多功能电子表设计说明书Word文档格式.docx
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学生通过自己动手设计制作,将电子技术相关理论知识与制作实践相结合,提高学生的动手能力,加深对电子技术原理的理解,增加学习电子技术的兴趣,为今后投入电子技术的开发应用打好基础。
1.2多功能电子表设计意义:
意义:
2.多功能电子表的设计内容
2.1总体设计方案简介
1.功能简介及摘要
多功能电子表是一种用数字显示秒﹑分﹑时的记时装置,与传统的机械钟相比,他具有走时准确﹑显示直观﹑无机械传动装置等优点,因而得到了广泛的应用:
小到人们的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。
本课程设计要用通过简单的逻辑芯片实现数字电子钟。
要点在于用555芯片连接输出为一秒的多谐振荡器用于时钟的秒脉冲,用74LS160(10进制计数器)74LS00(与非门芯片)等连接成60和24进制的计数器,再通过七段数码管显示,构成了简单数字电子钟。
2.设计流程
多功能电子表一般由振荡器、分频器、译码器、显示器等部分组成。
这些都是数字电路中应用最广泛的基本电路。
多功能电子表的基本计流程框图如下所示;
图1结构框图
3.各部分功能说明
1、振荡器
振荡器是多功能电子表的核心,它的作用是产生一个频率标准,即时间标准信号,然后再由分频器分成秒脉冲,即“秒”时间脉冲。
因此正当其频率的精度与稳定度基本决定了多功能电子表的质量。
为了产生稳定的时间标准信号,一般采用石英晶体振荡器。
从多功能电子表的精度考虑,晶体振荡频率越高,秒针的时间精度越高。
但这会使振荡器的耗电量增大,分频器的级数也要增多,所以在确定频率时,应当天考虑这两方面因素,然后再选用石英晶体振荡器型。
2、分频器
振荡器产生的时间标准信号频率很高,要使它变成用来计时的“秒”信号,需要一点过级数的分频电路。
分频器的级数和每级分频次数要根据时间标准频率来决定。
目前,适应电子表多采用32768(215Hz)的时间标砖信号。
用N位二进制计数器进行分频后,要得到秒脉冲,可令N=15即可。
也就是说,经过十五级二分频即可得到周期为1s的秒脉冲信号。
3、计数器
有了秒脉冲信号,可以根据60s为1min,60min为1h,24h为1d进位制。
分别选定秒、“分”、“时”的计数器。
从这些计数器的输出可以得到1min、1h和1d的时间进位信号。
在“秒”计数器中,因为是六十进制,通常用两个十进位制计数器的集成片组成,其中,“秒”个位应是十进制,“秒”十位应是六进制。
可以采用反馈归零发的方法变成“秒”十位为六进制,实现“秒”的六十进制。
“分”计数器组成完全相同,不再重复。
只是“时”计数器虽也用两个十进制计数器,但需采用反馈归零方法实现二十四进制计时电路。
4、译码显示电路
因为计数器全部采用8421BCD码十进制级数集成芯片,所以“秒”、“分”、“时”的个位和十位都有4个状态输出端(QA、QB、QC、QD)。
将计数器这些输出端接至专门设计制造的译码电路,即可产生去的七段数码显示器的信号。
5、校时电路
当刚接通电源或者时钟走时出现误差,都需要进行实践的校准。
校时电路的基本原理就是将0.5s的脉冲信号(可由分频器的第14级分频输出端直接获得)直接引进“时”计数器,同时将“分”计数器置“0”。
在“时”的只是跳到需要的数字后,再切断“0.5”信号,让计时器正常工作。
校“分”电路也是按此方法进行的。
6、整点报时电路
多功能电子表显示整点时,能及时报时。
要求每当“分”和“秒”计数器计数带59min50s是,驱动音响电路,在10s内自动发出5次鸣叫声,每隔1s鸣叫一次,每次叫声持续1s,而且前4声低,最后1响高,正好报告整点。
