第一篇：多功能數(shù)字鐘課程設(shè)計(jì)報(bào)告（最終版）

電子時(shí)鐘課程設(shè)計(jì)

電子時(shí)鐘課程

設(shè)計(jì)報(bào)告

班級(jí)：文通 0741 姓名：***

學(xué)號(hào)：2007905121**

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電子時(shí)鐘課程設(shè)計(jì) 多功能數(shù)字鐘課程設(shè)計(jì)報(bào)告

一、課程設(shè)計(jì)題目: 多功能數(shù)字鐘

二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/p>

☆ 了解多功能數(shù)字電子鐘的工作原理。☆ 學(xué)習(xí)數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)中自頂向下的設(shè)計(jì)方法?！?加深利用EDA技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)字系統(tǒng)的理解。

三、課程設(shè)計(jì)任務(wù)和基本要求: ☆ 設(shè)計(jì)任務(wù)

采用中規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)一臺(tái)可以顯示時(shí)、分、秒的數(shù)字鐘?！?基本要求

1、能夠正確的連線及下載。

2、能夠完成以秒為最小及時(shí)單位的時(shí)鐘設(shè)計(jì)。

3、設(shè)計(jì)完成后的時(shí)鐘能夠正常調(diào)整時(shí)、分、秒。

三、課程設(shè)計(jì)題目分析: ☆ 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

●設(shè)計(jì)一個(gè)精確的秒脈沖信號(hào)產(chǎn)生電路 ●設(shè)計(jì)60進(jìn)制、24進(jìn)制計(jì)數(shù)器 ●設(shè)計(jì)譯碼顯示電路 ●設(shè)計(jì)整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路 ☆ 工作原理

數(shù)字電子鐘由信號(hào)發(fā)生器、“時(shí)、分、秒”計(jì)數(shù)器、譯碼器及顯示器、校時(shí)電路、整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路等組成。秒信號(hào)產(chǎn)生器是整個(gè)系統(tǒng)的時(shí)基信號(hào)，它直接決定計(jì)時(shí)系統(tǒng)的精度，一般用555構(gòu)成的振蕩器加分頻器來(lái)實(shí)現(xiàn)。將標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖信號(hào)送入“秒計(jì)數(shù)器”，該計(jì)數(shù)器采用60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，每累計(jì)60秒發(fā)出一個(gè)“分脈沖”信號(hào)，該信號(hào)將作為“分計(jì)數(shù)器”的時(shí)鐘脈沖。“分計(jì)數(shù)器”也采用60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，每累計(jì)60分，發(fā)出一個(gè)“時(shí)脈沖”信號(hào)，該信號(hào)將被送到“時(shí)計(jì)數(shù)器”。“時(shí)計(jì)數(shù)器”采用24進(jìn)制計(jì)數(shù)器，可以實(shí)現(xiàn)一天24h的累計(jì)。譯碼顯示電路將“時(shí)、分、秒”計(jì)數(shù)器的輸出狀態(tài)經(jīng)七段顯示譯碼器譯碼，通過(guò)六位LED顯示器顯示出來(lái)。整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路是根據(jù)計(jì)時(shí)系統(tǒng)的輸出狀態(tài)產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)，然后去觸發(fā)音頻發(fā)生器實(shí)現(xiàn)報(bào)時(shí)。校時(shí)電路是來(lái)對(duì)“時(shí)、分、秒”顯示數(shù)字進(jìn)行校對(duì)調(diào)整。其數(shù)字電子鐘系統(tǒng)框圖如下:

四、課程設(shè)計(jì)的電路設(shè)計(jì)部分:

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電子時(shí)鐘課程設(shè)計(jì)

☆

秒、分、時(shí)計(jì)時(shí)器電路設(shè)計(jì)

秒、分計(jì)數(shù)器為60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，小時(shí)計(jì)數(shù)器為24進(jìn)制計(jì)數(shù)器。實(shí)現(xiàn)這兩種模數(shù)的計(jì)數(shù)器采用中規(guī)模集成計(jì)數(shù)器74LS90構(gòu)成。

●

60進(jìn)制計(jì)數(shù)器

由74162構(gòu)成的60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，將一片74162設(shè)計(jì)成10進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，另一片設(shè)置6進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。兩片74LS90按反饋清零法串接而成。秒計(jì)數(shù)器的十位和個(gè)位，輸出脈沖除用作自身清零外，同時(shí)還作為分計(jì)數(shù)器的輸入脈沖CP1。下圖電路即可作為秒計(jì)數(shù)器，也可作為分計(jì)數(shù)器。

進(jìn) 制 計(jì) 數(shù) 器

●

24進(jìn)制計(jì)數(shù)器

由74162構(gòu)成的二十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，將一片74162設(shè)計(jì)成4進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，另一片設(shè)置2進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。既個(gè)位計(jì)數(shù)狀態(tài)為Qd Qc Qb Qa = 0100十位計(jì)數(shù)狀態(tài)為Qd Qc Qb Qa = 0010時(shí)，要求計(jì)數(shù)器歸零。通過(guò)把個(gè)位Qc、十位Qb相與后的信號(hào)送到個(gè)位、十位計(jì)數(shù)器的清零端，使計(jì)數(shù)器清零，從而構(gòu)成24進(jìn)制計(jì)數(shù)器。電路圖如下:

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電子時(shí)鐘課程設(shè)計(jì) 進(jìn) 制 計(jì) 數(shù) 器

☆

譯碼顯示電路

譯碼電路的功能是將秒、分、時(shí)計(jì)數(shù)器的輸出代碼進(jìn)行翻譯，變成相應(yīng)的數(shù)字。用與驅(qū)動(dòng)LED七段數(shù)碼管的譯碼器常用的有7448。7448是BCD-7段譯碼器/驅(qū)動(dòng)器，輸出低電平有效，專(zhuān)用于驅(qū)動(dòng)LED七段共陰極顯示數(shù)碼管。若將秒、分、時(shí)計(jì)數(shù)器的每位輸出分別送到相應(yīng)七段譯嗎管的輸入端，便可以進(jìn)行不同數(shù)字的顯示。在譯碼管輸出與數(shù)碼管之間串聯(lián)電阻R作為限流電阻。

譯碼顯示電路 共

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☆

整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路

仿廣播電臺(tái)整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路設(shè)計(jì),每當(dāng)數(shù)字鐘計(jì)時(shí)快到整點(diǎn)時(shí)發(fā)出響聲,四低一高并且以最后一聲高音結(jié)束的時(shí)刻為整點(diǎn)時(shí)刻。

整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路

☆計(jì)時(shí)功能模塊：

它是由兩個(gè)60進(jìn)制計(jì)數(shù)器和一個(gè)24進(jìn)制計(jì)數(shù)器連接成的。構(gòu)成了時(shí)鐘正常的計(jì)時(shí)功能。當(dāng)?shù)竭_(dá)59秒鐘的時(shí)候，當(dāng)再來(lái)一個(gè)CP脈沖的時(shí)候，將自動(dòng)進(jìn)位，使分針上加一。分針也是一樣。當(dāng)時(shí)針到達(dá)23點(diǎn)59分59秒的時(shí)候，當(dāng)再次來(lái)一個(gè)CP脈沖時(shí)候，又轉(zhuǎn)化為0點(diǎn)0分0秒。

計(jì)時(shí)與整點(diǎn)報(bào)時(shí)模塊 共

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☆數(shù)據(jù)選擇器模塊:

數(shù)據(jù)選擇器

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電子時(shí)鐘課程設(shè)計(jì)

☆總電路圖

五、課程設(shè)計(jì)心得體會(huì): 這次數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)與制作，我做的很辛苦。對(duì)于以前的數(shù)字電子技術(shù)軟件操作淡忘了，所以開(kāi)始的時(shí)候需要對(duì)系統(tǒng)軟件進(jìn)一步熟悉，通過(guò)自己慢慢深入學(xué)習(xí)，讓我對(duì)于操作軟件有了大概的思路。在實(shí)際操作中，了解了設(shè)計(jì)電路的程序，同時(shí)也讓我了解了關(guān)于數(shù)字鐘的原理與設(shè)計(jì)理念?？粗鴱?fù)雜的程序被我設(shè)計(jì)完成，倍感欣慰。當(dāng)設(shè)計(jì)電路完成還要實(shí)際接線。我在做這項(xiàng)工作的時(shí)候，犯了這樣一個(gè)錯(cuò)誤，連線時(shí)找不到相應(yīng)的標(biāo)示符號(hào)，其實(shí)老師已將標(biāo)示的符號(hào)寫(xiě)在黑板上了，我卻在疑惑。這其實(shí)也考驗(yàn)了實(shí)驗(yàn)者的細(xì)心與動(dòng)手能力，遇到自己不懂的除了先發(fā)動(dòng)大腦細(xì)胞想想之外，詢問(wèn)老師同學(xué)的卻也受益匪淺，通過(guò)討論，綜合幾個(gè)人的見(jiàn)解，能發(fā)現(xiàn)更多的知識(shí)。

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電子時(shí)鐘課程設(shè)計(jì)

通過(guò)這次學(xué)習(xí)，讓我的視野從課本之外延伸。多看書(shū)是好的?？墒且雽W(xué)好一門(mén)課光看書(shū)是不行的，還要在課外進(jìn)行多多的實(shí)際操作。對(duì)于以前遺忘的知識(shí)，要抽時(shí)間復(fù)習(xí)，這樣才會(huì)有更深刻的體會(huì)。

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第二篇：多功能數(shù)字鐘課程設(shè)計(jì)報(bào)告

課題名稱 姓名 學(xué)號(hào) 院、系、部 專(zhuān)業(yè) 指導(dǎo)教師

電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)

2016年6月12日

一、設(shè)計(jì)任務(wù)及要求：

用中小規(guī)模集成芯片設(shè)計(jì)并制作多功能數(shù)字鐘，具體要求如下：

1、準(zhǔn)確及時(shí)，以數(shù)字形式顯示時(shí)（00～23）、分（00～59）、秒（00～59）的時(shí)間。

2、具有校時(shí)功能。指導(dǎo)教師簽名：

2016

二、指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)：

指導(dǎo)教師簽名：

2016

三、成績(jī)

指導(dǎo)教師簽名：

2016年6月年6月年6月日

日

日

多功能數(shù)字鐘課程設(shè)計(jì)報(bào)告 設(shè)計(jì)目的

一、設(shè)計(jì)原理與技術(shù)方法：

包括：電路工作原理分析與原理圖、元器件選擇與參數(shù)計(jì)算、電路調(diào)試方法與結(jié)果說(shuō)明； 軟件設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)與流程圖、軟件源程序代碼、軟件調(diào)試方法與運(yùn)行結(jié)果說(shuō)明。

