课程设计论文主体

吉林建筑工程学院城建学院电气信息工程系自动化专业课程设计（论文）

第1章 绪论

数字钟是一种用数字电路技术实现时,分,秒计时的装置,与机械式时钟相比具有更高的准确性 和直观性,且无机械装置,具有更更长的使用寿命,因此得到了广泛的使用. 数字钟从原理上讲是一种典型的数字电路,其中包括了组合逻辑电路和时序电路.目前,数字钟的功 能越来越强,并且有多种专门的大规模集成电路可供选择.本设计采用 74LS90,带有译码器的数码管 和适当的门电路构成,可实现对时,分,秒等时间信息的采集和较时功能地实现. 设计一个数字计时器,可以完成 00:00:00 到 23:59:59 的计时功能,并在控制电路的作用下具有快 速校时,快速校分功能. 能进行正常的时分秒计时功能.分另由六个数码管实现时分秒的计时. 通过 Multisim 软件平台,设计含小时,分钟,秒钟显示功能的数字时钟。

数字钟被广泛用于个人家庭,车站, 码头、办公室等公共场所,成为人们日常生活中的必需品。由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的广泛应用,使得数字钟的精度,运用超过老式钟表, 钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便，而且大大地扩展了钟表原先的报时功能。诸如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、自动起闭路灯、定时开关烘箱、通断动力设备、甚至各种定时电气的自动启用等，所有这些，都是以钟表数字化为基础的。本课题所设计的电子时钟是一个最基本的数字钟。

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第2章 总体设计方案

数字钟是一个将“时”“分”“秒”显示于人的视觉器官的计时装置。它的计时周期 、 为 24 小时，显示满刻度为 23 时 59 分 59 秒，另外应有校时功能和报时功能。因此，一个 基本的数字钟电路可分为两部分，既主电路部分和扩展功能部分。

图2-1 数字电子钟框图

2.1 秒脉冲电路

脉冲发生器是数字钟的核心部分，它的精度和稳定度决定了数字钟的质量，通常用晶体振荡器发出的脉冲经过整形、分频获得1Hz的秒脉冲,按照电路如连接即可获得秒脉冲，秒脉冲电路如下图。

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图2-2 秒脉冲发生器

2.2.1 秒脉冲的计算公式 秒脉冲周期T的计算：

T=Ln2(R1+2R2)C (1) 充电时间T1的计算：

T1=(R1+R2)CLn2 (2)

放电时间T2的计算：

T2=R2CLn2 (3) 输出脉冲占空比Q:

Q=T1/T=R1+R2/RI+2R2 (4)

2.2 译码显示电路

译码驱动电路将计数器输出的8421BCD码转换为数码管需要的逻辑状态，并且为保证数码管正常工作提供足够的工作电流。本设计采用74LS48D译码器和LED数码管来显示的，译码显示图如下所示。

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图2.3 译码显示图

2.3 计数电路

秒、分、时分别为60、60、24进制计数器，秒、分均为60进制，即显示00-59，它们的个位为十进制，十位为六进制。时为二十四进制计数器，显示为00-23，个位仍为十进制，而十位为三进制，但当十进位计到2，而个位计到4时清零，就为二十四进制了。

2.4 校时电路

在刚刚开机接通电源时，由于时、分、秒为任意值，所以，需要进行调整。置开关在手动位置，分别对时、分、秒进行单独计数，计数脉冲由单次脉冲或连续脉冲输入。

图2.4 校时电路

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2.5 整点报时电路

当时计数器在每次计到整点前六秒时，需要报时，这可用译码电路来解决。即当分为59时，则秒在计数计到54时，输出一延时高电平去打开低音与门，使报时声按500Hz频率呜叫5声，直至秒计数器计到58时，结束这高电平脉冲；当秒计数到59时，则去驱动高音1KHz频率输出而鸣叫1声，整点报时电路如下图所示。

图2.5 整点报时电路

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第3章 各部分电路原理及器件介绍

3.1 LM555多谢振荡器

图3.1 LM555引脚图

图中4脚与8脚接电源正极，1脚接地，3脚是脉冲输出端，2、6脚短接。给电路接上5V电源后，器工作原理是：接通 VCC 后，R1和 R2 对C1充电。Uc 上升到 2 Vcc 时，U0=0，T导通，C1通过 R1 和T放电，Uc下降。当Uc下降到 1 Vcc 时，U0 又由0 变为3 V，T截止，VCC 又经 R1和 R2 对C1 充电。

3.3 计数器

3.3.1 同步十进制加法计数器74LS160功能介绍

图3.2 74LS90D引脚图

CP是脉冲输入端；CT（CO）是进位信号输出端；CEP和CET是计数器工作状态端；MR(CR)

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吉林建筑工程学院城建学院电气信息工程系自动化专业课程设计（论文） 是异步清零端；PE是置数端；VCC接正电源，GND接地；P0～P4是数据输入端，Q1～Q4是计数器状态输出端。电源电压5V，输入电压5V。其功能表如下所示：

表3.1 74LS90D功能表

输 入 LD CET CEP CP P0 P1 P2 P3 Q0n+1 x 0 1 1 1 x x 1 0 X x x 1 x 0 x ↑ ↑ x x x a x x x x b x x x x c x x x x d x x x 输 出 Q1n+1 Q2n+1 Q3n+1 CO 0 0 注 清零 置数 CR 0 1 1 1 1 0 0 0 0 a b c d 计 数 保 持 保 持 3.3.2 二十四进制计数

