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1、湖北师范学院文理学院信息工程系 2010 级电子信息工程专业综合课程设计（一）文 理 学 院综 合 课 程 设 计（ 一 ）Integrated Curriculum Design（2）所在院系 信息工程系专业名称 电子信息工程班级题目 数字时钟指导教师成员完成时间1一、设计任务及要求：设计任务：数字钟的设计与制作要 求： 时间以 24 小时为一个周期； 显示时、分、秒；指导教师签名： 2011 年 12 月 30 日 二、指导教师评语：指导教师签名： 2011 年 12 月 30 日 2数字时钟的设计1 设计目的（1）熟悉集成电路的引脚安排，对数电、模电等知识的实践运用。（2）掌握各芯片（7
2、4LS192、40160 等）的逻辑功能及进一步对PROTEUS 软件的使用。（3）了解数字钟的组成及工作原理，了解面包板结构及其接线方法，加深对 555 多谐振荡器原理的了解。2 设计思路数字钟一般是由振荡器、分频器、计数器、译码器、显示器及整点报时等几部分组成。这些都是数字电路中应用最广泛的基本电路，三、成绩验收盖章 2011 年 12 月 30 日有校时功能，可以分别对时及分进行单独校时，使其校正到标准时间； 计时过程具有报时功能，当时间到达整点前 5 秒进行蜂鸣报时； 为了保证计时的稳定及准确须由晶体振荡器提供表针时间基准信号。3本设计直接采用由 555 定时器设计的多谐振荡器产生振动
3、频率为10HZ 的脉冲。10HZ 的脉冲用于快速调节，分频 1HZ 信号送入计数器进行计算，并把累加的结果以“时” 、 “分” 、 “秒”的数字显示出来。 “秒”的显示由两级计数器和带有译码器的数码管组成的六十进制计数电路实现；“分”的显示电路“秒”相同， “时”的显示由两级计数器和带有译码器的数码管组成的二十四进制电路来实现，整点前 5 秒报时通过逻辑电路实现。3 设计过程本设计由振荡器电路、分频电路、秒计时电路、分计时电路、时计时电路、译码显示电路、校正电路、及报时电路组成。 振荡器电路主要产生 10HZ 的信号用于快速校对。 分频电路是把 10HZ 分频得到 1HZ 用于基准信号输入。
4、秒计时电路、分计时电路实现 60 进制计数，时计时电路实现 24小时计数 译码显示电路实现显示功能 校正电路分快速调时和手动校对，实现精确校时。 报时电路实现在整点 5 秒前报时。3.1 方案论证基准信号 1HZ 输入，秒计数达到 60 产生秒进位信号对分计时电路进行驱动，分计数达到 60 产生分进位信号对时计时电路进行驱动。进位信号要通过校对电路，若要校对，通过校对电路屏蔽正常计时4信此时由 10HZ 信号直接对分计时电路、时计时电路驱动。报时电路是在分计数达到 59 秒计数达到 55 时通过逻辑电路在此状态产生低电平信号，输入报时电路驱动蜂鸣器。具体框图如下：3.2 电路设计一 、秒脉冲的
5、产生秒发生电路-振荡器是计时器的核心，振荡器的稳定度和频率的精确度决定了计时器的准确度。一般来说，振荡器的频率越高，计时精度就越高，但耗电量将越大。所以，在设计电路时要根据需要而设计出最佳电路。在本设计中，采用的是精度不高的，由集成电路 555 与 RC 组成的多谐振荡器。其具体电路如下；振荡器产生10HZ时计时电路 秒计数电路分计数电路带译码的显示器报时电路带译码的显示器带译码的显示器时调节电路 分调节电路分频产生1HZ5根据原理 0.7（2R2+R1）C=t f=1/t=10Hz，取得电容电阻合适值使如上图。二 、分频得到 1HZ 信号用于基准信号如电路，是一个用十进制计数器 74LS90
