數(shù)電大作業(yè)(智能數(shù)字鐘)

1、智能數(shù)字鐘設(shè)計 一、問題重述     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)的機械鐘相比，他具有走時精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(yīng)用：小到人們的日常生活中的電子手表，大到車站碼頭機場等公共場所的大型數(shù)顯電子鐘。 本課程設(shè)計要用通過簡潔的規(guī)律芯片實現(xiàn)數(shù)字電子鐘。要點在于用555芯片連接輸出為一秒的多諧振蕩器用于時鐘的秒脈沖,用74LS160(10進制計數(shù)器)74LS00(與非門芯片)等連接成60和24進制的計數(shù)器,再通過七段數(shù)碼管顯示，構(gòu)成了簡潔數(shù)字電子鐘。 要求： （1）

2、完成設(shè)計一個有“時”，“分”，“秒”（23小時59分59秒）顯示且有校時功能的電子鐘； （2）完成對“時”、“分”的自動校時。 二、設(shè)計目的 1.了解智能數(shù)字鐘的工作原理； 2.設(shè)計出一個能實現(xiàn)清零、進位、顯示時分秒等功能的智能數(shù)字鐘； 3.正確使用multisim軟件對電路進行仿真及觀看； 4.通過此次設(shè)計試驗加深對38譯碼器、計數(shù)器等集成規(guī)律芯片的理解和運用。 三、設(shè)計要求 1用555定時器設(shè)計一個秒鐘脈沖發(fā)生器，輸入1HZ的時鐘；（對已有1kHz頻率時鐘脈沖進行分頻）； 2能顯示時、分、秒，24小時

3、制； 3設(shè)計晶體震蕩電路來輸入時鐘脈沖； 4用同步十進制集成計數(shù)器74LS160設(shè)計一個分秒鐘計數(shù)器,即六十進制計數(shù)器； 5用同步十進制集成計數(shù)器74LS160設(shè)計一個24小時計數(shù)器； 6譯碼顯示電路顯示時間； 7用與非門芯片及一些基本芯片設(shè)計一個可以自動校時的電路。 四、設(shè)計過程 4.1總體思路4.1.1思路說明 由秒及分的60進制，分別到59時進行對分和時進行進位，而時為24進制，當?shù)竭_23時，之后進行清零，從而實現(xiàn)數(shù)字時鐘的相應(yīng)功能。分秒功能的實現(xiàn)：用兩片74LS160組成60秒、分、時分別為60、60和24

4、進制計數(shù)器。秒、分均為六十進制，即顯示進制遞增計數(shù)器。時為二十四進制計數(shù)器，顯示為0023，個位仍為十進制，而十位為三進制，但當十進位計到2，而個位計到4時清零，就為二十四進制了。時功能的實現(xiàn)：用兩片74LS160組成24進制遞增計數(shù)器。 4.1.2  結(jié)構(gòu)框圖及說明在產(chǎn)生信號時可接受兩種方法，方法（1）接受555定時器及分頻器，而方法（2）直接利用函數(shù)信號發(fā)生器。 4.2電路工作原理 4.2.1晶體振蕩器 振蕩器是數(shù)字鐘的核心。振蕩器的穩(wěn)定度及頻率的精確度打算了數(shù)字鐘計時的精確程度，通常選用石英晶體構(gòu)成的振蕩器電路。一般來說，振蕩器

5、的頻率越高，計時精度越高。如圖5所示調(diào)整電阻R2可以轉(zhuǎn)變輸出信號頻率，用以得到所需的信號頻率。利用555定時器進行產(chǎn)生信號，形成晶振電路，如下圖二 555定時器4.2.2分頻器 用三片74LS160可以構(gòu)成三級格外頻器，將1KHz矩形波分頻得到1Hz基準秒計時信號。它的功能是產(chǎn)生標準秒脈沖信號。原理如下圖三 分頻電路4.2.3校時電路 當數(shù)字鐘接通電源或計時消滅誤差時，需要校正時間，校時是數(shù)字鐘必備的基本功能。對校時電路的要求是：在小時教正時，不影響分和秒的正常計數(shù)；在分矯正時，不影響秒和小時的正常計數(shù)。其中S1為校分用的把握開關(guān)，S2校時用的把握開關(guān)，

6、它們的功能表如表1所示 表1 開關(guān)校時功能 S1S2開關(guān)閉合11功能校時校分圖四中C1、C2可以緩解兩個開關(guān)的抖動，必要時還可以接受去抖動電路。圖四 校時電路4.2.4二十四進制計數(shù)器 接受同步時序信號把握，用個位的進位端把握十位的使能端，當個位有進位時，芯片工作，輸入十位的脈沖信號有效，當十位為2，個位為3的時候，同時給兩個芯片的預(yù)置端一個有效信號，使之清零，如下圖五 二十四進制電路4.2.5六十進制計數(shù)器 接受異步時序電路把握，在十位計數(shù)到5時，下一個脈沖一到來就置數(shù)。74LS160構(gòu)成的60進制計數(shù)器和24進制計數(shù)器如

