数电电子钟报告.docx
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数电电子钟报告
数字电路课程设计报告
设计课题:
专业班级:
学生姓名:
学 号:
指导教师:
设计时间:
数字钟电路设计
摘要:
数字钟是采用数字电路实现对“时”,“分”,“秒”的数字显示的计时装置。
本系统由振荡器、分频器、计数器、译码器、LED显示器和校时电路组成,采用了74LS系列(双列直插式)中小规模集成芯片。
总体方案设计由主体电路和扩展电路两大部分组成。
其中主体电路完成数字钟的基本功能,扩展电路完成数字钟的扩展功能,进行了各单元的设计,总体调试,以实现它的计时周期为24小时,显示满刻度为23时59分59秒。
本文关键词:
60进制计数器,24进制计数器,译码与显示电路
一、设计内容:
基本功能:
1、准确计时,以数字形式显示时、分、秒的时间。
2、小时以24小时计时形式,分秒计时为60进位。
3、校正时间功能(即调整时间)。
4、总结检验电路设计结果。
扩展功能(可选):
1、闹钟功能。
2、整点报时。
二、设计方案论证
方案一:
采用中小规模集成电路实现
采用集成逻辑电路设计具有实现日、时、分、秒计时功能和多点定时功能,计时数据的更新每秒自动进行一次,不需程序干预。
方案二:
EDA技术实现
采用EDA作为主控制器控制外围电路进行电压、时钟控制、键盘和LED控制。
此方案逻辑电路复杂,且灵活性较低,不利于各种功能的扩展,在对电路进行检测比较困难。
以上两种方案,方案一简洁灵活、可扩展性好,能完全达到设计要求,同时符合本次课程设计的要求因此采用第一方案。
三、系统结构
数字时钟电路系统由主体电路和扩展功能电路两主题组成。
振荡器产生的稳定的高频脉冲信号,作为数字钟的时间基准,再经分频器输出标准秒脉冲。
秒计数器计满60后向分计数器进位,分计数器计满60后向小时计数器进位,小时计数器按照“24翻1”的规律计数。
计数器的输出再经译码器送显示电路。
计时出现误差时可以用校时电路进行校校时、校分、校秒(根据需要,我这里不用校秒)。
扩展电路必须在主体电路正常运行的条件下才能进行功能扩展。
主体电路是由功能部件或单元电路组成,在设计这些电路或选择部件时,应尽量选用同类型的器件,如所有功能部件都采用TTL集成电路或都采用CMOS集成电路,整个系统所用的器件种类的数量应尽可能少,下面介绍各功能部件与单元电路的设计。
图1.系统组成框图
3.1振荡器的设计
振荡器是数字钟的核心。
振荡器振荡的精确度与稳定基本上决定数字钟计时的准确度,晶振频率越高,日子钟计时的准确度越高,但本书中重点学习了555定时器,所以本设计中用集成电路定时器555与RC组成的多谐振荡器产生秒脉冲。
这里设振荡频率f0=1KHZ。
图2.集成电路定时器555与RC组成的多谐振荡器
参数计算:
参照课本的公式可知图2集成电路定时器与RC组成的多谐振荡器的振荡频率为f=
输出占空的脉冲比q=
所以当f=1KHZ,C1=100nF时,
R2+R3+2R1=
取R2=R1=3.3K,则电位器R3=3.83K,q=76%
3.2分频器的设计
分频器的主要功能有两个:
(1)、产生标准秒脉冲信号。
(2)、提供功能扩展电路所需要的信号,如整点报时电路所用的1kHz高音频和500HZ的低音频信号等。
假如电路使用集成电话定时器555与RC组成的多谐振荡器,振荡频率f0=1KHZ,则选用3片中规模集成电路计数器74LS90可以完成上述功能,因每片为1/10分频,3片联级则可得到所需要的秒脉冲频率信号,即第1片的QA端输出为频率为500HZ,第2片的QD端输出频率为10HZ,玄第3片的QD端输出为1HZ。
图3.分频器
3.3时分秒计数器的设计
整个计数器电路由秒计数器、分计数器、时计数器串接而成,实现方法多种多样,考虑到元件要尽可能的少,本设计采用的74LS90设计方法。
输入
输出
CP
R0
(1)
R0
(2)
S9
(1)
S9
(2)
QD
QC
QB
QA
X
1
1
0
X
0
0
0
0
1
1
X
0
0
0
0
0
X
X
1
1
1
0
0
1
X
0
X
0
计数
0
X
0
X
0
X
X
0
X
0
0
X
表1.74LS90功能表
计数N
8421BCD码
QD
QC
QB
QA
0
0
0
0
0
1
0
0
0
1
2
0
0
1
0
3
0
0
1
1
4
0
1
0
0
5
0
1
0
1
6
0
1
1
0
7
0
1
1
1
8
1
0
0
0
9
1
0
0
1
表2. 计数真值表
图4.24进制计数器
图5.74LS90设计的60进制计数
3.4校时电路的设计
当数字钟接通电源或者计时出现误差时,需要校正时间(或称校时)。
校时是数字钟需要具备的基本功能。
一般电子表都具有时、分、秒等校时功能。
根据需要和使电路简单,这里只设计校时和校分功能。
对校时电路设计的要求是:
(1)、在小时校正时不影响分和秒的正常计数;
(2)、在分校正时不影响小时和秒的正常计数。
校时方式有“快校时”和“慢校时”两种:
“快校时”是通过开关控制,使计数器对1Hz的校时脉冲计数;
“慢校时”是通过手动产生单脉冲作校时脉冲。
这里采用“快校时”方式的校时电路,如图6所示,电路是由74LS00、74LS40以及电阻、电容开关等组成,其中J1为校分用的控制开关,J2为校时用的控制开关。
