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1、目录正文31概述32方案设计与论证42.1方案一42.2方案二42.3方案的选择43单元电路的设计53.1振荡器电路的设计53.2数字钟电路的设计73.3校时电路的设计93.4控制打铃电路104整体电路仿真125实物制作156数据检测及电路调试177前景展望188个人总结199参考文献2110附录22附录一元件清单表22摘要 上课自动打铃电路的设计主要包括脉冲产生电路、数字钟显示电路、校时电路、控制打铃电路四个部分。利用555构成的多谐振荡器产生一定频率的信号控制输入数字钟计时单元，数字钟的主要设计思想是利用74LS160芯片作为加法计数器，用门电路连接实现数字钟的运行，从而实现数字钟的基本功
2、能。其功能组要有：启动、运行、复位、校时和定时打铃等。数字钟运行计时必须要准确，才能保证打铃电路时间的准确性。关键词：显示 打铃 定时 校时AbstractAutomatic ringing the bell for class circuit design mainly includes the pulse generating circuit, the digital clock display circuit, the school bell circuit, the control ring circuit four parts. Using 555 multivibrator com
3、posed of produce certain frequency signal control input digital clock timing unit, the main design idea is to use the digital clock 74 ls160 chip as addition counter, gate connection is used to implement the operation of the digital clock, so as to realize the basic function of digital clock. The fu
4、nctional group to be: start, run, reset, and timing when the school bell, etc. Digital clock timing operation must be accurate, to ensure the accuracy of the bell ring circuit time.Keywords: show timing ,when it is ringing ,timing,correction time正文1概述自动打铃电路系统由主体数字钟电路和控制打铃扩展电路两大部分组成。其中主体电路完成数字钟的基本功能，
5、扩展电路完成数字钟的扩展功能：报时和定时功能。晶体振荡器电路：晶体振荡器电路给数字钟提供一个频率稳定准确的32768z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。分频器电路：分频器电路将32768HZ的高频方波信号经32768（152）次分频后得到1Hz的方波信号供秒计数器进行计数。分频器实际上也就是计数器。时间计数器电路：时间计数电路由秒个位和秒十位计数器、分个位和分十位计数器及时个位和时十位计数器电路构成，其中秒个位和秒十位计数器、分个位和分十位计数器为60进制计数器，而根据设计要求，时个位和时十位计数器为24进制计数器。译码驱
6、动电路：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。报时电路：报时电路功能,即在时间到达指定值时数秒内,数字钟会自动报时,以示提醒。2方案设计与论证2.1方案一采用小规模集成电路进行设计，用振荡器产生脉冲并且自动实现计时功能。2.2方案二利用单片机来实现，在按键较少的情况下，采用独立式4个按键，经软件设计指定的I/O口，送出逻辑电平，控制数码管显示，根据数字电子钟的设计要求与原理以及特性，实现相应的功能。2.3方案的选择由于我们对于单片机的系统知识及编程还了解不深，而且采用集成芯片进行组合设计可以实现相应的功能，简单而且扩展
