数字电子时钟时间调整的控制模块设计Word格式.docx
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3.6校时电路10
3.7译码显示电路11
四、数字钟整体电路连接图与仿真
4.1数字钟整体电路连接图12
4.2总体电路仿真图12
五、总结
5.1课题设计情况总结13
5.2设计心得与体会14
六、参考文献及其他
6.1器件清单14
6.2软件15
6.3参考书籍及资料15
1.1课题名称:
《数字电子时钟时间调整的控制模块设计》
1.2课程设计目的
(1)增强对数字电子技术及其相关知识的了解与掌握
(2)学习multisim等相关软件的使用方法
(3)具备简单电路设计的能力
(4)通过查阅手册和文献资料,熟悉常用电子器件的类型和特性,并掌握合理选用元器件的原则
(5)运用刚刚学过的数电知识设计并制作数字钟,而且通过数字钟的制作进一步了解各种在制作中用到的中小规模集成电路的作用及其使用方法。
(6)完成一个实际的电子产品;
进一步提高分析问题、解决问题的能力
(7)学会撰写课程设计报告
(8)培养实事求是,严谨的工作态度和严肃的工作作风.
1.3实验任务
利用计数器,555定时器等设计一个实现数字电子时钟时间调整功能的电路模
块,要求要有原理电路,EDA仿真。
1.4课程设计要求
利用两个按键实现时间调整控制,其中第一个按键实现调整选择控制,若不按下则自动计时,按下一次则调整小时数值,按下两次则调整分钟数值,按下三次则再回到自动计时状态,第二个按键实现数值调整功能,在调整小时或者分钟数值时,每按下一次则其数值状态自动加1.
1.5可选主要元器件
移位寄存器74LS194,带三台输出反相器74LS240,3线-8线译码器/分配器
74HC138,555定时器,计数器74160等。
2.1方案一设计原理
数字电子钟由信号发生器、“时、分、秒”计数器、译码器及显示器、校时电路等组成。
秒信号产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
般用555构成的振荡器加分频器来实现。
石英振荡器产生震荡信号送到分频器,
分频后将标准秒脉冲信号送入“秒计数器”,该计数器采用60进制计数器,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。
“分
计数器”也采用60进制计数器,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进制计数器,可以实现一天24h的累计。
译码显示电路将“时、分、秒”计数器的输出状态经七段显示译码器译
码,通过六位LED显示器显示出来。
校时电路是来对“时、分、秒”显示进行
校对调整。
其数字电子钟系统框图如下:
显示器时
r显示器时
显示器分
r显示器分]
显示器秒
十位
个位
译码器时
译码器分
译码器秒
计数器时L
时计数器
计数器分
计数器秒
时个位
时钟校准
秒脉冲
图一数字电子钟系统框图
2.2方案二设计原理
数字钟实际上是一个对标准频率(1HZ进行计数的计数电路。
由于计数的起始时间不可能与标准时间(如北京时间)一致,故需要在电路上加一个校时电路,同时标准的1HZ时间信号必须做到准确、稳定,通常使用石英晶体振荡器电路构成。
一个用来计“时”“分”“秒”的数字钟,主要由六个部分构成。
其整体设计
原理框图如图2所示
译码器显示电路
分计数器
秒计数器
校时电路
振荡器
多级分频器
图二数字电子钟系统框图
2.3设计方案的比较以及确定
方案二与方案一比较有如下的优缺点
优点:
与原方案比较,方案二所用的元器件明显较少,也因此方案二实现的电路就看着更加简单了。
缺点:
①方案二电路电源一接通后就会乱码,必须要手动校时后才会正常。
②方案二电路能校正的只有“分”和“时”,而原方案却是“时”、“分”、“秒”都是能校正的,因此可以使校准更加简单。
综合比较原方案和方案二的优缺点,最后仍然决定选用方案一。
二、总体电路设计方案
