个、74LS04D非门3个、与非门（2管脚）74LS00D6个

4、74LS85D数值比较器5个

5、555多谐振荡器5个

6开关，接地，电源等若干。

九、总结课程设计的收获和体会。

通过本次试验，是我对Multisim软件的使用更加熟练，并可以对设计的电路进行仿真。

通过这些天的使用，使我对Multisim软件仿真功能的强大折服。

由于是初次使用Multisim软件来实现课程设计的要求，对上面的器件不能熟练使用。

对他们的选择不很熟练，对他们的功能不了解，不知该用什么芯片链接才能达到目的。

通过借看图书管里的有关书籍和练习几道例题后，终于有了些头绪。

在同组同学的一起分析和研究下，设计的轮廓也越来越清楚。

在不断仿真的过程中，我们遇到很多问题，在实践的显示上。

对元件的的使用出现错误。

未达到时间的显示功能，后经过同组的同学讨论对元件进行改正，才显示了时间。

但在进位上老是错线错误，后经我们慢慢改正，可以正确显示时间了。

在设计响铃10秒的问题上我们颇费脑筋，设计了好多电路都没有实现这个功能，后经我们查找资料，商量之后才设计出该模块。

在连线时，非常考验人的耐心和仔细；稍一马虎就可能连错一错就很难改正。

需从新联。

在此次的数字钟设计过程中,更进一步地熟悉了芯片的结构及掌握了各芯片的工作原理和其具体的使用方法.在连接六进制,十进制,六十进制的进位及十二进制的接法中,要求熟悉逻辑电路及其芯片各引脚的功能,那么在电路出错时便能准确地找出错误所在并及时纠正了.在设计电路中,往往是先仿真后连接实物图,但有时候仿真和电路连接并不是完全一致的,例如仿真的连接示意图中,往往没有接高电平的16脚或14脚以及接低电平的7脚或8脚,因此在实际的电路连接中往往容易遗漏.

通过这次学习，让我对各种电路都有了大概的了解，所以说，坐而言不如立而行，对于这些电路还是应该自己动手实际操作才会有深刻理解。

通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。

在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。

通过这次试验，深刻的体会到我们学到的东西还是很少很少的。

在真正的设计过程中是非常不够用的。

因此我们不得不查找其他的资料，各种书籍、网上的介绍等等。

在连接电路图的时候，心细耐心都是很重要的，基本上连完后调试不出来就很难再能找出错误了，乱七八糟的线让人眼花缭乱。

所以在最初连接的时候就要很认真。

同时，做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。

2012-1-4