多功能数字时钟

课程设计报告

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目录

一
、设计任务和要求 (1)

二

、设计的方案的选择与论证 (2)

(1) 总体电路分析 (2)

(2) 仿真分析 (2)

(3) 仿真说明 (3)

三、电路设计计算与分析 (4)

(1)小时计时电路 (4)

(2)分钟计时电路 (5)

(3)秒钟计时电路 (7)

(4)校时选择电路 (8)

(5)整点译码电路 (9)

(6)定时比较电路 (11)

(7)脉冲产生电路 (12)

四、总结及心得 (13)

五
、附录 (15)

(1)元器件明细表 (15)

(2)附图 (17)

六
、参考文献 (18)

一、设计任务和要求

实现24小时的时钟显示、校准、整点报时、闹铃等功能
。

具体要求:

(1)显示功能:具有“时”

、“分”
、“秒”的数字显示(“时”从0~23,分0~59,秒0~59)。

(2)校时功能:当刚接通电源或数字时钟有偏差时,可以通过手动的方式去校时
。

(3)整点报时:当时钟计时到整点时,能进行整点报时。

(4)闹铃功能:在24小时之内,可以设定定时时间,当数字时钟到定时时间时能进行报时提醒。

二

、设计的方案的选择与论证

1.总体电路分析

总体电路设计是将单元电路模块小时计时电路

、分钟计时电路、秒计时电路、校时选择电路、整点译码电路、闹钟电路等模块连接在一起,外接输入开关和输出显示数码管构成。总体结构如图2-1:

图2-1 总体结构图

2.仿真分析

单击运行按钮,可观测仿真结果
。电路能完成显示计时
、校时、整点报时以及闹铃等功能。

○1计时功能

当开关S1

、S2都处于左边触点时,数字时钟工作于计时状态
。此时,电路中的秒计时电路、分计时电路以及小时计时电路分别对秒脉冲、分脉冲和小时脉冲进行计数。计数结果经数码管显示计时时间值。

○2校时功能

当开关S1、S2都处于右边触点时,数字时钟工作于校时状态。按瞬态按钮B键,可以选择对“小时”、“分钟”和“秒钟”进行校时。校时时通过开关S3(按C键)手动输入校时时间
。

○3整点报时功能

整点译码电路通过识别整点时间,产生整点报时信号。当前时间为零点时,会产生整点报时,此时探针会亮,蜂鸣器会响
。

○4闹钟报时功能

通过校时功能将“小时”
、“分钟”和“秒钟”设定在某一时间点,然后重新校时,调整到设定点以前的某一时间,当时钟到达设定点时,信号灯会亮,并且蜂鸣器会响
。

3.仿真说明

因版面有限,总设计图并未纳入本设计报告中,而是在此之外通过PROTELL画图,用A3纸另外打印。这样看图较为清晰
。

采用总线方式,使信号线连线简介、美观,电路可持续性强。

三
、电路设计计算与分析

1.小时计时电路。

小时计时电路如下图3-1:

图3-1 小时计时电路

该电路用两片74LS160构成二十四进制计数器,与非门74LS00D 构成译码电路,该译码电路能识别代码“24”,输出信号使~CLR=0,计数器的计数值被置0.所以,整个计数器的技术状态图为00至01至02至…至23至24(暂态)至00至01至…,共有24个稳定状态。小时计时电路的封装模块如下图3-2:

X2

小时计时

HO1HO2HO3HO4LO1LO2LO3LO4

HOURSET

CLOCK

图3-2 小时计时电路的封装模块

分钟计时电路。分钟计时电路如下图3-3:

图3-3 分钟计时电路

该电路用两片74LS160构成六十进制计数器,与非门74LS00D 构成译码电路,该译码电路能识别代码59
。整个计数器的计数状态图为00至01至…至58至59至00…,共有60个稳定的状态

。其封装引脚同小时计时电路。分钟计时电路的封装模块如下图3-4:

X3

分钟计时HO1HO2HO3HO4LO1LO2LO3LO4MINSET CLOCK CLR

mco

图3-4 分钟计时电路的封装模块

其引脚功能如下表3-2:

2.秒钟计时电路
。

秒钟计时电路如下图3-5:

