數(shù)字鐘課程設計25722.doc

課程設計說明書 第9頁摘 要本次課程設計的主題是數(shù)字電子鐘。干電路系統(tǒng)由秒信號發(fā)生器、“時、分、秒”計數(shù)器、顯示器、整點報時電路組成。秒信號產(chǎn)生器是整個系統(tǒng)的時基信號，它直接決定計時系統(tǒng)的精度，這里用多諧振蕩器加分頻器來實現(xiàn)。將標準秒信號送入“秒計數(shù)器”，“秒計數(shù)器”采用60進制計數(shù)器，每累計60秒發(fā)出一個“分脈沖”信號，該信號將作為“分計數(shù)器”的時鐘脈沖?！胺钟嫈?shù)器”也采用60進制計數(shù)器，每累計60分鐘，發(fā)出一個“時脈沖”信號，該信號將被送到“時計數(shù)器”?！皶r計數(shù)器”采用24進制計時器，可實現(xiàn)對一天24小時的累計。譯碼顯示電路將“時”、“分”、“秒”計數(shù)器的輸出狀態(tài)送到七段顯示譯碼器譯碼，通過七位LED七段顯示器顯示出來。整點報時電路時根據(jù)計時系統(tǒng)的輸出狀態(tài)產(chǎn)生一脈沖信號，然后去觸發(fā)蜂鳴器實現(xiàn)報時。數(shù)字電子時鐘優(yōu)先編碼電路、譯碼電路將輸入的信號在顯示器上輸出；用控制電路和調(diào)節(jié)開關對LED顯示的時間進行調(diào)節(jié)，以上兩部分組成主體電路。通過譯碼電路將秒脈沖產(chǎn)生的信號在報警電路上實現(xiàn)整點報時功能等，構(gòu)成擴展電路。本次設計由震蕩器、秒計數(shù)器、分計數(shù)器、時計數(shù)器、BCD-七段顯示譯碼/驅(qū)動器、LED七段顯示數(shù)碼管設計了數(shù)字時鐘電路，可以實現(xiàn)：計時、顯示，時、分校時，整點報時等功能。關鍵字：數(shù)字時鐘，振蕩器，計數(shù)器，報時電路目 錄1 緒論11.1課題描述11.2設計任務與要求11.3基本工作原理及框圖12 相關元器件及各部分電路設計32.1相關主要元器件清單32.2 六十進制“秒”計數(shù)器設計32.3 六十進制“分”計數(shù)器設計42.4 二十四進制計數(shù)器設計52.5 秒脈沖電路設計52.6整點報時電路設計63 總體電路圖7總結(jié)8致謝9參考文獻101 緒論1.1課題描述數(shù)字鐘已成為人們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚谋匦杵?，廣泛用于個人家庭以及辦公室等公共場所，給人們的生活、學習、工作、娛樂帶來極大的方便。數(shù)字電子鐘是一種用數(shù)字顯示秒分時的記時裝置，與傳統(tǒng)的機械時鐘相比，它一般具有走時準確顯示直觀無機械傳動裝置等優(yōu)點，因而得到了廣泛的應用：小到人們的日常生活中的電子手表、電子鬧鐘，大到車站碼頭機場等公共場所的大型數(shù)字顯電子鐘。由于數(shù)字集成電路技術(shù)的發(fā)展和采用了先進的石英技術(shù)，使數(shù)字鐘具有走時準確、性能穩(wěn)定、攜帶方便等優(yōu)點，它還用于計時、自動報時及自動控制等各個領域。鐘表的數(shù)字化給人們生產(chǎn)生活帶來了極大的方便，而且大大地擴展了鐘表原先的報時功能。諸如定時自動報警、按時自動打鈴、時間程序自動控制、定時廣播、定時啟閉電路、定時開關烘箱、通斷動力設備，甚至各種定時電氣的自動啟用等，所有這些，都是以鐘表數(shù)字化為基礎的。因此，研究數(shù)字鐘及擴大其應用，有著非常現(xiàn)實的意義。1.2設計任務與要求 設計指標時間以24小時為一個周期的時鐘；顯示時、分、秒；有校時功能，可以分別對時及分進行單獨校時，使其校正到標準時間；計時過程具有報時功能，當時間到達整點前5秒進行蜂鳴報時；要提供表針時間基準信號。 設計要求畫出電路原理圖（或仿真電路圖）；元器件及參數(shù)選擇；電路仿真與調(diào)試。