1、沈 阳 工 程 学 院课 程 设 计设计题目： 闹钟电路 系 别 信息工程系 班级 通信本 101 学生姓名 朱泽文 学号 2010416121 指导教师 于源/秦宏 职称 讲师/副教授 起止日期： 2012 年 6 月 11日起至 2012年 6月 21日止沈阳工程学院课程设计任务书课程设计题目： 闹钟电路 系 别 信息工程系 班级 通信本 101班 学生姓名 朱泽文 袁勇军 宋玮 苏政 学号 201041612 2009412113 20104161012010416138 指导教师 于源/秦宏 职称 讲师/副教授 课程设计进行地点： B 座 419 任 务 下 达 时 间： 2012 年
2、 5 月 25日起止日期：2012 年 6 月 11日起至 2012年 6 月 21日止教 研 室 主 任 曲 延 华 2012年 5 月 7日批准I闹钟电路1 设计主要内容及要求1.1 设计目的（1）掌握数字钟的构成、原理与设计方法；（2）熟悉集成电路的使用方法。1.2 基本要求（1）能显示预置的时间；（2）能进行分、小时的计时电路，有独立的时间电路；（3）倒时灯光、声音提示或模式切换1.3 发挥部分(1) 时间以及闹钟清零电路。(2) 时钟显示和闹钟显示自由切换电路2 设计过程及论文的基本要求2.1 设计过程的基本要求（1）基本部分必须完成，发挥部分可任选 2 个方向：（2）符合设计要求的
3、报告一份，其中包括逻辑电路图、印刷电路板图各一份；（3）设计过程的资料、草稿要求保留并随设计报告一起上交；报告的电子档需在规定时间内在单独在网络教学平台上交。2.2 课程设计论文的基本要求（1）参照毕业设计论文规范打印，文字中的小图需打印。项目齐全、不许涂改，不少于 3000 字。图纸为 A3，附录中的大图可以手绘，所有插图不允许复印。（2）装订顺序：封面、任务书、成绩评审意见表、中文摘要、关键词、目录、正文（设计题目、设计任务、设计思路、设计框图、各部分电路及参数计算（重要） 、工作过程分析、元器件清单、主要器件介绍） 、小结、参考文献、附录（逻辑电路图与印刷电路板图） 。3 时间进度安排顺
4、序 阶段日期 计 划 完 成 内 容 备注1 2012.6.11 布置课设题目讲解，分组 打分2 2012.6.12 开题答辩 打分3 2012.6.13 小组查找资料开始设计原理图 打分4 2012.6.14 仿真软件学习，绘制原理图 打分5 2012.6.15 仿真软件学习，绘制原理图 打分6 2012.6.18 完成原理图主体 打分7 2012.6.19 原理图仿真运行 打分8 2012.6.20 布置报告要求 打分9 2012.6.21 正式答辩 打分II10 2012.6.22 上交报告 打分II沈 阳 工 程 学 院数字电子技术 课程设计成绩评定表系（部）： 信息工程系 班级： 通
5、信本101班 学生姓名： 朱泽文 指 导 教 师 评 审 意 见评价内容 具 体 要 求 权重 评 分 加权分调研论证能独立查阅文献,收集资料；能制定课程设计方案和日程安排。 0.1 5 4 3 2工作能力态度工作态度认真，遵守纪律，出勤情况是否良好，能够独立完成设计工作， 0.2 5 4 3 2工作量按期圆满完成规定的设计任务，工作量饱满，难度适宜。 0.2 5 4 3 2说明书的质量说明书立论正确，论述充分，结论严谨合理，文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，图表完备，书写工整规范。0.5 5 4 3 2指导教师评审成绩（加权分合计乘以 12） 分 加权分合计指 导 教 师 签 名：