1、電路工作原理分析與原理圖

數(shù)字鐘實(shí)際上是一個(gè)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)頻率（1Hz）進(jìn)行計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)電路。由于標(biāo)準(zhǔn)的1Hz 時(shí)間信號(hào)必須做到準(zhǔn)確穩(wěn)定，所以通常使用輸出頻率穩(wěn)定的石英晶體振蕩器電路構(gòu)成數(shù)字鐘的振源。又由于計(jì)數(shù)的起始時(shí)間不可能與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間（如北京時(shí)間）一致，故需要在電路上加一個(gè)校時(shí)電路。因此一個(gè)具有計(jì)時(shí)、校時(shí)、報(bào)時(shí)、顯示等基本功能的數(shù)字鐘主要由振蕩器、分頻器、計(jì)數(shù)器、譯碼器、顯示器、校時(shí)電路、報(bào)時(shí)電路等七部分組成。石英晶體振蕩器產(chǎn)生的信號(hào)經(jīng)過(guò)分頻器得到秒脈沖后，秒脈沖送入計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)結(jié)果通過(guò)“時(shí)”、“分”、“秒”譯碼器譯碼，并通過(guò)顯示器顯示時(shí)間。由以上分析可得到原理框圖如下圖

圖1 實(shí)驗(yàn)原理框圖

2、元器件選擇與參數(shù)計(jì)算

（1）晶體振蕩電路：產(chǎn)生秒脈沖既可以采用555脈沖發(fā)生電路也可以采用晶振脈沖發(fā)生電路。若由集成電路定時(shí)器555與RC組成的多諧振蕩器作為時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源，可使555與RC組成多諧振蕩器，產(chǎn)生頻率 f=1kHz的方波信號(hào)，再通過(guò)分頻則可得到秒脈沖信號(hào)。晶體振蕩器電路則可以給數(shù)字鐘提供一個(gè)頻率穩(wěn)定準(zhǔn)確的32768Hz的方波信號(hào)，可保證數(shù)字鐘的走時(shí)準(zhǔn)確及穩(wěn)定。相比二者的穩(wěn)定性，晶振電路比555電路能夠產(chǎn)生更加穩(wěn)定的脈沖，數(shù)字電路中的時(shí)鐘是由振蕩器產(chǎn)生的，振蕩器是數(shù)字鐘的核心。振蕩器的穩(wěn)定度及頻率的精度決定了數(shù)字鐘計(jì)時(shí)的準(zhǔn)確程度，所以最后決定采用晶振脈沖發(fā)生電路。石英晶體振蕩器的特點(diǎn)是振蕩頻率準(zhǔn)確、電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、頻率易調(diào)整，它是電子鐘的核心，用它產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào)，再由分頻器分成秒時(shí)間脈沖。

所以秒脈沖晶體振蕩選用32768Hz的晶振，該元件專(zhuān)為數(shù)字鐘電路而設(shè)計(jì)，其頻率較低，有利于減少分頻器級(jí)數(shù)。從有關(guān)手冊(cè)中，可查得C1、C2均為20pF。當(dāng)要求頻率準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度更高時(shí)，還可接入校正電容并采取溫度補(bǔ)償措施。由于CMOS電路的輸入阻抗極高，因此反饋電阻R1可選為20MΩ。

（2）分頻器電路：分頻器電路將32768Hz的高頻方波信號(hào)經(jīng)32768（152）次分頻后得到1Hz的方波信號(hào)供秒計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)。分頻器實(shí)際上也就是計(jì)數(shù)器。該電路可通過(guò)CD4060與雙D觸發(fā)器74LS74共同實(shí)現(xiàn)。

（3）時(shí)間計(jì)數(shù)器電路：時(shí)間計(jì)數(shù)電路由秒個(gè)位和秒十位計(jì)數(shù)器、分個(gè)位和分十位計(jì)數(shù)器及時(shí)個(gè)位和時(shí)十位計(jì)數(shù)器電路構(gòu)成，其中秒個(gè)位和秒十位計(jì)數(shù)器、分個(gè)位和分十位計(jì)數(shù)器為60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，而根據(jù)設(shè)計(jì)要求，時(shí)個(gè)位和時(shí)十位計(jì)數(shù)器為24進(jìn)制計(jì)數(shù)器。計(jì)數(shù)器可以使用十進(jìn)制的74LS160。

（4）譯碼驅(qū)動(dòng)電路：譯碼驅(qū)動(dòng)電路將計(jì)數(shù)器輸出的8421BCD碼轉(zhuǎn)換為數(shù)碼管需要的邏輯狀態(tài)，并且為保證數(shù)碼管正常工作提供足夠的工作電流。譯碼器可以使用CD4511。

（5）校時(shí)電路：可以通過(guò)基本的門(mén)器件、電阻與開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)。由設(shè)計(jì)的電路圖可選擇與非門(mén)74LS00。（6）整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路：一般時(shí)鐘都應(yīng)具備整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路功能,即在時(shí)間出現(xiàn)整點(diǎn)前數(shù)秒內(nèi),數(shù)字鐘會(huì)自動(dòng)報(bào)時(shí),以示提醒.其作用方式是發(fā)出連續(xù)的或有節(jié)奏的音頻聲波。

3、電路調(diào)試方法與結(jié)果說(shuō)明（1）電路調(diào)試方法 ①數(shù)碼管的調(diào)試：可以用萬(wàn)用表的負(fù)極接數(shù)碼管的3或8腳，正極依次接數(shù)碼管剩余的管腳所接電阻的另一端，并將萬(wàn)用表調(diào)至測(cè)發(fā)光二極管檔位，從而測(cè)試數(shù)碼管的顯示是否正確。②“時(shí)”“分”“秒”電路的調(diào)試：將“時(shí)”“分”“秒”電路連接完成后，可以用函數(shù)信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的1Hz方波信號(hào)分別作為“時(shí)”、“分”、“秒”的個(gè)位74LS160的計(jì)數(shù)脈沖，從而測(cè)試“時(shí)”是否為24進(jìn)制，“分”和“秒”是否為60進(jìn)制。③校時(shí)電路的調(diào)試：先將電路外接用函數(shù)信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的2Hz方波信號(hào)，再分別通過(guò)校時(shí)、校分電路開(kāi)關(guān)的斷開(kāi)、閉合以及開(kāi)關(guān)閉合后電路的工作情況判斷電路的校時(shí)、校分功能是否正確。

④秒脈沖產(chǎn)生電路的調(diào)試：將電路產(chǎn)生的秒時(shí)間脈沖接入示波器，觀察并計(jì)算電路是否產(chǎn)生1Hz方波信號(hào)。（2）結(jié)果說(shuō)明

①數(shù)碼管的調(diào)試：當(dāng)正極依次接1、2、4、5、7、9、10管腳時(shí)，數(shù)碼管依次是G、F、A、B、C、D、E亮。②“時(shí)”“分”“秒”電路的調(diào)試：“時(shí)”為24進(jìn)制（從“00”到“23”），“分”和“秒”都為60進(jìn)制（從“00”到“59”）。

③校時(shí)電路的調(diào)試：開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)電路處于正常工作狀態(tài)，開(kāi)關(guān)閉合時(shí)電路處于校時(shí)、校分狀態(tài)。

④秒脈沖產(chǎn)生電路的調(diào)試：電路產(chǎn)生1Hz方波信號(hào)。

4、軟件設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)與流程圖（1）秒脈沖產(chǎn)生電路

晶體振蕩器是構(gòu)成數(shù)字式時(shí)鐘的核心，它保證了時(shí)鐘的走時(shí)準(zhǔn)確及穩(wěn)定。由于晶體具有較高的頻率穩(wěn)定性及準(zhǔn)確性，從而保證了輸出頻率的穩(wěn)定和準(zhǔn)確。晶體XTAL的頻率選為32768HZ。該元件專(zhuān)為數(shù)字鐘電路而設(shè)計(jì)，其頻率較低，有利于減少分頻器級(jí)數(shù)。從有關(guān)手冊(cè)中，可查得C1、C2均為20pF。當(dāng)要求頻率準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度更高時(shí)，還可接入校正電容并采取溫度補(bǔ)償措施。由于CMOS電路的輸入阻抗極高，因此反饋電阻R1可選為22MΩ。較高的反饋電阻有利于提高振蕩頻率的穩(wěn)定性。通常，數(shù)字鐘的晶體振蕩器輸出頻率較高，為了得到1Hz的秒信號(hào)輸入，需要對(duì)振蕩器的輸出信號(hào)進(jìn)行分頻。通常實(shí)現(xiàn)分頻器的電路是計(jì)數(shù)器電路，一般采用多級(jí)２進(jìn)制計(jì)數(shù)器來(lái)實(shí)現(xiàn)。

本實(shí)驗(yàn)中采用CD4060來(lái)構(gòu)成分頻電路。管腳圖見(jiàn)圖2。CD4060在數(shù)字集成電路中可實(shí)現(xiàn)的分頻次數(shù)最高，而且CD4060還包含振蕩電路所需的非門(mén)，使用更為方便。CD4060計(jì)數(shù)為14級(jí)2進(jìn)制計(jì)數(shù)器，可以將32768Hz的信號(hào)分頻為2Hz，再經(jīng)過(guò)74LS74即可獲得1Hz的方波信號(hào)。原理電路圖如圖3所示，圖4為仿真電路圖。

圖2 D4060管腳圖

圖3 CD4060秒脈沖振蕩發(fā)生器

圖 4 產(chǎn)生1Hz時(shí)間脈沖的電路圖

（2）時(shí)間計(jì)數(shù)器電路 ①“秒”“分”電路

根據(jù)題目要求，“秒”和“分”都是60進(jìn)制的，而且是從“00”到“59”，可以使用十進(jìn)制的74LS160來(lái)實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能。首先將兩片74LS160通過(guò)串行進(jìn)位方式接成百進(jìn)制計(jì)數(shù)器，即分別將“秒”和“分”個(gè)位的進(jìn)位輸出信號(hào)經(jīng)非門(mén)作為“秒”和“分”十位的計(jì)數(shù)輸入脈沖。當(dāng)計(jì)數(shù)器從全0狀態(tài)開(kāi)始計(jì)數(shù)，計(jì)入59個(gè)脈沖時(shí)，經(jīng)與非門(mén)譯碼產(chǎn)生低電平信號(hào)立刻將兩片74LS160同時(shí)置零，于是便得到了60進(jìn)制的計(jì)數(shù)器。74160的邏輯功能示意圖、引腳圖及功能表如下所示。

