数字时钟带显示校正整点报时等Word格式.docx
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学院机电工程学院班级A08电信
(2)班专业电子信息工程
学生姓名(学号)
课程
名称
数字电子技术课程设计
设计
题目
多功能时钟电路
完成
期限
自2010年6月28日至2010年7月2日共1周
设
计
依
据
根据所学数字电子技术知识进行设计,包括:
1,计数器原理及其应用;
2,数码管及其应用;
3,译码器原理及其应用;
4,数值比较器及其应用;
5,数据选择器原理及其应用;
要
求
及
主
内
容
设计的数字时钟应用于对时间的计时,要求:
1、1、能进行正常时分秒计时功能,分别由6个数码管显示小时分钟和秒钟;
1、2、具有清零功能;
1、3、具有开、关功能;
附加功能:
能进行整点报时和校对;
参
考
资
料
数字电子技术基础(第五版)阎石高等教育出版社2008.5
其他相关参考资料(可自己查找)
指导教
师签字
日期
课程设计成绩评定表
2009—2010学年第2学期
学院机电工程学院班级专业电子信息工程
学生姓名(学号)
课程设计名称
《数字电子技术课程设计》
题目
指导教师评语
指导教师签名:
年月日
答辩评语及成绩
答辩小组教师签名:
摘要
随着电子技术的发展,在诸如计时、控制等领域,设计出应用具有时间设置(小时和分钟),开、关功能的多功能数字钟具有十分重要的意义。
本设计用方波信号发生器发出稳定的方波信号作为CP信号的输入,秒计数器满60向分计数器进位,分计数器满60向小时进位,小时计数器按“23翻0”规律计数,计数器经译码器送到显示器;
同时本设计还具有清零和开关功能。
当计数出现误差时,可用校时电路进行校时、校分;
并具有可整点报时功能。
1、设计任务与要求…………………………………………………………………………6
1.1基本要求………………………………………………………………………………6
1.2发挥部分………………………………………………………………………………6
2、方案论证与比较…………………………………………………………………………6
3、主要工作原理与步骤……………………………………………………………………7
3.1原理框图图如下………………………………………………………………………7
3.2计数单元的设计………………………………………………………………………8
3.3时钟显示电路…………………………………………………………………………9
3.4开关电路………………………………………………………………………………11
3.5清零电路………………………………………………………………………………11
3.6时钟校对电路…………………………………………………………………………11
3.7整点报时电路…………………………………………………………………………12
4、组装调试…………………………………………………………………………………12
5、设计结论及收获与体会……………………………………………………………………13
6、参考资料……………………………………………………………………………………14
一、设计任务与要求
1、基本要求:
设计并制作一个多功能数字时钟。
1.1能进行正常的时、分、秒计时功能,分别由6个数码管显示小时、分钟和秒钟。
1.2具有清零功能。
1.3具有开、关功能。
2、发挥部分
2.1、校准电路:
按下校时键、计时器迅速递增,按24小时循环,计满23小时后回00,按下校分键后,计分器迅速递增,按60分钟循环,计满59分钟后回00,但不向“时”进位;
按下秒清零键,秒清零。
2.2、能进行整点报时:
当计时到达59分50秒后,每隔2秒钟发出一次低音“嘟”信号(其声音频率为500HZ),连续5次到达整点,发出一次高音“嘀”信号(其声音频率为1000HZ)。
二、方案论证与比较
多功能数字钟,其核心部分是计数器,本设计中采使用六个74LS160计数器构成,这种连接方式简单,使用元器件数量少首先需要一个数字显示。
数字钟另外一个重要组成部分是数字显示电路。
按设计要求,须用数码管来做显示器。
题目要求能进行正常的时、分、秒计时功能,分别由6个数码管显示小时、分钟和秒钟,要求计数分辨率为1秒。
由于为了更好地了解其它译码器的功能,我选择了7447译码器,它必须与共阳数码显示管匹配使用。
发挥要求校准电路:
按下秒清零键,秒清零,为此则添加一校准电路,主要由开关组成。
能进行整点报时:
当计时到达59分50秒后,每隔2秒钟发出一次低音“嘟”信号(其声音频率为500HZ),连续5次到达整点,发出一次高音“嘀”信号(其声音频率为1000HZ),则添加一包是电路,主要由74157的数据选择器经过三个与门构成。
三、主要工作原理与步骤
3.1原理框框图如下
3.2计数单元的设计
计数器不仅能用于对时钟计数,还可以用于分频、定时、产生节拍脉冲和脉冲序列以及进行数字运算等。
计数器的种类繁多。
按触发器是否同时翻转可分为同步式和异步式,同步计数器中,当时钟脉冲输入时触发器的翻转是同时的。
而异步计数器的翻转有先有后,不是同时的;
如果按计数器数字增减分,可分为加法计数器、减法计数器和可逆计数器;
如果按数字的编码方式分类,可以分为二进制计数器、二-十进制计数器、格雷码计数器等。
本设计用到的是同步十进制计数器,它的工作要求是要有CP来才有可能状态发生改变,如果没有CP来,则将继续保持前一状态。
当复位端CLR’=0时,输出Q3Q2Q1Q0全为零,实现异步清零功能(又称复位功能);
当CLR’=1时,预置控制端LD’=0,并且CLK=CLK↑时,Q3Q2Q1Q0=D3D2D1D0,实现同步预置数功能;
当CLR’=LD’=1且ENP*ENT=0时,输出Q3Q2Q1Q0保持不变;
当CLR’=LD’=ENP=ENT=1,CLK=CLK↑时实现计数。
数字钟最基本的功能就是计时,所以计时模块也就成为本次实验中最基本的模块之一,通过两个模60计数器和一个24模计数器三者级联构成的模块能够对时、分、秒进行计时,实现计时功能,电路如下:
3.3时钟显示电路
时钟显示电路包括两部分:
译码器电路和显示电路
1)译码器电路:
译码器电路是将数码转换为一定的控制信号。
本实验采用74ls47译码器,它能将一个二进制数码转换为输出端的电平信号以控制显示器。
而且74ls47必须使用共阳极七段显示器。
74ls47真值表
2)七段数码管(LED):
7段数码管又分共阴和共阳两种显示方式。
如果把7段数码管的每一段都等效成发光二极管的正负两个极,共阳就是把abcdefg的7个发光二极管的正极连接在一起并接到5V电源上,其余的7个负极接到74LS47相应的abcdefg输出端上。
无论共阴共阳7段显示电路,都需要加限流电阻,否则通电后就把7段译码管烧坏了。
对于大功率7段数码管可根据实际情况来选取限流电阻及电阻的瓦数。
下图是八段数码管(LED)BS201的示意图,图中引脚6为VCC的为共阳数码管,引脚6为GND的为共阴数码管。
本设计采用共阳数码管与74ls47匹配,其匹配图如下:
(因为译码器是采用74ls47,所以数码管必须选共阳极)
3.4开关电路
该电路的设计主要是基于设计的基本要求,开关电路主要是当开关闭合时,电路能进行正常计时;
当开关断开,电路停止工作,即停止计时。
其电路图如下:
3.5清零电路
当开关接通后,MR端呈现低电平,即电路立即清零;
下图是时、分、秒清零电路:
3.6时钟校对电路
校准电路:
3.7整点报时电路
数字时钟电路进行整点报时:
当计时到达59分50秒后,每隔2秒钟发出一次低音“嘟”信号(其声音频率为500HZ),连续5次到达整点,发出一次高音“嘀”信号(其声音频率为1000HZ)
四、组装调试
本设计采用EDA电路仿真对设计电路进行了调试。
运用软件protues,在调试的过程中遇到不少的问题,经过多次反复的检查和排除,最终实现了全部功能。
调试方法:
按模块调试,在每个模块的输入端加理想的调试信号,在输出端接示波器,观察输出波形,如果波形符合设计预期,则说明此模块工作正常,否则可按从输出到输入的顺序逐一排查,直到解决问题。
当各模块调试无误后,将各模块连接起来,同时要注意接口的电平匹配问题。
本次课程设计在仿真组装调试过程中曾出现以下故障:
故障1:
数码管显示乱码。
原因:
计数器74LS160管脚接线错误,LED数码管的共极性弄反(按共阴极的接线方法接线)。
排除方法:
对计数器正确接线,调整数码管的阴阳极接线(按共阳极接线方法接线)。
故障2:
在计数时在59分停留瞬间,立即向时进位。
在连接分的反馈时没有把秒的59给连接进来。
把秒的59给接进来,因为只有59秒,59分时,才会向时进位。
故障3:
整点报时电路只会在向时进位发出“嘀”信号的声音强度相同。
对最后一次报时没有用另外频率,导致只会发出强度相同的“嘀”信号。
要很据设计要求,对最后一点报时选用1000HZ频率。
五、设计结论及收获与体会
因为我们班的课程设计做的比较晚,先前听我们宿舍其他班的同学说课程设计很难,所以在开始课程设计前心里充满了恐惧。
但从自己班开始课程设计后,觉得并没有她们说的那么难,反而是一件很有趣的事情。