1.3基本工作原理及框圖1、基本工作原理首先，由555定時器組成一個多諧振蕩器分頻后得到1HZ的秒脈沖，秒脈沖發(fā)生器的輸出端接到秒計數(shù)器的時鐘輸入端1。數(shù)字鐘的分、秒計數(shù)部分均為六十進制計數(shù)器（顯示0059），采用兩片74LS290D來實現(xiàn)。個位為十進制，十位為六進制，當個位計數(shù)到9時，再來一個脈沖變成0，同時產(chǎn)生一個進位信號，給十位提供一個脈沖，使十位計數(shù)加1。而數(shù)字鐘的時計數(shù)部分為二十四進制計數(shù)器（顯示0023），也是采用兩片74LS160D實現(xiàn)。當開始計數(shù)時，個位按十進制計數(shù)，當計到23時，這時再來一個脈沖，回到“零”。所以，這里必須使個位既能完成十進制計數(shù)，又能在高低位滿足“23”這一數(shù)字后，十計數(shù)器清0，電路采用了十位的2和個位的3相“與非”后再清0。當秒計數(shù)器計到59時，再來一個脈沖變成00，同時產(chǎn)生一個進位信號給分計數(shù)器的CP輸入端；當分計數(shù)器計到59時，再來一個脈沖變成00，同時產(chǎn)生一個進位信號給時計數(shù)器的CP輸入端；當時計數(shù)器計到23時，再來一個脈沖變成00 2。當計數(shù)器在每次計到整點時，需要提前五秒報時，這可采用譯碼電路來解決，即當時為23，分為59時，且秒計數(shù)到55時，輸出一高電平，經(jīng)過一系列門電路驅(qū)動蜂鳴器，完成整點報時 3。數(shù)字鐘的校正部分主要是通過單刀雙擲開關實現(xiàn)的。2、電路框圖基本電路框圖如圖1所示。時顯示器分顯示器秒顯示器24進制計數(shù)電路60進制計數(shù)電路60進制計數(shù)電路 校時電路報時電路秒脈沖電路圖1 基本電路框圖2 相關元器件及各部分電路設計2.1相關主要元器件清單實驗用主要元器件如表1所示。元器件類型型號名稱個數(shù) 計 數(shù) 器同步計數(shù)器74LS160D4位二進制計數(shù)器2異步計數(shù)器74LS290D二-五-十進制計數(shù)器4譯碼器二進制譯碼器4511BD二-十進制譯碼器6顯示譯碼器器共陰極形式SM421050N6邏輯門器件與非門74LS102輸入與非門1非門74LS08邏輯門器件9分頻器74LS902蜂鳴器BUZZER1電阻、電容3, 2單刀雙擲開關2表1 實驗用主要元器件2.2 六十進制“秒”計數(shù)器設計 由分頻器來的秒脈沖信號，首先送到“秒”計數(shù)器進行累加計數(shù)，秒計數(shù)器應完成一分鐘之內(nèi)秒數(shù)目的累加，并達到60秒時產(chǎn)生一個進位信號。選用兩片74LS290D和一片74LS08D組成六十進制計數(shù)器，來實現(xiàn)六十進制計數(shù)。其中，“秒”十位是六進制，“秒”個位是十進制。 對設計電路進行仿真4，“秒”計數(shù)器部分仿真電路如圖2所示。圖2 秒計數(shù)電路圖2.3 六十進制“分”計數(shù)器設計“秒“計數(shù)器累加計數(shù)達到60秒時產(chǎn)生一個進位信號輸入到“分”計數(shù)器，分計數(shù)器累加計數(shù)達到60分時產(chǎn)生另一個進位信號?！胺帧庇嫈?shù)器同樣選用兩片74LS290D和一片74LS08D組成六十進制計數(shù)器，來實現(xiàn)六十進制計數(shù)。其中，“分”十位是六進制，“分”個位是十進制。 “分”計數(shù)器部分仿真電路如圖3所示。圖3 “分”計數(shù)器電路2.4 二十四進制計數(shù)器設計 “12翻1”小時計數(shù)器是按照“0102032223000102”規(guī)律計數(shù)的，這與日常生活中的計時規(guī)律相同。在此實驗中，它是由兩片74LS160D和一片74LS10N構(gòu)造成的同步二十四計數(shù)器，利用異步清零端實現(xiàn)起從2300的翻轉(zhuǎn)，其中“24”為過渡狀態(tài)不顯示。