一、概述
在当今社会，手机应用已相当普遍，手机的功能也越来越丰富，手机成了人们生活中必不可缺的一部分，人们对手机的要求也越来越高。手机的性能，外观等各方面都是用户考虑的对象，不同的人群对手机的要求也不一样，但手机性能的优劣直接影响着用户的选择的重要因素。但回到原点来看，手机最基础的功能就是通讯，而一个更加精准的手机通讯计时功能关乎着用户的切身利益，因此手机通话计时器的的精确度是用户非常关心的问题之一。
设计一个手机通讯计时系统与设计时钟有类似的地方，设计一个精准的脉冲器作为计时的基准，产生周期性脉冲做为信号源，手机通讯计时要求与时钟不同，分位最大可到到100分钟。设计由四部分组成，分别为：信号发生系统，分秒计时系统，进位系统和显示系统。可通过开关的控制进行进位，暂停，清零等操作。
具体要求和设计目标如下：
①记录时间以分钟为单位，最大到99分钟；
②计时采取向上进位原则，即每次计时不到整分的时间部分，按1分钟计；
③可以间断计时，且计时能够累加；
④自己设计秒计数器；
⑤计时结果用四位数码管显示。
二、方案论证
用555定时器设计一个周期为1秒的多谐振荡器，充当秒信号发生器。秒位60进制计数器由两片74LS160片连接，逢60进1。指标要求时间以分钟为单位，最大到99分钟，所以分位应为100进制计数器，逢100进1，同样由两片74LS160片连接而成。电路采取想上进位原则，即秒位大于零而又不足分钟时应向分钟进位，当秒位为零不进行进位，并可以间断计时且计时能够累加，时间由显示管显示。
思考方案如下：
（1）原理：
秒信号发生器产生的秒信号进入秒位计数器，秒位满六十时经进位电路向分位进一，分位最大为九十九，当对电路实行暂停操作时如果秒位数字不为零，则也向分位进一，反之者保持原来的时间，各位数字由数码管显示。原理框图如图1所示：
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图1 方案一的原理方框图
（2）可行性与有效性：
本设计的计数可利用74LS160十进制计数器进行计数，而计时的秒脉冲可通过555定时器产生，进位系统可通过门电路连接实现，显示系统可通过74LS47与译码管组成。电路简单、易于实现且相对准确。
通过本设计，能够完成秒位和分位的进制，分位最大可达到99分钟，具有进行暂停和继续计时等功能，当秒位非零时，可以向上进位，计时可以累加。计数结果由显示管显示，符合设计要求。
三、电路设计
1.直流稳压电源电路
直流稳压电源主要由电源变压器，整流电路，滤波电路和稳压电路组成。对220V，50Hz的交流电通过变压器实现降压，整流部分由桥式整流电路组成，将交流电压转换为直流电压，滤波部分由电容滤波电路组成，滤掉电路中的交流成分，使电压成为含交流分量较小的直流电压，稳压电路的功能是使输出电压基本不受电网电压波动和负载电阻变化的影响，从而获得足够高的稳定性。方框图和电路图如图2和图3所示：
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图2 直流稳压电源方框图
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图3 直流稳压电源电路图
（1） 变压器和整流电路部分
220v交流电源与变压器相连接，完成降压。整流部分由桥式整流电路组成，完成整流作用。这部分的组成电路如图4所示。
图4 变压器和整流电路部分电路
桥式整流电路由四个二极管组成，因为二极管的单向导通能力，使输出电流变为单向电流，输出的电流如图5所示。
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图5 整流后输出的电流
输出的电压word/media/image7.gifURM是指整流后输出的电压有效值，U2是指降压后的电压有效值。
（2）滤波和稳压电路部分
这部分滤波电路由电容滤波电路组成，稳压部分由三端集成稳压器及其他组件组成，作用是将整流输出的波形变成稳定的直流输出。组成电路如图6所示。
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图6 滤波和稳压电路部分
经过电容滤波电路处理后，输出的电压为26c3c67c1db1f340ee8f5d3d90936d93.png
2.时钟产生电路
开启电源后输出为低电平，电容C1通过R3和R4开始充电，充到1/3Vcc时，输出上升为高电平，电容继续充电，直到2/3Vcc时，输出又降为低电平，电容向R3放电，放到1/3Vcc时，又开始充电，一直循环，就形成了脉冲。充电时间t1=（R2+R3）* C1ln2，放电时间t2=R4* C1ln2，波形周期T=t1+t2=(R3+2R4)C1ln2，占空比q=（R3+R4）/(R3+2R4)。,要使周期T为1秒，选取电容C1=10uF，R3=R4，根据公式T =(R3+2R4)C1ln2，则有R1=R2≈47.5K，可得到一个振荡频率近似等于1Hz方波，即可获得秒时钟信号。