6、 组成的分频器，分频原理是在74LS90 的输出端子中，从低位输入 10 个脉冲才从高位输出 1 个脉冲，这样一片 74LS90 就可以起 10 分频作用输出的便是 1Hz 的信号，从而可以实现秒脉冲的产生三、秒和分 60 进制计时电路；6秒信号经秒计数器，芯片 74LS192 是十进制，逢 10 自动清零符合低位计数要求，在秒高位向分进位时是逢 6 进位而不是 10 进位，在此当秒高位达到 6时，通过一个与非门产生一个低电平来使秒高位清零，此信号同时作为分的驱动信号.；分计时和秒电路相同这里不在累述。电路如下:四、时计时 24 进制。当时低位达到 4，时高位达到 2 时此时要将其清零，4 二
7、进制表示为(0100),2用二进制表示为（0010），两个 1 作为输入信号经过一个与非门，输出信号接到 74LS192 PL 清零端。实现 24 进制。电路图如下：7五、校对电路。本次电路分别设有快速校时和慢速校时，快速校时是通过开关W 和 Q 控制 1000Hz 的信号直接输入时和分计时器的 CP 端，达到自动快速校准时间的目的。 手动校分电路通过开关 B 接到高电平，此时三态门 U8-B 关闭，正常秒进位信号被屏蔽掉，B 接到高电平时 U9-A 三态门打开，然后按下8button 建（上图对应的 ）松开后产生一个进位信号，达到手动调时的目的。 手动时调节此电路图和上面原理一样，电路图如下
8、六、报时电路本设计在整点前 5 秒报时，在 59 分 55 秒时，驱动蜂鸣器响。5 二进制表示为（0101） ，9 二进制表示为 1001，这里我们可以用一个八输入与非门（4048 芯片） ，把在 59 分 55 秒状态下八个一作为输入端输出端接入蜂鸣器驱动端。但是仿真后，发现在在 59 分 57 秒时蜂鸣器也会响，秒低位是 7 二进制表示为（0111）第零位和第三位也为 1，此时我们把第二位 1 取反与第零位和第三位作为输入信号，结入一个与门，这样保证了秒低位经只有在 5 时才能产生一个 1（高电平） ，八输入与非门的输出端连接在 PNP 型三极管的基极，当基极为低电平时三极管9导通，蜂鸣器
9、工作。在其他时刻三极管处于截止状态，蜂鸣器不工作。 ， 。电路图如下七、译码电路因为我们用的数码管 7SEG-BCD，自带译码，这里只是将秒信号，分信号，时信号结入数码管即可。4.1 电路仿真整体电路图如下：105 设计体会通过本次实验对输电知识有了更深入的了解，将其运用到了实际中来，明白了学习电子技术基础的意义，也达到了其培养的目的。我们学习了数字电子电路和模拟电子电路，对电子技术有了一些初步了解，但那都是一些理论的东西。通过这次数字电子钟的课11程设计，我们才把学到的知识与实践相结合。从而对我们学的知识有了更进一步的理解，使我们进一步加深了对所学知识的记忆。在此次的数字钟设计过程中，我更进
10、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。也锻炼了自己独立思考问题的能力和通过查看相关资料来解决问题的习惯。虽然这只是一次简单的课程设计，但通过这次课程设计我们了解了课程设计的一般步骤，和设计中应注意的问题，同时我们也掌握了做设计的基本流程，为我们以后进行更复杂的设计奠定了坚实的基础。设计本身并不是有很重要的意义，而是同学们对待问题时的态度和处理事情的能力。至于设计的成绩无须看的太过于重要，而是设计的过程，设计的思想和设计电路中的每一个环节，电路中各个部分的功能是如何实现的。各个芯片能够完成什么样的功能，使用芯片时应该注意那些要点。同一个电路可以用那些芯片实现，各个芯片
11、实现同一个功能的区别。同时对普通计数器如何构成 n 进制计数器有了更深的了解和掌握，对自我的实际操作能力也有了很高的提升。在这次设计过程中，我也对 word、PROTEUS 等软件有了更进一步的了解，这使我在以后的工作中更加得心应手。参考文献(至少 5 篇)（1）康华光.电子技术基础(第五版).北京：高等教育出版社;2005.（2）阎石数字电子技术基础（第四版）. 北京：高等教育出版社,2005.(3)黄智伟.电子电路计算机仿真设计与分析.北京：电子工业出版12社,2006.（4）吕思忠 施齐云.数字电路实验与课程设计.哈尔滨:哈尔滨工程大学出版社；2001.（5）毛期俭等；数字电路与逻辑设计实验及应用.北京；人民邮电出版社；2005 .附件完整电路