3.1时钟信号震荡电路
获取矩形脉冲波形的途径不外乎两种:
一种是利用各种形式的多谐振荡器电路直接产生所需要的矩形脉冲,另一种则是通过各种整形电路将已有的周期性变化波形变换为符合要求的矩形脉冲。
当然,在采用整形的方法获取矩形脉冲时,是以能够找到频率和幅度都符合要求的一种已有电压信号为前提的。
其中多谐振荡器
是一种自激振荡器,在接通电源之后,不需要外加触发信号,变能自动地产生矩形脉冲。
多谐振荡器种类繁多,例如有石英晶体多谐振荡器,555多谐振荡器,
施密特多谐振荡器等,能提供频率稳定的准确的方波信号,可保证电子钟走时准确,实际中的电子钟都使用这种振荡器;
而555多谐振荡器调节方便,本设计采用它作为时钟信号产生电路。
利用555振荡器设计的信号振荡电路如图3所示。
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5V
VCC
U1
.CUT
LM556CM
图四时钟震荡电路仿真图
3.2秒脉冲产生信号
秒脉冲信号发生器是数字电子钟的核心部分,它的精度和稳定度决定了数字钟的质量。
由振荡器与分频器组合产生秒脉冲信号,由555多谐振荡器电路产生1KHZ的振荡信号,经过分频器1000分频后得到1HZ的方波信号作为秒计数器的计数信号。
分频器功能主要有两个,一是产生标准秒脉冲信号,二是提供功能扩展电路所需要的信号,分频器实际上就是计数器,选用三片十进制计数器74LS160
来实现。
为了加快仿真过程,便于观察实验结果,此处选用了JK触发器74LS107D构成的T触发器,因为每片为1/10分频器,三片级联好获得1Hz标准秒脉冲,,其电路图如图四所示:
图三秒脉冲信号发生器
3.3小时计数电路
小时计数为二十四进制计数器,电路如图四所示
图四24进制计时电路
在图四中,74LS160是十进制计数器,选用2片74LS160先构成100(0~99)计
数器,然后在24(00100100)取出为1的端口。
为了提高可靠性,所有为0的端口加非门74LS04,再经过与非门和或非门送到清零端CLR实现二十四进制计数,其计数范围为0—23
3.4分钟计数电路
分钟计数为六十进制计数器,电路如图五所示
图五60进制计时电路
在图五中,分钟计数电路为六十进制计数电路,类似于二十四进制计数电
路,也选用了74LS160芯片。
首先也是设计成100进制计数器,然后在60处(01100000)取出为一的端口,给所有的为0的端口加非门74LS04,再经过与非门送到清零端CLR实现六十进制计数。
,计数范围为0—60。
3.5秒钟计数电路
分钟计数为六十进制计数器,与分钟计数电路同理,秒钟计数电路可以完全按照
其样子做成,电路如图六所示
图六60进制计时电路
3.6校时电路
校时电路是数字钟不可缺少的部分,每当数字钟与实际时间不符时,需要根据标准时间进行校时。
在刚接通电源或时钟走时出现误差时,便是需要手动的对时间进行校准。
校时电路由“时”、“分”、“秒”校准3部分组成,分别用3个开关J、S1、S2、S3来完成。
S1、S2、S3分别是时校正、分校正,秒校正开关。
不校正时,S1、S2、S3开关是闭和的,此时开关接高电平VCC为正常计时档。
当开关接低电平(接地),为校时档。
当校正时位时,需要把S1开关打开,此时的U45A和U46A两个与非门组成了RS触发器,门电路U45A俞出为“1”,门U46A输出为
“0”,使得与非门U41A打开,U42A封锁,校时信号直接接入小时计数器的时钟断CLK进行快速校准,然后用手拨动S3开关,来回拨动一次,就能使时位增加1,根据需要去拨动开关的次数,校正完毕后把S1开关闭上。
小时计数器就利用分进位正常计数,校正分位时和校正秒位的方法一样。
其电路图如七所示:
图七校时电路
3.7译码显示电路
译码电路的功能是将秒、分、时计数器的输出代码进行翻译,变成相应的数字。
译码驱动电路将计数器输出的8421BCD码转换为数码管需要的逻辑状态,并为数码管提供足够的工作电流,以保证数码管的正常工作。