7、性好，容易选择，所以选用方案一。按照要求需有4位时钟显示，即时和分，故需搭建一个数字时钟；要能按照要求时刻进行打铃，故需有控制电路对时间进行判断，进而打铃；另外还需设计时钟脉冲发生电路，因此将电路分成三个模块进行设计，分别是脉冲发生部分，数字钟部分，打铃部分。总电路结构如下：振荡电路控制打铃电路数字钟电路校时电路图1 总电路结构3单元电路的设计3.1振荡器电路的设计石英晶体振荡器的特点是振荡频率准确、电路结构简单、频率易调整。它还具有压电效应，在晶体某一方向加一电场，则在与此垂直的方向产生机械振动，有了机械振动，就会在相应的垂直面上产生电场，从而机械振动和电场互为因果，这种循环过程一直持续到晶
8、体的机械强度限止时，才达到最后稳定。这用压电谐振的频率即为晶体振荡器的固有频率。电路图如下：图2 晶振电路图3 仿真图图4 波形图晶振为32.768kHz，经过CD4060进行14分频可得到2Hz的脉冲输出，再经过一个D触发器进行二分频即可实现1Hz的脉冲输出。一般来说，振荡器的频率越高，计时精度越高，但耗电量将增大。如果精度要求不高也可以采用由集成电路定时器555与RC组成的多谐振荡器。为了观看效果方便，我们也利用555芯片做了多谐振荡器电路产生的脉冲。如图5所示。设振荡频率f=1KHz，R为可调电阻，微调R1可以调出1KHz输出。图5 555振荡电路输出高电平时间 T=(R12+R8)Cl
9、n2 输出低电平时间T=R8Cln2 振荡周期 T=(R12+2R8)Cln2Multism仿真波形如下：图6 仿真方波3.2数字钟电路的设计 图4 74ls160引脚图图5 74ls160功能表图 图7 四段译码显示电路 图8 七段译码显示电路我采用了四个计数器74ls160组成计数电路，分计数由两个74ls60芯片与相应的门电路构成60进制，时计数由两个74ls160芯片与相应的门电路构成24进制。并通过数码管进行显示。由于计数器74ls160是脉冲上升沿触发的，所以分计数器电路的个位向十位的进位是通过进位端接一个反相器实现的，当分显示为59的时候，分十位向时个位进位。开始我直接由计数器输
10、出连接四段数码管进行显示，后来由于购买元件时只有七段数码管，而且通过译码器译码输出显示结果稳定，所以我修改了译码显示电路，先通过译码器74ls48进行译码输出，再接四位共阴七段数码管，显示结果正常。3.3校时电路的设计 图9校时电路因为要控制时钟可调，可采用一个D触发器与开关控制0101的变换，即上升沿触发的74LS160在开关的一次转换时就会触发一次，从而达到加“分”加“时”的功能。S1控制输入脉冲或加“分”信号，S2控制加“时”还是加“分”，S4控制电平转换，S3控制加“时”信号与“分”的进位信号。3.4控制打铃电路图10 锁存器加比较器选取时间点图11 延时输出电路打铃时间分别为：8:0
11、0,8:45,8:55,9:40,10:10,10:55,11:05,11:50,14:00,14:45,14:55,15:40,16:00,16:45,16:55,17:40,18:00,18:45,18:55,19:40,8:00 我最初想的是将每个时间分别提取出来输出高电平，但是工作及设计过程过于繁琐和笨拙，所以我放弃了这种方案。但是对于提取时间的方法我想到了两种：（1） 通过门电路来提取某个固定的时间点，再通过或门将这些时间点连起来，当达到需要的时间点时会输出为高电平，从而驱动LED灯亮。但是这样需要的门电路过多，太过繁琐，连线太多，不实用。（2） 先经过一个锁存器将我们需要的某个时间
12、点锁存，再通过数据选择器进行选择，当时间与选出的时间一致时，数据选择器输出高电平，LED灯亮，这个方法通过锁存器来进行既定时间的选择，比用门电路来说相对简单一些，但是要把每个时间点都提取出来，仍旧较为繁复。 经过仔细寻找规律，可以发现，从8：00到8:45再到8:55再到9:40，这中间的时间间隔为45分钟，10分钟，45分钟。可以根据此规律，只需把8点整的信号取出来输出高电平驱动LED灯亮，再通过上述规律的延时，即可实现8点到8:45再到8:55再9：40灯亮的循环过程。 为了实现延时，开始我想的是用D触发器来实现，8:00输出的高电平先通过一个计数器电路加一，再经过D触发器分频，通过数据选