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图7 用示波器测量多谐振荡器
3.秒计数器电路
此部分由十进制计数器74ls160和门电路组成，采用异步清零的方法实现的。电路图如图8所示。个位为十进制，每计十个数便经过与非门U15和与门U21对U0清零，十位为六进制计数器，当记到六个数时，与非门U9和与门U20对U6清零，从而构成了六十进制的秒计数器。
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word/media/image14_1.png 图8 秒计数器电路
4.进位电路
这部分的功能是实现从秒到分的进位，电路图如图9所示。当S4（Key=C）接到停止端时，如果秒位不为零，则向分位进一，同时秒位清零，且停止计数。秒位的个位和十位的输出分别接到两个四输入或门U1和U21，两个四输入或门的输出端接到或门U15A上，这个或门的输出和S4一起经过与门U10D，U10D的输出再和秒的十位输出部分接到与门U2D上，电源为高电平，接地时低电平。当秒位为零时，闭合S4也不会向分位的进位。
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图9 进位电路
5.分计数器电路
word/media/image17.gif 此部分由两片十进制计数器74ls160连接而成，电路图如图10所示。分的十位和个位均为十进制，当S1(Key=A)置于清零端时，分位清零。
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图10 分计数器电路
6.数码管显示电路
显示部分由四位数码管组成，分别显示分和秒，分钟的进制为100，秒钟的进制为60，最大可现实为为99分59秒。由于计数器74ls160输出只有四位，而一般数码管是由七段led组成，因此，要使数码管正确显示时间，还需将计数器的四位二进制输出进行译码，这里选用显示译码器74ls47，其对应的数码管应为共阳极。如图10所示，将74ls160的四位输出端分别接入译码器的四输入端，且译码器使能端应接入高电平，输出端便可直接连共阳数码管，并且给数码管的公共端接入高电平，这时从图11中可以看到，显示部分能正常工作。
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图11 数码管显示原理图
四、性能的测试
1.直流稳压电源的测试
用万用表和示波器测试直流稳压电源的性能。此电路输出电压如图12所示
图12 直流稳压电源的测试
2.时钟信号的测试
用示波器测量多谐振荡器产生的时钟信号，输出波形如图13所示，由图可知周期T为991.453ms近似于1s，在误差允许范围内，符合要求。
图13 时钟信号的测量
3.电路整体性能测试
（1）开始运行后，闭合B键计数器正常计数，断开B计时暂停，如图14所示。
（2）闭合开关C，秒位清零并向分位进一并停止计时，如图15所示。
（3）再接通C，分位保持不变，秒位从零开始计时，如图16所示。
（4）闭合开关C，再闭合开关A,秒位和分位清零，如图17所示。
图14 正常计数状态
图15 秒位清零并进位暂停
图16 继续进行计时
图17 进行清零
五、结论
经过测试，此电路能够正常工作，达到了课程设计所要求的技术指标：
①记录时间以分钟为单位，最大到99分钟；
②计时采取向上进位原则，即每次计时不到整分的时间部分，按1分钟计；
③可以间断计时，且计时能够累加；
④自己设计秒计数器；
⑤计时结果用四位数码显。
因为计时系统可通过74LS160等计数器实现六十和一百进制的计时，对计数器的开始与暂停可通过脉冲控制，而对计时的进位的判断可通过门电路的实现，总体上可实施和完成的可能性很高。但电路设计还有一些缺点，对开关的控制有些复杂，如对计时器进行清零时先闭合开关C，再闭合A，如果继续计时则将开关A和C打开，对于不了解电路的人操作复杂。利用异步计数法，在实际实施时会产生延迟和误差。
通过本次课设，我更加深入学习了数电模电知识，并基本掌握了multisim的使用，虽然我是计算机科学与技术专业的学生，学习偏于软件编程，当并不意味者硬件对于我们不重要。通过本次课设，既锻炼了自己的动手能力，也增加了自己对计算机原理的兴趣，软件是以硬件为基础的，一味的学习软件是不够的。虽然自己设计的电路不完美，但也是我努力的结果。这次数字逻辑课设让我受益匪浅。
参考文献
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[7]. 谢自美主编．电子线路设计．[M]武汉：华中科技大学出版社，2006年
附录I 总电路图
附录II 元器件清单
本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/eb4f3254ee06eff9aef807e9.html
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