圖5 a)74160邏輯功能示意圖

b)74160引腳圖

圖6 74160邏輯功能表 ②“時(shí)”電路 根據(jù)題目要求，“時(shí)”是24進(jìn)制的，而且是從“00”到“23”，可以使用十進(jìn)制的74LS160來(lái)實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能。首先將兩片74LS160通過(guò)串行進(jìn)位方式接成百進(jìn)制計(jì)數(shù)器，當(dāng)計(jì)數(shù)器從全0狀態(tài)開(kāi)始計(jì)數(shù)，計(jì)入23個(gè)脈沖時(shí)，經(jīng)與非門(mén)譯碼產(chǎn)生低電平信號(hào)立刻將兩片74LS160同時(shí)置零，于是便得到了24進(jìn)制的計(jì)數(shù)器。（3）譯碼驅(qū)動(dòng)電路

計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)了對(duì)時(shí)間的累計(jì)以8421BCD碼形式輸出，選用顯示譯碼電路將計(jì)數(shù)器的輸出數(shù)碼轉(zhuǎn)換為數(shù)碼顯示器件所需要的輸出邏輯和一定的電流，選用CD4511作為顯示譯碼電路，選用LED數(shù)碼管作為顯示單元電路。由于CD4511是輸出高電平有效，所以選用七段共陰極LED數(shù)碼管。若將“秒”、“分”、“時(shí)”計(jì)數(shù)器的每位輸出分別接到相應(yīng)七段譯碼器的輸入端，便可進(jìn)行不同數(shù)字的顯示。“秒”用數(shù)碼管顯示如圖7所示。

圖7 “秒”的譯碼及驅(qū)動(dòng)顯示電路圖（4）校時(shí)電路

數(shù)字種啟動(dòng)后,每當(dāng)數(shù)字鐘顯示與實(shí)際時(shí)間不符合,需要根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間進(jìn)行校時(shí)。通常，校正時(shí)間的方法是：首先截?cái)嗾５挠?jì)數(shù)通路，然后再進(jìn)行人工觸發(fā)計(jì)數(shù)或?qū)㈩l率較高的方波信號(hào)加到需要校正的計(jì)數(shù)單元的輸入端，校正好后，再轉(zhuǎn)入正常計(jì)時(shí)狀態(tài)即可。?！懊搿睍r(shí)，采用等待校時(shí)。校“分”、“時(shí)”的原理比較簡(jiǎn)單，采用加速校時(shí)。對(duì)校時(shí)電路的要求是 : 1．在小時(shí)校正時(shí)不影響分和秒的正常計(jì)數(shù)。2．在分校正時(shí)不影響秒和小時(shí)的正常計(jì)數(shù)。當(dāng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，因?yàn)樾Ｕ盘?hào)和0相與的輸出為0，而開(kāi)關(guān)的另一端接高電平，正常輸入信號(hào)可以順利通過(guò)與或門(mén)，故校時(shí)電路處于正常計(jì)時(shí)狀態(tài)；當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，情況正好與上述相反，這時(shí)校時(shí)電路處于校時(shí)狀態(tài)。與非門(mén)可選74LS00，非門(mén)則可用與非門(mén)2個(gè)輸入端并接來(lái)代替從而節(jié)省芯片。校時(shí)電路圖見(jiàn)圖8。

校時(shí)電路圖（5）整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路

一般時(shí)鐘都應(yīng)具備整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路功能，即在時(shí)間出現(xiàn)整點(diǎn)前數(shù)秒內(nèi)，數(shù)字鐘會(huì)自動(dòng)報(bào)時(shí)，以示提醒。其作用方式是發(fā)出連續(xù)的或有節(jié)奏的音頻聲波。當(dāng)時(shí)間在59分50秒到59分59秒期間時(shí)，分十位、分個(gè)位和秒十位均保持不變，分別為5、9和5，因此可將分計(jì)數(shù)器十位的QC和QＡ、個(gè)位的QＤ和QＡ及秒計(jì)數(shù)器十位的QＣ 和QＡ相與。電路在整點(diǎn)前6秒鐘內(nèi)開(kāi)始整點(diǎn)報(bào)時(shí)，即當(dāng)時(shí)間在59分54秒到59分59秒期間時(shí)，報(bào)時(shí)電路產(chǎn)生報(bào)時(shí)控制信號(hào)，控制小喇叭產(chǎn)生低音；當(dāng)時(shí)間為00分00秒時(shí)，報(bào)時(shí)電路產(chǎn)生報(bào)時(shí)控制信號(hào)，控制小喇叭產(chǎn)生高音。

5、軟件調(diào)試方法與運(yùn)行結(jié)果說(shuō)明（1）軟件調(diào)試方法

由于仿真時(shí)晶振不能正常工作，所以通過(guò)外接1KHz方波信號(hào)來(lái)調(diào)試電路。“時(shí)”“分”“秒”電路的調(diào)試：“時(shí)”為24進(jìn)制（從“00”到“23”），“分”和“秒”都為60進(jìn)制（從“00”到“59”）。校時(shí)電路的調(diào)試：可以通過(guò)校時(shí)、校分電路的開(kāi)關(guān)來(lái)校對(duì)時(shí)間，并判斷電路的“時(shí)”“分”“秒”的進(jìn)制是否正確。開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)電路處于正常工作狀態(tài)，開(kāi)關(guān)閉合時(shí)電路處于校時(shí)、校分狀態(tài)。（2）運(yùn)行結(jié)果說(shuō)明

數(shù)碼管的各部分可以正確顯示，電路的“時(shí)”為24進(jìn)制（從“00”到“23”），“分”和“秒”都為60進(jìn)制（從“00”到“59”）。開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)電路處于正常工作狀態(tài)，開(kāi)關(guān)閉合時(shí)電路處于校時(shí)、校分狀態(tài)，通過(guò)控制開(kāi)關(guān)及輸入信號(hào)可以達(dá)到校時(shí)功能。

三、設(shè)計(jì)體會(huì)與建議 1.設(shè)計(jì)體會(huì)

我覺(jué)得此次的數(shù)字鐘設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，電路原理相對(duì)來(lái)比較簡(jiǎn)單，但電路圖比較復(fù)雜，所用芯片比較多，相應(yīng)的連線也多，這就給焊接電路增加了較大的難度。不過(guò)通過(guò)此次實(shí)驗(yàn)，使我更進(jìn)一步地熟悉了芯片的結(jié)構(gòu)，掌握了實(shí)驗(yàn)中所用各芯片的工作原理和其具體的使用方法，同時(shí)還接觸到了一些新認(rèn)識(shí)的芯片，增長(zhǎng)了見(jiàn)識(shí)。這次課程設(shè)計(jì)是一次難得的鍛煉機(jī)會(huì)，讓我們能夠充分運(yùn)用所學(xué)過(guò)的理論知識(shí)和自己動(dòng)手實(shí)際操作的能力，另外還讓我們學(xué)習(xí)查找資料的方法，以及自己設(shè)計(jì)電路、焊接電路、分析解決電路存在的問(wèn)題的能力。這對(duì)于我來(lái)說(shuō)是很好的提高，填補(bǔ)了平日理論學(xué)習(xí)后實(shí)踐方面的空白。參考文獻(xiàn)

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[2] 楊素行.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)簡(jiǎn)明教程[M].北京：高等教育出版社，2005年 [3]康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社，1999年 [4]彭華林等編.數(shù)字電子技術(shù)[M].長(zhǎng)沙：湖南大學(xué)出版社，2004年 [5]金唯香等編.電子測(cè)試技術(shù)[M].長(zhǎng)沙：湖南大學(xué)出版社，2004年

第三篇：多功能數(shù)字鐘課程設(shè)計(jì)

多功能數(shù)字鐘

朱安煙

（安陽(yáng)師范學(xué)院 物電學(xué)院, 河南 安陽(yáng) 455002）

摘要：時(shí)鐘相比具有更高的準(zhǔn)確性和直觀性

因此得到了更加廣泛的使用。數(shù)字鐘從原理上講是一種典型的數(shù)字電路，其中

本設(shè)計(jì)采用六位LED

24小時(shí)計(jì)時(shí)方式根據(jù)數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示原理來(lái)進(jìn)行顯示。用晶振產(chǎn)生振蕩脈加以分頻得到所需的鐘表秒脈沖,利用純數(shù)字電路，實(shí)現(xiàn)數(shù)字電子時(shí)鐘功能,時(shí)間重置功能。此次數(shù)字鐘的理圖設(shè)計(jì)，PCB圖的制作主要是基于altium designer軟件，利用proteus7.7軟件進(jìn)行仿真，最終本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)24小時(shí)的時(shí)鐘計(jì)時(shí)、時(shí)間重置功能。

關(guān)鍵詞：LED數(shù)碼管

時(shí)序電路

邏輯電路

時(shí)鐘

校時(shí)引言

僅向。方案論證：

2.1方案一

由于是數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)，可以用單片機(jī)AT89C51來(lái)實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)功能，相對(duì)于純數(shù)字電路來(lái)講它具有功耗低、體積小、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。但在大二下半學(xué)期初期，對(duì)單片機(jī)方面的內(nèi)容知識(shí)還不夠完善，加上用單片機(jī)為核心來(lái)做數(shù)字鐘還需做編程，對(duì)自身來(lái)說(shuō)又是一難點(diǎn)。不過(guò)此法可以待以后，學(xué)習(xí)知識(shí)完善后再考慮。

2.2 方案二

繼而考慮到用原先學(xué)過(guò)的純數(shù)字電路來(lái)做，以74Ls160來(lái)做為計(jì)數(shù)的芯片，用六片分別實(shí)現(xiàn) 數(shù)字鐘的小時(shí)、分、秒、的計(jì)數(shù)，并用晶振加以分頻產(chǎn)生數(shù)字鐘所需的秒脈沖。

從以上兩種方案，很容易看出，采用方案二，用此法做即可以復(fù)習(xí)回顧早期學(xué)習(xí)的數(shù)電模電知識(shí)，又避免了單片機(jī)知識(shí)不足的問(wèn)題，故用此法。結(jié)果與討論

