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4.具有手动校时、校分功能,可以分别对时、分进行单独校时。
5.为了保证计时的稳定及准确,须由晶体振荡器提高时间基准信号。
1.3设计的要求
1.能够按照要求独立完成课程设计部分;
2.学会查阅技术手册和文献资料;
3.进一步熟悉常用集成电路的设计方法;
4.初步掌握电路的调试技能和故障排除方法;
5.填写设计任务书,撰写课程设计论文。
第2章方案分析
2.1方案一
图2-1方案一原理图
在此方案电路的校时开关中,电路存在开关抖动问题,使电路无法正常工作。
所以在本次设计中,不选择方案一。
2.2方案二
图2-2方案二原理图
此方案不存在开关抖动问题,可保持电路正常工作。
所以,此次设计选择方案二。
第3章功能原理
3.1设计原理
数字电子钟是一个将“时、分、秒”显示于人的视觉器官的计时装置。
除计时外,还具有校时、报时等功能。
一个基本的数字电子钟主要由译码显示器,“时、分、秒”计数器,校时电路,报时电路和振荡器组成。
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、校时电路、整点报时电路组成。
秒信号发生器是整个系统的时基信号,它直接决定计时系统的精度,一般由振荡器加分频器来实现。
将标准秒信号送入“秒计数器”,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。
每累计60分,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,可实现对一天24小时的累计。
图3-1数字电子钟原理框图
3.2电子钟构成
555振荡器电路:
振荡器电路给数字钟提供一个频率稳定准确的方波信号,可保证数字钟的走时准确及稳定。
不管是指针式的电子钟还是数字显示的电子钟都使用了振荡器电路。
采用由集成电路定时器555与RC组成的多谐振荡器,使得振荡频率f=1Hz。
图3-2555振荡器电路图
分频器电路:
分频器本质上是由电容器和电感线圈构成的LC滤波网络,高通滤波器只让高频信号通过而阻止低频信号。
低通滤波器只让低频信号通过。
图3-3分频器电路图
时间计数器电路:
计数是一种最简单基本的运算,计数器就是实现这种运算的逻辑电路。
计数器在数字系统中主要是对脉冲的个数进行计数,以实现测量、计数和控制的功能。
译码驱动电路:
译码是编码的逆过程。
译码器是一种多输入多输出的组合逻辑电路,负责将二进制代码翻译为特定的对象。
数码管:
数码管是一种半导体发光器件,其基本单元是发光二极管,用来显示数字。
第4章功能模块
4.1振荡电路
多谐振荡器也称无稳态触发器,它没有稳定状态,同时无需外加触发脉冲,就能输出一定频率的矩形波形(自激振荡)。
用555实现多谐振荡,需要R1,R2和电容,并接+5V的直流电源。
图4-1555振荡器电路图
4.2CD40110工作原理
CD40110为十进制可逆计数器/锁存器/驱动器,具有加减计数,计数器状态锁存,七段译码输出等功能能。
这次设计用到CD40110的加计数、七段译码输出功能。
CD40110有2个计数时钟输入端CPu和CPd,分别用作加计数时钟输入和减计数时钟输入。
CD40110的进位输出CO和借位输出BO一般为高电平,当计数器从9~0时,BO输出脉冲,当计数器从0~9时,CO输出脉冲,以此利用CO端可以实现大于10进制的计数功能。
图4-2CD40110引脚图
CD40110各引脚功能:
BO进位输出端;
CO借位输出端;
CPd减计数器时钟输入端;
CPu加计数器时钟输入端;
CR清除端;
CT计数允许端;
LE锁存器预置端;
VDD正电源;
VSS地;
Ya-Yg锁存译码输出端。
4.3秒计数电路
秒的个位部分为逢十进一,十位部分为逢六进一,从而共同完成60进制计数器。
当计数到59时清零并重新开始计数。
秒的个位部分的设计:
利用十进制计数器CD40110设计10进制计数器显示秒的个位。
个位计数器由0增加到9时产生进位,连在十位部计数器脉冲输入端CP,从而实现10进制计数和进位功能。
图4-360进制--秒计数电路图
4.4分计数电路