6、 年 月 日评 阅 教 师 评 审 意 见评价内容 具 体 要 求 权重 评 分 加权分查阅文献 查阅文献有一定广泛性；有综合归纳资料的能力 0.2 5 4 3 2工作量 工作量饱满，难度适中。 0.5 5 4 3 2说明书的质量说明书立论正确，论述充分，结论严谨合理，文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，图表完备，书写工整规范。0.3 5 4 3 2评阅教师评审成绩（加权分合计乘以 8） 分 加权分合计评 阅 教 师 签 名： 年 月 日课 程 设 计 总 评 成 绩 分闹钟电路III中 文 摘 要随着信息时代的到来，电子技术在社会生活中发挥着越来越重要的作用，数码产品走向生活的各个方
7、面，数字电子技术已经成为反映以及影响当今科技技术发展的重要技术，可以预见在当今以及未来相当长的一段时间内，数字电子技术将会扮演越来越重要的作用。同时掌握一定的数电知识直接决定我们未来的发展以及能走多远。现在，数字闹钟已成为人们常生活中随处可见的物品。数字钟的应用非常广泛，应用于人家庭以及车站。码头。剧场，办公室等公共场所，给人们的生活，学习，工作，娱乐带来极大的方便，由于数字集成电路技术的发展和采用了先进的石英技术，使数字钟具有走时准确，性能稳定，携带方便等特点，它还用于计时，自动报时及自动控制等各个领域。一般的闹钟都是比较复杂的电路组成的电路，各种调试也是十分的复杂，所以我们可以做出很好的简
8、单的电路来画出好的电路来。本文我们设计出了一种很简单又有多功能的数字电路，具有很好的观赏性。数字闹钟电路由主体电路与发挥电路组成。 ，它一般由振荡器，分频器，计数器，比较器，显示器等部分组成。振荡器是用 555 定时器产生 1KHz 的波形进入电路中，再由三个分频器分频后再产生 1Hz 也就是 1 秒的秒脉冲进入计数器中，计数器由一个六进制 74160 和一个十进制 74160 组成的六十进制的，由六十进制的计数器连接秒显示器就是 60 秒的时间显示；然后由秒进分也是通过计数器的使能端连接起来，当秒到 60 时就是 1 分钟，分的计数器也是由一个一个六进制 74160 和一个十进制 74160
9、 组成的六十进制的，由六十进制的计数器连接秒显示器就是 60 分的时间显示；当分到 60 分就是 1 小时了，由计数器使能端的连接进入小时的计数器，小时的计数器是由一个二进制的 74160 和一个十进制的 74160 构成了二十四进制的小时显示，连接上显示器就是二十四小时的电路了。和计数器和显示器连接起来的就是比较器了，它是把时间显示电路和要设定的闹钟显示电路连接起来的，通过它可以在设定的闹钟时间，显示时间到那个时间就能够响动，这就是闹钟设置时间的意义。在通过在设定的计数器上连接起来的灯光、声音的电路就能够在时间相同时灯光亮和蜂铃响动了。在这个电路中时间的显示电路和设定闹钟时间的电路中的计数器
10、可以有秒脉冲连接起来的开关调试时间的多少的，当时间不准时就可以调了；当然最重要的就是闹钟时间的调动了，这是非常重要的一点。通过这些器件连接起来的电路就构成了一个简单的数字闹钟电路了。可以经过调试、仿真等可以知道简单电路的显示效果。关键词 振荡器，分频器，计数器，比较器，显示器沈阳工程学院课程设计IV目 录课程设计任务书 I课程设计成绩评定表 .II中 文 摘 要 III1 设计任务描述 11.1 设计题目：数字闹钟电路 11.2 设计要求 11.2.1 设计目的 11.2.2 基本要求 11.2.3 发挥部分 12 设计思路 23 设计方框图 34 各部分电路设计及参数计算 44.1 多谐振荡
