数字钟电路设计(常用版).doc
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1、数字钟电路设计(常用版)(可以直接使用,可编辑 完整版资料,欢迎下载) 本次设计题目:数字钟电路设计1 简述数字钟是一种用数字显示秒、分、时的计时装置,与传统的机械钟相比,它具有走时准确,显示直观、无机械传动装置等优点,因而得到了广泛的应用。小到人们日常生活中的电子手表,大到车站、码头、机场等公共场所的大型数显电子钟。在控制系统中也常用来做定时控制的时钟源。2 题目要求(1)具用时、分、秒十进制数字显示的计时器功能;(2)具有手动校时、校分的功能;(3)通过开关能实现小时的十二进制和二十四进制转换;(4)具有整点报时功能。主要集成芯片:计时单元74160报时单元741923 总体方案设计数字钟
2、由振荡器、分频器、计数器、译码显示、报时等电路组成。其中振荡器和分频器组成标准秒信号发生器,直接决定计时系统的精度。由不同进制的计数器、译码器和显示器组成计时系统。将标准秒信号送入采用60进制的“秒计数器”,每累计60sec就发出一个“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60min,发出一个“时脉冲”,该信号将被送到“时计数器”。“时计数器”采用12或24进制计数器,可实现对一天12h或24h的累计。译码显示电路将“时”、“分”、“秒”计数器的输出状态通过6位7段译码显示器显示出来,可进行整点报时,计时出现误差时,可以用校时电路校时、校分。
3、数字钟的原理框图如图2.1所示。图2.1 数字钟原理框图4 单元电路设计提示本题目的设计采用自下而上的层次电路设计法。先设计单元电路,再设计总电路。(1) 秒脉冲产生电路秒脉冲产生电路在此例中的主要功能有两个:一是产生标准脉冲信号,二是可提供整点报时所需要的频率信号。可用1Hz的秒脉冲时钟信号源替代。图2.2 1Hz的秒脉冲时钟信号源(2) 秒、分、时计时器电路秒计时器本质上为对1Hz的秒脉冲时钟信号源进行60进制计数的计数器,其由一个10进制计数器(个位)和一个6进制计数器(十位)串接组成。个位与十位计数器之间采用同步级联复位方式,将个位计数器的进位输出端RCO接至十位计数器的时钟信号输入端
4、CLK,完成个位对十位计数器的进位控制。十位计数器选择QB和QC端做反馈端,经与非门输出至控制清零端CLR,形成6进制计数形式。十位计数器的反馈清零信号经非门变为高电平,可作为60进制计数器的进位信号。图2.3中,IO14送个位数码管显示,IO58送十位数码管显示,IO9接电源,IO10接1Hz信号源,IO11接高位计数器(分计数器)的时钟信号端。图2.3 60进制计数器电路分计时器形式上与秒计时器相同,均为60进制计数器,可参考图2.3。我的设计:(1)秒和分电路图 分析:关于秒和分的设计主要是选取两片74160N芯片同时接入时钟信号,低片采取十进制,高片采取六进制,主要通过两个显示线路的选
5、取来设置进位信号。高片选取了QA,QC即0101低位片选取了QA,QD即1001.这样显示从00-59实现了六十进制。同时实现置00位。其它选通控制端按需求接。(2)时电路图: 分析:时电路的设计要考虑是十二进制还是二十四进制,当十二进制时需要接两片74160N的QA端数值从00-11构成十二进制,当为二十四进制时需要两片74160N高位片接QB低片接QA和QB数值从00-23构成二十四进制。关于选择二十四进制还是十二进制还要加上一个双向开关就可以实现。(3) 报时电路图: 分析:报时电路主要是实现对小时的数进行记录然后通过记录的数值进行相应的报时。在两片74192N芯片的QA QB QC Q
6、D分别接上显示管可以记录的数值。根据显示的数值,然后依次减小直到减小到零,通过扬声器进行报时。整体电路图:5 使用器件清单74160N六片74192N 两片BUZZER一个数码显示管八个7400N三个7404N三个单刀双向开关三个74ALS10AM一个74ALS08M一个OR8一个5V信号源一个导线,49条接地,VCC各两个6 调试结果与记录(1)实现时、分、秒十进制数字显示的计时器功能;(2)实现手动校时、校分的功能;(3)可以通过开关能实现小时的十二进制和二十四进制转换;(4)实现整点报时功能。7 总结与体会1 实现了实验的各项要求,同时锻炼了自己和队友的动手能力,协作能力。2 在做实验前
