数字电子技术课程设计

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《课程设计成果说明书》规范要求

课程设计说明书是课程设计主要成果之一，一般在2000～3000字。 1．说明书基本格式

版面要求：打印时正文采用5号宋体，A4纸，页边距上、下、左、右均为2cm，行间距采用固定值20磅，页码底部居中。文中标题采用4号宋体加粗。

2．说明书结构及要求 （1）封面

（2）课程设计成绩评定表 （3）任务书(指导教师下发) （4）摘要

摘要要求对内容进行简短的陈述，一般不超过300字。关键词应为反映主题内容的学术词汇，一般为3-5个，且应在摘要中出现。

（5）目录

要求层次清晰，给出标题及页次。最后一项为参考文献。 （6）正文

正文应按照目录所确定的顺序依次撰写，要求论述清楚、简练、通顺，插图清晰整洁。文中图、表及公式应规范地绘制和书写。

（7）参考文献

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课程设计任务书

2009—2010学年 第 2 学期

学院 机电工程学院 班级 A08电信（2）班 专业 电子信息工程 学生姓名课程 数字电子技术课程设计 (学号) 名称 设计 多功能时钟电路 题目 完成 自 2010 年 6 月 28 日至 2010 年 7 月 2 日 共 期限 1 周 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； 设 计 依 据 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； 设计的数字时钟应用于对时间的计时，要求： 设 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； 计 要 1、2、 具有清零功能； 求 1、3、 具有开、关功能； 及 附加功能：能进行整点报时和校对； 主 要 内 容 参 考 资 料 指导教 师签字

数字电子技术基础（第五版） 阎石 高等教育出版社 2008.5 www.21ic.com 其他相关参考资料（可自己查找） 日期

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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 课程设计《数字电子技术课程设计》 (学 号) 名 称 多功能时钟电路 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： 年 月 日

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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。

目录

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

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多功能时钟电路

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,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

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时显示分显示秒显示报时比较器24进制计数器60进制计数器60进制计数器1秒较时时钟校时按钮校分按钮多功能时钟电路的设计框图 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。

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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。

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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。

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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：

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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：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。

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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。 原因：在连接分的反馈时没有把秒的59给连接进来。

排除方法：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。

原因：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。

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排除方法：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

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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 6月学会用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。 28日 第 19 周 6月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。 29日 6月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。 30日 14

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7月1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，并日 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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