数字钟课程设计报告(模板)

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设计题目： 所修课程名称： 电子课程技术课程设计 修课程时间： 2009 年 12月 07 日至2005年 12 月 18日 完成设计日期： 2009 年 12 月 18 日 评阅成绩： 评阅意见：

评阅教师签名： 年 月 日

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多功能数字钟的课程设计

一、设计题目：

多功能数字钟的电路设计 二、设计要求：

1.时钟显示功能，能够以十进制显示“时”、“分”、“秒”。 2.具有快速校准时、分、秒的功能。 3.计时准确度，每天计时误差不超过1s。

4.整点自动报时，在离整点10s时，便自动发出鸣叫声，直至整点时结束。 三、题目分析：

分析设计要求，要实现时钟显示功能，而且分、秒以60进制，时以24进制进行数据运算则必须用计数器加以实现；要达到快速校时的目的可以用手动按动按钮产生校时脉冲的形式来完成；对于整点报时则可以用门电路的形式来实现。 四、总体方案：

图1 总设计结构图

由上图的总体结构图可知，该设计大概可以分五个部分：秒脉冲产生部分、计数部分、显示部分、校时部分、报时部分。在秒脉冲产生部分中，可以用振荡器或者555定时器予以实现，为了保证的准确性，优先选用振荡器，但是由于个人技术问题，我们选用了555定时器来产生秒脉冲；在计数电路中，我们采用74LS90这种二-五十进制计数器，因为它可以同时可以级连组成60进制和24进制，用起来比较方便；用74LS290、CC4511译码器和七段显示数码管便组成多功能数字钟的显示部分；在校时部分中，我们选用的是手动校时的方式，通过按钮产生脉冲来控制74LS90的计数，从而达到计数的目的；在最后的报时部分中，我们运用了74LS151来予以选择再配合74LS00使用，实现了整点报时的功能。通过以上几个部分的共同作用，最终达到该项设计的所有要求，设计出一个多功能数字钟。

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五、具体实现： (1)秒脉冲产生部分

+VCC 8 4 7 555 3 6 TH 2 TR 5 + 1 u CC – R2 图2 秒脉冲产生电路图

R1 uo C1

振荡器是数字钟的核心部分。振荡器的稳定性及频率的精确度决定了数字钟计时的准确程度，一般来说555产生出来的秒脉冲不太稳定，但是由于某种原因，本实验采用555定时器。其中要求R1为68K的电阻R2为15K的电阻C为10F.C1为20PF的电容，Vcc为+5V电源,Uc为电容C的电压。 (2)计数部分

众所周知，秒、分、时分别为六十、六十、二十四进制(十二进制亦可)计数器那么“秒”和“分”计数器用两块十进制计数器级连来实现，它们的各位为十进制，10位为六进制，这样，符合人们通常计秒数的习惯。“时”计数也用两个十进制集成块，只是做成二十四进制，上述计数器均可用反馈清零法来实现。由于74LS90使用的经济性、稳定性和普遍性，于是采用该类型计数器芯片来实现计数功能。

74LS90是二-五十进制异步计数器，它有两个时钟输入端CPA和CPB。其中，CPA和Q0组成一位二进制计数器；CPB和Q0Q1Q2组成五进制计数器；若将Q0与CPB相连接，时钟脉冲从CPA输入，则构成了8421BCD码十进制计数器。74LS90有两个清零端R0(1)、R0(2)，两个置9端R9(1)和R9(2)，其引脚图和功能图明细见下图。

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图3 计数器74LS90的引脚图和完全功能表

对于设计所需的六十进制和二十四进制，通过下图所示的计数器和门电路综合控制的方法达到该要求。在六十进制的秒和分表示中，需要在秒和分的十位出现0110的时候便通过门电路进行反馈清零；在二十四进制时中表示中，需要将十位的第三高位(即B端)和各位的第二高位(即C端)接入门电路的输入端，于是当时的计数达到0010 0100的时候便通过反馈清零。具体实现图示如下：

图4 计数电路部分

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(3)显示部分

译码器是一个多输入、多输出的组合逻辑电路。它的工作是把给定的代码进行“翻译”，变成相应的状态，使输出通道中相应的一路有信号输出。译码器在数字系统中有广泛的用途，不仅用于代码的转换、终端的数字显示，还用于数字分配，存储器寻址和组合控制信号等。译码器可以分为通用译码器和显示译码器两大类。在电路中用的译码器是共阴极译码器CC4511，用CC4511把输入的8421BCD码ABCD译成七段输出ag，再由七段数码管显示相应的数（所显示的数为十进制数字）。所使用的共阴极译码器CC4511的引脚图和完全功能图如下：