2.2单元电路设计及计算
1.晶体振荡电路:
振荡频率
。
为可调电位器,微调
可以调整振荡器的输出频率
电路的振荡周期
,其中
如果选定脉冲占空比
,则
,
若选择电容
,取标称阻值
由此可取
555定时器构成多谐振荡器长生的1kHz震荡频率,需要用3片74LS90组成的十进制计数器进行级联后分频,每片均为十分频电路,经过3片74LS90级联后,可获得周期为1s的脉冲信号,如图所示。
图2555振荡电路
2.分频器电路:
74LS90是二,五,十进制异步加法器,用三片74LS90可以构成三级十分频器,将1KHz矩形波分频得到1Hz基准秒计时信号。
图3分频电路
3.分秒功能60进制计数器电路:
采用异步时序电路控制,在十位计数到5时,下一个脉冲一到来就置数。
图460进制计数器
如果清零脉冲比较窄,有可能使计数器出现误动作,此时,可在门电路输出端增加延时触发器,将清零脉冲展宽。
4.计时功能24进制计数器:
计“时”电路是一个二十四进制计数器,由两级计数器级器采用同步时序信号控制,用个位的进位端控制十位的使能端,当个位有进位时,芯片工作,输入十位的脉冲信号有效,当十位为2,个位为3的时候,同时给两个芯片的预置端一个有效信号,使之清零。
用Multisim7编辑的仿真电路如图所示。
图524进制计数器
5.校时电路
当接通电源或数字钟走时出现误差时,需要对多功能电子表进行时间校准。
图所示电路是用Multisim7编辑的可实现“时”、“分”、“秒”校准的仿真电路。
该电路由六个与非门(图中的U1、U2、U3、U4、U5、U6)和三个开关(图中的J1、J2、J3)组成。
J2、J3是单刀单掷开关,分别由按键B、C控制。
J1是单刀双掷开关,由按键A控制。
校时信号从分频器不同输出端引入,例如用秒脉冲校“时”、“分”;
用周期为0.5s的信号校“秒”。
当开关J2、J3闭合,J1接门U3
输入端时,门U1、U2、U6关闭,门U5开启,秒脉冲(1s)通过门U5加至“秒”计数器个位,数字钟正常计数时。
当开关J2断开、J3闭合,J1接门U3输入端时,秒脉冲通过门U1送入“时”计数器个位,实现快速计数,进行“时”校准,一旦“时”对准后,立即闭合J2,以切断秒信号与“时”计数器的联系。
当开关J3断开、J2闭合,J1接门U3输入端时,进行“分”校准,其工作过程与“时”校准相同。
当开关J2、J3闭合,J1接门U6输入端时,门U6启,0.5s脉冲通过门U5、门U6,使“秒”计数器计数速度提高一倍,实现“秒”校准,当“秒”校准后,开关J1接门U3输入端,多功能电子表按校准后的时间工作。
输入的调校脉冲频率越高,调校速度越快。
门U3、门U4组成的RS触发器是为了防止开关抖动。
如果“时”、“分”校准开关有抖动,也可以加RS触发器。
6.整点报时电路
整点报时电路如图所示。
要求在每个整点发出响声,因此要对每个整点进行时间译码,见表。
从表中相应的计数器状态可以看出,59分时,图中门U3的输出
;
59秒时,门U4的输出
,因而门U6的输出为1。
把该输出接至D触发器U7的输入端D,其CP端加1s脉冲,则在多功能电子表子再计一秒到达整点时触发器的输出端Q=1,经音响驱动电路发出频率为1000Hz的一次高音,音响时间为1s。
2.3多功能电子表总电路图
1原理图如下图所示:
图6系统原理图
2.简单工作原理:
振荡电路产生的1KHZ脉冲信号经三级十分频电路分频后产生的1HZ脉冲信号输入74LS90N连成的60进制秒计数器,再由秒计数器每60秒进位输出给60进制分钟计数器,分钟计数器满60后产生进位信号输入给24进制小时计数器,从而实现24小时制电子钟的功能。
2.4仿真过程