下图所示为二十四进制小时计数器，是用两片74LS90D构成的。也可用两块中规

模集成电路74LS90D和与非门构成。

图3-3 24进制计数器

当第一个脉冲来到时两个数显同步置零，显示00状态，即两个同步十进制加法计数器的输出分别为0000和0000，当第二个脉冲来到时个为脉冲作用下第一个同步十进制加法计数器的输出变为0001，而第二个同步十进制加法计数器的工作状态控制端接的为低电平，所以不工作，继续保持为0000状态不变，当第一个同步十进制加法计数

& CP 分计数器进位信号 74LS160 74LS160 Q4 Q3 Q2 Q1 & Q4 Q3 Q2 Q1 第7页 共14页

吉林建筑工程学院城建学院电气信息工程系自动化专业课程设计（论文） 器输入第九个脉冲后，RCO进位输出端会置为1，同时第二个同步十进制加法计数器的工作状态控制端接的为高电平，所以开始工作，输出由0000变为0001，然后保持至第 一个同步十进制加法计数器的输出再次变为1001。当第一个同步十进制加法计数器的输出为0010，同时第二个同步十进制加法计数器的输出为0011时，两个同步十进制加法计数器的预置数控制端被同时置为0，即两个同步十进制加法计数器的输出均变为0000，从而完成二十四进制计数。

3.4 译码显示电路

本实验采用CC4511 BCD锁存器/七段译码/驱动器。其引脚图如下：

图3-4 CC4511引脚图

其功能表如下：

表3-2 CC4511功能表 LE X X 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 输入 BI LT D X 0 x 0 1 x 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 x C x x 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 B x x 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 A x x 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 a 1 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 b 1 0 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 c 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 d 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 0 输出 e f 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 1 1 1 0 0 1 1 0 1 g 1 0 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 显示字形 8 消隐 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 第8页 共14页

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3.6 整点报时电路

为了达到正点报时的功能，当时间的分十位为5，分个位为9，秒的十位为5时，利用与门的相与功能，使得时间在59分50秒到59分59秒期间，蜂鸣器1秒响1秒停地响5次。

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第4章 仿真调试

设计后分别送到计算机模拟软件EWB8.0和Multisim2001中进行模拟调试，时间计数电路的仿真模拟调试如图4-1所示。

图4-1 总电路仿真图

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结束语

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程设计，我们才把学到的东西与实践相结合。从中对我们学的知识有了更进一步的理解。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。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。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， 各个芯片实现同一个功能的区别。另外，我们设计要从市场需求出发，既要有强大的功能，又要在价格方面比同等档次的便宜。 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、画图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。

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致谢

毕业设计完成了，在这个过程中我学到了很多东西。首先我要感谢我的指导老师，他们在我完成论文的过程中，给予了我很大的帮助。在论文开始的初期，我对于论文的结构 以及文献选取等方面都有很多问题，整体构思不是很明确，段落层次也不是很清晰，老师 详细给我分析论文的写作过程，从论文的题目，论文的内容，论文的脉络，都给我详细的 指导。在我论文的进展过程中，老师也及时给我解决疑惑，并且监督我论文的进展过程，非常感谢！但是惭愧的是，我没有及时完成任务，论文也时有偏差出现，经过了曲折的过 程，老师也耐心的给我激励，非常感谢! 我想，毕业论文的过程不仅仅是一个完成一篇论文的过程， 而是一个端正态度的过程，是总结大学四年的一个过程，是在踏入社会前的历练过程。这个过程将使我受益匪浅！

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参考文献

[1]康华光·电子技术基础.〔M〕·北京：高等教育出版社，2000，58-60.

[2]顾永杰·电工电子技术实训教程·〔M〕上海：上海交通大学出版社，1999，71-74. [3]陈小虎·电工实习（I）.〔M〕·北京:中国电力出版社，1996，105-120. [4]焦辎厚·电子工艺实习教程.〔M〕·哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,1993，67-75. [5]陈坚·电力电子学.[M]·北京:高等教育出版社,2002，33-46.

[6]宋春荣·通用集成电路速查手册.〔M〕·山东：山东科学技术出版社,1995，23-34. [7]吕思忠·数子电路实验与课程设计. 〔M〕·黑龙江：哈尔滨工业大学出版社,2001，92-104. [8]谢自美·电子线路设计、实验、测试. 〔M〕·华中理工大学出版社,2000，48-57. [9]王琉银·脉冲与数字电路. 〔M〕·北京：高等教育出版，1985，121-136. [10][美]M·Morris Mano.Digital Design·北京:高等教育出版社,2002，198-204. [11]周良权·方向乔.数字电子技术基础.〔M〕·北京：高等教育出版社，2006 ，1-6. [12]余孟尝·数字电子技术简明教程.〔M〕·北京：高等教育出版社,2006，44-52.

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附录I 实验元器件清单

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

十六进制计数器 七段译码器 四—２输入与非门 数码显示管 电阻 电阻 电阻 电解电容 电容 电源 蜂鸣器 74LS90D 74LS48D 74LS00 BS201A 100K 22k 100k 100uF 22pF 5V 8050 六片 六片 两片 七个 一个 二个 八个 一个 一个 一个 一个

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参考文献

[1] 天正电气.刘国林.人民交通出版社.2000 [2] 供配电系统.雍静.机械工业出版社.2004

[3] 智能建筑设计与施工系列图集.魏克新. 中国建筑工业出版社.2003 [4] AUTOCAD.黄河. 中国建筑工业出版社.2004

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