11、器模块 .44.2 分频器模块 44.3 时、分、秒计数器构成时钟显示电路 .544 数码显示电路与显示切换电路 64.5 校时电路 .74.6 闹时设置电路 .84.7 对比起闹电路 .84.8 闹铃电路 .94-9 清零电路 95 工作过程分析 115.1 计时电路工作过程分析 .115.1.1 秒脉冲信号产生过程分析 .115.1.2 时钟计时和闹钟计时电路工作过程分析 .125.2 显示切换电路工作过程分析 .135.3 校准电路以及清零电路分析 .135.3.1 校准电路工作原理分析 .135.3.2 清零电路工作过程分析 .145.4 闹铃电路工作过程分析 .155.4.1 对比起
12、闹电路工作过程分析 .155.4.2 闹铃电路工作过程分析 .155.4.3 自动延时电路工作过程分析 .165.5 闹钟电路整体工作过程分析 .176 元器件清单 187 主要元器件介绍 197.1 555 定时器 197.1.1 引脚图 19闹钟电路V7.1.2 功能表 197.1.3 引脚功能及介绍 .197.2 显示器 DCD-HEX.207.2.1 引脚图 .207.2.2 功能表 217.2.3 引脚功能 .217.3 74LS85 四位大小数比较器 217.3.1 引脚图 .217.3.2 功能表 217.3.3 功能介绍 227、4 计数器 74LS160 .227.4.1 引
13、脚图 227.4.2 功能表 237.5 计数器 74LS90 237.5.1 引脚图 .237.5.2 功能表 .237.5.3 功能介绍 24总结与心得 25致 谢 26参考文献 27附 录 A1 原理图 .29附 录 A2 运行截图 .30沈阳工程学院课程设计VI闹钟电路11 设计任务描述1.1 设计题目：数字闹钟电路1.2 设计要求1.2.1 设计目的(1) 掌握数字钟的构成、原理与设计方法。(2) 熟悉集成电路的使用方法。1.2.2 基本要求(1) 能显示预置的时间。(2) 能进行分、小时的计时电路，有独立的时间电路。(3) 到时灯光、声音提示或模式转换。1.2.3 发挥部分(1)
14、时间以及闹钟清零电路。(2) 时钟显示和闹钟显示自由切换电路。沈阳工程学院课程设计22 设计思路对于数字闹钟，根据要求，我所设计数字闹钟电路应包括以下五个方面。（1）脉冲源。要想构成数字钟，首先应选择一个脉冲源能自动地产生稳定的标准时间脉冲信号。我采用由 555 定时器组成的多谐振荡器产生 1000HZ 的高频脉冲信号，而脉冲源产生的脉冲信号的频率较高，因此，需要进行分频，使得高频脉冲信号转变为适合于计时的低频脉冲信号，即“秒脉冲信号” （频率为 1HZ） 。经过分频器输出的秒脉冲信号到计数器中进行技术，分频电路运用的是由 3 个 7490N 芯片组成的三级十分频电路，将 1000HZ 的高频
15、信号分成 1HZ的脉冲信号。（2）时钟显示电路。由于计时的规律是：60 秒=1 分，60 分=1 小时，24 小时=1 天，就需要对计数器分别设计为 60 进制，60 进制和 24 进制（本次我选作24 进制）的，并发出驱动信号，此次我选用 74LS160 计数器。各计数器输出信号经译码器、驱动器到数字显示器，按“时” 、 “分” 、 “秒”顺序将数字显示出来。（3）显示切换电路。一般闹钟电路中闹钟电路与时间电路共用同一个显示器，这就需要显示切换按键，此次我设计的显示切换电路利用三个与非门构成一个数据选择单元来控制显示器的一个管脚，从而整体实现时钟电路显示与闹钟电路显示的切换。（4）校准时间以
