2022年基于MUSTISM仿真的数字电子时钟设计_课程设计.docx

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1、精品学习资源数字电路课程设计课题：数字电子钟学院 机械工程学院班级 机电 0912成绩指导老师欢迎下载精品学习资源目 录引言 （ 3）一.设计意义和要求 （ 4）1.1 设计意义 （4）1.2 设计目地 （4）1.3 设计要求 （4）二.方案设计 （ 5）2.1 设计思路 （ 5）2.2 方案设计 （5）三.单元电路设计 （ 8）3.1 555 多谐振荡器 （ 8）3.2 秒脉冲发生电路（ 9）3.3 秒和分计时电路 （9）3.4 小时计时电路（ 11）3.5 显示电路 （12）3.6 校时电路 （13）3.7 整点报时电路 （ 14）四 调试与检测 （ 15） 五总结与体会 （ 16六参考文

2、献 （ 17） 七. 附录 （17）欢迎下载精品学习资源引言所谓数字钟，是指利用电子电路构成地计时器.相对机械钟而言，数字钟能实现准 确计时，并显示时，分，秒，而且可以便利，精确地对时间进行调剂.在此基础上，仍可以实现整点报时地功能.因此，数字钟地应用非常广泛.我们要通过这次地课程设计把握数字钟地原理，学会设计简洁地数字时钟.设计过程采纳系统设计地方法，先分析任务，得到系统和要求，然后进行总体设计，划分子系统，然后进行具体设计，确定各个功能子系统中地内部电路，最终依据原理图构成实物，进行调试和改进.一 设计意义及要求欢迎下载精品学习资源1.1 设计意义1. 明白数字钟地原理和功能(2) 学会使

3、用 555 定时器构成脉冲发生器(3) 明白和把握计数器，译码器和显示器地工作原理和使用方法4. 进一步学习与把握各种组合规律电路与时序电路地原理与使用方法，学会利用数字电路实现数字钟地功能1.2 设计目地(1). 使同学进一步把握数字电子技术地理论学问，培育同学工程设计才能和综合分析问题、解决问题地才能；(2). 使同学基本把握常用电子电路地一般设计方法，提高电子电路地设计和试验才能；(3). 熟识并学会选用电子元器件，为以后从事生产和科研工作打下肯定地基础.1.3 设计要求1. 设计一个精确计时，以数字显示时，分，秒并能校正地时钟. 2. 小时地计时要求为“ 12翻 1”，分和秒要求为60

4、 进制进位 .(3). 扩展功能：具有整点报时功能.(4). 定时掌握 .(5). 仿广播电台报整点时数 . 6） .触摸整点报时 .二、方案设计2.1 设计思路欢迎下载精品学习资源利用 555 定时器构成多谐振荡器，调整其电阻和电容大小，使其输出信号频率为1kHz ，通过三个74LS90 分频即构成了秒脉冲发生器产生1HZ 地脉冲 .用 74LS92 和74LS90 级联构成60 进制计数器，用来计 “秒 ”，其 CP 输入为秒脉冲；另有74LS92 和74LS90 级联构成 60 进制计数器，用来计 “分”，其 CP 输入为 “秒 ”变为 0 时产生地一个下降沿信号；另外用74LS191

5、和 74LS74 来计 “时”，即当数字时钟运行到12 时 59 分 59秒时，秒地个位计数器再输入一个秒脉冲时，数字时钟自动显示为01 时 00 分 00 秒.它们地输出用六片译码显示地数码管显示.对 “时”， “分 ”地调剂采纳将原先使他们计时加“ 1”地信号切换为可控脉冲信号地方法 .报时电路由 555 定时器构成地多谐振荡器，三极管和蜂鸣器组成，这样蜂鸣器输出地音频信号有高低变化 . 报时电路地驱动信号要在报时时间段内使振荡器工作 .2.2 方案设计依据数字钟地设计思路，可以将它分为六个单元电路：振荡器，分频器，校时电路，计数器，译码器和显示器六部分组成 .扩展电路有四部分：定时掌握，

6、仿电台报时，整点报时，触摸整点报时 .它们之间地连接关系见原理方框图，如图 5.5.1 所示：欢迎下载精品学习资源译码器译码器译码器时计数器分计数器秒计数器校时电路振荡器分频器系统方框图 1由原理方框图可以看出，在整个数字钟电路中，计时电路是主体 .它不仅是显示电路地基础，仍要与分频器，校时电路，译码电路协作来实现相应地功能 .而数字钟地精确性就依靠于由多谐振荡器构成地秒脉冲源地精确性，在连接实物时要将其输出信号地频率掌握为 1KHz. 由设计思路和原理方框图得图欢迎下载精品学习资源图 2. 数字时钟整体图欢迎下载精品学习资源三、单元电路设计3.1 555 多谐振荡电路如图 3，由 555 定

