数字电子钟专业课程设计.doc

课程设计(综合试验)汇报
( -- 年度第 1 学期)

名 称： 电子技术综合试验
题 目： 数字电子钟
院 系： 电气和电子工程学院
班 级： 电管0702
学 号：
学生姓名： 杨越
指导老师： 董宏伟
设计周数： 一周

成 绩：

日期： 1 月20日
《电子技术》综合试验
任 务 书
一、 目标和要求
1.目标
1.1综合试验是教学中必不可少关键步骤，经过综合试验巩固、深化和扩展学生理论知识和初步专业技能，提升综合利用知识能力，逐步增强实际工程训练。
1.2重视培养学生正确设计思想，掌握综合试验关键内容、步骤和方法。
1.3培养学生获取信息和综合处理信息能力、文字和语言表示能力和协作工作能力。
1.4提升学生利用所学理论知识和技能处理实际问题能力及其基础工程素质。
2.要求
2.1 能够依据设计任务和指标要求，综合利用电子技术课程中所学到理论知识和实践技能独立完成一个设计课题。
2.2依据课题需要选择参考书籍，查阅手册、图表等相关文件资料。要求经过独立思索、深入钻研综合试验中所碰到问题，培养自己分析、处理问题能力。
2.3深入熟悉常见电子器件类型和特征，掌握合理选择标准。
2.4学会电子电路安装和调试技能，掌握常见仪器设备正确使用方法。利用“观察、判定、试验、再判定”基础方法，处理试验中出现问题。
2.5学会撰写综合试验总结汇报。
2.6经过综合试验，逐步形成严厉认真、一丝不苟、实事求是工作作风和科学态度，培养学生树立一定生产见解、经济见解和全局见解。要求学生在设计过程中，坚持勤俭节省标准，从现有条件出发，努力争取少损坏元件。
2.7在综合试验过程中，要做到珍惜公物、遵守纪律、团结协作、注意安全。
二、 关键内容
共有8个现有学习价值又有一定实用性和趣味性设计课题，学生依据本身情况自由选择其中之一。
1.移位寄存器型彩灯控制器
2.智力竞赛抢答器
3.电子拔河游戏机
4.交通信号灯控制器
5.数字电子钟（软件）
6.电子密码锁
7.电子秒表
8.数字电子钟（硬件）

三、 进度计划
序号
设计(试验)内容
完成时间
备注
1
设计内容讲解、学习资料查找方法
半天

2
发放材料、清点材料、熟悉多种元器件
半天

3
查找资料、设计电路、绘制总体电路草图
1天

4
电路组装并调试或在Multisim上绘制电路图、仿真并调试
2天

5
验收、撰写试验汇报
1天

四、 设计（试验）结果要求
1.学生依据所选课题任务、要求和条件进行总体方案设计，经过论证和选择，确定总体方案；然后对方案中单元电路进行选择和设计计算；最终画出总体电路图。
2.预设计经指导老师审查经过后，学生即可向试验室领取所需元器件等材料，在面包板上组装、调试电路，使之达成设计指标要求。
3.在Multisim软件平台上学生可直接设计、仿真和实现，直至达成设计要求。
五、 考评方法
综合以下指标评定综合试验总成绩：优、良、中、及格和不及格。
1.设计方案正确性和合理性；
2.试验动手能力(安装工艺水平、调试中分析处理问题能力和创新精神等)；
3.总结汇报；
4.答辩情况(课题叙述和回复问题情况)；
5.设计过程中学习态度、工作作风和科学精神。

学生姓名：杨越
指导老师：董宏伟
1 月20日
课题一 数字电子钟
电子钟是一个高精度计时工具，它采取了集成电路和石英技术，所以走时精度高，稳定性能好，使用方便，且不需要常常调校。电子钟依据显示方法不一样，分为指针式电子钟和数字式电子钟。指针式电子钟采取机械传动带动指针显示；而数字式电子钟则是采取译码电路驱动数码显示器件，以数字形式显示。这些译码显示器件，利用集成技术能够做很小巧，也能够另加一定驱动电路，推进霓红灯或白炽灯显示系统，制做成大型电子钟表。所以，数字式电子钟用途很广泛。