1.基本过程:
1、按照电路原理图将仿真分成几部分依次连接电路并调试;
2、连接晶体振荡电路并调试,观察发出的是否是1KHz的信号;
3、连接分频电路并调试,观察输出是否是1Hz的信号;
4、连接60、24进制计数器电路并调试,观察是否符合要求;
5、将分频电路输出的信号连接到计数器电路,观察时钟是否正常运行。
2.仿真电路:
2.5仿真结果
电路成功实现了24小时制数字电子钟的功能,可精确计时,每60秒进1分并清零秒计数器,每60分进1小时并清零分钟计数器,每24小时清零所有计数器并重新开始计时。
仿真结果如图13
图7电子钟仿真图
3.设计总结
通过此次课程设计的教学实践,进一步学习、掌握数字电路应用系统的有关知识,加深了解数字电路的工作原理。
初步掌握数字电路简单应用系统的设计、制作、本次课程从基本方案的制定,再到硬件电路的选择,到制作电路完成,最后进行程序调试。
在此期间我遇到很多困难,尤其是在做仿真时结果经常出不来。
经过仔细检查,仿真线路是没有错的,可结果就是不行。
但当我将实物做出来后,进行了调试,实物上却可以出来成果。
这说明了可能是仿真软件的。
经过一次又一次品尝到了解决问题的喜悦,最终提前完成了要求的全部功能,并在空闲的时间里加入了一些创新的部分。
在此次课程设计中我发现了自己知识的不足,通过一周的学习、实践,我学到了很多东西。
通过对本次设计的方案理论论证并且应用Multisim仿真软件进行分析仿真,可证明此方案可行。
采用先提出问题,再建立模型,思索方法,对比比较,选用器材,最后仿真测试的方法,是解决此类问题的关键。
整个过程花了我不少时间,可当做完时才发现做这个数字钟是多么简单的一件事,主要是在调试时花了不少时间,其间换了不少器件,有的器件在理论上可行,但在实际运行中就无法看到效果,所以调试花了我不少时间,有时无法找出错误便更换器件重新接线以使电路正常运行。
在实际的操作过程中,能把理论中所学的知识灵活地运用起来,并在调试中会遇到各种各样的问题,电路的调试提高了我们解决问题的能力,学会了在设计中独立解决问题,也包括怎样去查找问题。
似乎所有的事都得自己新手去操作才会在脑海中留下深刻的印象,这个小小的课程设计让我可以熟练的操作multisim软件,也了解了不少器件的功能的应用,也加深了对数字电路认识和理解。
参考文献:
1.李景宏,马学文.电子技术实验教程.沈阳:
东北大学出版社.2001
2.王永军,李景华编著.数字逻辑与数字系统.北京:
电子工业出版社,2002
3.高吉祥,易凡编著.电子技术基础实验与课程设计.北京:
4.陈大钦编著.电子技术基础实验.北京:
高等教育出版社,2000
5.李晶皎,李景宏,曹阳编著.逻辑与数字系统设计.北京:
清华大学出版社,2009
6.李庆武《电子技术基础实验数字电子技术及其EDA》机械工业出版社,2006.
7.康华光《电子技术基础数字部分》(第五版)高等教育出版社,2007.
8.范爱平.Multisim2001在电力电子仿真技术中的应用[J].实验室研究与探索.
附件:
元件参数选择
1、电阻20KΩ,5.1KΩ
2、电容10nF,100nF
3、滑动变阻器10KΩ,KEY=A,20%
4、与门7400N
5、数码管DCD_HEX_GREEN
5、555_TIMER_RATED管脚图如图7
图7555_TIMER_RATED管脚图
6、74LS90N管脚图如图8功能表如图9
图874LS90N管脚图
图974LS90N功能表
7、74LS160N管脚图如图10功能表如图11
图1074LS160N管脚图
图1174LS160N功能表
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