16、及清零电路。值得注意的是：任何计时装置都有误差，因此应考虑校准时间电路和清零电路。校时电路一般采用自动快速调整和手动调整， “自动快速调整”可利用分频器输出的不同频率的脉冲使显示的时间自动迅速调整。 “手动调整”可利用手动的节拍调准显示时间。基于要求本次采用了自动快速调整。清零电路采用手动开关通过或门连接到计数器清零端。（5）闹钟电路。 数字闹钟要求有定时响闹的功能，故需要提供设定闹时电路和对比起闹电路。设时电路应共享译码器、驱动器到数字显示器，以便使用者设定时间，并可减少电路的芯片数量， ；而对比起闹电路提供声源，应具有人工止闹功能，止闹后不再重新操作，将不再发生起闹等功能，同时闹铃电路具有
17、自动延时功能。对比起闹电路采用 4 个 74 S85 比较器分别比较小时、分的个位和十位。闹钟电路33 设计方框图图 3.1 数字闹钟电路的原理框图闹时设置：正常显示与设时显示切换电路校时电路 设置闹时电路振荡器分频电路分计数器 时计数器清零电路沈阳工程学院课程设计44 各部分电路设计及参数计算4.1 多谐振荡器模块它是数字闹钟的核心部分，它的精度和稳度决定于数字钟的质量，通常使用晶体振荡器发出的脉冲经过整形，分频获得 1Hz 的秒脉冲。本次我选用 555 定时器构成多谐振荡器。多谐振荡器电路图 4.1 所示。由于 555 定时器产生 1000hz 左右频率较稳定，考虑较好利用分频器产生 1h
18、z 频率，故设计此电路产生 1000Hz 频率。公式为：（4.1）图 4.1 555 定时器组成的多谐振荡器4.2 分频器模块分频电路运用的是由 3 个 7490N 芯片组成的三级十分频电路，将 1000HZ的高频信号分成 1HZ 的脉冲信号，此电路产生秒脉冲为计数器提供计数秒脉冲和计数器提供校时脉冲，并支持闹时电路的设时所需的快速脉冲。7490 构成1000 分频电路如图 4.2闹钟电路5图 4.2 7490 构成 1000 分频电路4.3 时、分、秒计数器构成时钟显示电路秒信号经过秒计数器、分计数器、时计数器之后。分别传到显示电路，以便实现数字显示时、分、秒的要求。 “秒”和“分”计数器应
19、为六十进制，为“时”计数器应为二十四进制。要实现这一要求，可选用的中规模集成计数器较多，这里使用了常用的十进制计数器 74160。a.六十进制计数器。它由两块中规模集成十进制计数器 74LS160，一块组成十进制，另一块组成六进制。组成起来就构成六十进制计数器，如图 4.3 所示六十进制计数器。图 4.3 两块 74160N 构成的六十进制计数器沈阳工程学院课程设计6b. 二十四进制计数器。它由两块中规模集成计数器 74160N 构成。当高位出现 0010 状态，低位为 0100 状态，即计到第 24 个来自“分”计数器的进位信号时，产生反馈清零信号，如图 4.4 所示为二十四进制计数器。图
20、4.4 两块 74160N 构成二十四进制计数器4.4 数码显示电路与显示切换电路选用器件时应注意译码器和显示器件相互配合。一是驱动功率要足够大，二是逻辑电平要匹配。为了节省空间和降低复杂度，此次我选用了一个集成显示器 DVD_HEX，它有四个管脚，可以直接提供 BCD 码的译码和显示。而为了使电路在正常计时显示和设置闹时显示可以切换，我添加了切换电路。它的单元可实现如表 4.1 的逻辑功能。它的单元如图 4.5。表 4.1 切换单元逻辑功能表切换开关 计数单元数据 设闹单元数据 显示器输入0 0 0 00 0 1 00 1 0 10 1 1 11 0 0 01 0 1 11 1 0 01 1