3.1.1數(shù)字鐘主要計(jì)數(shù)芯片為74ls160其引腳圖如下：

這種同步可預(yù)置十進(jìn)計(jì)數(shù)器是由四個(gè)D型觸發(fā)器和若干個(gè)門(mén)電路構(gòu)成，內(nèi)部有超前進(jìn)位，具有計(jì)數(shù)、置數(shù)、禁止、直接（異步）清零等功能。對(duì)所有觸發(fā)器同時(shí)加上時(shí)鐘，使得當(dāng)計(jì)數(shù)使能輸入和內(nèi)部門(mén)發(fā)出指令時(shí)輸出變化彼此協(xié)調(diào)一致而實(shí)現(xiàn)同步工作。這種工作方式消除了非同步（脈沖時(shí)鐘）計(jì)數(shù)器中常有的輸出計(jì)數(shù)尖峰。緩沖時(shí)鐘輸入將在時(shí)鐘輸入上升沿觸發(fā)四個(gè)觸發(fā)器。這種計(jì)數(shù)器是可全編程的，即輸出可預(yù)置到任何電平。當(dāng)預(yù)置是同步時(shí)，在置數(shù)輸入上將建立一低電平，禁止計(jì)數(shù)，并在下一個(gè)時(shí)鐘之后不管使能輸入是何電平，輸出都與建立數(shù)據(jù)一致。清除是異步的（直接清零），不管時(shí)鐘輸入、置數(shù)輸入、使能輸入為何電平，清除輸入端的低電平把所有四個(gè)觸發(fā)器的輸出直接置為低電平。超前進(jìn)位電路無(wú)須另加門(mén)，即可級(jí)聯(lián)出n位同步應(yīng)用的計(jì)數(shù)器。它是借助于兩個(gè)計(jì)數(shù)使能輸入和一個(gè)動(dòng)態(tài)進(jìn)位輸出來(lái)實(shí)現(xiàn)的。兩個(gè)計(jì)數(shù)使能輸入（ENP和ENT）計(jì)數(shù)時(shí)必須是高電平，且輸入ENT必須正反饋，以便使能動(dòng)態(tài)進(jìn)位輸出。因而被使能的動(dòng)態(tài)進(jìn)位輸出將產(chǎn)生一個(gè)高電平輸出脈沖，其寬度近似等于QA輸出高電平。此高電平溢出進(jìn)位脈沖可用來(lái)使能其后的各個(gè)串聯(lián)級(jí)。使能ENP和ENT輸入的跳變不受時(shí)鐘輸入的影響。電路有全獨(dú)立的時(shí)鐘電路。改變工作模式的控制輸入（使能ENP、ENT或清零）縱使發(fā)生變化，直到時(shí)鐘發(fā)生為止，都沒(méi)有什么影響。計(jì)數(shù)器的功能（不管使能、不使能、置數(shù)或計(jì)數(shù)）完全由穩(wěn)態(tài)建立時(shí)間和保持時(shí)間所要求的條件來(lái)決定。

管腳說(shuō)明： CLR:清零復(fù)位端

當(dāng)輸入為低電平時(shí)有效

CLK：時(shí)鐘信號(hào)接收端

A~D:讀入

QA~QD:輸出

ENT、ENP置一時(shí)芯片正常工作

LOAD:置數(shù)端

RCO：信號(hào)輸出端

GND：接地

Vcc：接高

工作方式：

3.1.2 7段LED數(shù)碼管

3.1.3 32.768KHZ晶振

32.768KHZ是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的頻率，晶振頻率的應(yīng)用主要有以下幾個(gè)方面的參數(shù)：尺寸、負(fù)載電容、頻率偏差、應(yīng)用范圍。按尺寸外形來(lái)分主要分為插件和貼片的；插件的主要有2*

6、3*

8、49s 等，貼片的就有很多種了，跟據(jù)各公司的設(shè)計(jì)可的型號(hào)有很多，例如：日本KDS晶振就有49SMD、DST310S、SM—14J、DST520、DST410S等。

3.1.4 CD4060分頻器

CD4060由一振蕩器和14級(jí)二進(jìn)制串行計(jì)數(shù)器位組成，振蕩器的結(jié)構(gòu)可以是RC或晶振電路，CR為高電平時(shí)，計(jì)數(shù)器清零且振蕩器使用無(wú)效。所有的計(jì)數(shù)器位均為主從觸發(fā)器。在CP1(和CP0)的下降沿計(jì)數(shù)器以二進(jìn)制進(jìn)行計(jì)數(shù)。在時(shí)鐘脈沖線上使用斯密特觸發(fā)器對(duì)時(shí)鐘上升和下降時(shí)間無(wú)限制 引腳功能：

/CP1：時(shí)鐘輸入端

/CP0：時(shí)鐘輸出端

/CP0：反相時(shí)鐘輸出端

Q4~Q10，Q12~Q14：計(jì)數(shù)器輸出端

/Q14：第14級(jí)計(jì)數(shù)器反相輸出端

VDD：電源正

VSS：電源負(fù)

CR：清零端 3.1.5 74ls48

功能介紹：

74LS48除了有實(shí)現(xiàn)7段顯示譯碼器基本功能的輸入（DCBA）和輸出（Ya～Yg）端外，7448還引入了燈測(cè)試輸入端（LT）和動(dòng)態(tài)滅零輸入端（RBI），以及既有輸入功能又有輸出功能的消隱輸入/動(dòng)態(tài)滅零輸出（BI/RBO）端。

由7448真值表可獲知7448所具有的邏輯功能：

（1）7段譯碼功能（LT=1，RBI=1）

在燈測(cè)試輸入端（LT）和動(dòng)態(tài)滅零輸入端（RBI）都接無(wú)效電平時(shí)，輸入DCBA經(jīng)7448譯碼，輸出高電平有效的7段字符顯示器的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，顯示相應(yīng)字符。除DCBA = 0000外，RBI也可以接低電平，見(jiàn)表1中1～16行。

（2）消隱功能（BI=0）

此時(shí)BI/RBO端作為輸入端，該端輸入低電平信號(hào)時(shí)，表1倒數(shù)第3行，無(wú)論LT 和RBI輸入什么電平信號(hào)，不管輸入DCBA為什么狀態(tài)，輸出全為“0”，7段顯示器熄滅。該功能主要用于多顯示器的動(dòng)態(tài)顯示。

（3）燈測(cè)試功能（LT = 0）

此時(shí)BI/RBO端作為輸出端，端輸入低電平信號(hào)時(shí)，表1最后一行，與 及DCBA輸入無(wú)關(guān)，輸出全為“1”，顯示器7個(gè)字段都點(diǎn)亮。該功能用于7段顯示器測(cè)試，判別是否有損壞的字段。

（4）動(dòng)態(tài)滅零功能（LT=1，RBI=1）

此時(shí)BI/RBO端也作為輸出端，LT 端輸入高電平信號(hào)，RBI 端輸入低電平信號(hào)，若此時(shí)DCBA = 0000，表1倒數(shù)第2行，輸出全為“0”，顯示器熄滅，不顯示這個(gè)零。DCBA≠0，則對(duì)顯示無(wú)影響。該功能主要用于多個(gè)7段顯示器同時(shí)顯示時(shí)熄滅高位的零。

3.2 原理設(shè)計(jì)

整體電路設(shè)計(jì)方案：

3.2.1 振蕩電路設(shè)計(jì)

振蕩電路由振蕩器產(chǎn)生的脈沖，振蕩器是數(shù)字鐘的核心。振蕩器的穩(wěn)定度及頻率的精度決定了數(shù)字鐘的精確程度，次處有555定時(shí)器和晶振兩種產(chǎn)生秒脈沖的方法：555振蕩器做振蕩源一般用于精確度要求不高的場(chǎng)合，由門(mén)電路組成的多諧振蕩器的振蕩周期不僅與時(shí)間常數(shù)RC有關(guān)，而且還取決于門(mén)電路的閾值電壓VTH，由于VTH容易受到溫度、電源電壓及干擾的影響，因此頻率穩(wěn)定性較差，只能用于對(duì)頻率穩(wěn)定性要求不高的場(chǎng)合?？紤]到振蕩頻率的精確度與穩(wěn)定性固采用晶振做為振蕩源來(lái)實(shí)現(xiàn)振蕩電路，得時(shí)鐘脈沖更穩(wěn)定，時(shí)間走的更準(zhǔn)37.268KHz晶振 通過(guò)cd4060分頻器進(jìn)行十四分頻得到0.5s的脈沖信號(hào)，再進(jìn)行一個(gè)SN74LS74進(jìn)行二分頻得到所需的秒脈沖信號(hào)：

3.2.2 校時(shí)電路設(shè)計(jì)

根據(jù)電路設(shè)計(jì)所知需要在分處和小時(shí)處需要校時(shí)，分別在分和時(shí)個(gè)位向十位進(jìn)位處各加一開(kāi)關(guān)，另一端接地并且在與地之間接100pf電容為防止按鍵抖動(dòng)。

電路設(shè)計(jì)如下：

當(dāng)開(kāi)關(guān)處于自然位置時(shí)分十位clk端所接為高電平，當(dāng)開(kāi)關(guān)按下時(shí)則引入一低電平實(shí)其clk端有一個(gè)下降沿脈沖接入，使其產(chǎn)生了校時(shí)功能。

3.2.3顯示電路設(shè)計(jì)

顯示電路是用74ls48驅(qū)動(dòng)七段共陰數(shù)碼管來(lái)作為時(shí)鐘顯示器。

電路設(shè)計(jì)如下：

3.2.4 計(jì)時(shí)電路設(shè)計(jì)

數(shù)字鐘的秒和分位都是從0到60循環(huán)計(jì)數(shù)的，所以可以用用異步清零法設(shè)計(jì)60進(jìn)制計(jì)數(shù)器作為秒和分的計(jì)數(shù)器。用異步置數(shù)法設(shè)計(jì)小時(shí)所用的24進(jìn)制計(jì)數(shù)器。秒、分位設(shè)計(jì)電路如下：

3.3 程序調(diào)試過(guò)程

在板子焊接好以后通上5V電源發(fā)現(xiàn)六Led燈只有三個(gè)能完整亮出來(lái)，其余的都不亮或是亮的不全，而且秒位不走，校時(shí)按鍵不管用。問(wèn)題很多。

開(kāi)始調(diào)試：

1、首先調(diào)試的是秒位為何不走，先測(cè)晶振石否起振，測(cè)量后發(fā)現(xiàn)晶振正常起振，然后從74ls160的clk端用示波器測(cè)試一下沒(méi)有脈沖信號(hào)輸入，則找74ls74的輸出口也無(wú)脈沖，以次往前推，最后測(cè)量出從74ls74輸入端有正確的脈沖輸入，輸出端卻無(wú)脈沖輸出。觀察后沒(méi)有連接錯(cuò)誤，故用萬(wàn)用表測(cè)vcc.end端都有正確的電平接入，再測(cè)量?jī)牲c(diǎn)間是否有漏焊現(xiàn)象，最后測(cè)出一處漏焊點(diǎn)使D端與Q端沒(méi)有接通。重新焊接后秒位正常計(jì)時(shí)。