7、查了很多的关于芯片的知识,同时还向同学探讨困难,不懂的地方。在实验的过程中还向老师请教了很多的问题。3试验中还解决了些问题,像信号源必须接一个,才能实现它们的同步,扬声器的频率设置等问题。4 利用仿真软件可以让我们清晰地了解到实验的过程,给自己留下了深刻的印象。对学习的深入思考有很大的帮助。5 同时可以和课本的知识联系起来,增强了对知识的巩固和拓展。数字电路课程设计数字电子钟课题任务:1.由晶振电路产生HZ标准秒信号2.秒、分为六十进制计数器。3. 时为二十四进制计数器。4.准确计时,以数字形式显示时、分、秒。5.具有整点报时功能,整点前鸣叫五次低音(500HZ),整点时再鸣叫一次高音(100
8、0HZ)。参考器件:CD4060、74LS161、74LS248J、晶振、开关、喇叭、阻容元件及门电路等。设计要求:、进行总体方案设计与论证,画框图;、进行单元电路的设计;、元器件选择与参数计算;、用四号图纸绘制原理图;、撰写设计说明书,字数不得少于2500字;参考文献。 数字电路的课程设计,那学期开学我就一直期待了,我喜欢电子制作,更何况这与学习牵上了,就像小时候等待放假过年一样,终于等到了它的到来。我欣喜若狂,打算两周之内要把实物做出来。 第一周开始找资料设计电路图,74LS161为常用的4位同步二进制加计数器,并且还具有并行数据的同步预置功能。多个74LS161可以实现无限进制计数,由7
9、4LS161组成的60进制及24进制制作的数字电子钟必须另加数码管译码器。由于我以前用过CD40110这块芯片,所以很快就想到了它,40110是十进制加减计数/译码/锁存/驱动集成一体的CMOS芯片,输出电流驱动能力大,可以直接接数码管显示。 两者比较,同样的功能74LS161使用的芯片就多于40110。CD40110逻辑功能如下: 第一周里,我把自己设计的电路经过一些单元模块的调试,都成功了,马上购买元件,不得不用了快递,元件邮递过来的期间开始画PCB板,并制作电路板,元件到时就可以安装了。装好后电路存在许多问题,我两天两夜没有睡觉,就呆在实验室调试,就剩2天了,一些小问题仍没有解决,但必须
10、得开始写论文了。我又到图书馆查找芯片的具体资料,论文根据自己的制作一个一个字往上打的,总共附有20张图片和框图,都是自己画的。还高兴的把自己做的实物照片与PCB板图附上了,那时候班上没有几个会使用Protel 的。以为至少也那个“良”的成绩吧。 直到查了成绩的那刻,我对老师真的很失望不知道他们有阅读过论文没有。而别人仅仅是复制网上的就拿了优秀!付出了努力,却没有得到肯定,真的很伤心,但我对电子的爱好不会减少!继续努力吧!总体电路图如下:课程设计目 录标题1引言1一、电路原理设计11.1 总体方案设计21.2 数字钟的组成原理图31.3 主干电路设计. 31.3.1 振荡器电路的设计. 31.3
11、.2 时间计数器电路的设计. 41.3.3 译码驱动电路的设计. 41.3.4 分频电路的设计. 51.4 扩展电路设计. 61.4.1 校时电路的设计. 6二、基于MULTISIM的电路仿真72.1 主干电路的仿真8三、系统分析83.1 单元电路设计和器件选择83.1.1 定时器83.1.2 计数器103.1.3 译码显示113.2 工作原理123.3 电路原理总图12结论.13致谢13参考文献14附录15数字钟电路的分析与设计摘要数字钟是采用数字电路实现对“时”,“分”,“秒”的数字显示的计时装置。本系统由振荡器、分频器、计数器、译码器、LED显示器和校时电路组成,采用74LS系列(双列直
12、插式)中小规模集成芯片。总体方案设计由主体电路和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,扩展电路完成数字钟的扩展功能,进行了各单元的设计,总体调试,以实现它的计时周期为24小时,显示满刻度为23时59分59秒。关键词:振荡器 分频器 计数器 译码器 LED显示器 引言数字钟是用数字集成电路做成的现代计时器,与传统的机械钟相比,它具有走时准确、显示直观(有荧光七段数码显示器)、无机械传动装置等优点。而且钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便,大大地扩展了钟表原先的报时功能。诸如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、定时启闭电路、定时开关烘箱、通断动力设备,甚
