数字电子时钟课程设计报告Word文档下载推荐.docx
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(2)调试振荡电路,用Multisim提供的示波器观察其输出波形是否复合要求。
(3)实现整个数字电子钟电路各项任务的正常工作。
本次所要设计的数字电子表可以满足使用者的一些特殊要求,输出方式灵活,如可以随意设置时、分、秒的输出,定点报时。
由于集成电路技术的发展,特别是MOS集成电路技术的发展,使数字电子钟具有体积小、耗电省、计时准确、性能稳定、维护方便等优点。
此次设计的数字时钟电子电路分为以下6个部分:
(1)振荡电路
(2)时间计数电路(3)显示电路(4)校时电路
数字时钟实际上是一个对标准频率(1HZ)进行计数的计数电路,因此,时间计数电路是一个由计数器组成的时序逻辑电路。
用555定时器构成的多谐振荡器作为秒脉冲信号源,控制秒个位的信号输入,整点报时信号输入和闹钟报时信号输入,是整个电路唯一的脉冲信号源。
将计数器与显示器相连接,可以将输入的二进制数翻译成可以直读的十进制数字并显示出来,显示管与计数器之间由译码器相接,作为译码驱动。
由于计数的起始时间不可能与标准时间(如北京时间)完全一致,异或计数过程中可能出现误差,固需要在电路中添加校时电路,以保证可以随时对时间进行校正。
电路设计计算与分析
(1)振荡电路
多谐振荡器是一种能产生矩形波的自激振荡器,也称矩形波发生器。
“多谐”指矩形波中除了基波成分外,还含有丰富的高次谐波成分。
多谐振荡器没有稳态,只有两个暂稳态。
在工作时,电路的状态在这两个暂稳态之间自动地交替变换,由此产生矩形波脉冲信号,常用作脉冲信号源及时序电路中的时钟信号。
用555定时器构成的多谐振荡器电路如图①:
图中电容C、电阻R2和R4作为振荡器的定时元件,决定着输出矩形波正、负脉冲的宽度。
定时器的触发输入端(2脚)和阀值输入端(6脚)与电容相连;
集电极开路输出端(7脚)接R1、R2相连处,用以控制电容C的充、放电;
外界控制输入端(5脚)通过0.01uF电容接地。
通过仿真,示波器XSC1输出图②所示波形。
555定时器组成的多谐振荡器,其电容充电时间T1和放电时间T2各为:
T1=(R1+R2)CLn2
T2=R2CLn2
固电路的振荡周期为:
T=(R1+2R2)CLn2
振荡频率为:
f=1/(R1+R2)CLn2
从图①一中得知:
R4=100K,R2=100K,C3=4.7uf,C4=0.01uF。
因此其输出频率为1HZ。
可以作为电子时钟电路的秒脉冲信号。
(2)时间计数电路
1、十进制计数器74160
计数器是对CP脉冲进行计数的时序逻辑电路。
如果组成计数器中的各个触发器的CP不是同一信号,这样的计数器称异步计数器。
本次设计采用6片十进制同步计数器74160组成两个六十进制的计数器(分、秒)和一个二十四进制计数器(时)。
74160如图③所示。
74160是中规模集成的同步十进制加法计数器,有着同步预置数、异步置零和保持的功能。
其功能表如表①所示。
表①
CLK
RD’
LD’
EP
ET
工作状态
×
置零
↑
1
预置数
保持
保持(C=0)
计数
2、六十进制计数器和二十四进制计数器的连接
电子时钟的“分”和“秒”由六十进制计数器实现,“时”由二十四进制计数器实现。
因此,就需要用74160接成两个六十进制和一个二十四进制计数器。
多片计数器组合,各级之间的连接方式分串行进位方式、并行进位方式。
本次设计采用串行进位的方式。
在串行进位方式中,以低位片的进位输出信号作为高位片的时钟输入信号。
两片74160的EP和ET恒为1,都工作在计数状态,第一片每计到9(1001)时,C端输出变为高电平,经反相器后使第二片的CLK端为低电平。
下一个计数输入脉冲到达后,第一片记成0(0000)状态,C端跳回低电平,经反相器后使第二片的输入端产生跳变,于是,第二片计入1。
从而,将两片十进制计数器74160串联成一个百进制计数器。
得到百进制计数器后,应用整体置零的方法接成六十进制和二十四进制计数器。
当计数器从全0状态开始计数,计入60个脉冲时,经与非门产生低电平信号,立即将两片74160同时置零,于是便得到一个六十进制计数器,如图④。
同理,当计入24个脉冲时,经与非门产生的低电平信号立即将两片74160同时置零,得到二十四进制计数器,如图⑤。
3、按“秒”、“分”、“时”的顺序,将两片六十进制计数器和一片二十四进制计数器串联,便得到完整的电子时钟计时电路,如图⑤。
(3)显示电路
数码管按照其发光二极管的连接方式不同,可分为共阳极和共阴极两种。
共阴极是指数码管中所有发光二极管的阴极连在一起接低电平,而阳极分别由a、b、c、d、e、f、g输入信号驱动,当某个输入为高电平时,相应的发光二极管点亮;
共阳极数码管则相反,它的所有发光二极管的阳极连在一起接高电平,而阴极分别由a、b、c、d、e、f、g输入信号驱动,当某个输入为低电平时,相应的发光二极管点亮。