2、秒位正常計(jì)時(shí)，但向秒的十位進(jìn)位時(shí)總是顯示從8到19，查閱資料可知，在第一個(gè)160芯片到第二個(gè)160芯片中缺一個(gè)非門(mén)，充當(dāng)延時(shí)作用，使個(gè)位計(jì)數(shù)到9再來(lái)一個(gè)脈沖下計(jì)數(shù)時(shí)再向前進(jìn)位。加上非門(mén)進(jìn)位正常了。

3、秒位向分位進(jìn)位正常，但校時(shí)按鍵不能用，且分位向十分位不能進(jìn)位，通過(guò)觀察焊接對(duì)比原理圖與pcb圖后發(fā)現(xiàn)，開(kāi)關(guān)接地的一端弄反了，應(yīng)是開(kāi)關(guān)與接電容端相側(cè)對(duì)著的端接地。這個(gè)錯(cuò)誤導(dǎo)致開(kāi)關(guān)不能用，亦使分的十位端的74ls160芯片clk段一直接了地，故不能使其正常進(jìn)位。修改過(guò)后則可以正常進(jìn)位，且兩開(kāi)關(guān)都能用了。

4、顯示小時(shí)位的第一個(gè)數(shù)碼管一直不亮，通過(guò)測(cè)量發(fā)現(xiàn)led數(shù)碼管沒(méi)有燒壞，能正常工作，通過(guò)對(duì)比PCB圖觀察沒(méi)有焊接錯(cuò)誤，用萬(wàn)用表測(cè)量則發(fā)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)次led的74ls48管沒(méi)有正常接地，連接跳線處有一虛焊，重新焊接后恢復(fù)正常。

5、但分向小時(shí)不能進(jìn)位，由示波器觀察發(fā)現(xiàn)74ls160芯片clk端無(wú)脈沖輸入，但十分位有脈沖輸出，且導(dǎo)線也導(dǎo)通了，就觀察原理圖發(fā)現(xiàn)原理圖一處錯(cuò)誤，分向時(shí)進(jìn)位時(shí)是分滿60向前進(jìn)一個(gè)脈沖，故分的TC端不用再接到時(shí)的CLK端了。找到錯(cuò)誤后用鑷子將板上的銅線劃段，則正常進(jìn)位了。

6、小時(shí)進(jìn)位正常但顯示的不是24進(jìn)制，顯示的是44進(jìn)制，則推測(cè)可能是跳線連接錯(cuò)誤，將顯示小時(shí)的十位 74ls160芯片接B端連接成接C端了，故使其顯示44進(jìn)制，通過(guò)觀察、對(duì)比pcb圖，最后發(fā)現(xiàn)果然如此。修改過(guò)后小時(shí)為正常24進(jìn)制了。

7、最后一個(gè)數(shù)碼管有三段老是不亮，觀察連接沒(méi)有錯(cuò)誤，測(cè)量焊接也正常，最后用萬(wàn)用表測(cè)量發(fā)現(xiàn)芯片沒(méi)有問(wèn)題，那三段不亮的數(shù)碼管燒了。

8、調(diào)試好后在后來(lái)的觀察中發(fā)現(xiàn)從秒向分進(jìn)位時(shí)有時(shí)一下進(jìn)兩位，自己找不出來(lái)原因。問(wèn)過(guò)老師后，老師說(shuō)是由于防抖電容所致。嘗試著將電容先劃斷試了一下就沒(méi)有那種情況了。但此時(shí)校時(shí)開(kāi)關(guān)由于抖動(dòng)緣故，按一下有時(shí)跳3、4個(gè)位，校時(shí)不穩(wěn)定了。結(jié)論

此數(shù)字鐘相對(duì)于機(jī)械鐘來(lái)說(shuō)有低功耗，高精度，數(shù)字化顯示和不易損壞等特點(diǎn)。符合人們?nèi)粘＜揖蛹稗k公對(duì)鐘表的要求，可以作為家居、辦公等用表。

參考文獻(xiàn)

[1] 佘新平數(shù)學(xué)電子技術(shù)基礎(chǔ) 華中科技大學(xué)出版社 2009年

[2] 許樹(shù)玲 丁電寬 王晉 電子技術(shù)及實(shí)驗(yàn) 內(nèi)蒙古大學(xué)出版社2005年

[3] 佘新平數(shù)字電路設(shè)計(jì)·仿真·測(cè)試 華中大學(xué)出版社 2010年

附圖: 電路原理圖:

第四篇：EDA課程設(shè)計(jì)——多功能數(shù)字鐘

哈爾濱工業(yè)大學(xué)(威海)電子學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告

帶有整點(diǎn)報(bào)時(shí)的數(shù)字鐘設(shè)計(jì)與制作

姓名: 蔣棟棟 班級(jí): 0802503 學(xué)號(hào): 080250331 指導(dǎo)教師:

井巖

目錄

一、課程設(shè)計(jì)的性質(zhì)、目的和任務(wù)????????????3

二、課程設(shè)計(jì)基本要求?????????????????3

三、設(shè)計(jì)課題要求???????????????????3

四、課程設(shè)計(jì)所需要儀器????????????????4

五、設(shè)計(jì)步驟?????????????????????4

1、整體設(shè)計(jì)框圖???????????????????4

2、各個(gè)模塊的設(shè)計(jì)與仿真???????????????4

2.1分頻模塊???????????????????????4

2.2計(jì)數(shù)器模塊??????????????????????6

2.3控制模塊??????????????????????10

2.4數(shù)碼管分配?????????????????????13

2.5顯示模塊??????????????????????14

2.6報(bào)時(shí)模塊??????????????????????16

六、調(diào)試中遇到的問(wèn)題及解決的方法???????????18

七、心得體會(huì)?????????????????????18

一、課程設(shè)計(jì)的性質(zhì)、目的和任務(wù)

創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力二者之中，實(shí)踐能力是基礎(chǔ)和根本。這是由于創(chuàng)新基于實(shí)踐、源于實(shí)踐，實(shí)踐出真知，實(shí)踐檢驗(yàn)真理。實(shí)踐活動(dòng)是創(chuàng)新的源泉，也是人才成長(zhǎng)的必由之路。

通過(guò)課程設(shè)計(jì)的鍛煉，要求學(xué)生掌握電路的一般設(shè)計(jì)方法，具備初步的獨(dú)立設(shè)計(jì)能力，提高綜合運(yùn)用所學(xué)的理論知識(shí)獨(dú)立分析和解決問(wèn)題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神。

二、課程設(shè)計(jì)基本要求

掌握現(xiàn)代大規(guī)模集成數(shù)字邏輯電路的應(yīng)用設(shè)計(jì)方法，進(jìn)一步掌握電子儀器的正確使用方法，以及掌握利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化(EDA)的基本方法。

三、設(shè)計(jì)課題要求

（1）構(gòu)造一個(gè)24小時(shí)制的數(shù)字鐘。要求能顯示時(shí)、分、秒。（2）要求時(shí)、分、秒能各自獨(dú)立的進(jìn)行調(diào)整。

（3）能利用喇叭作整點(diǎn)報(bào)時(shí)。從59分50秒時(shí)開(kāi)始報(bào)時(shí)，每隔一秒報(bào)時(shí)一秒，到達(dá)00分00秒時(shí)，整點(diǎn)報(bào)時(shí)。整點(diǎn)報(bào)時(shí)聲的頻率應(yīng)與其它的報(bào)時(shí)聲頻有明顯區(qū)別。

#設(shè)計(jì)提示（僅供參考）：（1）對(duì)頻率輸入的考慮

數(shù)字鐘內(nèi)所需的時(shí)鐘頻率有：基準(zhǔn)時(shí)鐘應(yīng)為周期一秒的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。報(bào)時(shí)頻率可選用1KHz和2KHz左右(兩種頻率相差八度音，即頻率相差一倍)。另外，為防止按鍵反跳、抖動(dòng)，微動(dòng)開(kāi)關(guān)輸入應(yīng)采用寄存器輸入形式，其時(shí)鐘應(yīng)為幾十赫茲。

（2）計(jì)時(shí)部分計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)的考慮 分、秒計(jì)數(shù)器均為模60計(jì)數(shù)器。

小時(shí)計(jì)數(shù)為模24計(jì)數(shù)器，同理可建一個(gè)24進(jìn)制計(jì)數(shù)器的模塊。（3）校時(shí)設(shè)計(jì)的考慮

數(shù)字鐘校準(zhǔn)有3個(gè)控制鍵：時(shí)校準(zhǔn)、分校準(zhǔn)和秒校準(zhǔn)。

微動(dòng)開(kāi)關(guān)不工作，計(jì)數(shù)器正常工作。按下微動(dòng)開(kāi)關(guān)后，計(jì)數(shù)器以8Hz頻率連續(xù)計(jì)數(shù)(若只按一下，則計(jì)數(shù)器增加一位)，可調(diào)用元件庫(kù)中的邏輯門(mén)建一個(gè)控制按鍵的模塊，即建立開(kāi)關(guān)去抖動(dòng)電路(見(jiàn)書(shū)70頁(yè))。

（4）報(bào)時(shí)設(shè)計(jì)的考慮

可以將高頻時(shí)鐘分頻得到約2KHz和1KHz的音頻，作為數(shù)字鐘的報(bào)時(shí)頻率。當(dāng)電子鐘顯示XX：59：50時(shí)，數(shù)字鐘開(kāi)始報(bào)時(shí)“DO“，持續(xù)一秒，而且每隔一秒報(bào)一下，直至顯示XX：00：00時(shí)報(bào)“DI”，持續(xù)一秒后停止。最后輸出至喇叭。應(yīng)調(diào)用元件庫(kù)中的邏輯門(mén)建一個(gè)控制報(bào)時(shí)的模塊。

（5）建一個(gè)七段譯碼的模塊

因在系統(tǒng)可編程器件實(shí)驗(yàn)箱上的數(shù)碼管沒(méi)有經(jīng)過(guò)譯碼，故要用AHDL語(yǔ)言寫(xiě)一個(gè)七段譯碼的模塊，且應(yīng)考慮數(shù)碼管為共陽(yáng)極。數(shù)碼管上的點(diǎn)(D2、D4、D6)應(yīng)置Vcc。

四、課程設(shè)計(jì)所需要儀器

1、計(jì)算機(jī)一臺(tái)

2、quartusⅡ軟件

3、FPGA開(kāi)發(fā)板

五、設(shè)計(jì)步驟

1、模塊介紹

（1）分頻模塊：產(chǎn)生1Hz、1KHz、2KHz頻率（2）計(jì)數(shù)器模塊：生成60進(jìn)制、24進(jìn)制計(jì)數(shù)器（3）控制模塊：按鍵控制、按鍵消抖