21、 1 1闹钟电路7图 4.5 切换单元由表可容易看出切换单元是一个简单的数据选择电路。计数由秒计数器、分计数器和时计数器产生并分别输送到切换电路，再进入数码显示器。4.5 校时电路当重新接通电源或走时出现误差时都需要对时间进行校正.通常,校正时间的方法是:首先截断正常的计数通路,然后再进行人工出触发计数或将频率较高的方波信号加到需要校正的计数单元的输入端,校正好后,再转入正常计时状态即可.根据要求,数字钟应具有分校正和时校正功能,因此,应截断分个位和时个位的直接计数通路,并采用正常计时信号与校正信号可以随时切换的电路接入其中.图 4.7 所示即为带有基本 RS 触发器的校时电路,沈阳工程学院课
22、程设计8图 4.7 带有防抖动开关的校正电路4.6 闹时设置电路这里的闹钟电路设计了主要的小时和分的显示电路，同样通过十进制计数器 74160 构成一个六十进制和一个二十四进制，通过开关将秒脉冲接入计数器形成可控连续调时闹钟电路，其电路如图 4.8图 4.8 闹时设置电路4.7 对比起闹电路对比起闹电路通过 4 个 74S85 比较器分别比较时的十位、个位和分钟的十位、个位，并设置四个比较器比较数字相等时输出高电平，用一个四输入与门闹钟电路9将这四个比较器过来的信号处理后传到闹铃电路。74S85 比较器构成起闹电路如图 4.9图 4.9 74S85 比较器构成起闹电路4.8 闹铃电路闹铃电路将
23、起闹信号和基本 RS 触发器构成的开关控制信号通过或非门后与自动延时两分钟控制的信号通过或非门后连到灯光显示和声音提示元件。闹时一分钟功能的实现：由于我在设计闹时时只使用分计数器和时计数器，设置闹时的最低精度为 1 分钟，所以当电子钟到达闹时时，有一分钟的时间分位不会变，此时蜂鸣器响闹。当下一分钟的到来时，由于正常时间计数器的小时和分钟与闹时数据不一致而自动止闹此期间刚好一分钟。基本 RS 触发器构成的开关起人工止闹作用，通过触发器和 74LS160 计数器构成自动延时以及循环作用。闹铃电路如图 4.10。图 4.10 闹铃电路沈阳工程学院课程设计104.9 清零电路由于时钟电路和闹钟电路在计
24、时以及校准、预设时需要清零而从新校准和预设，故需要设计清零电路对时钟电路和闹钟电路进行清零，此处通过两个单刀双掷开关以及或门分别控制时钟计时电路和闹钟计时电路计数器的清零端，而且在开关另一端连上由 555 定时器构成的多谐振振荡电路控制的蜂鸣器，形成清零时声音提示，提供更人性化的提示。清零电路如图 4.11图 4.11 清零电路闹钟电路115 工作过程分析5.1 计时电路工作过程分析5.1.1 秒脉冲信号产生过程分析a 首先采用 555 定时器组成多谐振荡器 ，产生稳定的 1000HZ 的高频脉冲信号，取 R1=3K R2=5.6K C=0.1F ，如图 5.1 所示。图 5.1 555 定时
25、器组成的多谐振荡器b 由于需要产生 1HZ 的秒脉冲为计数器提供计数秒脉冲和计数器提供校时脉冲，并支持闹时电路的设时所需的快速脉冲，运用 3 个 7490N 计数器组成的三级十分频电路，将 1000HZ 的高频信号分成 1HZ 的脉冲信号，如图 5.2 所示。沈阳工程学院课程设计12图 5.2 7490N 构成 1000 分频5.1.2 时钟计时和闹钟计时电路工作过程分析采用十进制 74160 加法计数器组成六十进制和二十四进制分别作为时钟的个位、十位，分的个位、十位以及小时的个位、十位，闹钟电路分的个位、十位以及小时的个位和十位。当秒脉冲给到计数器的促发沿，计数器开始计数并输出。其工作过程图