分的个位部分为逢十进一,十位部分为逢六进一,从而共同完成60进制计数器。
分的个位部分的设计:
来自秒计数电路的进位脉冲使分的个位加1,利用十进制计数器CD40110设计10进制计数器显示秒的个位。
利用74LS161和74LS11设计6进制计数器显示秒的十位,当十位计数器由0增加到5时利用74LS11与门产生一个高电平接到个位、十位的CD40110的清零端,同时产生一个脉冲给时的个位。
图4-460进制—分计数电路图
4.5时计数电路
来自分计数电路的进位脉冲使时的个位加,个位计数器由0增加到9是产生进位,连在十位计数器脉冲输入端CP,当十位计到2且个位计到3是经过74LS11与门产生一个清零信号,将所有CD40110清零。
图4-524进制--时计数电路图
4.6译码与显示电路
译码和数码显示电路是将数字钟的计时状态只管清晰地反映出来。
译码是把给定的代码进行翻译,将时、分、秒计数器输出的二进制代码翻译为相应的十进制数,并通过数码管,在译码显示电路输出信号的驱动下,显示出清晰直观的数字符号。
这里的LED数码管是采用共阴的方法连接的。
图4-6译码与显示电路图
4.7校时电路
当重新接通电源或走时出现误差时都需要对时间进行校正。
通常,校正时间的方法是:
首先截断正常的计数通路,然后再进行将人工触发计数方波信号加到需要校正的计数单元的输出端,校正好后,在转入正常计时状态即可。
结论
通过这次对数字电子钟的设计,让我了解了设计电路的程序,也让我了解了关于数字电子钟的原理与设计理念,要设计一个电路总要对着一个参考电路图才可以连接。
此外,还让我掌握了以往许多掌握不太牢的知识,感觉学到了很多知识。
这次的课程设计,给我印象最深刻的是,对于电路还是应该自己动手实际操作才会有深刻的理解。
在这个过程中,我体会到团队合作的重要。
毕竟一个人的想法是有限的,有时可能会走进误区。
通过与他人的合作讨论,可以解决很多自己解决不了的问题。
通过这次设计,我掌握了一定的操作技能,培养了我的实践能力和创新精神。
在设计中,我的能力得到加强,对问题的分析能力得到提高。
比如在选择芯片时,选择怎样的芯片才能使电路趋于完善。
虽然在设计中会遇到难题,但是从中我学到了很多,使自己的能力得到提高,我想在以后的理论学习中我就能够明白自己的学习方向,增进专业知识的强化。
总之,在这次设计过程中我受益匪浅。
我对本专业知识和基本理论有了进一步的系统了解。
了解并掌握数字电子钟所用到的各种元件。
在探索和合作中完成设计所要求的结果,培养了我的设计思维,提高了动手操作能力,让我知道了成功来之不易。
致谢
在设计完成之际,我要特别感谢老师的热情关怀和悉心指导。
在这次设计过程中,老师倾注了大量的心血和汗水。
无论是电路板的制作,还是报告的撰写,我都得到了老师悉心细致的教诲和无私的帮助。
特别是他广博的学识、深厚的学术素养、严谨的治学精神和一丝不苟的工作作风使我终生受益,在此表示真诚地感谢和深深的谢意。
感谢老师这一周对我们的悉心指导,为了我们的设计,老师也同样付出了很多。
为了是我们的设计能顺利进行,老师在会议上做出了多处强调,包括安全知识的普及以及一些专业知识的辅导。
虽然老师平日里工作繁多,但在我做课程设计的每个阶段,从外出实习到查阅资料,设计草案的确定和修改,中期检查,后期详细设计等整个过程中都给予了我悉心的指导。
我的设计较为复杂烦琐,但是老师仍然细心地纠正设计中的错误。
他的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样,并将积极影响我今后的学习和工作。
还要感谢和我一起参加设计的同学们,没有他们的鼓励和帮助,我同样无法完成此次的课程设计。
他们在本次设计中勤奋工作,克服了许多困难来完成此次课程设计,我学到了他们不畏困难的精神。
每当我遇到困难,而老师又不在身边时,我就向身边的同学悉心请教,虽然他们不能每次都给出问题的解决方法,但他们能够陪我一起去查阅资料,一起去克服遇到的难题。
所以在这里我要特别感谢他们。
这次的设计到此也就告一段落了,或许不太完美,但我努力过,不会留下遗憾。
参考文献
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