（4）顯示模塊：7段數(shù)碼管顯示器，分別顯示小時(shí)、分鐘、秒（5）報(bào)時(shí)模塊：進(jìn)行整點(diǎn)報(bào)時(shí)

2、各個(gè)模塊的設(shè)計(jì)與仿真

2.1分頻模塊

CLK晶振頻率50MHZ，分成2KHZ,1KHZ,1HZ的信號(hào)?；鶞?zhǔn)1HZ信號(hào)作為時(shí)鐘計(jì)時(shí)的秒計(jì)數(shù)時(shí)鐘信號(hào)；分頻的1KHZ,2KHZ信號(hào)用于報(bào)時(shí)電路的不同聲訊。

程序代碼：

library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;entity fre is port(clk ,sel: in std_logic;clk1hz,clk1khz,clk2khz:out std_logic);end fre;architecture beh of fre is signal data1khz,data2khz,data1hz : std_logic := '0';begin clk1hz <= data1hz;clk1khz <= data1khz;clk2khz <= data2khz;clk1khz_pro : process(clk)--產(chǎn)生1khz信號(hào) variable cnt : integer range 0 to 24999;begin if clk'event and clk='1' then if cnt = 24999 then cnt := 0;data1khz <= not data1khz;else cnt := cnt + 1;end if;end if;end process clk1khz_pro;clk2khz_pro : process(clk)--variable cnt : integer range 0 to 12499;begin if clk'event and clk='1' then if cnt = 12499 then cnt := 0;data2khz <= not data2khz;else cnt := cnt + 1;end if;end if;end process clk2khz_pro;clk1hz_pro : process(data1khz)--variable cnt : integer range 0 to 499;begin if data1khz'event and data1khz='1' then if sel='0' then cnt:=0;else if cnt = 499 then cnt := 0;data1hz <= not data1hz;else cnt := cnt + 1;end if;end if;end if;end process clk1hz_pro;end beh;

輸入模塊電路圖：

產(chǎn)生2khz信號(hào) 產(chǎn)生1hz 信號(hào) 5 freclkclk1hzclk2khzinst selclk1khz2.2計(jì)數(shù)器模塊

由秒計(jì)數(shù)器，分計(jì)數(shù)器，時(shí)計(jì)數(shù)器組成了最基本的數(shù)字鐘計(jì)時(shí)電路，兩個(gè)六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器與二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器組合構(gòu)成。

程序代碼：

library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;use IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;

entity shuzizhong is port(clk_change : in std_logic;s_en,m_en,h_en:in std_logic;sel:in std_logic;secout,minout,hourout :out std_logic;sl,sh,ml,mh,hl,hh:out std_logic_vector(3 downto 0);a:out std_logic_vector(15downto 0));end shuzizhong;architecture behav of shuzizhong is

signal low_rega,high_rega,low_regb,high_regb,low_regc,high_regc :std_logic_vector(3 downto 0):=“0000”;signal sout,mout,hout :std_logic :='0';begin--秒的60進(jìn)制進(jìn)制 counter_sec_l : process(clk_change,s_en)begin

sl<=low_rega;sh<=high_rega;ml<=low_regb;mh<=high_regb;hl<=low_regc;hh<=high_regc;6 if clk_change'event and clk_change='1' then if s_en='1' then if low_rega=“1001” then low_rega <= “0000”;else low_rega <= low_rega+'1';end if;end if;end if;end process counter_sec_l;counter_sec_h : process(clk_change,s_en,low_rega)begin if clk_change'event and clk_change='1' then if s_en='1' then if low_rega=“1001” then if high_rega =“0101”then high_rega <= “0000”;else high_rega <= high_rega+'1';end if;end if;end if;end if;end process counter_sec_h;sout <= '1' when low_rega=“1001” and high_rega=“0101” else '0';

----分鐘的60進(jìn)制設(shè)置 counter_min_l : process(clk_change,m_en)begin if clk_change'event and clk_change='1' then if m_en='1' then if sout='1'or sel='0' then if low_regb=“1001” then low_regb <= “0000”;else low_regb <= low_regb+'1';end if;end if;end if;end if;end process counter_min_l;counter_min_h : process(clk_change,m_en,low_regb)begin if clk_change'event and clk_change='1' then 7 if sout='1'or sel='0' then if m_en='1' then if low_regb=“1001” then

if high_regb =“0101”then

high_regb <= “0000”;else high_regb <= high_regb+'1';end if;end if;end if;end if;end if;end process counter_min_h;mout <= '1' when low_regb=“1001” and high_regb=“0101”and sout='1' else '0';--小時(shí)的24進(jìn)制設(shè)置 counter_hour_l : process(clk_change,h_en)begin if clk_change'event and clk_change='1' then if h_en='1' then if mout='1'or sel='0' then if low_regc=“1001”or hout='1' then low_regc <= “0000”;else low_regc <= low_regc+'1';end if;end if;end if;end if;end process counter_hour_l;counter_hour_h : process(clk_change,h_en,hout)begin if clk_change'event and clk_change='1' then if mout='1'or sel='0' then if h_en='1' then if hout='1' then high_regc<=“0000”;else if low_regc=“1001” then high_regc <= high_regc+'1';end if;end if;end if;8 end if;end if;end process counter_hour_h;hout <= '1' when low_regc=“0011” and high_regc=“0010” else '0';secout<=sout;minout<=mout;hourout<=hout;a<=high_regb&low_regb&high_rega&low_rega;end behav;

輸入模塊電路圖：

shuzizhongclk_changes_enm_enh_enselsecoutminouthouroutsl[3..0]sh[3..0]ml[3..0]mh[3..0]hl[3..0]hh[3..0]a[15..0]inst

2.3控制模塊

分五個(gè)狀態(tài)0狀態(tài)正常計(jì)時(shí)，按下按鍵進(jìn)入下一狀態(tài)開(kāi)始調(diào)時(shí)模式1，按下按鍵進(jìn)入調(diào)秒模式2，按下按鍵進(jìn)入調(diào)分模式3，按下按鍵進(jìn)入調(diào)小時(shí)模式4.按下按鍵恢復(fù)正常計(jì)時(shí)模式。

程序代碼：

library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity key_press is port(set ,mode: in std_logic;clk1khz,clk1hz: in std_logic;secout,minout: in std_logic;clk_change,clk2hz_en:out std_logic;sel,s_ce,m_ce,h_ce:out std_logic;s_en,m_en,h_en:out std_logic);end key_press;architecture beh of key_press is 9 signal key1,key2:std_logic;signal sce_reg, mce_reg ,hce_reg:std_logic;signal ssl,ssen,mmen,hhen:std_logic;signal con : integer range 0 to 4 :=0;--按鍵按下（延時(shí)）begin

key_press2 : process(set,clk1khz)variable cnt :integer range 0 to 999;begin if set='0' then if clk1khz'event and clk1khz='1'then if cnt=50 and set='0' then cnt :=cnt+1;key2 <= '1';else cnt:=cnt+1;key2 <= '0';end if;end if;else cnt:=0;key2<='0';end if;end process key_press2;key_press1 : process(mode,clk1khz)variable cnt :integer range 0 to 999;begin if mode='0' then if clk1khz'event and clk1khz='1'then if cnt=50 and mode='0' then cnt :=cnt+1;key1 <= '1';else cnt:=cnt+1;key1 <= '0';end if;end if;else cnt:=0;key1<='0';end if;end process key_press1;count : process(key1,key2)begin if key1'event and key1='1' then if con=4 then con<=0;else con<=con+1;end if;end if;10 end process count;con_pro : process(con)begin case con is when 0 => ssl<='1';sce_reg <= '0';ssen <='1';mce_reg <= '0';mmen <='1';hce_reg <= '0';hhen <='1';clk2hz_en <='0';when 1 => ssl<='0';sce_reg <= '0';ssen <='1';mce_reg <= '0';mmen <='1';hce_reg <= '0';hhen <='1';clk2hz_en <='1';when 2 => ssl<='0';sce_reg <= '1';ssen <='1';mce_reg <= '0';mmen <='0';hce_reg <= '0';hhen <='0';clk2hz_en <='1';when 3 => ssl<='0';sce_reg <= '0';ssen <='0';mce_reg <= '1';mmen <='1';hce_reg <= '0';hhen <='0';clk2hz_en <='1';when 4 => ssl<='0';sce_reg <= '0';ssen <='0';mce_reg <= '0';mmen <='0';hce_reg <= '1';hhen <='1';clk2hz_en <='1';when others => ssl<='0';sce_reg <= '0';ssen <='1';mce_reg <= '0';mmen <='1';hce_reg <= '0';hhen <='1';clk2hz_en <='0';end case;end process con_pro;sel_pro : process(ssl)begin case ssl is when '0'=> s_ce<=sce_reg;m_ce<=mce_reg;h_ce<=hce_reg;clk_change<=key2;when '1'=> s_ce<=ssen;11 m_ce<=mmen;h_ce<=hhen;clk_change<=clk1hz;when others=> s_ce<=ssen;m_ce<=secout;h_ce<=minout;clk_change<=clk1hz;end case;end process sel_pro;sel<=ssl;s_en<=ssen;m_en<=mmen;h_en<=hhen;end beh;

輸入模塊電路圖： key_presssetclk_changemodeclk2hz_enclk1khzselclk1hzs_cesecoutm_ceminouth_ces_enm_enh_eninst

2.4數(shù)碼管分配

程序代碼：

library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;entity display is port(datain : in std_logic_vector(3 downto 0);dataout : out std_logic_vector(7 downto 0));end display;architecture duan of display is begin process(datain)begin case datain is 12 when “0000” => dataout <=“11000000”;--dp,g,f,e,d,c,b,a when “0001” => dataout <=“11111001”;when “0010” => dataout <=“10100100”;when “0011” => dataout <=“10110000”;when “0100” => dataout <=“10011001”;when “0101” => dataout <=“10010010”;when “0110” => dataout <=“10000010”;when “0111” => dataout <=“11111000”;when “1000” => dataout <=“10000000”;when “1001” => dataout <=“10010000”;when “1010” => dataout <=“10111111”;when “1011” => dataout <=“10000011”;when “1100” => dataout <=“10100111”;when “1101” => dataout <=“10100001”;when “1110” => dataout <=“10000110”;when “1111” => dataout <=“10001110”;when others => null;end case;end process;end;