虽然一周的课程设计已经结束,期间也很辛苦,但给我带来了从未有过的体验与喜悦。
这次课程设计让我充分意识到必须要有扎实的知识基础,要熟练地掌握课本上的知识。
而且还要学以致用。
虽然当看到次设计的基本要求,脑子里马上就有思路了,而且也很快把电路给画出来,但是在进行Proteus仿真时,却出乎了自己的预料之外它在仿真时,并不是按自己原先认为的,在分钟显示数码管显示59瞬间,没有等秒的59来就向时进位。
开始时以为自己电路连接错了,但检查了两遍,没有发现在连接时出问题,我就在想为什么分的59到来时就立即向时进位,我有重新练了电路,这才发现自己没有把秒的59与分的59一起连接到反馈端。
因为只有在59分59秒时才会向时进位。
与此同时自己还做了例外一套连接电路,但是比较之后还是这套电路简单点,所以选用这套电路。
在设计过程中,因为138译码器书本上已经学得很扎实,所以选择了其他译码器,来拓展自己的知识,这个过程要考虑到各个元器件的功能和特性,要翻阅大量资料,参考别人的经验,只有这样才能把自己的电路设计的成功。
在设计电路中,电路图只是本次设计的一小部分,它是通过不断仿真出错,不断找出自己的错误中慢慢地把该实验一步步完善。
在整个过程中遇到最大的困难就是校对电路,刚开始时自己做了一套校时电路,但经仿真后,它出现了很多问题,但我在校对时钟时,分钟、秒钟也在跳,只是时钟跳变的频率快些。
自己尝试了好几次都还是这样的问题。
为了把问题弄清楚,自己就借同学的电子手表校时,发现在校时时,分和秒不会变,保持零,在校对分时,秒和时也不会变;
后来自己有上网查了些资料,这才弄清为什么自己开始会遇到那样的问题了,因为自己在做的时候,没有考虑到校时时,不会影响分和秒。
同时在设计过程中,自己在设计整点报时电路时没有按照老师的要求,只是在分向时进位时产生一次“嘀”的音频信号,本来自己还没意识到这个问题,在金工实习的时候,同学问我我的整点报时电路做得怎么样,经过交流之后才发现自己出错了。
这次设计实验师在不断的摸索中前进,虽然查阅了网上的一些资料,但那并不是自己的东西,在没有真正理解之前,我每次仿真都出错,知道后来自己真正理解其原理,才通过了仿真。
通过这次对数字式秒表的设计与制作,我了解了设计电路的程序,也了解了关于数字秒表的原理与设计理念。
数字钟是现实生活再常见不过的物品,以前看着家里的家电一点想法也没有,不过现在自己有时也会和我姑姑的儿子一起做小东西,因为我们学的专业差不多。
在此次的数字秒表设计过程中,我更进一步地熟悉了芯片的结构、管脚图、功能表及掌握了各芯片的工作原理和其具体的使用方法。
而且这些知识是对我们大学生来说十分宝贵的实践经验,是无法在课堂上获得的,是现今社会最重视的同时也是我们最需要提高的部分。
我们以前天天学理论知识,课程设计师让我们把理论应用与实际的最好时机。
以前大一时别人问我你们这专业以后出来毕业干嘛的,我不知道该如何回答,只肤浅地说我们还没学专业课,等学了专业课知识后就知道了。
通过这次课程设计学习,我对我的专业越来越感兴趣了。
在电子领域内,隐藏着无穷的潜力,具有很大的科学性。
它不像是简单的机械物体,它有无穷潜在的构思方法。
不同的思路,不同的芯片,不同的参量经组合后会会有同样的功能。
这次课程设计让我真正感受到理论运用与实际的魅力。
它加深了我对专业的了解,培养了我对学习本专业的兴趣,为今后的学习打下了坚实的基础,使我受益匪浅。
总而言之,要学以致用,不用死搬硬套地学习书本上的知识。
让所学的理论运用与实际,为今后打下坚实的后盾。
六、参考资料
[1]康华光。
电子技术基础-数字部分(第五版)。
高等教育出版社。
[2]数字电子技术《实验指导书》
学生课程设计日志
周次
日期
工作内容
第
19
周
6月28日
学会用proteus软件,并将多功能时钟电路的计数部分和数码显示电路连接完成,且通过仿真。
6月29日
连接了整点报时电路和清零电路,在起初的仿真时,每点报时的声音强度相同,经检查了几遍,发现所有报时点的频率全相同;
经改变最后一点报时的频率后,通过仿真。
6月30日
连接了校时电路和开关电路,在连接校时电路时没有考虑到当校分时它不能进位,导致在仿真时分钟会进位;
经改变后,经仿真,校对电路在校对时不会有进位。
7月1日
时不时把自己完成的时钟电路仿真,看其是否符合所有的要求,并将电路的部分连线去掉,用网络标号来实现。
7月2日
答辩,写设计实验报告。
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- 数字 时钟 显示 校正 整点 报时