由于计数器输出的是8421BCD码,数码管不能直接显示成数字,为了让数数码管显示人们能看懂的数字,就需要把计数器输出的8421BCD码转换成数码管显示的阿拉伯数字,这就需要译码器的翻译。
本设计采用DCD_HEX七段发光二极管译码显示器。
DCD_HEX为共阳极LED数码管。
显示器引脚从右到左依次为:
1,2,3,4。
该显示包含了译码功能,所以无需专门的译码器。
正确的引脚连接方式为:
QA接1,QB接2,QC接3,DQ接4。
如图⑥。
(4)校时电路
数字钟应具有分校正和时校正功能,因此,应截断分十位和时十位的直接计数通路,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。
本设计的校时电路的关键,是通过开关,控制电路中“秒”到“分”、“分”到“时”的进位输入端的高低电平的变化,从而实现手动调节“分”和“时”。
现以分校时电路为例,如图⑦。
正常时刻,与非门U17的一端接高电平,另一端接秒十位的进位输出端,即U13。
此时,若秒十位的进位输出端输出低电平,则分个位的CLK有低电平信号输入,得到进位。
若秒十位的进位输出端输出高电平,则分个位的CLK有高电平信号输入,因此,无进位。
当接通开关J1,与非门一端接地,即为低电平,另一端还是接到秒十位的进位输出端。
此时,无论秒十位的进位输出端输出高电平还是低电平,经与非门U17输出的均为高电平,经非门U19得到低电平,并输入到分个位的CLK,使其得到进位,实现“分”加1。
J1为单刀双掷的跳变开关,即按下M键开关闭合,松开M键开关随之断开。
所以,可以通过连续按下M键连续增加“分”。
时校时与分校时同理,连续按下H键(控制开关J2的闭合与断开)便可连续增加“时”。
因此,通过控制开关J1和J2的断开与闭合,便可得到想要校正的时刻。
要强调的是,此种校时方法是可以实现进位的。
即,当“分”显示为59时,再按M,“时”显示便会加1,同时“分”显示清零。
但当“时”显示为23时,再按H,“时”清零,但“分”显示会继续按原状态计数。
(3)完整电路
含有以上所述功能的完整的数字电子钟Multisim仿真电路图如图13所示。
(详细见附图)
三、总结及心得
一次设计非常难得的理论与实际相结合的机会,通过这次比较完整的数字电子钟设计,我摆脱了单纯的理论知识学习状态,和实际设计的结合锻炼了我的综合运用所学的专业基础知识,解决实际工程问题的能力,同时也提高我查阅文献资料、设计手册、设计规范以及电脑制图等其他专业能力水平而且通过对整体的掌控,对局部的取舍,以及对细节的斟酌处理,都使我的能力得到了锻炼,经验得到了丰富,并且意志品质力,抗压能力及耐力也都得到了不同程度的提升。
这是我们都希望看到的也正是我们进行课程设计的目的所在。
通过这次对数字钟的设计与制作,让我了解了设计电路的程序,也让我了解了关于数字钟的原理与设计理念,要设计一个电路总要先用仿真软件进行试验,仿真成功之后才实际接线的。
设计中曾遇到诸多问题,由于器件较多,线路错综,很容易在连线过程中出现错接,漏接的情况。
即使连接正确,也不一定会实现最初目标,达到功能。
还要针对错误现象,排查原因,在连线正确的基础上,可能是元器件的故障,采用示波器进行观察,然后进行更换,逐步调整,最终实现计时、校时等功能。
通过这次课程设计,让我对数字电子时钟的各部分电路都有了大概的了解,所以说,坐而言不如立而行,对于这些电路还是应该自己动手实际操作才会有深刻理解。
虽然毕业设计内容繁多,过程繁琐但我的收获却更加丰富。
提高是有限的但提高也是全面的,正是这一次设计让我积累了无数实际经验,使我的头脑更好的被知识武装了起来,也必然会让我在未来的工作学习中表现出更高的应变能力,更强的沟通力和理解力。
四、附录
元器件明细表(主要用于列出本次课程设计中所用的全部元器件),附图要求用A3纸计算机绘制电路原理图并打印。
(1)元器件列表
1、计数器74160(6片)2、数据选择器(4片)
3、555定时器(1片)3、显示器(6片)
4、跳变开关(2个)
电压控制开关(2个)
拨码开关(4个)
5、与非门74S03(5个)
非门74S04(2个)
与门74LS08(2个)
74LS21(1个)
6、4V,0.5W灯泡(2个)
7、5V直流电源
8、电阻:
100K(1个)40K(1个)1K(2个)
电容:
0.1uf(1个)0.01uf(1个)
(2)完整的数字电子钟Multisim仿真电路图见附图
五、参考文献
序号·
作者.书名.版本(第1版可省略).出版地:
出版者,出版年;
1、(2006)第043267号.阎石主编.数字电子技术基础(第五版).北京:
高等教育出版社,2006.5(2010年重印)
2、(2008)第192946号.郭海文主编.电气试验技术.徐州:
中国矿业大学出版社,2008.12
3、(2007)第021329号.薛鹏骞主编.电子技术自动化技术使用教程.徐州:
中国矿业大学出版社,2007.2
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