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多功能数字电子钟
湖南工程学院
课程设计
课程名称数字电子技术
课题名称多功能数字钟
专业电子信息工程
班级电信0902
学号12
姓名涛哥
指导教师程**
2011年12月12日
目录
1.设计总体思路………………………………………………..1
2.震荡电路……………………………………………………..1
3.秒脉冲产生电路……………………………………………..3
4.二十四进制时计数器………………………………………..3
5.分/秒六十进制计数器……………………………………….4
6.校时校分电路………………………………………………..5
7.报时控制电路…………………………………………....7
8.多功能数字钟设计总图……………………………………..9
9.总结与体会………………………………………………....10
附录………………………………………………………………12
参考文献…………………………………………………………13
1设计总体思路
数字电子钟由振荡器、分频器、计数器、译码显示电路、报时电路等组成。
其中,振荡器和分频器组成标准秒信号发生器,直接决定计时系统的精度。
由不同进制的计数器、译码器、显示器组成计时系统。
将秒脉冲信号接入60进制的“秒计数器”,每六十个秒脉冲产生一个进位信号,把这个进位信号引入60进制“分计时器”的CP端作为时钟信号,同样的,“分计数器”每六十产生一个进位信号,把这个信号引入到24进制的“时计数器”的CP端作为时钟信号,这样就实现了从秒到分再到时的进位功能。
译码显示管可对“时”,“分”,“秒”的正确显示,报时器可以实现指示灯在整点来临之前10秒闪烁5下的功能,以达到整点报时的效果。
“校时器”、“校分器”可以任意的调节时间,以便达到校时的效果。
整体设计思路如下图1所示:
图1多功能电子钟的设计框图
2震荡电路
震荡电路由555定时器构成,能自行产生矩形脉冲的输出,是脉冲产生电路,它是一种无稳电路。
在电路接通的瞬间,由于电容C来不及充电,电容Vs=0V,所以555定时器状态为1,输出为高电平。
同时,集电极输出端(7脚)对地断开,电院Vs对电容充电,电路进入暂稳态Ⅰ。
当电容Vs充电到2Vs/3时,输出为低电平,同时集电极输出端(7脚)对地短路,电容电压随之通过集电极输出端(7脚)放电,电路进入暂稳态Ⅱ。
此后,电路周而复始地产生周期性的输出脉冲。
电路震荡频率f=1.43/(R1+2R2)C,在这里我们去C=10nf,f=1KHZ,R1=47K,从而可计算出R2的电阻为48K。
设计如下图2所示:
图2555定时器构成的振荡电路
其仿真结果如下图3所示:
图3555定时器产生的信号源脉冲
3秒脉冲产生电路
由振荡电路产生的1KHZ信号源经3个同步十进制计数器74LS160并行进位方式连接后可以得到频率为1HZ的秒脉冲,其连接方式如下图4所示:
图4秒脉冲产生电路
仿真结果如下图5所示:
图5秒脉冲仿真结果
4二十四进制时计数器
首先将两片74LS160以并行进位的方式构成一个百进制计数器。
当计数器从全0状态开始计时,计入24个分进位脉冲时经U5A译码产生低电平立刻将74LS160同时置零,于是便得到了24进制计数器。
设计方式如下图6所示:
图6二十四进制时计数器
5分/秒六十进制计数器
类似的,六十进制计数器设计如下图7所示:
图7六十进制计数器
6校时校分电路
采用SR锁存器控制CP脉冲信号及分/秒进位信号的输入,以达到校时校分的作用。
SR锁存器的特性表如下图8所示:
S'R'
Q
Q*
11
11
11
11
20
20
10
00
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
1
1
0
0
1*
1*
图8SR锁存器特性表
从上图8可见,在SR锁存器中,输入信号直接加在输出门上,所以输入信号在全部作用时间里(即S'或R'为0的全部时间),都能直接改变输出端Q及Q*的状态。
正是由于这个缘故,我们将S'称为直接置数端,R'称为直接复位端。
根据这个原理,就可以设计校时校分控制电路了。
其设计如下图10所示,当开关A打向b时S'=1为高电平,R'=0为低电平,经过与非门后的结果为:
Q变为低电平,Q*为高电平。
这样就可以把分/秒进位信号传输到CLK,达到正常计时的效果。
当开关A打向a时S'=0为低电平,R'=1为高电平,Q变为高电平,Q*为低电平,即引入CP脉冲信号到CLK端,这样就可以起到调节时间的作用。
图9校时/校分控制电路
为便于区分,在这里我们分别给CP脉冲端口、分/秒进位信号端口提供5V,500HZ及5V,1KHZ的信号,原则上当开关A打向b时,CLK端只有分/秒进位信号,当开关打向a时CLK端只有CP脉冲信号。