7、时器和外接元件R1、R2、C 构成多谐振荡器，脚2 与脚 6 直接相连 .电路没有稳态，仅存在两个暂稳态，电路亦不需要外接触发信号，利用电源通过R1、 R2 向 C 充电，以及C 通过 R2 向放电端 Dc 放电，使电路产生振荡.电容 C 在2/3Vcc 和 1/3Vcc 之间充电和放电，从而在输出端得到一系列地矩形波.555 构成地多谐振荡电路适当调剂滑动变阻器地阻值，可求得输出信号地T 约为 1mS，就输出信号频率约为 1KHz.3.2 秒脉冲发生器欢迎下载精品学习资源由以上多谐振荡器输出地1ms 脉冲通过三个 74LS90 进行十进制分频经第一片分频后为 500HZ ，经其次片分频后为1

8、0HZ, 经第三片分频后为1HZ, 即可得到 1 秒脉冲，如图 4 所示.图 4. 1 秒脉冲发生器3.3 秒和分计时电路由一片 74LS90D 和 74LS92D 构成 .74LS90 为个位， 74LS92 为十位 .将 74LS90 地输出与 7 段数码管相应地管脚连接起来，将R01 ， R02 ， R91 ， R92 接地,IXA接脉冲 ,IXB接 QA.这样数显管就能正常显示十进制计数.90 向 92 地进位可以将90 地 QD 接到 92 地 IXB. 而后，将 92 地 IXA 接到 VCC5V,R01 ， R02 接地.并将 92 地QB,QC,QD 分别于数显管地A,B,C

9、相连，数显管地D 端接地 .在用一个 74LS00 将 92 地QD 引出到清零端实现六进制.如此，就实现了00-01-02-58-59-00 地转化 .电路如图 5 所示欢迎下载精品学习资源图 5 秒和分计时电路3.4 小时计时电路小时计数器是一个 “ 12翻”“ 01地”特殊进制计数器.当数字时钟运行到12 时 59 分 59 秒时，秒地个位再输入一个脉冲时数字时钟应当显示为01 时 00 分 00 秒.其电路连接方式欢迎下载精品学习资源如图 6 所示图 6小时计时电路3.5 译码和显示电路我所采纳地译码和显示器件为DCD_HEX. 此器件为译码和显示一体器件.此处只需依据相应地引脚连接即

10、可.只要将以上所做好地秒和分地计时电路，以及小时地计时欢迎下载精品学习资源电路，再加上数码管地连接电路，全部地串接起来就构成了译码地显示电路.如图 7 所示图 7.显示电路图3.6 校时电路对校时电路地要求是，在小时校正时，不影响分和秒地正常计数；在分校正时，不影响秒和小时地正常计数. 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 地校时脉冲计数；慢校时是通过手动产生单脉冲作为校时脉冲.图8 为校时，校分电路，其中S1 为校分用地掌握开关，S2 为校时用地掌握开关 .他们地掌握功能如表 5.1.1 所示.校对脉冲采纳 1HZ 脉冲，当 S1 或 S2

11、分别为 “0”时，可以进行 “快校时”.欢迎下载精品学习资源图 8. 校时电路调时调分地原理是将“时”“分 ”计时电路原先所接地进位信号切换为单脉冲，各通过一个单刀双掷开关实现信号切换.单脉冲由一个带弹簧地开关模拟，把它接在与电源相连地线路中，当开关按下去时线路连通为高电平，弹起时线路断开为低电平，开关一次按下和弹起就是一个下降沿脉冲，可以使计时器计数加1，这样可以通过这个开关调时和调分 .电路图如图 9 所示 ：欢迎下载精品学习资源图 9. 校时校分电路3.7 整点报时电路整点报时电路如图10 所示 .它由一个多谐振荡器，一个NPN 型三极管和一个扬声器组成，当振荡器工作时，三极管驱动扬声器

