毕业设计论文多功能数字钟设计与制作.doc

多功能数字钟设计与制作摘 要本次设计以数字电子为主，分别对1S时钟信号源、秒计时显示、分计时显示、小时计时显示、上午下午计时显示、星期计时显示、整点报时及校时电路进行设计，然后将它们组合，来完成时、分、秒、上午下午及一星期七天的显示，12小时制和24小时制互换显示并且有整点报时和走时校准的功能关键词：校表；小时互换显示；上下午显示；星期显示；整点报时【前言】在本世纪，电子技术获得了飞速的发展，在其推动下，现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，同时也使现代电子产品性能进一步提高，产品更新换代的节奏也越来越快 时间对人们来说总是那么宝贵，工作的忙碌性和繁杂性容易使人忘记当前的时间忘记了要做的事情，因此数字钟是必不可少的它给人们的生活、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、携带方便等优点，它还用于计时、自动报时及自动控制等各个领域在这里我们将已学过的比较零散的数字电路的知识有机的、系统的联系起来用于实际，来培养我们的综合分析和设计电路的能力更为我学习PLD技术打下坚实的基础。

第1章 数字钟的概述本次设计的数字钟是实现对时、分、秒、上午、下午、星期数字显示的计时装置,时周期为24小时和12小时，显示满刻度为23时59分59秒和12时59分59秒，上、下午的显示“1”为上午，“2”为下午，星期的显示“1”“2”“3”“4”“5”“6”“日”，并具有校时功能和报时功能的数字电子钟电路主要采用中规模CMOS集成电路.本系统的设计电路由脉冲逻辑电路模块、计数模块、译码显示电路模块、整点报时模块、校时模块等几部分组成采用5V直流作电源，采用低功耗的CMOS芯片及LED数码显示器，发生器使用晶体振荡、计数振荡器4060及双JK触发器4027，将标准秒信号送入“秒计数器”；计数器采用4518和74LS161集成计数器来实现，分别用4518组成时、分、秒计数器，则两个六十进制(秒、分)计数器、一个二十四进制(时)的计数器、一个一十二进制（时）的计数器，74LS161组成二进制的（上、下午）计数器及七进制的（星期）计数器；用74LS157选择器来选择12小时制和24小时制的显示；整点报时电路以门电路、触发器及扬声器构成，要求在离整点差5秒时，每1秒钟鸣叫一次，共响6次，前五次为低音512Hz，最后一声为高音1024Hz；校时电路是由与非门构成的双稳态触发器，用来对“星期”、“时”、“分”、“秒”显示数字进行调整的；译码显示电路选用BCD-7段锁存译码／驱动器4511构成，再经过LED七段显示器显示出来。

如图（1）则是多功能数字钟设计的整体框图：数码显 示数码显 示数码显 示数码显 示数码显 示数码显 示数码显 示数码显 示星期译 码上下午译码十位时译码个位时译码十位分译码个位分译码十位秒译码个位秒译码秒 计数 器（60）分 计数 器（60）时个位选择时十位选择校星期星期计数时 计数 器（24）上下午计数小 时计 数（12）校时电路校分电路整点报时晶体振荡分频电路二分频电路512HZ1024HZ1HZ2HZ图（1）多功能数字钟设计的整体框图第2章 仿真软件Multisim 7简单介绍1.1 Multisim 7基本操作Multisim 7是IIT公司推出Multisim 2001之后的Multisim最新版本Multisim 7提供了全面集成化的设计环境，完成从原理图设计输入、电路仿真分析到电路功能测试等工作当改变电路连接或改变元件参数，对电路进行仿真时，可以清楚地观察到各种变化对电路性能的影响 1.1.1 基本界面仿真电源开关菜单栏工具栏元器件栏仪器仪表栏电路工作区状态栏1.1.2 文件基本操作 与Windows常用的文件操作一样，Multisim7中也有： New--新建文件、Open--打开文件、Save--保存文件、Save As--另存文件、Print--打印文件、Print Setup--打印设 Exit--退出等相关的文件操作。

以上这些操作可以在菜单栏File子菜单下选择命令，也可以应用快捷键或工具栏的图标进行快捷操作 1.1.3 元器件基本操作常用的元器件编辑功能有：90 Clockwise--顺时针旋转90°、90 CounterCW--逆时针旋转90°、Flip Horizontal--水平翻转、Flip Vertical--垂直翻转、Component Properties--元件属性等这些操作可以在菜单栏Edit子菜单下选择命令，也可以应用快捷键进行快捷操作原始图像 顺时针旋转90° 逆时针旋转90° 水平翻转 垂直翻转1.2 Multisim 7电路创建1.元器件(1) 选择元器件 在元器件栏中单击要选择的元器件库图标，打开该元器件库在屏幕出现的元器件库对话框中选择所需的元器件，常用元器件库有13个：信号源库、基本元件库、二极管库、晶体管库、模拟器件库、TTL数字集成电路库、CMOS数字集成电路库、其他数字器件库、混合器件库、指示器件库、其他器件库、射频器件库、机电器件库等2) 选中元器件 鼠标点击元器件，可选中该元器件3) 元器件操作 选中元器件，单击鼠标右键，在菜单中出现下列操作命令：Cut：剪切Copy：复制Flip Horizontal：选中元器件的水平翻转；Flip Vertical：选中元器件的垂直翻转；90 Clockwise：选中元器件的顺时针旋转90°；90 CounterCW：选中元器件的逆时针旋转90°；Color：设置器件颜色Edit Symbol：设置器件参数Help：帮助信息(4)元器件特性参数 双击该元器件，在弹出的元器件特性对话框中，可以设置或编辑元器件的各种特性参数。