26、时钟计时如图 5.3，闹钟计时如图 5.4。图 5.3 时钟计时电路图 5.4 闹钟计时电路闹钟电路135.2 显示切换电路工作过程分析显示切换部分对于每个输入过来的数值信号通过三个或非门与外部可控开关来实现每个显示器管脚的数据选择，从而总体实现时钟计时电路显示与闹钟计时电路显示之间的显示切换，显示切换过程电路图如图 5.5图 5.5 数码显示以及显示切换电路5.3 校准电路以及清零电路分析5.3.1 校准电路工作原理分析由基本 RS 触发器来控制将进位信号和脉冲信号通过三个或非门构成的数据选择器最终实现秒脉冲对所调计数器快速可控校准其中基本 RS 触发器构成的开关具有防抖动功能，避免了开关抖
27、动形成脉冲对计数器的影响。 基本 RS触发器构成的校准电路如图 5.6沈阳工程学院课程设计14图 5.6 基本 RS 触发器构成的校准电路5.3.2 清零电路工作过程分析清零电路通过双刀双掷开关控制来给计数器清零端有效信号从而实现计数器清零，同时在双刀双掷开关另一端接到 555 定时器构成的多谐振振荡器的电压端，在多谐振荡器输出端接上蜂鸣器，从而清零的同时有声音作为提示。声音提示清零电路如图 5.7图 5.7 声音提示清零电路闹钟电路155.4 闹铃电路工作过程分析5.4.1 对比起闹电路工作过程分析起闹电路是通过 4 个 74S85 数值比较器分别将时钟计时电路的分个位、十位以及小时的个位、
28、十位与闹钟计时电路的分个位、十位以及小时的个位、十位相比较，当各比较器所比较数值相等时，相等端输出高电平，将 4 个相等端接到四输入与门，当所有数值均相等时，输出高电平给闹铃电路。对比起闹电路如图 5.8。图 5.8 对比起闹电路5.4.2 闹铃电路工作过程分析由基本 RS 触发器构成的防抖动开关控制信号和起闹电路输入的信号通过两个或门给到灯管和蜂鸣器，实现闹铃声光提示。闹铃时，当按下开关后由于基本 RS 触发器里信号改变从而改变了到灯和蜂鸣器的有效信号高电平，从而实现可控停止闹铃，当没有按下开关，闹铃会一直响到时钟分钟个位改变即一分钟后停止。闹铃电路如图 5.9。沈阳工程学院课程设计16图
29、5.9 闹铃电路5.4.3 自动延时电路工作过程分析自动延时电路可循环电路由 D 触发器将起闹信号分频后作用于 74160 计数器，用一个与非门以及置数端将计数器设计成二进制可循环计数器，同时将与非后的信号给回闹铃电路，从而实现没有止闹时自动延时两分钟后再响并循环，同样通过基本 RS 触发器构成的开关来控制自动延时的开启。自动延时电路如图 5.10。图 5.10 自动延时电路闹钟电路175.5 闹钟电路整体工作过程分析由 555 定时器组成的多谐振振荡器产生稳定的 1000Hz 频率，并由 3 个计数器 7490 构成的 1000 分频电路分成 1Hz 秒脉冲，秒脉冲经校时电路到达由 6 个十
30、进制计数器 74160 分别组成的 60 进制、60 进制、24 进制的时钟显示电路，由输出到显示切换电路到显示器。同时秒脉冲经由可调电路到达由 4 个十进制计数器组成的 60 进制、24 进制组成的可调闹钟计时电路，输出到显示切换电路到显示器。由 4 个 7485 数值比较器分别比较时钟与闹钟的时的十位和个位以及分的十位和个位。并将比较后输出信号输出到自动延时电路以及可控闹钟电路。完成整个数字闹钟的计时闹钟功能。整体工作电路图如图 5.11。图 5.11 整体工作过程图沈阳工程学院课程设计186 元器件清单名称 型号 数量555 定时器 555_VIRTUAL 2数据比较器 74S85 4计数器 7490N 3十进制加法计数器 74LS160D 11D 触发器 74LS112N 1两输入与非门、与门 7400N/74LSOO/7408N 67/5/2两输入或非门 74LS02N 3显示器 DCD_HEX 6