其中，“時”十位是3進制，“時”個位是十進制。時計數(shù)器部分仿真電路如圖4所示5。圖4 時計數(shù)器電路2.5 秒脈沖電路設計這里我用555定時器制作了一個多諧振蕩器，產(chǎn)生100Hz脈沖后經(jīng)過兩次分頻得到1Hz的秒脈沖 6。如圖5示，由555定時器和外接元件R、C構(gòu)成多諧振蕩器，腳2與腳6直接相連。電路沒有穩(wěn)態(tài)，僅存在兩個暫穩(wěn)態(tài)，電路亦不需要外接觸發(fā)信號，利用電源通過R向C充電，以及C通過R向放電端放電，使電路產(chǎn)生振蕩。電容C在和之間充電和放電，從而在輸出端得到一系列的矩形波。分頻器是由兩個74190D組成，輸出端的頻率則是將原來的100Hz分成1Hz的頻率輸出，實現(xiàn)分頻效果。圖5 秒脈沖產(chǎn)生電路2.6整點報時電路設計電路應在整點前5秒鐘內(nèi)開始整點報時，即當時間在59分55秒到59分59秒期間時，報時電路報時控制信號。當時間在59分59秒到00分00秒期間時，分十位、分個位和秒十位均保持不變，分別為5、9和5，因此可將分計數(shù)器十位的Qc和Qa、個位的Qd和Qa及秒計數(shù)器十位的Qc和Qa相與，從而產(chǎn)生報時控制信號。報時電路部分電路圖如圖6所示。圖6 報時電路電路圖3 總體電路圖根據(jù)設計原理方框圖將各部分電路連接起來則構(gòu)成了總體電路圖7。整體電路圖如圖7所示。圖7 整體電路圖總結(jié)課程設計是培養(yǎng)學生綜合運用所學知識,發(fā)現(xiàn)實際問題、提出實際問題、分析和解決實際問題,鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié),是對學生實際學習能力、動手能力的具體訓練和考察過程。通過這次做數(shù)字鐘的設計，我知道了要完成一個課題的設計要涉及到許多方面的知識。上網(wǎng)查詢和查閱相關書籍資料，讓我知道了大量關于數(shù)字鐘設計的知識，同時又重新將從前學過的知識復習了一遍，做到對各個集成塊的引腳功能和工作原理都很清晰，從而讓我更深一步掌握了時序邏輯電路的功能，學會了解了做課程設計的一般步驟和設計中應注意的問題。各個芯片能夠完成什么樣的功能，使用芯片時應該注意那些要點，同一個電路可以用那些芯片實現(xiàn)，各個芯片實現(xiàn)同一個功能的區(qū)別。另外，我還漸漸熟悉了Multisim這個仿真軟件的各個功能，還在電腦制作文檔的過程中，對辦公軟件有了更進一步的了解和掌握。通過這次對設計報告的編輯和整理，我也學會了很多以后編寫論文所必須要懂得知識，為我以后做課題研究編寫論文打下了一定基礎。此次實驗讓我明白不論是在做實驗還是在今后的學習中，都應該有一種堅定不移不達目的不罷休的信念，只有這樣才能達到自己的最終目標！成功就是在不斷摸索中前進實現(xiàn)的，遇到問題我們不能灰心、煩躁，甚至放棄，而要靜下心來仔細思考，分部檢查，找出最終的原因進行改正，這樣才會有進步，才會一步步向自己的目標靠近，才會取得自己所要追求的成功。致謝首先，感謝這次課程設計的指導老師給予的指導幫助；在剛拿到設計任務的時候我無從下手，經(jīng)過樂老師的講解指導我找到了設計思路，知道了該去查找些哪些資料；在遇到想不明白的問題的時候，樂老師的指點讓我找到了解決方法；設計報告初稿出來后樂老師給予了很多在論文格式上的指正，指出了很多在編寫論文方面應該注意的問題，教會我該如何去修改。其次，感謝同組內(nèi)同學提供的資料協(xié)助，讓我省了很多查找資料的時間，也感謝同學們給的提醒和建議，讓我少走了一些彎路。最后，感謝我這次做課程設計所借鑒的資料的作者們，在這些資料里我學到了很多專業(yè)的知識，對之前所學習的知識也有了更多的理解，同時學會了如何學以致用。參考文獻1 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