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校时电路;
六十进制的秒、分计数器和二十四进制的时计数器;
秒、分、时的数码显示部分;
报时电路;
闹铃电路。
二、设计方案
数字电子钟主要由秒信号发生器、“时、分、秒”计数器、译码显示器、校时电路等组成。
秒信号发生器主要由石英晶体振荡器或555振荡器分频后得到;
秒、分都是60进制,故由60进制计数器构成;
时为24进制,即由24进制计数器构成;
显示部分由译码和数码显示构成;
校时电路由门电路和开关等构成。
利用函数信号发生器来进行脉冲信号的输出、利用74160N来设置十进制和六进制的进位输出、利用数码显示器来显示时间、利用或门、与门、非门、与非门、等电路元件进行组合、级联后得到设计所要求的电路图。
由于要对时钟进行校队,电路选择串行的进位方式,使每个位都可以快速接入脉冲,进行校时
计时电路:
用DCD_HEX
用DCD_HEX为时分秒的显示译码器,74LS160十进制的计数器,分别计60进制、60进制24进制,这里使用异步清零法。
校时方案:
放置开关选择正常计时模式和校时模式,时分秒计时电路分别连接一个单刀双掷开关,每个单刀双掷开关连接VCC和GND,每次接通VCC给单次脉冲,此时产生上升沿信号,74LS160计数加一,这样就可以实现时间的校准,如图
闹钟电路:
该电路只需要小时和分钟设定,电路连接方法与计时电路相同,是一个六十进制计数器和二十四进制计数器,通过连接VCC和GND开关的切换产生单次脉冲信号,每次74LS160接到一个脉冲信号,计数器加一。
为了可以实现定时,在下面连接一个相同的电路,用数值比较器将其连接起来,即可得到当是中与所定的时间相同时,相连的响铃开始响铃,这样设置数字钟打铃系统
四、具体电路设计
1、用两片74LS160级联,其中左边一片为十进制,右边一片为六进制,总体为六十进制。
它们实现的功能为进行时间秒的输出,当时间到六十后,进位为一。
得到秒计时,以异步清零法,LD接0,首先把两片以并联的方式连成百进制计数器,计数器从0开始计数,当十片计数为Q3Q2Q1Q0=0110时,个片计数为Q3Q2Q1Q0=0000,即计入60个进位信号时,十位片Q2Q1经与非门产生反馈清零信号,且该片160同时置零,实现六十进制计数器。
2.用两片74160N级联,其中左边一片为十进制,右边一片为六进制,总体为六十进制。
它们实现的功能为进行时间分的输出,当时间到六十后,进位为一。
得到分计时,在数字钟的控制电路中,分和秒的控制都是一样的,在电路的设计中采用反馈置数法来实现六十进制功能。
3、用两片74LS160级联,总体为二十四进制。
它们实现的功能为进行时间小时的输出,当时间到二十四后,时钟信号全部置零
4.三块时间模块的级联如下图:
5、555多谐震荡,给脉冲信号,使得输入的f=1Hz
555定时器中为了得到1Hs的频率,由公式可知:
T=(R1+2*R2)Cln2
f=1/T=1/(R1+2*R2)Cln2R1=R2=25000欧C=20uF时即可得到f=1Hz
6、校对:
当数字钟接通电源或者计时出现误差时,需要校正时间。
校时是数字钟应具备的基本功能。
校时时应截断分个位和时个位的直接计数通路,并采用正常计时信号与校正信号可以随时切换的电路接入其中。
对校时电路的要求是,在小时校正时停止分和秒的正常计数;
在分校正时停止秒和小时的正常计数。
校时脉冲由开关提供。
校时电路
7、.在完成以上的步骤后,一个能显示时间的时间控制器已经完成了,接下来是设定输出。
以74LS85D为数值比较器,分别比较时分,诸位进行比较,一旦比较结果全部相同,则输出“1”。
8、闹钟时间设置,与时间设定原理相同,给74LS160单次脉冲使得“时”“分”皆可调制,然后,等到自己要得到的时间,若相同,开始打铃。
9、整点报时电路
当分钟和秒钟计时为“0000”和“0000”时既启动。
五、画出完整的电路图
总体电路图
本电路是使用555定时器作为输入脉冲,以计数器分别60进制、60进制、24进制的显示有时钟,并在单独加入,不同频的输入脉冲,使之可以校对的更加快捷,后再设置定时器,与上述相同,再将其与数据比较其分别相连,在输出端,链接指示系统,使之数值比较器的输出为一时,给以信号,使指示系统开始工作。
六、列出系统使用的元器件
1、74LS160D10个
74LS160为十进制同步加法计数器
逻辑功能描述如下:
74LS160中LD为预置数控制端,D0-D3为数据输入端,C为进位输出端,RD为异步置零端,Q0-Q3位数据输出端,EP和ET为工作状态控制端。
当RC=0时所有触发器将同时被置零,而且置零操作不受其他输入端状态的影响。
当RC=1、LD=0时,电路工作在预置数状态。
这时门G16-G19的输出始终是1,所以FF0-FF1输入端J、K的状态由D0-D3的状态决定。
当RC=LD=1而EP=0、ET=1时,由于这时门G16-G19的输出均为0,亦即FF0-FF3均处在J=K=0的状态,所以CP信号到达时它们保持原来的状态不变。
同时C的状态也得到保持。
如果ET=0、则EP不论为何状态,计数器的状态也保持不变,但这时进位输出C等于0。
当RC=LD=EP=ET=1时,电路工作在计数状态。
从电路的0000状态开始连续输入16个计数脉冲时,电路将从1111的状态返回0000的状态,C端从高电平跳变至低电平。
利用C端输出的高电平或下降沿作为进位输出信号。
2、DCD_HEX10个
LED是发光二极管LightEmittingDiode的英文缩写。
LED显示屏是由发光二极管排列组成的一显示器件。
它采用低电压扫描驱动,具有:
耗电少、使用寿命长、成本低、亮度高、故障少、视角大、可视距离远、规格品种全等特点。
管脚1234分别接输出段的Q0、Q1Q2、Q3.图形显示如下图所示:
3、74LS22N与非门(4管脚)2个、74LS04D非门3个、与非门(2管脚)74LS00D6个
4、74LS85D4个
5、555多谐振荡器1个
该图国产双极型定时器CB555内部电路结构原理图。
它是由比较器C1和C2,基本RS触发器和集电极开路的放电三极管TD三部分组成。
其中VH是比较器C1的输入端,v12是比较器C2的输入端。
C1和C2的参考电压VR1和VR2由VCC经三个五千欧电阻分压给出。
在控制电压输入端VCO悬空时,VR1=2/3VCC,VR2=1/3VCC。
如果VCO外接固定电压,则VR1=VCO,VR2=1/2VCO.
RD是置零输入端。
只要在RD端加上低电平,输出端v0便立即被置成低电平,不受其他输入端状态的影响。
正常工作时必须使RD处于高电平。
图中的数码1—8为器件引脚的编号。
其逻辑框图如下:
图五、逻辑框图
逻辑符号如下:
6、开关,接地,电源等若干。
七、功能设想
1、考虑整点报时提前十秒开始,推迟十秒结束。
2、考虑闹铃在设定时间启动后,每隔5分钟启动一次。
3、考虑关闭闹铃必须按下特定的开关。
4、考虑加入世界时、夏时令、秒表等功能。
5、考虑加入自动校时功能,通过无线网络利用互联网时间校时。
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