一、 课程设计(综合试验)目标和要求
设计一个含有以下功效数字电子钟：
1． 基础功效
（1）能直接显示时、分、秒；
（2）能正确计时，小时采取二十四进制，分和秒采取60进制；
（3）有校时功效，手动调整时、分；
2．扩展功效
（1）能进行二十四小时整点报时，要求从59分50秒开始，每2秒钟响一声，共响5次；每响一次声音连续0.5秒。
（2）要求只在6--22点之间每整点报时，23--5点之间整点不报时；
（3）含有任意几点几分均可响铃闹钟控制电路。响铃1分钟，可人为经过开关使响铃提前终止；

二、 设计（试验）正文
数字钟实际上是一个对标准频率（1HZ）进行计数计数电路。因为计数起始时间不可能和标按时间（如北京时间）一致，故需要在电路上加一个校时电路，同时标准1HZ时间信号必需做到正确稳定。通常使用石英晶体振荡器电路组成数字钟。晶体振荡器电路给数字钟提供一个频率稳定正确32768Ｈz方波信号，可确保数字钟走时正确及稳定。不管是指针式电子钟还是数字显示电子钟全部使用了晶体振荡器电路。分频器电路将32768Ｈz高频方波信号经32768（）次分频后得到1Hz方波信号供秒计数器进行计数。分频器实际上也就是计数器。时间计数电路由秒个位和秒十位计数器、分个位和分十位计数器立即个位和时十位计数器电路组成，其中秒个位和秒十位计数器、分个位和分十位计数器为60进制计数器，而依据设计要求，时个位和时十位计数器为24进制计数器。

1． 系统原理框图以下：

2． 系统原理框图说明
2.1 时、分、秒计时器
时计时器为一个24进制计数器，分、秒计时器均为60进制计数器。
当秒计时器接收到一个秒脉冲时，秒计数器开始从1计数到60，此时秒显示器将显示00、01、02、...、59、00；每当秒计数器数到00时，就会产生一个脉冲输出送至分计时器，此时分计数器数值在原有基础上加1，其显示器将显示00、01、02、...、59、00；每当分计数器数到00时，就会产生一个脉冲输出送至时计时器，此时时计数器数值在原有基础上加1，其显示器将显示00、01、02、...、23、00。即当数字钟运行到23点59分59秒时，当秒计时器在接收一个秒脉冲，数字钟将自动显示00点00分00秒。

2.2 校时电路
当开关拨至校时档时，电子钟暂停工作，经过时、分校时开关分别对时、分进行校对，开关每按两次，和开关对应时或分计数器加1，当调至需要时和分时，开启运行开关，电子钟从设置时间开始往后计时。

2.3 秒信号产生电路
晶体振荡器电路给数字钟提供一个频率稳定正确32768Ｈz方波信号，可确保数字钟走时正确及稳定。不管是指针式电子钟还是数字显示电子钟全部使用了晶体振荡器电路。分频器电路将32768Ｈz高频方波信号经32768（）次分频后得到1Hz方波信号供秒计数器进行计数。

三、各部分功效及其具体实现方案
1．主体电路部分
（1）时、分、秒计时器
二十四进制计数器
简明原理说明：24进制计数器是由两个10进制计数器74LS160级联组成，然后利用异步清零方法实现。
二十四进制采取了异步清零作用，因为异步清零速度很快，所以若是时间控制为0 到23，则23所存在时间不够一个周期，若反馈数定为24.这么24和0共占用一个周期时间。在整个电路图中Io9和Io0 是相连，当达成24即00100100是，恰好有和非电路实现清零。

