课程设计任务书学生姓名：杨飞 专业班级：电信0804指导教师：孟哲 工作单位：信息工程学院题 目：多功能数字钟的设计仿真与制作初始条件：利用集成译码器、计数器、定时器、数码管、脉冲发生器和必要的门电路等数字器件实现系统设计。也可以使用单片机系统设计实现要求完成的主要任务:包括课程设计工作量及技术要求，以及说明书撰写等具体要求1、课程设计工作量：1周内完成对多功能数字钟的设计、仿真、装配与调试。2、技术要求： 设计一个数字钟。要求用六位数码管显示时间，格式为00: 00: 00。具有60进制和24进制或12进制计数功能，秒、分为 60进制计数，时为24进 制或12进制计数。有译码、七段数码显示功能，能显示时、分、秒计时的结果。设计提供连续触发脉冲的脉冲信号发生器，具有校时单元、闹钟单元和整点报时单元。确定设计方案，按功能模块的划分选择元、器件和中小规模集成电路，设计分电路，画出总体电路原理图，阐述根本原理。3、查阅至少5篇参考文献。按孤汉理工大学课程设计工作标准 ？要求撰写设计报告书。全文用A4纸打印，图纸应符合绘图标准。时间安排：1 2021年6月2627日.查阅相关资料，学习设计原理。2 2021年_6_月2830日， 方案选择和电路设计仿真。3 2021年7月13日.电路调试和设计说明书撰写。42010年工月 4.日上交课程设计成果及报告，同时进展辩论。指导教师签名：年 月 日系主任或责任教师签名：年 月 日1 Proteus 软件简介 21课程设计题目分析 42课程设计的电路设计局部 53课程设计的电路原理图94课程设计中局部元器件的使用说明 105仿真图及仿真结果 136 设计总结 157 心得体会 168 参考文献 179 附录 181 Proteus 软件简介Proteus软件是一种低投资的电子设计自动化软件，提供可仿真数字和模拟、交流 和直流等数千种元器件和多达30多个元件库。Proteus软件提供多种现实存在的虚拟仪 器仪表。此外，Proteus还提供图形显示功能，可以将线路上变化的信号，以图形的方 式实时地显示出来。这些虚拟仪器仪表具有理想的参数指标，例如极高的输入阻抗、 极低的输出阻抗，尽可能减少仪器对测量结果的影响，Proteus软件提供丰富的测试信号用于电路的测试。 这些测试信号包括模拟信号和数字信号。 提供Schematic Drawing、SPICE 仿真与 PCB 设计功能，同时可以仿真单片机和周边设备，可以仿真51 系列、AVR、PIC等常用的MCU,并提供周边设备的仿真，例如373、led、示波器等。Proteus 提供了大量的元件库，有 RAM、ROM、键盘、马达、LED、LCD、AD/DA、局部SPI 器件、局部IIC 器件，编译方面支持Keil 和 MPLAB 等编译器。一台计算机、一套电子仿真软件，在加上一本虚拟实验教程，就可相当于一个设备先进的实验室。以虚代 实、以软代硬，就建立一个完善的虚拟实验室。在计算机上学习电工根底，模拟电路、 数字电路、单片机应用系统等课程，并进展电路设计、仿真、调试等。proteus 的工作过程运行 proteus 的 ISIS 程序后， 进入该仿真软件的主界面。 在工作前， 要设置 view 菜 单下的捕捉对齐和system下的颜色、图形界面大小等工程。通过工具栏中的p（从库中选择元彳命令）命令，在pick devices窗口中选择电路所需的元件，放置元件并调整其相 对位 置 ， 元 件 参 数设置 ， 元 器 件 间连 线 ， 编 写 程 序 ； 在 source 菜单 的 Definecode generation tools菜单命令下，选择程序编译的工具、路径、扩展名等工程； 在source菜单的Add/removesource files命令下，参加单片机硬件电路的对应程序；通 过 debug 菜单的相应命令仿真程序和电路的运行情况。资源Proteus软件所提供白元件资源Proteus软件所提供了 30多个元件库，数千种元件。 元件涉及到数字和模拟、交流和直流等。Proteus 软件所提供的仪表资源对于一个仿真软件或实验室，测试的仪器仪表的数量、类型和质量，是衡量实验室是否合格的一个关键因素。在 Proteus软件包中，不存在同类仪表使用数量的问题 Proteus还提供了一个图形显示功能，可以将线路上变化的信号，以图形的方式实时地 显示出来，其作用与示波器相似但功能更多。1.4 Proteus 软件所提供的调试手段Proteus提供了比拟丰富的测试信号用于电路的测试。这些测试信号包括模拟信号 和数字信号。对于单片机硬件电路和软件的调试，Proteus提供了两种方法：一种是系统总体执行效果，一种是对软件的分步调试以看具体的执行情况。对于总体执行效果的调试方法，只需要执行debug菜单下的execute菜单项或F12快捷 键启动执行，用debug菜单下的pause animation菜单项或pause键暂停系统的运行；或 用debug菜单下的stop animation菜单项或shift-break组合键停顿系统的运行。具运行 方式也可以选择工具栏中的相应工具进展。对于软件的分步调试，应先执行 debug菜单下的start/restart debuggin球单项命令，止匕 时可以选择 stepover、step into和step out命令执行程序（可以用快捷键 F10、F11和 ctrl+F11）,执行的效果是单句执行、进入子程序执行和跳出子程序执行。