13、择器，计数器的输出与数据选择器的地址端相连来控制数据选择器输出高低电平。但是在实际设计中，输出端接四进制计数器的脉冲输入端，其为高电平出发，第一个高电平输入后，若计数器加1，但是通过一个D触发器二分频，将D触发器的脉冲端接分个位的计数脉冲，即经过一个D触发器，延时为2分钟，经过两个延时4分钟，经过三个延时8分钟不满足我们所说的10分钟、45分钟、30分钟，所以这个方法不可行。 后经过比较研究和老师提示，可以分别经过四十五进制、十进制的计数器进行延时，其中计数器的计数脉冲端必须与数字时钟部分分信号的计数脉冲相连接，如图11所示。4整体电路仿真图12 8：00响铃图8:00出现高电平灯亮，持续时间
14、大约为一分钟，。图13 灯亮时波形图经过45分钟延时，又出现一个高电平灯又亮：图14 延时45分钟后灯亮10分钟后，又有一个高电平，灯亮：图15延时10分钟后灯亮如此循环往复，再经过45分钟后灯又亮。即可以实现打铃。整体电路仿真如下：图16 整体仿真图 仿真控制打铃电路的基本原理为：当8：00输出高电平时控制打铃部分输出高电平，此处通过一个或门连接四进制计数器的脉冲输入端，再经过一个或门连接LED和100欧姆限流电阻组成的显示电路，led亮；上升沿脉冲使得计数器计时加1，输出为0001，此时Q0端输出为高电平，连接45进制计数器个位的使能端，使得45进制计数器工作，当其达到44时，计数器清零，
15、经过Q0，Q1的与门接四进制计数器前的两个或门，使得他们都输出高电平，一个使LED灯亮，一个通过输出的高电平促使四进制计数器再次加1，输出为0010，此时Q1端输出高电平，连接10进制计数器的使能端，使10进制计数器工作，与45进制计数器工作时相同，输出的高电平使得计数器加1，此时输出0011，经过45分钟延时，灯亮，再输入一个高电平四进制计数器清零，与上相同，四进制循环。5实物制作 按照原理图配置相应参数的元器件，在进行装配之前应该先用万用表进行相关元器件检测，由于芯片较多，所以把相应的16脚芯片及排座和14脚芯片及排座分开放置，并且将各种芯片的引脚图查阅清楚，绘制其大致的连线图。并进行图1
16、7 数字钟显示电路正面图图18数字钟显示电路背面焊接图图19 脉冲产生电路正面图图20 脉冲产生电路背面图完成装配及焊接布线，并且在焊接完一部分电路之后检测其通断，防止虚焊。6数据检测及电路调试调试及检测有以下步骤：1、节点调试焊接电路板的过程中，无论是加飞线，还是埋导线，或者说是拉锡线都要用万用表测一下通断情况。尤其是电阻，焊接前一定要测量它的阻值和通断情况。还有就是一些较小的芯片，上面可能会有好几个端口，一定要注意不能短路。这些小细节一定要在调试的过程中加以注意。2、直流稳压电源的调试 接220V交流电源，检测经过变压器、整流桥、滤波电容及稳压管7812，输出电压为5V左右，直流稳压电路工
17、作正常，得到需要的直流电压。3、晶体振荡电路的调试通过示波器观察振荡电路的输出波形，开始时发现其输出的并不是方波，经检查发现是芯片没有接电源正，后经过连线检测，输出的为方波，并且通过CD4060接不同的引脚，经过不同分频，其方波的宽度不同。4、数字钟显示电路的调试检查各点的通断，已经连接高低电平各点正常，再接通电源，开始时发现数码管不亮，后发现是地线没有接，接通GND后数码管亮，但并不是显示4个零，而是4个8，继续检查电路连线，发现时十位的数码管对应的译码器没有接地。但是接地后，其余三个数码管显示为0，但是时十位的数码管熄灭。经过多次电路检查，尚未发现问题。7前景展望上课打铃装置在我们学习生活
18、中应用广泛，而且一般都是比较轻便小巧的装置，一般都采用了微电脑芯片，成本相对来说较低，而且可以通过精确的由用户来设置时间，相关打铃参数。所以我们用芯片做的数字打铃电路相对来说是比较复杂而且成本高，不精确。如果要精确的实现打铃功能，并且广泛应用，我觉得还是市场用的微电脑芯片或者单片机编程来实现比较简便实用。所以我对于利用数电集成芯片来做这些自动打铃装置并不看好，除非有成本更低，功能更全的芯片。8个人总结 虽说已经做了几次课设，但是这次的课设是我耗费时间和精力最长，并且电路都是我自行设计并且付诸实施的。看到课设的题目时，我便一头雾水，虽然对于数字钟的设计和显示我们做过实验我较为熟悉，但是真正仿真做