图3-5 秒钟计时电路

该电路用两片74LS160构成六十进制计数器,与非门74LS00D 构成译码电路,该译码电路能识别代码59

。整个计数器的计数状态图为00至01至…至58至59至00…,共有60个稳定的状态

。其封装引脚同小时计时电路。秒钟计时电路的封装模块如下图3-6:

X4

秒计时

HO1

HO2HO3HO4LO1LO2LO3LO4SECSET CLOCK

sco

图3-6 秒钟计时电路的封装模块

3.校时选择电路

校时选择电路如下图3-7:

图3-7 校时选择电路

校时选择电路用计数器74LS160和译码器74LS138组成,计数器74LS160设计为三进制计数器,译码器的输出为反变量,其

输出要接反向器。校时选择电路的封装模块如下图3-8:

X6

校时选择

TIMESET HOUR

MIN SEC

图3-8 校时选择电路的封装模块

TIMESET :接瞬态开关,可手动选择校时信号
。当校时信号HOUR=1
、MIN=0、SEC=0时(选中“小时”计时电路,表示对“小时”进行校时);单击一次开关按钮,可使校时选择信号变为HOUR=0
、MIN=1、SEC=0(选中“分钟”计时电路,表示对“分钟”进行校时),再单击一次开关按钮,可使校时选择信号变为HOUR=0
、MIN=0
、SEC=1(选中“秒”计时电路,表示对“秒”进行校时),这样可手动设置系统的时、分和秒。 4.整点译码电路

。

整点译码电路的作用是识别整点时间信号,以实现整点报时的功能
。整点时间信号的特征是零分,零分作为数字量来说,是一个代码,用门电路组成的译码电路可识别一个代码
。整点译码

电路如下图3-9:

图3-9 整点译码电路

其封装模块如下图3-10:

X5

整点译码IO1IO2IO3IO4IO5IO6IO7IO8IO9

图3-10 其封装模块

5.定时比较电路(闹钟电路)
。

定时比较电路是将设定的定时时间和当前的计时时间进行比较,电路可选用数值比较器CC4585

。定时比较电路如图所示3-11:

图3-11 定时比较电路

该电路共用四片CC4585和四片74LS175D构成定时比较电路,因为定时时间为小时和分钟,共16位二进制代码,每片数值比较器CC4585能比较两个4位二进制代码,用4片CC4585能构成16位数值比较器。当数字时钟的计时时间等于设定时间时,定时比较电路输出高电平,否则输出低电平

。定时比较电路封装模块如图3-12:

X8

闹钟

CP CR HO02

HO03HO04LN1LN2LN3LN4HO1HO2HO3HO4LO1LO2LO3LO4

DINGSH xinhaosc HO01

图3-12 定时比较电路封装模块

6.脉冲产生电路

脉冲产生电路如图3-13:

图3-13 脉冲产生电路

该电路由555定时器构成时钟脉冲产生电路。由于其相对于MULTSIM 软件提供的脉冲产生器件较复杂,故在此并不是用这个秒脉冲电路,而是用所提供器件。

四

、总结

时间过的好快,转眼间,为期一周的数字电路课程设计就结束了

。通过这一周的课程设计,我拓宽了知识面,锻炼了能力,综合素质得到较大提高
。

设计,给人以创作的冲动
。但凡涉及设计都是一件良好的事情,因为她能给人以美的幻想,因为她能给人以金般财富,因为她能给人以成就之感,更为现实的是她能给人以成长以及成长所需的营养,而这种营养更是一种福祉,一辈子消受不竭享用不尽

。安排课程设计的基本目的,在于通过理论与实际的结合、人与人的沟通,进一步提高思想觉悟
。尤其是观察、分析和解决问题的实际工作能力,以便培养成为能够主动适应社会主义现代化建设需要的高素质的复合型人才。

课程设计发端之始,思绪全无,举步维艰,对于理论知识学习不够扎实的我深感“书到用时方恨少”,于是想起圣人之言“温故而知新”,便重拾教材与实验手册,对知识系统而全面进行了梳理,遇到难处先是苦思冥想再向同学请教,终于熟练掌握了基本理论知识,而且领悟诸多平时学习难以理解掌握的较难知识,学会了如何思考的思维方式,找到了设计的灵感
。