輸入模塊電路圖：

displaydatain[3..0]dataout[7..0]inst

2.5顯示模塊

使用七段數(shù)碼管顯示小時(shí)、分鐘與秒

程序代碼：

library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;entity scan is port(clk1khz : in std_logic;sl,sh,ml,mh,hl,hh : in std_logic_vector(3 downto 0);clk2hz_en : in std_logic;s_ce,m_ce,h_ce : in std_logic;en_out : out std_logic_vector(7 downto 0);13 dataout : out std_logic_vector(3 downto 0));end scan;architecture beh of scan is signal cnt : integer range 0 to 7;signal en : std_logic_vector(7 downto 0);signal clk2hz : std_logic;signal h_ce_reg,m_ce_reg,s_ce_reg : std_logic;begin h_ce_reg <= not h_ce;m_ce_reg <= not m_ce;s_ce_reg <= not s_ce;cnt_pro : process(clk1khz)begin if clk1khz'event and clk1khz='1' then if cnt = 7 then cnt <= 0;else cnt <= cnt + 1;end if;end if;end process cnt_pro;clk2hz_pro :process(clk1khz)variable c : integer range 0 to 499 := 0;begin if clk1khz'event and clk1khz='1' then if clk2hz_en ='1' then if c =499 then c := 0;clk2hz <= not clk2hz;else c := c + 1;end if;else clk2hz <= '0';end if;end if;end process clk2hz_pro;scan_pro : process(cnt,sl,sh,ml,mh,hl,hh)begin case cnt is when 0 => dataout <= sl;en <= “11111110”;when 1 => dataout <= sh;en <= “11111101”;when 2 => dataout <= ml;en <= “11110111”;when 3 => dataout <= mh;en <= “11101111”;when 4 => dataout <= hl;en <= “10111111”;14 when 5 => dataout <= hh;en <= “01111111”;when 6 => dataout <= “1010”;en <= “11111011”;when 7 => dataout <= “1010”;en <= “11011111”;when others => null;end case;end process scan_pro;

en_out <= en or((clk2hz & clk2hz)or(h_ce_reg & h_ce_reg))& clk2hz &((clk2hz & clk2hz)or(m_ce_reg & m_ce_reg))& clk2hz &((clk2hz & clk2hz)or(s_ce_reg & s_ce_reg));end beh;

輸入模塊電路圖：

scanclk1khzen_out[7..0]sl[3..0]dataout[3..0]sh[3..0]ml[3..0]mh[3..0]hl[3..0]hh[3..0]clk2hz_ens_cem_ceh_ceinst

2.6報(bào)時(shí)模塊

利用蜂鳴器進(jìn)行整點(diǎn)報(bào)時(shí)

程序代碼：

library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;use IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;--整點(diǎn)報(bào)時(shí) entity baoshi is port(clk1khz,clk2khz : in std_logic;a:in std_logic_vector(15 downto 0);sel:in std_logic;bell:out std_logic);end baoshi;architecture zhong of baoshi is signal c1,ring:std_logic;begin ring_bell :process(clk1khz,clk2khz)15 begin case a is when “***0” => c1<=clk1khz;when “***0” => c1<=clk1khz;when “***0” => c1<=clk1khz;when “***0” => c1<=clk1khz;when “***0” => c1<=clk1khz;when “***0” => c1<=clk2khz;when “***0” => c1<=clk2khz;when others => c1<='0';end case;end process ring_bell;

bs: process(c1)begin if sel='1' then if c1='1' then ring<='0';else ring<='1';end if;end if;end process bs;bell<=ring;

end zhong;

輸入模塊電路圖：

baoshiclk1khzbellclk2khza[15..0]selinst

整體模塊電路圖

displayshuzizhongs_enm_enh_enselclk_changes_enm_enh_enselsecoutminouthouroutsl[3..0]sh[3..0]ml[3..0]mh[3..0]hl[3..0]hh[3..0]setmodefreclkINPUTVCCINPUTVCCdata[3..0]datain[3..0]secoutminoutinst1scanclk1khzclk1khzsl[3..0]sh[3..0]ml[3..0]mh[3..0]hl[3..0]a[15..0]dataout[7..0]OUTPUTdataout[7..0]en_out[7..0]dataout[3..0]OUTPUTen_out[7..0]data[3..0]key_presssetclk1khzmodeclk1khzclk1hzsecoutminoutclk_changeclk2hz_ensels_cem_ceh_ces_enm_enh_eninst6s_enm_enh_enselinst7a[15..0]INPUTVCChh[3..0]clk2hz_ens_cem_ceh_ceinst4baoshiclk1khzclk2khza[15..0]selclk1khzbellclk2khza[15..0]sel++selclkclk1hzselclk1khzclk2khzinst2clk1khzclk2khzsecoutminoutOUTPUTbellinst

六、調(diào)試中遇到的問(wèn)題及解決的方法：

1、編程時(shí)，經(jīng)常導(dǎo)致語(yǔ)法錯(cuò)誤，如：“；”沒(méi)有寫(xiě)上，變量類(lèi)型沒(méi)有預(yù)先標(biāo)明，前后變量名字由于缺少一個(gè)或多一個(gè)字母而導(dǎo)致出錯(cuò)。解決辦法：對(duì)照錯(cuò)誤，認(rèn)真檢查程序，看哪個(gè)地方的標(biāo)點(diǎn)，變量沒(méi)有寫(xiě)上或標(biāo)明。

2、進(jìn)行編譯或波形仿真時(shí)，經(jīng)常得到的不是預(yù)想中的結(jié)果。

解決辦法：將需要編譯或進(jìn)行仿真的實(shí)體文件置頂，經(jīng)檢錯(cuò)無(wú)誤后，進(jìn)行波形仿真，在仿真之前需要合理設(shè)置仿真結(jié)束時(shí)間和信號(hào)周期。

3、在控制時(shí)間的顯示的時(shí)候，由于變量太多多發(fā)現(xiàn)不能完全的控制住變量，導(dǎo)致顯示的時(shí)候出現(xiàn)了亂碼，數(shù)碼管顯示不正常 解決辦法：減少變量，仔細(xì)推敲，合理命名。

七、心得體會(huì)

一個(gè)多星期的課程設(shè)計(jì)讓我受益匪淺，也讓我真正明白理論與實(shí)踐相結(jié)合的重要性。通過(guò)具體實(shí)踐才能讓自己清楚哪些知識(shí)已經(jīng)掌握，哪些知識(shí)仍需鞏固加強(qiáng)。與此同時(shí)，我也對(duì)EDA以及VHDL語(yǔ)言有了進(jìn)一步了解，對(duì)于其結(jié)構(gòu)、語(yǔ)法、功能等認(rèn)識(shí)不少。當(dāng)然，我目前所做的還僅僅只是一些基本操作，要想真正將其融會(huì)貫通還需要今后更多的學(xué)習(xí)與實(shí)踐。雖然只是一個(gè)小設(shè)計(jì)，我卻也從中學(xué)到了不少設(shè)計(jì)流程和一些相關(guān)問(wèn)題。設(shè)計(jì)是一個(gè)十分嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪^(guò)程，容不得隨意和馬虎。要想快速而高效地完成一項(xiàng)設(shè)計(jì)，必須先有一個(gè)清晰明了的設(shè)計(jì)思路，設(shè)想好一個(gè)整體框架，然后在此基礎(chǔ)上，逐漸將各個(gè)部分功能進(jìn)行完善。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，也曾遇到不少困難，但正所謂堅(jiān)持就是勝利，要想取得成功，必須要有努力付出，這樣所取得的結(jié)果才更有意義。

第五篇：數(shù)電課程設(shè)計(jì) 多功能數(shù)字鐘

數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 課題名稱：多功能數(shù)字鐘

學(xué)院：國(guó)際教育學(xué)院 專(zhuān)業(yè)：電子信息工程 班級(jí)： 學(xué)號(hào)： 姓名： 老師:葛遠(yuǎn)香

時(shí)間：2016年6月28日

目 錄

一內(nèi)容摘要??????????????????? 1 二主要器件??????????????????? 1 三 設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求???????????????? 1 四總設(shè)計(jì)原理?????????????????? 1 4-1數(shù)字鐘電路系統(tǒng)的組成框圖??????????? 1 4-2主體電路的設(shè)計(jì)????????????????2 4-2-1 振蕩器?????????????????2 4-2-2 分頻器?????????????????3 4-2-3 時(shí)分秒計(jì)數(shù)器?????????????? 3 4-2-4 譯碼顯示電路?????????????? 4

五 芯片工作原理????????????????? 4 六總電路設(shè)計(jì)圖????????????????? 6 七 設(shè)計(jì)結(jié)果??????????????????? 7 八心得體會(huì)??????????????????? 7 九附錄????????????????????? 8

多功能數(shù)字鐘

一 內(nèi)容摘要: 數(shù)字鐘是一種用數(shù)字電路技術(shù)實(shí)現(xiàn)時(shí)、分、秒計(jì)時(shí)的裝置，與機(jī)械式時(shí)鐘相比具有更高的準(zhǔn)確性和直觀性，且無(wú)機(jī)械裝置，具有更更長(zhǎng)的使用壽命，因此得到了廣泛的使用。

數(shù)字鐘從原理上講是一種典型的數(shù)字電路，其中包括了組合邏輯電路和時(shí)序電路。它可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字電子時(shí)鐘功能這一項(xiàng)基本功能。

二主要器件：

NE555 74LS90 74LS92 74LS191 74LS74 74LS00 CD4511 5011AS 1片 5片 2片 1片 1片 4片 4片

4個(gè)(共陰LED數(shù)碼管）

電阻2.2kΩ×1，5.1kΩ×1，47kΩ×1 電容 0.1μF×1，0.01μF×1

三設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求：

基本功能

以數(shù)字形式顯示時(shí)、分、秒的時(shí)間，為節(jié)省器件，其中秒的個(gè)位用發(fā)光二極管指示，小時(shí)的十位亦用發(fā)光二極管指示，燈亮為“1”，燈滅為“0”。小時(shí)計(jì)數(shù)器的計(jì)時(shí)要求為“12翻1”。要求手動(dòng)快速校時(shí)、校分或慢校時(shí)、慢校分。

四 總設(shè)計(jì)原理：

1.數(shù)字鐘電路系統(tǒng)的組成框圖

如圖S1-1所示，數(shù)字鐘電路系統(tǒng)由主體電路和擴(kuò)展電路兩大部分所組成。其中主體電路完成數(shù)字鐘的基本功能，擴(kuò)展電路完成數(shù)字鐘的擴(kuò)展電路。

時(shí)顯示器主體電路分顯示器分譯碼器分計(jì)數(shù)器校時(shí)電路秒顯示器秒譯碼器秒計(jì)數(shù)器定時(shí)控制仿電臺(tái)報(bào)時(shí)報(bào)整點(diǎn)時(shí)數(shù)擴(kuò)展電路時(shí)譯碼器時(shí)計(jì)數(shù)器觸摸整點(diǎn)報(bào)時(shí)1S振 蕩 器分 頻 器