我们来看一下仿真结果,当开关打向b时的仿真结果如下图10所示,当开关打向a时的仿真结果如下图11所示:
图10当开关打向b时的仿真结果
图11当开关打向a时的仿真结果
7报时控制电路
因要求在整点来临之前10秒指示灯闪烁5下,故设计思路为当数字钟在某个时间的59分50秒到下一个整点这10秒内闪5下,而从50秒到00这个时间段内共有10秒,也就是说假如接入指示灯,那么指示灯在这个时间段内会闪烁10下,而不是5下。
于是我们采用二分频的办法,把脉冲信号的周期延长一倍,而频率变为原来的二分之一,这样就能达到要求。
由于在某个时间的59分50秒报时控制电路便开始报时,于是我们可以直接把分计数器的十位5即二进制的0101(QC、QA)用一个与门U29A引出来,分计数器的个位9即二进制的1001(QD、QA)用一个与门U29B引出来,以及秒计数器的十位5即二进制的0101(QC、QA)用一个与门U29C引出来,再跟CP脉冲信号经JK触发器分频后的信号Q一起接到与门U28A这样就实现了10秒内闪烁5下这样一个报时的功能。
其设计如下图12所示:
图12报时控制电路
8多功能数字钟设计总图
9总结与体会
随着信息技术的不断发展,数字电子技术的运用无处不在,如我们最常见的有:
交通信号灯、汽车尾灯、导航灯、彩灯等。
但是,当自己设计的多功能电子钟能准确的计时、校时、校分、报时的时候,心中的喜悦不言而喻。
当拿到这个课程设计的时候,心中也有过茫然,毕竟数字电技术是上学期学的,一些内容忘记的差不多了。
但是,在认真听了程老师的指导课后,我就有了大体的思路,带着这些思路我重点看了一下阎石主编的《数字电子技术基础》中的组合逻辑电路、时序逻辑电路、触发器等章节的内容,比如对设计这个多功能电子钟所用到的74LS160进行了重点研究,对它的功能及并行进位的实现进行了一定的了解。
对RS锁存器也进行了相应的了解,比如:
RS锁存器的特性表,及它有什么功能,怎么样运用,以及JK触发器是怎样实现二分频的,梳理了这些内容之后,我又去图书馆查找了一些相关的资料,对这些资料我有针对性的看了一下,当然在其中学到了不少知识。
有了这些基础后,我就开始用NIMILTISIM进行仿真实验,在这之中,有过气馁、有过迷茫,因为明明觉得线路没问题可显示译码管就是不亮,后来通过在网上查阅了一些资料,才恍然大悟,原来CK译码器是共阴极的,必须要接地。
做仿真的时候感觉时间真是如流水般的快,不知不觉就是两天过去了,但是当看到仿真成功的时候,心中那份自豪感油然而生,多功能数字钟终于诞生了,两天的宅男生活终究有了回报!
仿真做出来之后,我就和几个同学去数电实验室接线,我们首先对所要用到的芯片、导线进行了检查,在这其中也发现了不少的导线是坏的,以及某个芯片存在着一些问题。
检查这些器件之后,我们开始安插芯片,说到安插芯片,里面可有不少的技巧哦!
比如:
有半椭圆的那个边必须朝左、先插下边的那一排引脚等等。
做完这些准备工作之后,我们就忙着接线了,开始时,我跟另外一个同学接,接完几个模块之后,发现有问题,于是查找原因,后来发现原来是工作台上的一线插孔存在一些鲜为人知的问题,非常的不容易发现哦,所以要特别注意!
花了大概一个下午的时间,我们把线接完了,经调试,一切正常。
看着这份成果,我们脸上挂满了笑容。
课程设计虽已结束,但是这给我们的不仅仅是知道多功能电子钟的设计,而是教会了我们该如何去学习新知识、查阅知识,如何去打破常规、敢于创新,如何把理论知识运用到实践中去。
我想这也是我们电子信息工程专业所必备的技能吧!
附录
1.211C中国电子网
介绍了世界上最新的电子技术和产品信息,交流设计经验和思路,提供市场动态和分析数据:
IC资料和购买方式。
论坛包括电子技术、单片机、嵌入式系统、电源、DSP硬件描述语言、集成电路制造与设计等。
2.电子查询网——
3.电子系统设计网——http:
//www.ed-
主要版块有:
移动通信、便携设备、计算机与外设、军用/航空电子、医疗电子、汽车电子、通信与网络、工业控制。
4.EDA技术常用软件,Multisim9,Protel99等。
5.仿真在线论坛
6.自由电子论坛—
7.电子开放实验室—www.open-
参考文献
[1]阎石.数字电子技术基础:
第五版.北京:
高等教育出版社,2005.
[2]王连英.基于Multisim10的电子仿真:
第一版.北京:
北京邮电出版社,2009.
[3]孙胜麟.郭照南.电子技术基础实验与仿真:
第一版.长沙:
中南大学出版社,2008.
[4]黄智伟.基于NiMultisim的电子电路计算机仿真与分析:
第一版.北京:
电子工业出版社,2008.
[5]郭锁利.刘延飞等.Mltisim9的电子系统仿真与综合应用:
第一版.北京:
人民邮电出版社,2008.
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