12、发出震荡音频.但是这个振荡器地4 脚和 VCC 之间接了一个上拉电阻，那么4 脚处就不肯定是高电平，当它为低电平常振荡器不工作，只有当它为高电平常振荡器才工作，那么只要找到合适地信号接到4 脚，当需要报时此信号为高电平，其他时间为低电平，就可以实现报时功能.我想把报时功能设置成整点前十秒蜂鸣器开头鸣叫，十秒后停止鸣叫即为整点.留意到某点 59 分 50 秒后地十秒钟内， “5”“ 9”对“应5地” 8421BCD 码为 0101 1001 0101，将 3 块芯片上对应地输出为“ 1地”输出端相与输出为高电平，把它接到振荡器4 脚上，在整点前十秒蜂鸣器会报时.在其它时间这六个输出端不行能同时为

13、“1，”即他们相与地输出为低电平，振荡器不会工作，不会报时 .如此可以实现整点报时功能.欢迎下载精品学习资源图 10.报时电路图四、 调试与检测调试过程中遇到地问题主要是开关校时问题.当把 “时”， “分”原先所接地进位信号切换为按键脉冲时，本想是作为一个掌握开关来实现主这样地功能，但是实际上在切换开关地过程中也会使时钟进位.这是由于在扳动开关地过程中产生了信号地高低电平转换，进而形成了进位信号，导致当调整好电路后扳回开关时连续进一.因此我对调时电路作了改进，改为调剂“时”， “分”时，将它们原先所接地进位信号切换为秒脉冲信号，这个信号是比较稳固地，防止了机械开关地抖动问题.当时间调好时，只要

14、将CP 信号切换回原先地进位信号即可复原正常计时.五、体会和总结欢迎下载精品学习资源课程设计是我们运用所学学问，动手实践地一个很好地机会.它既可以帮忙我们加深对所学学问地懂得，又能提高我们运用学问，联系实际，动手实践地才能.而且在设计过程中可能用到我们没学过地学问，需要我们去查阅资料猎取相关信息，这又提高了我们查找信息和学习新学问地才能.在实物地调试与检测过程中，又会遇到很多意想不到地问题，需要我们去分析缘由和解决问题.有些现象能够证明我们所学学问地正确性，有些现象有说明理论和现实是有差异地.在整个课程设计完后，总地感觉是：有收成.以前上课都是上一些最基本地东西，而现在却可以将以前学地东西作出

15、有实际价值地东西. 在这个过程中，我地确学得到很多在书本上学不到地东西，如：如何利用现有地元件组装得到设计要求，如何找到错误地缘由，如何利用Multisim 仿真软件来仿真电路图等等. 但也遇到了不少地挫折，有时遇到了一个错误怎么找也找不到缘由所在，找了老半天结果却是芯片地管脚接错了，有时更是忘接电源了.在学习中地小问题在课堂上不行能犯，在动手地过程中却很有可能犯.特殊是在接电路时，一不当心就会犯错，而且很不简洁检查出来 .但现在回过头来看，仍是挺有成就感地.六参考文献：1. 李景宏，马学文 .电子技术试验教程.沈阳：东北高校出版社 .20022. 王永军，李景华编著 .数字规律与数字系统 .

16、北京：电子工业出版社，20023. 高吉利，易凡编著 .电子技术基础试验与课程设计.北京：电子工业出版社，20024. 陈大钦编著 . 电子技术基础试验. 北京：高等训练出版社，2000欢迎下载精品学习资源5. 李晶皎，李景宏，曹阳编著. 规律与数字系统设计 .北京：清华高校出版社，20216. 杨志忠编著 .数字电子技术 M . 北京：高等训练出版社、2003、12七附录部分芯片功能参数表555555 定时器（又称时基电路）是一个模拟与数字混合型地集成电路.555 定时器是一种应用极为广泛地中规模集成电路.该电路使用敏捷、便利，只需外接少量地阻容元件就可以构成单稳、多谐和施密特触发器.因而广

17、泛用于信号地产生、变换、掌握与检测.目前生产地定时器有双极型和CMOS 两种类型，其型号分别有NE555或 5G555和C7555 等多种 .它们地结构及工作原理基本相同.通常，双极型定时器具有较大地驱动能力，而CMOS定时器具有低功耗、输入阻抗高等优点.555 定时器工作地电源电压很宽，并可承担较大地负载电流.双极型定时器电源电压范畴为5 16V ，最大负载电流可达 200mA ； CMOS定时器电源电压范畴为3 18V ，最大负载电流在4mA以下 .555 地引脚如图 11：欢迎下载精品学习资源123VCCRD8455KVCTH&QV 1+-A 1R1Q635KTL2V2+-&A 2QS5KDT71VSS555 地内部电路图74LS9074LS90 地引脚图如下图 10 所示图 1274LS90 地功能表123欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源欢迎下载