圖S1-1 多功能數(shù)字鐘系統(tǒng)組成框圖

2.主體電路的設(shè)計(jì)

主體電路是由功能部件或單元電路組成的。在設(shè)計(jì)這些電路或選擇部件時(shí)，盡量選擇同類(lèi)型的器件，如所有功能部件都采用TTL集成電路或都采用CMOS集成電路。整個(gè)系統(tǒng)所用的器件種類(lèi)應(yīng)盡可能少。下面介紹各功能部件或電路的設(shè)計(jì)。

（1）振蕩器

振蕩器是數(shù)字鐘的核心，振蕩器的穩(wěn)定度和頻率的精準(zhǔn)度決定了數(shù)字鐘計(jì)時(shí)的準(zhǔn)確程度，所以通常選用石英晶體來(lái)構(gòu)成振蕩器電路。一般來(lái)說(shuō)，振蕩器的頻率越高，計(jì)時(shí)的精度就越高，但耗電量將增大。如果精度要求不高可以采用由集成邏輯門(mén)與RC組成的時(shí)鐘源振蕩器或集成電路定時(shí)器555與RC組成的多諧振蕩器。這里選用555構(gòu)成的多諧振蕩器，設(shè)振蕩器頻率f0=10^3Hz，電路參數(shù)如圖S1-2所示，其中10KΩ電位器RP可微調(diào)振蕩器的輸出頻率f0。

555多諧振蕩器的工作波形如圖S1-3所示：

圖S1-3 555多諧振蕩器波形圖

圖S1-2 555振蕩器

（2）分頻器

分頻器的主要功能是：產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖信號(hào)。選用中規(guī)模集成電路計(jì)數(shù)器74LS90可以完成上述功能。如圖S1-4所示，將3片74LS90進(jìn)行級(jí)聯(lián)，因每片為1/10分頻器，3片級(jí)聯(lián)正好獲得1Hz的標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖信號(hào)。由74LS90的功能表可得，當(dāng)它接成BCD十進(jìn)制計(jì)時(shí)器時(shí)，QA的輸出是輸入脈沖CP的2分頻，所以第1片74LS90的QA輸出脈沖的頻率為500Hz。

圖S1-4 振蕩器與分頻器電路

（3）時(shí)分秒計(jì)數(shù)器

分和秒計(jì)數(shù)器都是模M=60的計(jì)數(shù)器，采用中規(guī)模集成電路十進(jìn)制計(jì)數(shù)器至少需要2片，因?yàn)?0

圖S1-5 分和秒六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器

時(shí)計(jì)數(shù)器是一個(gè)“12翻1”的特殊進(jìn)制計(jì)數(shù)器，即當(dāng)數(shù)字鐘的計(jì)數(shù)器運(yùn)行到12時(shí)59分59秒時(shí)，秒的個(gè)位計(jì)數(shù)器再輸入一個(gè)秒脈沖時(shí)，數(shù)字鐘應(yīng)自動(dòng)顯示01時(shí)00分00秒，實(shí)現(xiàn)日常生活中習(xí)慣用的計(jì)時(shí)規(guī)律。由此可見(jiàn)，時(shí)計(jì)數(shù)器的個(gè)位有0～9十個(gè)狀態(tài)，圖S1-6 “12翻1”的時(shí)計(jì)數(shù)器

十位只有0和1兩種狀態(tài)，因此，十位位可以采用僅有兩個(gè)狀態(tài)的集成觸發(fā)器，如雙D觸發(fā)器74LS74（只用其中一個(gè)D觸發(fā)器）。時(shí)的個(gè)位雖然只有0～9十個(gè)狀態(tài)，但其重復(fù)周期需要輸入13個(gè)時(shí)鐘脈沖，因而需要采用功能較靈活的4位2進(jìn)制計(jì)數(shù)器，這里選用74LS191。再將74LS74與74LS191通過(guò)控制門(mén)和反饋控制線進(jìn)行級(jí)聯(lián)，組成“12翻1”的小時(shí)計(jì)數(shù)器。如圖S1-6所示。

(4）譯碼顯示電路

譯碼顯示電路的作用是將時(shí)分秒計(jì)數(shù)器輸出的4位二進(jìn)制代碼翻譯并顯示出相應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)的狀態(tài)，通常譯碼器與顯示器是配套使用的，如果選擇共陰發(fā)光二極管數(shù)碼顯示器5011AS，則譯碼驅(qū)動(dòng)器應(yīng)選配CD4511。如圖S1-7所示。

圖S1-7 譯碼顯示電路

五 芯片工作原理：

1.1 74LS191為可預(yù)置的四位二進(jìn)制加/減法計(jì)數(shù)器，其管腳圖如圖所示：

RCO 進(jìn)位/借位輸出端 MAX/MIN 進(jìn)位/借位輸出端 CTEN 計(jì)數(shù)控制端 QA-QD計(jì)數(shù)輸出端 U/D計(jì)數(shù)控制端

CLK時(shí)鐘輸入端

LOAD異步并行置入端（低電平有效）。1.2 74LS191功能表：

2.1 74LS90功能：十進(jìn)制計(jì)數(shù)器（÷2 和÷5）

原理說(shuō)明：本電路是由4個(gè)主從觸發(fā)器和用作除2計(jì)數(shù)器及計(jì)數(shù)周期長(zhǎng)度為除5的3位2進(jìn)制計(jì)數(shù)器所用的附加選通所組成。有選通的零復(fù)位和置9輸入。為了利用本計(jì)數(shù)器的最大計(jì)數(shù)長(zhǎng)度（十進(jìn)制），可將B輸入同QA輸出連接，輸入計(jì)數(shù)脈沖可加到輸入A上，此時(shí)輸出就如相應(yīng)的功能表上所要求的那樣。74LS90可以獲得對(duì)稱的十分頻計(jì)數(shù)，辦法是將QD輸出接到A輸入端，并把輸入計(jì)數(shù)脈沖加到B輸入端，在QA輸出端處產(chǎn)生對(duì)稱的十分頻方波。2.2 74LS90功能表：

3.1 74LS92是十二分頻計(jì)數(shù)集成電路：

本電路是由4個(gè)主從觸發(fā)器和用作除2計(jì)數(shù)器周期長(zhǎng)度為6的3位2進(jìn)制計(jì)數(shù)器所用的附加選通所組成。也有選通的零復(fù)位輸入。為了利用本計(jì)數(shù)器的最大計(jì)數(shù)長(zhǎng)度（十二進(jìn)制），可將B輸入同QA輸出連接，輸入計(jì)數(shù)脈沖可加到輸入A上，此時(shí)輸出就如相應(yīng)的功能表上所要求的那樣。3.2 74LS92功能表：

4.1 CD4511七段碼譯碼器：

CD4511是一個(gè)用于驅(qū)動(dòng)共陰極LED（數(shù)碼管）顯示器的BCD碼—七段碼譯碼器，特點(diǎn)：具有BCD轉(zhuǎn)換、消隱和鎖存控制、七段譯碼及驅(qū)動(dòng)功能的CMOS電路能提供較大的拉電流。可直接驅(qū)動(dòng)LED顯示器。4.2 CD4511功能表：

5.1 74LS74邊沿觸發(fā)器數(shù)字電路: SD和RD接至基本RS觸發(fā)器的輸入端，它們分別是預(yù)置和清零端，低電平有效。當(dāng)SD=0且RD=1時(shí),不論輸入端D為何種狀態(tài)，都會(huì)使Q=1，Q=0，即觸發(fā)器置1；當(dāng)SD=1且RD=0時(shí)，觸發(fā)器的狀態(tài)為0,SD和RD通常又稱為直接置1和置0端。我們?cè)O(shè)它們均已加入了高電平，不影響電路的工作。5.2 74LS74功能表：

六 總設(shè)計(jì)電路圖：

六 實(shí)驗(yàn)六 心得數(shù)字鐘電路實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)字顯示的廣泛用于個(gè)站,碼頭辦場(chǎng)所,成為活中不可少由于數(shù)字集展和石英晶廣泛應(yīng)用,的精度,運(yùn)鐘表,鐘表人們生產(chǎn)生大的方便，擴(kuò)展了鐘表功能。以數(shù)的。

結(jié)果： 體會(huì)：

是采用數(shù)字時(shí)、分、秒計(jì)時(shí)裝置,人家庭,車(chē)公室等公共人們?nèi)粘Ｉ谋匦杵?成電路的發(fā)體振蕩器的使得數(shù)字鐘運(yùn)超過(guò)老式的數(shù)字化給活帶來(lái)了極而且大大地原先的報(bào)時(shí)字化為基礎(chǔ)因此，這次課程設(shè)計(jì)制作數(shù)字鐘，對(duì)我們來(lái)說(shuō)有著很現(xiàn)實(shí)的意義。通過(guò)這次對(duì)數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)與制作，讓我了解了設(shè)計(jì)電路的程序，數(shù)字鐘的原理與設(shè)計(jì)理念，也讓我對(duì)各種應(yīng)用電路有了更深刻的了解，同時(shí)也看到了自己存在很多不足之處。在不斷的選擇和調(diào)試過(guò)程中，我對(duì)元器件，設(shè)備儀器有了更實(shí)際性的了解體會(huì)，自己搞不懂的地方，首先在書(shū)本上找原理自己琢磨，如果還是找不出問(wèn)題所在，就和同學(xué)一起討論研究，最終找出了問(wèn)題所在。通過(guò)對(duì)電路的改進(jìn)，使得自己的設(shè)計(jì)更好。在與同學(xué)共同討論的同時(shí)，不但解決了自己的實(shí)際問(wèn)題，也鍛煉的相互協(xié)作的能力，并且切實(shí)體會(huì)到了合作的樂(lè)趣。

經(jīng)過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，將理論與實(shí)際相結(jié)合，把抽象的理論原理運(yùn)用到實(shí)際的設(shè)計(jì)過(guò)程中，讓我對(duì)理論有了更切實(shí)際的理解。不但學(xué)會(huì)了運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力，也提高了自己實(shí)際動(dòng)手能力和解決困難的應(yīng)變力。更重要的時(shí)通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)讓我學(xué)會(huì)了很多書(shū)本上學(xué)不到的東西，如何將所學(xué)知識(shí)付諸實(shí)踐，體會(huì)到了相互協(xié)作解決問(wèn)題在社會(huì)實(shí)踐中的重要性。

附錄

74LS90引腳圖 74LS92引腳圖

555引腳圖

CD4511引腳圖

74LS74引腳圖

74LS191引腳圖

74LS00

引腳圖

5011AS 共陰二極管