13、至各种定时电气的自动启用等。所有这些都是以钟表数字化为基础的。因此,研究数字钟的应用原理及扩大其应用,有着非常现实的意义。一、电路原理设计本系统采用振荡器、分频器、计数器、译码器、显示器、校时电路组成。由LED七段数码管来显示译码器所输出的信号。采用了74LS系列中小规模集成芯片。总体方案设计由主体电路和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,扩展电路完成数字钟的扩展功能。总体的设计方案如下。1.1 总体方案设计一个基本的数字钟电路主要由译码显示器,“时”,“分”,“秒”计数器和定时器组成。干电路系统由秒信号发生器“时”、“分”、“秒”计数器、译码器及显示器电路组成。方案一:首
14、先构成一个CB555定时器和分频器产生震荡周期为一秒的标准“秒”脉冲信号,由74LS160采用清零法分别组成六十进制的“秒”计数器、六十进制“分”计数器、24进制“时”计数器。清零法适用于有异步置零输入端的集成计数器。原理是不管输出处于哪种状态,只要在清零输入端加一个有效电平电压,输出会立即从那个状态回到“0000”状态。清零信号消失后,计数器又可以从“0000”状态开始重新计数。使用CB555定时器的输出作为“秒”计数器的CP脉冲,把秒计数器的进位输出作为“分”计数器地CP脉冲,分计数器的进位输出作为“时”计数器的CP脉冲。使用74LS48为驱动器,共阴极七段数码管作为显示器。方案二:首先构
15、成一个CB555定时器和分频器产生震荡周期为一秒的标准“秒”脉冲信号,由74LS160采用置数法分别组成六十进制的“秒”计数器、六十进制“分”计数器,24进制“时”计数器。置数法适用于具有预置数功能的集成计数器。对于就有预置数功能的计数器而言,在其计数过程中可以将它输出的任意一个状态通过译码,产生一个预置数控制信号反馈至预置数控制端,在下一个CP脉冲作用后,计数器会把预置数输入端A、B、C、D的状态置入输出端。预置数控制信号消失后,计数器就从被置入的状态开始重新计数。使用CB555定时器的输出作为“秒”计数器的CP脉冲,把“秒”计数器的进位输出作为“分”计数器的CP脉冲,“分”计数器的进位输出
16、作为“时”计数器的CP脉冲。使用74LS48为驱动器,共阴极七段数码管作为显示器。方案一和方案二的设计都很正确,但是方案二在60进制计数器上采用的是置数法,比方案一效果要好。因为清零法在计数进位上不稳定,需要加一个触发器,效果才比较好,但是本着设计简洁,效果稳定的前提下采用方案二。通过数字钟方框图和原理图可以看出,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,一般用石英晶体振荡器加分频器来实现,在此我们用555定时器加分频器来实现。将标准“秒”信号送入“秒”计数器,“秒”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
17、用60进制计数器,每累计60分钟,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进制计时器。译码显示电路将“时”、“分”、“秒”计数器的输出状态送到七段显示译码器译码,通过七位LED七段显示器显示出来。1.2 数字钟的组成原理图数字钟的原理框图如图1-1所示,它是由振荡器、分频器、计秒电路、计分电路、计时电路、译码显示电路等组成。工作时555定时器组成的电路产生稳定的脉冲信号,经过3次分频,得到“秒”脉冲信号,并送至计秒电路;当计秒电路满60时,输出秒进位信号,送计分电路;当计分电路满60时,输出分进位信号,送计时电路;当计时电路满24时,“时”、“分”、“秒”计数器同时
18、自动清零。时显示器分显示器秒显示器时译码器分译码器秒译码器时计数器分计数器秒计数器校时电路振 荡 器分频器图1-1 数字钟方框图1.3 主干电路的设计1.3.1 振荡器振荡器是数字钟的心脏,它的作用是产生时间标准信号。数字钟的精度就主要取决于时间标准的频率和稳定度。振荡器可由晶振组成,也可以由555定时器组成。图1-2是由555定时器构成的1kHz的自激振荡器,计时是1Hz的脉冲才是1s计一次数,所以需要分频才能得到1Hz的脉冲。图1-2 555定时器产生频率为1KHZ信号的电路1.3.2 时间计数器电路 时间计数器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
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