在执行了 start / restart debugin骑令后，在debug菜单的下面要出现仿真中所涉及到的软件列表 和单片机的系统资源等，可供调试时分析和查看。2课程设计题目分析2.1 设计要点设计一个准确的秒脉冲信号产生电路设计60进制、24进制计数器设计译码显示电路设计操作方面的校时电路设计整点报时电路2.2 工作原理数字电子钟由信号发生器、”时、分、秒计数器、译码器及显示器、校时电路、 整点报时电路等组成。秒信号产生器是整个系统的时基信号，它直接决定计时系统的 精度，一般用555构成的振荡器加分频器来实现。将标准秒脉冲信号送入“秒计数器， 该计数器采用60进制计数器，每累计60秒发出一个“分脉冲信号，该信号将作为“分计数器的时钟脉冲。“分计数器也采用60进制计数器，每累计60分，发出一 个“时脉冲信号，该信号将被送到“时计数器。“时计数器采用24进制计数器,可以实现一天24h的累计。译码显示电路将“时、分、秒计数器的输出状态经七段 显示译码器译码，通过六位 LED显示器显示出来。整点报时电路是根据计时系统的输 出状态产生一个脉冲信号，然后去触发音频发生器实现报时。校时电路是来对“时、 分、秒显示数字进展校对调整。其数字电子钟系统框图如下：3课程设计的电路设计局部3.1 课程设计的电路设计局部3.1.1 秒脉冲信号发生器秒脉冲信号发生器是数字电子钟的核心局部,它的精度和稳定度决定了数字钟的 质量。由振荡器与分频器组合产生秒脉冲信号。 振荡器：通常用555定时器与RC构成的多谐振荡器，经过调整输出1000Hz脉冲 分频器：分频器功能主要有两个，一是产生标准秒脉冲信号，一是提供功能扩展电 路所需要的信号，选用三片74LS90进展级联，因为每片为1/10分频器，三片级联好 获得1Hz标准秒脉冲。其电路图如下：J其一 .丁-WV-图1脉冲信号发生器CKB CKAP01 NCR亮“ hC 卬VCC 尔D 例 QB唯此KA版 MR也 融QC c GB12 工H疟 DKRORONCVD的加CKANCg 的OBQC秒、分、时计时器电路设计秒、分计数器为60进制计数器，小时计数器为 24进制计数器。实现这两种模数 的计数器采用中规模集成计数器 74LS90构成。 60进制计数器由74LS90构成的60进制计数器,将一片74LS90设计成10进制加法计数器，另 一片设置6进制加法计数器。两片74LS90按反应清零法用接而成。秒计数器的十位和 个位，输出脉冲除用作自身清零外，同时还作为分计数器的输入脉冲CP1。下列图电路即可作为秒计数器，也可作为分计数器B12 元 12Ko 0 c -9 9 CR R N VR R7490KNQ QCE CQQBleXI2Koo c-9 9 CR R N VR RAnc A r cKHQ QNQQ c GACAD图2 60进制计数器 24进制计数器由74LS90构成的二十进制计数器，将一片 74LS90设计成4进制加法计数器，另 一片设置2进制加法计数器。即个位计数状态为 Qd Qc Qb Qa = 0100十位计数状态为 Qd Qc Qb Qa = 0010时，要求计数器归零。通过把个位 Qc、十位Qb相与后的信号送 到个位、十位计数器的清零端，使计数器清零，从而构成24进制计数器。电路图如下:CKB CKAR01 NCR02 QANC QDVCC GND高1 QBR92 QC14102e74907190图3 24进制计数器3.1.2译码显示电路译码电路的功能是将秒、分、时计数器的输出代码进展翻译，变成相应的数字。用与驱动LED七段数码管的译码器常用的有 74LS48。74LS48是BCD-7段译码器/驱 动器，输出高电平有效，专用于驱动 LED七段共阴极显示数码管。假设将秒、分、时 计数器的每位输出分别送到相应七段译吗管的输入端，便可以进展不同数字的显示。在译码管输出与数码管之间串联电阻 R作为限流电阻。鉴于仿真时候的方便之处，在 实际设计的时候我们采用够了 4引脚的数码管，同时也将译码芯片换用成了 74LS157。十甲a7SrI/BrND BCLBRDAnGCFGAECrECOOOOOOO逅_bo Ohm Wv好13122W!Z*bffl 77r7448图4译码显示电路3.2.3校时电路校时电路是数字钟不可缺少的局部，每当数字钟与实际时间不符时，需要根据标准时间进展校时。K1、K2分别是时校正、分校正开关。不校正时，K1、K2开关是闭和的。当校正时位时，需要把 K1开关翻开，然后用手拨动 K3开关，来回拨动一次， 就能使时位增加1,根据需要去拨动开关的次数，校正完毕后把 K1开关闭上。校正分 位时和校正时位的方法一样。其电路图如下：10 k OhmVW图5校正电路3整点报时电路仿播送电台整点报时电路设计，每当数字钟计时快到整点时发出响声，四低一高并且以 最后一声高音完毕的时刻为整点时刻I I .士卜I1:U3 T4LS85 TEXT*6 B CDv | As M玄OGOCD CD CD复正夏宴品后出出*盘走CMU474LSS5SW-SPST TEXT LsrCDCO畤都芬干痛:输儿_ L ,令 闹钟禁小挖的:闹皆芬十位御不丁Ig gr- jdU1 74LS35m LL lZDV II n ：CODDU274LSS5 wTE*CD CD定三久复宿法2自受耳朵ITS