图5 译码器CC4511的引脚图和完全功能表

在该设计的具体实现过程见下图：

图6显示电路部分

(4)校时部分

分析整个电路图可知：该设计需要用到两个校时电路，两个校时电路的功能相同。而且校时的办法由很多，大致可以分为两类：一类时利用控制电路对秒脉冲进行选择性的输入；另一类则是在校时的时候将原脉冲输入断掉，再采用另外的校时脉冲进行校时。

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如下图所示的电路图：用图中所圈的校时开关控制校时的执行，当开关处在如图所示的位置时整个电路处于校时状态，因为有电容值为0.47F的电容的存在，所以校时开关处的脉冲为高电平，当图中所圈的另外一个按钮按下时另外一条电路此时被接通，因为它是接地的，所以此时校时开关处的高电平变成低电平，由此产生一个高电平变低电平的下降沿脉冲，以此作为校时电路的脉冲源，并利用它来对时间进行校对；当校时开关处在另外一个状态时则处于正常计数状态。

图7 校时电路部分

(5)报时部分

报整点时数电路的功能是：每当数字钟计时将要到整点时发出音响，要达到这个效果，我们需用74LS151和74LS00配合来实现，在每次的59分50秒来临的时候，蜂鸣器就会发出连续10秒钟的报时声音，以提示人们整点的到来。

图8 校时电路部分

6)总的设计图

通过以上部分的共同作用可实现多功能数字钟的各种功能，其中总的实现电路如下：

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图9 设计总图

六、在实验室实现过程中遇到的问题及排除措施：

在检测面包板状况的过程中,出现本该相通的地方却未通的状况,后经检验发现是由于万用表笔尖未与面包板内部垂直接触所至. 在检测CD4511驱动电路的过程中发现数码管不能正常显示的状况,经检验发现主要是由于接触不良的问题,其中包括线的接触不良和芯片的接触不良,在实验过程中,数码管有几段二极管时隐时现,有时会消失. 用5V电源对数码管进行检测,一端接地,另一端接触每一段二极管,发现二极管能正常显示的,再用万用表欧姆档检测每一根线是否接触良好,在检测过程中发现有几根线有时能接通,有时不能接通,把接触不好的线重新接过后发现能正常显示了.其次是由于芯片接触不良的问题,用万用表欧姆档检测有几个引脚本该相通的地方却未通,而检测的导线状况良好,其解决方法为把CD4511的芯片拔出,根据面包板孔的的状况重新调整其引脚,使其正对于孔,再用力均匀地将芯片插入面包板中,此后发现能正常显示,本次实验中还发现一块坏的LED数码管和两块坏的CD4511,经更换后均能正常显示.还有就是在进位的过程中发现分各位总是在0 2 4 6 8几个偶数中变动，经过分析，我怀疑是74LS90的输入点A与电源线短接到一起了，经过排查，结果与我们分析的一致。 七、设计心得体会：

通过此次课程设计，总体来说，收获颇丰，无论是在培养自己的实验动手能力还是培养自己的性情方面。在此次的数字钟设计过程中,更进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.在连接六进制,十进制,六十进制的进位及十二进制的接

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法中,要求熟悉逻辑电路及其芯片各引脚的功能,那么在电路出错时便能准确地找出错误所在并及时纠正了.在设计电路中,往往是先仿真后连接实物图,但有时候仿真和电路连接并不是完全一致的,例如仿真的连接示意图中,往往没有接高电平的16脚或14脚以及接低电平的7脚或8脚,因此在实际的电路连接中往往容易遗漏.又例如74HC90芯片,其本身就是一个十进制计数器,在仿真电路中必须连接反馈线才能正常显示,而在实际电路中无需再连接,因此仿真图和电路连接图还是有一定区别的.在设计电路的连接图中出错的主要原因都是接线和芯片的接触不良以及接线的错误所引起的.在焊接过程中，组员间陪的非常好，进度相当快，虽然在其中几个焊接困难的地方，但是还是被我们解决了，这就是团队的力量。在开始的设计和最后的调试过程是漫长的，我们咬字啊计算机前收集资料，又要在实验室验证，这个过程非常辛苦，但是也非常快乐。 八.对该设计的建议

此次的数字钟设计重在于仿真和接线,虽然能把电路图接出来,并能正常显示,但对于电路本身的原理并不是十分熟悉.总的来说,通过这次的设计实验更进一步地增强了实验的动手能力. 九、参考文献：

[1]康华光.电子技术基础-数字部分（第五版）.高等教育出版社,2006 [2]数字电子技术《实验指导书》

[3]顾永杰.电工电子技术实训教程.上海:上海交通大学出版社,1999 [4]宋春荣.通用集成电路速查手册.山东科学技术出版社,1995 [5]吕思忠.数子电路实验与课程设计.哈尔滨工业大学出版社,2001 [6]谢自美.电子线路设计、实验、测试.华中理工大学出版社,2000 十、组员 指导老师：

成 员：

2009年12月22日

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