元器件不同每个选项下将对应不同的参数 例如：NPN三极管的选项为： Label -- 标识 Display -- 显示 Value -- 数值 Fault -- 故障 1.3 Multisim 7菜单栏如下:11个菜单栏包括了该软件的所有操作命令从左至右为：File（文件）、Edit（编辑）、View（窗口）、Place（放置）、Simulate（仿真）、Transfer（文件输出）、Tools（工具）、Reports（报告）、Options（选项）、Window（窗口）和Help（帮助）1.4 Multisim 7仪器仪表使用Multisim 7仪器仪表栏如下: Multisim 7在仪器仪表栏下提供了17个常用仪器仪表，依次为数字万用表、函数发生器、瓦特表、双通道示波器、四通道示波器、波特图仪、频率计、字信号发生器、逻辑分析仪、逻辑转换器、IV分析仪、失真度仪、频谱分析仪、网络分析仪、Agilent信号发生器、Agilent万用表、Agilent示波器1.4.1 数字万用表（Multimeter） Multisim 7提供的万用表外观和操作与实际的万用表相似，可以测电流A、电压V、电阻Ω和分贝值db，测直流或交流信号。

万用表有正极和负极两个引线端1.4.2 函数发生器（Function Generator） Multisim 7提供的函数发生器可以产生正弦波、三角波和矩形波，信号频率可在1Hz到999MHz范围内调整信号的幅值以及占空比等参数也可以根据需要进行调节信号发生器有三个引线端口：负极、正极和公共端1.4.3 双通道示波器（Oscilloscope） Multisim 7提供的双通道示波器与实际的示波器外观和基本操作基本相同，该示波器可以观察一路或两路信号波形的形状，分析被测周期信号的幅值和频率，时间基准可在秒直至纳秒范围内调节示波器图标有四个连接点：A通道输入、B通道输入、外触发端T和接地端G示波器的控制面板分为四个部分：（1）Time base（时间基准） Scale（量程）：设置显示波形时的X轴时间 显示方式设置有四种：Y/T方式指的是X轴显示时间，Y轴基准 X position（X轴位置）：设置X轴的起始位置显示电压值；Add方式指的是X轴显示时间，Y轴显示A通道和B通道电压之和；A/B或B/A方式指的是X轴和Y轴都显示电压值。

2）Channel A（通道A） Scale（量程）：通道A的Y轴电压刻度设置 Y position（Y轴位置）：设置Y轴的起始点位置，起始点为0表明Y轴和X轴重合，起始点为正值表明Y轴原点位置向上移，否则向下移 触发耦合方式：AC（交流耦合）、0（0耦合）或DC（直流耦合），交流耦合只显示交流分量，直流耦合显示直流和交流之和，0耦合，在Y轴设置的原点处显示一条直线3） Channel B（通道B） 通道B的Y轴量程、起始点、耦合方式等项内容的设置与通道A相同4） Tigger（触发） 触发方式主要用来设置X轴的触发信号、触发电平及边沿等 Edge（边沿）：设置被测信号开始的边沿，设置先显示上升沿或下降沿 Level（电平）：设置触发信号的电平，使触发信号在某一电平时启动扫描 触发信号选择：Auto（自动）、通道A和通道B表明用项应的通道信号作为触发信号；ext为外触发；Sing为单脉冲触发；Nor为一般脉冲触发第3章 数字钟的系统设计3.1 秒脉冲发生器3.1.1 晶体振荡器的形成晶体振荡器电路给数字钟提供一个频率稳定准确的32768Ｈz的方波信号，可保证数字钟的走时准确及稳定。

不管是指针式的电子钟还是数字显示的电子钟都使用了晶体振荡器电路如图（2）所示晶体振荡电路框图：图（2）晶体振荡电路框图晶体振荡器是构成数字钟的重要核心，晶体振荡器它确保了时钟的走的时准确性和稳定性如图2所示电路通过CMOS非门构成的输出为方波的数字式晶体振荡电路，这个电路中，CMOS非门U1与晶体、电容和电阻构成晶体振荡器电路，右边的非门实现整形功能，将振荡器输出的近似于正弦波的波形转换为较理想的方波输出反馈电阻R为非门提供偏置，使电路工作于放大区域，即非门的功能近似于一个高增益的反相放大器电容C1、C2与晶体构成一个谐振型网络，完成对振荡频率的控制功能，同时提供了一个180度相移，从而和非门构成一个正反馈网络，实现了振荡器的功能由于晶体具有较高的频率稳定性及准确性，从而保证了输出频率的稳定和准确其中晶体振荡器的频率选为32768Hz该元件专为数字钟电路而设计，其频率较低，有利于减少分频器级数其中C1的值取3。