经过为了使后续电路简化，将24进制计数器集成为芯片：HOUR

六十进制计数器
简单原理说明：60进制计数器是由两个10进制计数器：74LS160级联组成，然后利用同时置数方法实现。
图所表示，Io8到Io5是高位，组成100进制后，当高位为0101.即5时，低位开始进行计数。从0000一直到1001，此时Io4 为1，则经过非门后为0，也就是说在这个过程中经历了一个下降沿，这使得高位有效，即高位能够继续增加了，但Io5和Io7经过和门回到直接置数端，这么置数有效，因为接入点均接地，即为输入均为0，又开始计时了。这么就实现了00到59改变，因为是同时置数，所以不会出现60。
对于两种电路设计，既利用到了同时置数，有利用了异步清零，二者协调好了，就能够灵活工作了。
在总电路左侧，有两个开关，可连接地或电源，接地时，因为从这根线上有很多引出线介入各个元件直接清零端，所以有使各个显示器为0功用。

为了使后续电路简化，将60进制计数器集成为芯片：MINUTE

（2）校时电源电路
当重新接通电源或走时出现误差时全部需要对时间进行校正。通常，校正时间方法是：首先截断正常计数通路，然后再进行人工触发计数或将频率较高方波信号加到需要校正计数单元输入端，校恰好后，再转入正常计时状态即可。
依据要求，数字钟应含有分校正和时校正功效，所以，应截断分个位和时个位直接计数通路，并采取正常计时信号和校正信号能够随时切换电路接入其中。校恰好后再将单刀双掷开关切换到正常计时档位，校时结束。
原理图以下：

实际电路图以下：

简明原理说明：
这个电路连接部分也实现了以上分，秒，时计数电路连接。在59分或59秒时，即01011001，里面一共有4个1.分别输入和门四个输入端，也就是说，只有59时，和门输出才为1，当单击空格键时，电路导通，经过一个非门和时电路连接，这么就顺利在下降沿实现增加。所以经过一个59秒时，分钟增加一分钟，经过一个59分时，小时增加一小时。这么一个基础数字电子钟就完成了。
当初间显示不正确时，脱离正常计数组合电路，而连接上电源时钟脉冲。此时可按下空格键终止秒计数器，也能够不终止，按下1或2键可快速调整到自己想要时间。因为按下后，她们就能够像秒计数器一样，每隔一定时间就有一个下降沿能够让自己工作，也就很快就能够调到正确显示时间。

（3） 信号产生电路

(4)整点报时电路
通常时钟全部应含有整点报时电路功效，即在时间出现整点前数秒内，数字钟会自动报时，以示提醒。其作用方法是发出连续或有节奏音频声波，较复杂也能够是实时语音提醒。依据要求，电路应在从整点开始10秒钟内开始整点报时，报时电路报时控制信号。选蜂鸣器为电声器件。
设计思绪：利用一系列组合逻辑电路，实现从22点到4点时电路不响，而从5点到21点时电路响，再经过另一组合电路实现，仅当秒计数十位为5，即0101，分计数十位为5，个位为9，即01011001时开始，蜂鸣器工作。此电路能够将响铃时间正确控制在59分50秒。且有JK触发器导通和闭合，能够使之只在下降沿有效，这么就2秒响一次了。一共有10秒时间能够响

为了使后续电路简化，简化成成为芯片：zhengdianxiangling

（5）自定闹钟（任意闹铃）：
在任意时间均可设置闹钟，即自己设定一个时间，当经过那个时间时候，响起。因为不接入秒计数器，所以一共有一分钟时间能够响，故现实中按钮能够视为开关，能够人为断开使时间小于一分钟。

将以上三个电路合成一下总电路形式：

为使后续电路简化，可将任意闹钟电路集成为芯片：renyinaoling

(6)２３点到5点响铃关闭（不报时）

利用组合电路来实现，先计算好哪些小时是应该响。根据题意，应该是只有22时到4时不响。把她们列表，然后求出逻辑表示式。在用一系列门电路实现即可，以上是部分和门和或门，非门组合，其实能够看做是一个筛选。
6个输入端分别为时计数器十位后两个代码和个位四个代码。当初间为从5点到21点时，输出为0，其它时间段为1.