19、起来我还是感觉有点吃力。我没有选用比较常用的74ls90的芯片，而是选择了74ls160，分钟的计数为60进制，时的计数为24进制，并通过译码器连接七段显示数码管，经过几番连接调试数字钟的设计部分完成，但是这一部分设计仿真调试还是耗费了我1天的时间，我对74ls160的同步置数、异步清零功能也有了进一步的了解，对74ls48的译码输出和芯片引脚也有了了解。接下来是控制打铃部分，这也是我最头疼的地方，对于某个时间点的提取输出高电平我可以通过门电路完成，但是感觉芯片过于繁杂，我又想一些较为简易的方法，而后是查找有关资料，我看到了锁存器加比较器来提取某个时间点的方法，感觉相比来说这个方法简便并且还可
20、调，所以我采用了这个方法。但是怎么让20个时刻都输出高电平，我想了很多，查阅了很多资料，试了通过555振荡器延时、D触发器延时，但是都太过于繁琐，后来在老师的指导下，通过计数器来进行延时，45分钟延时即通过45进制计数器进行延时，计数器的脉冲输入端接分个位的脉冲输入。但是对于延时的问题我又纠结了好久怎么先输出高电平再延时，而且怎么循环延时，反复询问老师，进行仿真，在延时之前加一个四进制计数器，并且通过一个或门进行高电平输出即可。感觉自己以前的想法都过于死板，结合门电路的使用，我的仿真重要达到了需要的效果。但是仍旧较为繁琐。 焊接并将电路付诸实践是最重要的环节，我们去购买元器件过程中发现，由于芯
21、片数量过多，焊下来成本居然到了150元，市场上一个比较普通的打铃器大概也就五六十元，显然我们成本太高，而且工作量很大，所以我们向老师申请了两个人共同焊接，当时我是想毕竟仿真已经出来了结果，焊接应该没有问题。后来我发现，仅仅是焊接数字钟显示部分的电路，我就从早上8点焊到了晚上12点，更不要说还有更加重要的控制打铃部分，所以因为线路太多，为了避免出错，我们决定控制打铃部分用杜邦线来连接，还可以节省一部分时间。振荡电路的焊接相对简单很多，但是数字钟部分我连接5V电源进行检验，灯一直有一个不亮，而且数字不会自行跳动，检查了好几遍线路，把几个可能虚焊或短路的地方都进行了完善，数字钟仍旧是不亮，但是可以靠
22、手动的开关来跳动，但是这明显不符合我们设计的初衷，电路中没有发现有少焊、虚焊的地方，脉冲也没有错误，我们不得已先去进行下一步的控制打铃部分。 经过多方询问，做过数字钟的同学也遇到了类似的问题，或许是因为仿真上的芯片与实际的芯片有出入，或者连线时某些效果达不到，在实验室反复检查调试，这些问题我们都没有解决，不得已我们的设计没有付诸实践。 一个多星期先是5天的电路设计，后是2天的焊接，又两天的调试，虽然没有出来结果，失望还是有的，但是在这些天我学到了很多，一遍遍的查阅数电相关知识，我对于一些芯片的功能更加了解，而且焊接的电路连线颇多，也锻炼了我的动手能力。在调试过程中我们也对电路一遍遍研究，商量解
23、决的办法，追根溯源，虽说没有解决大问题，也排除了一些小干扰，我也体会到了合作的重要性。在课设过程中，我没有觉得厌烦，而是对发现问题并解决问题的热情，我觉得我投入了，我学到了很多，没有什么是一帆风顺，做课设也一样，仿真与实际也可能大相径庭。同时，感谢刘老师一次次耐心的指导教诲，我反应比较慢，头脑不够灵活，所以我打过三次电话，老师都在自己繁忙中抽出时间对我加以指引，开拓了我的思路，原来我想问题都太过于死板，这个课设后，我觉得我思维开阔了许多，很多东西并不一定要按照旧的方法来，也可以自己去探索，去设想。9参考文献【1】 季峰.基于Multisim10的电子电路设计、仿真与应用，人民邮电出版社，200
24、9【2】 谢自美.电子线路设计实验测试 第三版，华中科技大学出版社，2006【3】 康华光.电子技术基础数字部分第四版.高等教育出版社，2005【4】 李振声.实验电子技术.国防工业出版社，2001【5】 刘可文.数字电子线路与逻辑设计.北京科学出版社.201310附录附录一元件清单表表1 元件清单表编号名称规格数量1十进制计数器74ls16082译码器74ls4843锁存器74ls37424数值比较器74ls8545脉冲分配器CD406016D触发器74ls7417二输入与非门74ls0028或门74ls0429四输入与非门74ls20110四输入或门CD4072111晶振32.768kHz112振荡器NE555113电阻10k214电阻100215电阻22116电阻10M217电容0.1uF118电容0.01uF119电容20pF120可变电容30pF121单刀双掷开关2022发光二极管Led123共阴数码管LG5611AH424排座16脚1925排座14脚726排座8脚127排针若干28导线若干29杜邦线若干