7、圖六和圖五所示。秒、分、時分別為60、60和24進制計數(shù)器。秒、分均為六十進制，即顯示0059，它們的個位為十進制，十位為六進制，如下圖六 六十進制電路 4.2.6整體原理圖     方法（1）振蕩電路產(chǎn)生的1KHZ脈沖信號經(jīng)三級格外頻電路分頻后產(chǎn)生的1HZ脈沖信號輸入74LS160N連成的60進制秒計數(shù)器，再由秒計數(shù)器每60秒進位輸出給60進制分鐘計數(shù)器，分鐘計數(shù)器滿60后產(chǎn)生進位信號輸入給24進制小時計數(shù)器，從而實現(xiàn)24小時制電子鐘的功能，如圖七圖七 555定時器產(chǎn)生信號   &#

8、160;方法（2）直接利用函數(shù)信號發(fā)生器產(chǎn)生信號振，如圖八圖八 函數(shù)信號發(fā)生器產(chǎn)生信號4.3元件參數(shù)選擇 1、 電阻    20K，5.1K  2、 電容     0.1uF，0.01uF  3、 滑動變阻器     20K，KEY=A，50%  4、與門      74LS00N，74L

9、S05N  5、數(shù)碼管五、 軟件仿真 5.1 仿真電路圖     “秒”的電路動態(tài)運行狀況由以上各波形圖可以看出，所設(shè)計電路可完成相應(yīng)功能 5.2 仿真過程    電路的連接與仿真是我們這次課程設(shè)計的主要任務(wù)之一，也是整個過程的最難的階段。仿真這部分工作在multisim仿真軟件上進行。對于電路的仿真分為幾個部分，分別對電路各個部分的功能都進行仿真調(diào)試之后，每連接一部分都要調(diào)試一次，才能確保最終的成功。 5.3 仿真

10、結(jié)果     電路成功實現(xiàn)了24小時制數(shù)字電子鐘的功能，可精確計時，每60秒進1分并清零秒計數(shù)器，每60分進1小時并清零分鐘計數(shù)器，每24小時清零全部計數(shù)器并重新開頭計時。 六、遇到的問題 利用555定時器產(chǎn)生信號時結(jié)果不大正確，故應(yīng)認真仿真檢驗。 （1）在連接晶振的過程中,晶振無法起振.在排解線與芯片的接觸不良問題后重新對比電路圖,發(fā)覺是由于12腳未接地所至。在連接六進制的過程中,發(fā)覺電路只能4,5的跳動,后經(jīng)發(fā)覺是由于接到與非門的引腳接錯一根所至,經(jīng)訂正后能正常顯示。 （2）在連接校正電路的過程中,消

11、滅時和分都能正常校正時,但秒?yún)s受到影響,特殊時一較分鐘的時候秒亂跳,而不校時的時候,秒從05跳到59,然后又跳回05,分和秒之間無進位,電路在時,分,秒進位過程中能正常顯示,故可排解芯片和連線的接觸不良的問題.經(jīng)檢查,校正電路的連線沒有錯誤,后用萬用表的直流電壓檔帶電檢測秒十位的QA,QB,QC和QD腳,發(fā)覺QA腳時有電壓時而無電壓,再檢測秒到分和分到時的進位端,發(fā)覺是由于秒到分的進位未拔掉所至.  七、總結(jié)改進及體會 7.1改進（可增加整點報時功及整點鬧時功能） （1）鬧時部分     設(shè)置鬧時時間為7

12、時59分。鬧時持續(xù)一分鐘至八點整。M代表上午的輸入信號，設(shè)置為高電平，時個位為7，所以當QCQBQA=111時，第一級四輸入與非門打開，當分十位為5即QCQA=11，分個位為9即QDQA=11時，其次級四輸入與非門打開。通過與非電路和1KHZ的振蕩信號，驅(qū)動音響電路工作，三極管起放大驅(qū)動電壓的作用。實現(xiàn)定點鬧時功能，原理如圖圖九 鬧鐘電路（2）報時部分     設(shè)置報時時間為整點報時，當秒計數(shù)器計數(shù)到51秒時，集成電路驅(qū)動音響電路，使之開頭工作，每兩秒（51、53、55、57、59秒）報時一次，前四聲鳴低音，最終一聲鳴高音，原理如圖圖十 整點報時電路 7.2設(shè)計體會