校时脉冲采用分频器输出的1Hz脉冲,当J1或J2分别为“0”时,可进行“快校时”,如果脉冲由单次脉冲产生器提供,则可进行“慢校时”。
“快校时”方式校时电路的工作原理是:
对校时电路来说,正常计数时,开关断开,83处高电平,与非门U25B解锁,82处于低电平,81处于高电平,U25C解锁,则至“时“个位计数器的进位脉冲与”分“十位进位脉相同,校时脉冲频率越高,校时越快,校时脉冲取1Hz。
校分电路同理。
图6.“快校时”方式校时电路
图7.慢校时”方式校时电路
需要注意的是,校时电路图是由与非门构成的组合逻辑电路,开关S1或S2为“0”或“1”时,可能会产生抖动,接电容C1、C2可以缓解抖动,必要时还应将其改为去抖动开关电路。
3.5译码显示电路的设计
译码驱动电路将计数器输出的BCD码转换为数码管需要的逻辑状态,并且为保证数码管正常工作提供足够的工作电流。
译码器由6片74LS48(或74LS47)组成,74LS48驱动器是与8421BCD编码计数器配合用的7段译码驱动器。
一片74LS48只能驱动一只数码管,为了限制数码管的导通电流,在数码管接地端接地前串联一个电阻。
译码显示电路可以用74LS47直接驱动共阳极的七段数码管,也可以用74LS48直接驱动共阴极的七段数码管(这里何用后者)。
74LS48引脚功能-----七段译码驱动器真值表
十进
制数
输入
BT/RB0
输出
LT
RBI
A
B
C
D
a
b
c
d
e
f
g
0
H
/
0
0
0
0
H
1
1
1
1
1
1
1
1
H
/
0
0
0
1
H
0
1
1
0
0
0
0
2
H
/
0
0
1
0
H
1
1
0
1
1
0
1
3
H
/
0
0
1
1
H
1
1
1
1
0
0
1
4
H
/
0
1
0
0
H
0
1
1
0
0
1
1
5
H
/
0
1
0
1
H
1
0
1
1
0
1
1
6
H
/
0
1
1
0
H
0
0
1
1
1
1
1
7
H
/
0
1
1
1
H
1
1
1
0
0
0
0
8
H
/
1
0
0
0
H
1
1
1
1
1
1
1
9
H
/
1
0
0
1
H
1
1
1
0
0
1
1
表3.74LS48BCD七段译码驱动器真值表
3.6主体逻辑电路
同数字钟系统给组成的框图按照信号的流向分级安装,逐级级联,这里的每一级是指组成数字钟的各功能电路。
级联时如果出现时序配合不同步,或尖峰脉冲干扰,引起逻辑混乱,可以增加多级逻辑门来延时。
如果显示字符变化很快,模糊不清,可能是由于电源电流的跳变引起的,可在集成电路器件的电源端VCC加退耦滤波电容,通常用几十微法的大电容与0.01微法的小电容相并联。
经过仿真联调并纠正设计方案中的错误和不足之处后,再测试电路的逻辑功能是否满足设计要求,最后画出满足设计要求的主体逻辑电路图,如图8所示。
图8.主体逻辑电路图
3.7报时电路的设计
这里采用仿广播电台整点报时电路的设计,其功能要求是:
1.每当数字钟计数快要到整点时发出响
2.通常按照4低音1高声的顺序发出间断响声
3.以最后一声高音的结束时刻是正点时刻
设4声低音(约500Hz)分别发生在59分51秒、53秒、55秒57秒,最后一声高音(约1KHz)发生在59分59秒,它们的持续时间均为1秒,由表可得,只有当(Q0、Q1、Q2、Q3分别相当于QA、QB、QC、QD)
分十位的Q2m2Q0m2=11
分个位的Q3m1Q0m1=11
秒十位的Q2s2Q0s2=11
秒个位Q0s1=1
时,音响电路才能工作。
表4.秒个位计数器的状态
最后得到报时电路如下图9:
图9.访广播电台整点报时电路
四、元件清单:
器件类型
器件型号
数量
555时基电路
555
1
下降沿触发的二-五-十进制异步计数器
74LS90N
9
BCD七段译码器驱动器
78LS48N
6
BCD共阴数码管
SM4205W8U3
6
六反相器
74LS04N
2
2输入四与非门
74LS00N
3
4输入双与非门
74LS20N
1
NPN型高频小功率管
S8050
1
松开反弹的按键开关
SPST
2
蜂鸣器
BUZZER
1
电容
0.1uF
1
0.01uF
3
电阻
3.3K
4
1K
1
22欧
1
10K微调
1
五、调试过程
(1)、这次调试出现的问题不大,但我却调试了很久,其中出现了三个问题。
1、开始的时候数码管能正常显示,但是555与RC组成的多谐振荡电路没有脉冲输出给电路,因此没时钟不能走动,我先看了很久发现有个管脚焊的时候不小心跟旁边的一条线焊到了一起,我用刀子刮断,但却不小心把旁边的另外一条线也刮断了,我查了很久才查出来,调试花的时间也就基本上花在了这里。
2、当时钟能走动的时候,我发现有一个数码管的一横接触不良,时亮时不亮,后面就一点都不亮,又经过检查,发现那根线腐蚀的时候出现了一条裂痕,我用焊锡把它接好,这样这个问题就解决了。
3、我最后调试的是整点报时电路,开始接上去时只有4声低音,没有最后的那声高音,而且把高音那条线接上去的时候,分计数器很快的走动,我就知道肯定是那条线短路,我沿着那条线一直查下去,果然发现这条线跟另外的一条线粘到了一起,我用刀子把它切断后,整个电路就调试成功了。
(2)、实验完成情况
电路功能
完成情况
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- 电子钟 报告
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