用与驱动LED七段数码管的译码器常用的有74LS4&
本设计选用了74LS48设计显示译码电路,74LS48是BCD-7段译码器驱动器,输出高电平有效,是一种与共阴极级数字显示器配合使用的集成译码器,其功能是把输入的4位二进制代码转换成显示器需要的7
个段信号a~g。
如下图八所示。
显示数码管有发光二极管(LED数码管和液晶显示(LCD数码管,根据74LS48的特点,此处选用LED数码管。
LED显示器具有工作电压低(1.5~3V)、体积小、寿命长、亮度咼、响应快以及可靠性咼的优点,但其工作电流较大,每个字段的工作电流约为10mA若将秒、分、时计数
器的每位输出分别送到相应七段译吗管的输入端,便可以进行不同数字的显示。
四、数字钟整体电路连接图与仿真
4.1数字钟整体电路连接图
将以上的各个单元电路组合起来,就形成了数字时钟电路,如图九所示
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图九数字钟总电路
4.2总体电路仿真图
图十是开始计时11分钟47秒后的仿真图,图对比可以看出,误差率几乎为0
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五、总结
5.1课题设计情况总结
通过这次数字钟的课程设计与实践,让我知道了设计电路的一些步骤和程序,加深了对各种芯片逻辑功能的了解。
由于数字钟包括组合逻辑电路和时序电路,通过它也让我进一步学习与掌握了各种组合逻辑电路与时序电路的原理与使用方
法。
在设计中,我遇到比较多的困难。
以下问题是本次设计中所遇到的问题:
1•秒针电路时常是时灵时不灵,不知道如何启动其走动;
2•时钟和分钟和秒钟显示屏在进位时候会出现闪烁现象;
在调试、研究了电路图后,我调整了振荡器以及电容的相关参数,顺利解决了第一个问题;
在分析了显示电路后,我将原来的六个显示屏一起相连然后接地改成
了分别接地,至此分钟和时钟的显示屏就顺利的亮了;
至于第二个问题,是本次设计中出现的缺陷,目前还找不到解决办法。
5.2设计心得与体会
在设计总体电路的时候,我们应该尽量把整个路划分为几个子电路设计,最后再让模块连接时各个模块之间的相互影响变得十分明显;
设计方案时候要有耐
心,遇到问题时候要静下心来思考,不能操之过急;
一种功能的实现可能有多种方案,不同的方案有不同的优点和缺点,没有绝对的好与坏,需要不断去协调与分析才能设计出相对较好的方案;
从理论到实践,并不是那么简单。
理论与实践存在一定的误差,所以需要精确的计算,以及需要具体问题具体分析,还要有更加合理的优化方案和设计。
六、参考文献及其他
6.1器件清单
系列
TIMER
74LS
74LS_IC
HEX_DISPLAY
POTENTIOMETER
功能数量
精确时,发送1
脉冲
JK触发器3
与非门15
非门13
与非门3
十进制计数C
6
译码器6
二极管显示c
器6
器
滑动变阻器1
12
POWERSOURCES
电源电压7
6.2软件
CircuitDesignSuite12.0--Multisim12.0
MicrosoftOfficeProfessionalPlus2013-Word/Excel
6.3参考书籍及资料
[1]阎石,数字电子技术基础[M],高等教育出版社,1996-02
[2]余孟尝,数字电子技术基础简明教程[M],高等教育出版社,2008-03
[3]康华光,电子技术基础数字部分[J],高等教育出版社,1999-06
⑹阎石,数字电子技术基础(第5版)[M],高等教育出版社,2002-03
[7]郝鸿安,555集成电路使用电路集[M],上海科学普及出版社,2005-06
[8]王冠华,《multisim10电路设计及应用》,国防工业出版社
[9]
2007-09
卢结成,电子电路实验及应用课题设计[J],中国科学技术大学出版社,
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- 数字 电子 时钟 时间 调整 控制 模块 设计