课程设计的过程中,由于对理论掌握的不熟练,或者是操作过程中发生失误,都会导致最后结果出不来。至善至美,是人类永恒的追求。但是,不从忘却“金无足赤,人无完人”,我们换种思维方式,去恶亦是至善,改错亦为至美
。在课程设计过程中,我们不断发现错误,不断改正,不断领悟,不断获取

。最终的检测调试环节,本身就是在践行“过而能改,善莫大焉”的知行观。

对我们电子信息专业的本科生来说,实际能力的培养至关重要,而这种实际能力的培养单靠课堂教学是远远不够的,必须从课堂走向实践。这也是一次预演和准备毕业设计工作
。通过课程设计,让我们找出自身状况与实际需要的差距,并在以后的学习期间及时补充相关知识,为求职与正式工作做好充分的知识、能力准备,从而缩短从校园走向社会的心理转型期。

作为整个学习体系的有机组成部分,课程设计虽然安排在两周进行,但并不具有绝对独立的意义。它的一个重要功能,在于运用学习成果,检验学习成果。运用学习成果,把课堂上学到的系统化的理论知识,尝试性地应用于实际设计工作,并从理论的高度对设计工作的现代化提出一些有针对性的建议和设想
。检验学习成果,看一看课堂学习与实际工作到底有多大距离,并通过综合分析,找出学习中存在的不足,以便为完善学习计划,改变学习内容与方法提供实践依据
。

通过课程设计,我还更加明白了一个真理。时至今日,课程设计基本告成,才切身领悟“实践是检验真理的唯一标准”,才明晓实践出真知。因为在教材上,数字钟不过是由计数器和译码显码器组合而成,也便不以为然搭建电路图,结果电路出现诸多问题,譬如短路开路,EWB中引脚悬空即为低电平,现实中引脚悬空呈现大电阻特性即高电平,不为则不知,无为则无知,实践出真知。

课程设计达到了专业学习的预期目的。在一个星期的课程设计之后,我们普遍感到不仅实际动手能力有所提高,更重要的是通过对设计过程的了解,进一步激发了我们对专业知识的兴趣,并能够结合实际存在的问题在专业领域内进行更深入的学习
。

五
、附录

1.元器件明细表

○

174LS160N ○274LS138N 管脚图如下: 管脚图如下:

U6

74LS160N

QA 14QB 13QC 12QD 11RCO

15

A 3

B 4

C 5

D 6ENP 7ENT 10~LOAD 9~CLR 1CLK 2GND

8

VCC 16

U33

74LS138N

Y015Y114Y213Y312Y411Y510Y69Y7

7

A 1

B 2

C 3G16~G2A 4~G2B

5

○

374LS175D ○44585BD 管脚图如下: 管脚图如下:

U1

74LS175D

1D 4CLK

9

1Q 2~CLR 12D 53D 124D 13~1Q 3~2Q 63Q 10~3Q 112Q 74Q 15~4Q

14

U2

4585BD_5V

A22B21A17B19OAGTB 13A010B011A315B314OAEQB 3OALTB

12

AEQB 6ALTB

5

AGTB 4

○

574LS00D ○6 电源 U5A

74LS00D

VCC

5V

○

7 74LS21D ○8 7432N U12A

74LS21D

U17A

7432N

○

9 74LS04D ○1074LS08D U37A 74LS04D

U41A

74S08D

○

11 7408N ○12蜂鸣器 U8A 7408N

U42

BUZZER

5kHz

○

13数码管 ○14信号灯

DCD_HEX_BLUE

2.5 V

○

15秒脉冲 ○16开关 V3180 Hz

5 V

S2

Key = A

○

17双选择开关 ○18开关 J2

Key = C

J1

Key = B

2.附图(见A3打印纸)

六
、参考文献

[1]从宏寿.Multisim8仿真与应用实例开发.北京:清华大学出版社,2007

[2]黄智伟.基于NI Multisim的电子电路计算机仿真设计与分析.北京:电子工业出版社,2008

[3]阎石.数字电子技术基础.第四版.北京:高等教育出版社,2010

[4]郭锁利.基于Multisim9的电子系统设计、仿真与综合应用.北京:人民邮电出版社,2008