为了使后续电路简化，简化成成为芯片：bubaoshi

三、 课程设计总结（心得体会）
我们学习了数字电子电路和模拟电子电路（上一学期），对电子技术有了部分初步了解，但那全部是部分理论东西。经过这次数字电子钟课程设计，我们才把学到东西和实践相结合。从中对我们学知识有了更深入了解。
这是一次综合性很强试验，从最初模型计划，到具体功效实现，再到电路连接，直至最终电路调试，每一个步骤全部让我加深了对实际问题思索，同时也让我动手能力有了很大提升。
在此次数字钟设计过程中，更深入地熟悉了芯片结构及掌握了各芯片工作原理和其具体使用方法。也锻炼了自己独立思索问题能力和经过查看相关资料来处理问题习惯。即使这只是一次简单课程设计，但经过这次课程设计我们了解了课程设计通常步骤，和设计中应注意问题。设计本身并不是有很关键意义，而是同学们对待问题时态度和处理事情能力。至于设计成绩无须看太过于关键，而是设计过程，设计思想和设计电路中每一个步骤，电路中各个部分功效是怎样实现。各个芯片能够完成什么样功效，使用芯片时应该注意那些关键点。同一个电路能够用那些芯片实现，各个芯片实现同一个功效区分。在这次设计过程中，我也对word、截图等软件有了更深入了解，这使我在以后学习中愈加得心应手。
首先，此次试验均能根据试验设计要求各项功效完成，包含秒脉冲电路，时钟显示，校时电路，整点报时电路，和闹钟电路。完成电路能够做到显示２４进制小时，六十进制分钟和六十进制秒钟。并能够在时间显示不正确时候进行校时。有整点报时功效，而且在晚上２３点到第二天五点报时关闭。另外还有任意时刻闹钟功效。
其次，在设计过程当中，在选择芯片上面，我们同组人会产生部分分歧，比如在选择六十进制和十进制计数器中，我们选择了用74SL160，而她们则选择了74SL290，尽管不一样但经过大家调试均能够实现其应要功效。
还有，任意时刻闹钟电路是最终做一个步骤，因为认为电路连接有些复杂，当此部分接入主电路时，使整体显得较为凌乱，第一次给老师看过后，老师给出了指导意见，回去后在老师指点下又更正和完善了电路图，显著简化了电路结构，看来做什么全部应该多思索，尽可能化繁为简。
这次最大收获就是学会了系统地去处理一个实际问题，学会了巧妙利用模块化思想。在整个电路设计和实现中，最成功地方就是有条理地将功效细化，分成一个一个小功效来实现。每做好一个小功效实现电路，就将其集成为一块含有此功效芯片，这么，在以后电路连接中就只要将这块芯片接入即可，最终就这么一级一级地将电路集成，最终生成电子钟电路就只是一块芯片，只要加部分其它外部控制开关和显示电路就能实现此多功效电子钟各功效。
在这个过程中，我更深刻地体会从分立元件到中小规模集成电路再到大规模集成电路组成过程。同时也愈加深入地了解了Multisim这一软件更多功效。更关键是在此过程中，我学会了独立思索，碰到问题一步一步去研究和处理处理，对于电路出现问题不急于拆线，而是一部分一部分地对其应有功效进行调试，对问题进行各个击破。
总而言之，这次试验让我认为受益匪浅，不再认为学无所用。试验所处理问题和生活紧密相连，从而将平时学书本上理论和实践很好地结合起来，最终当做出成品时，有很大成就感。

四、参考文件
【1】作者：李月乔《数字电子技术基础》　　电力出版社２００８年２月第一版
【2】作者：郭锁利，刘延飞《基于Multisim9电子系统设计仿真和综合应用》人民邮电出版社
2月第1版 ISBN978-115-17997-1
【3】作者：熊伟，侯传教《Multisim7电路设计及仿真应用》清华大学出版社
7月第1版 ISBN 7-302-11334-3/TN.263