多功能数字钟.docx
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多功能数字钟
多功能数字钟
一、设计课题及要求:
(一)设计课题:
设计一个多功能数字钟
(二)设计功能要求:
用中小规模集成电路设计一数字钟,基本要求如下:
⑴时间以24小时为一个周期,显示时、分、秒;
(2)有校时功能,可以分别对时及分进行单独校时,使其校正到标准时间;对分校时的时候,停止分向小时进位。
校时时钟源借用电路中的时钟。
(3)计时过程具有报时功能,当时间到达整点前5秒进行蜂鸣报时。
可发挥部分:
具有定时闹钟功能等其他功能。
二、总体设计方案
(一)、设计思路
数字钟主要分为频率振荡器、数码显示器、60进制和24进制计数器和校时及闹钟这几个部分。
要完成显示需要6个八段的数码管并需要译码器(7448芯片)。
频率振荡器由555定时来产生脉冲并分频为1HZ。
要实现时、分、秒的计时需要60进制计数器和24进制计数器(共用六片74LS160),60进制由10进制和6进制(用74LS160置数法构成)的计数器用串行接法构成,而小时的24进制可以采用两片74LS160的整体置零法。
(二)数字钟的组成框图
图1.1数字钟的组成框图
三、具体电路单元设计及所用元器件原理
(一)主要单元电路的设计
⑴振荡器电路
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,频率振荡器由555定时来产生脉冲并分频为1HZ。
振荡器可由晶振组成,也可以由555定时器组成。
本题是由555定时器构成的1HZ的自激振荡器,其原理是0.7(2R3+R4+R5)C4=1ms,f=1/t=1KHZ。
图555定时器产生频率为1KHZ信号的电路
⑵分频器电路
计时是1HZ的脉冲是1S计一次数,所以需要分频才能得到1HZ的脉冲,如图所示电路,是三个用十进制计数器74LS90串联而成的分频器。
分频原理是在74LS90的输出中,从低位输入10个脉冲才从高位输出1个脉冲,这样一片74LS90就起十分频的作用,三个74LS90串联就构成了千分频的电路,输出的便是1HZ的信号,从而达到目的。
⑶时间计数器电路
时间计数电路由秒个位和秒十位计数器、分个位和分十位计数器及时计数器电路构成,一共用六片74LS160(10进制计数器),由于标准集成计数器没有所需进制,需要编程实现。
60进制由10进制和6进制(用74LS160采用置数法构成)的计数器采用串行接法构成,而小时的24进制可以采用两片74LS160的整体置零法接成。
获得秒脉冲信号后,可根据60秒为一分,60分为一小时,24时为一个计数周期的计数规则,分别确定秒,分,时的计数器。
由于秒和分的显示都为60进制,因此他们可有两级十进制计数器组成,其中秒和分的个位为十进数器,十位为六进制计数器,可利用两片74160集成电路来实现。
74160和74161一样,具有相同的逻辑符号,引脚图和功能表,各引脚图的功能和用法也相同。
所不同的仅在于74160是十进制,而74161是十六进制。
芯片1、2构成秒计时器,74160为10进制,因为秒的十位为六进制,所以要改变进制就要进行改造,芯片2的QDQcQBQA当输出为0110时,与非门输出为0,清零端使芯片清零。
芯片3、4构成分计时器,原理和秒计时器一样。
芯片5、6构成时计时器,由于时为24进制,所以,当芯片5的QB为1并且芯片6的Qc为1时此时应让芯片强制清零。
所以连接一个与非门,在这个条件成立时,与非门的输出将使芯片强制清零
⑷译码驱动电路
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。
用于驱动LED七段数码管的译码器常用的有74LS48。
74LS48是BCD-7段译码器/驱动器,其输出是OC门输出且低电平有效,专用于驱动LED七段共阳极显示数码管。
由74LS48和LED七段共阳数码管组成的一位数码显示电路如图所示。
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,并且为保证数码管正常工作提供足够的工作电流。
若将“秒”、“分”、“时”计数器的每位输出分别接到相应七段译码器的输入端,便可进行不同数字的显示。
(5)校时电路
数字钟启动后,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。
需要根据标准时间进行校时。
校"秒”时,采用等待校时。
校“分”、“时”的原理比较简单,采用加速校时。
对校时电路的要求是:
(1)在小时校正时不影响分和秒的正常计数。
(2)在分校正时不影响秒和小时的正常计数。
通常,校正时间的方法是:
首先截断正常的计数通路,然后再进行人工出触发计数或将频率较高的方波信号加到需要校正的计数单元的输入端,校正好后,再转入正常计时状态即可。
电路由一个开关组成,开关的引脚一个节上一级的进位信号,一个接555定时器的输出端。
当需要校对时间的时候,我们可以把开关接至555定时器的输出端,平常时开关打至上一级的进位信号端。
(6)整点报时电路
一般时钟都应具备整点报时电路功能,即在时间出现整点前数秒内,数字钟会自动报时,以示提醒。
其作用方式是发出连续的或有节奏的音频声波,较复杂的也可以是实时语音提示。
(7)数码管
译码和数码显示电路是将数字钟和计时状态直观清晰地反映出来,被人们的视觉器官所接受。
显示器件选用LED七段数码管。
在译码显示电路输出的驱动下,显示出清晰、直观的数字符号。
本设计所选用的是半导体数码管,是用发光二极管(简称LED)组成的字形来显示数字,七个条形发光二极管排列成七段组合字形,便构成了半导体数码管。
半导体数码管有共阳极和共阴极两种类型。
共阳极数码管的七个发光二极管的阳极接在一起,而七个阴极则是独立的。
共阴极数码管与共阳极数码管相反,七个发光二极管的阴极接在一起,而阳极是独立的。
当共阳极数码管的某一阴极接低电平时,相应的二极管发光,可根据字形使某几段二极管发光,所以共阳极数码管需要输出低电平有效的译码器去驱动。
共阴极数码管则需输出高电平有效的译码器去驱动。
本设计采用为LED数码管7448芯片。
(8)报警电路
由555芯片和三极管构成的报警电路如图所示。
其中555芯片构成多谐振荡器,振荡频率f0=1.43/[(R1+2R2)*C1],其输出信号经三极管推动扬声器。
PR为控制信号,当PR为高电平时,多谐振荡工作,反之电路停振。
图4报警电路
(二)、主要元器件介绍(分析、设计中选件的理论基础)
(1)74LS48
74LS48是输出高电平有效的中规模集成BCD七段显示译码驱动器,它的功能简图和管脚引线图如下图示:
图需译码器的共阴极数码管7448
(2)74160
该芯片管脚及功能表如图所示:
74160为异步复位,同步置数,ENP,ENT同时为一时才可以计时,其中之一为高电平时,则保持。
RCO产生进位信号。
74160相对于其他芯片来说,功能较少,使用简单,但是也因功能简单导致在实现数字钟的某些特定功能时需要加入比较多的附加电路。
如74160没有减计数的功能,须寻求其他方法来解决,设计较复杂。
,由于不准备设计减计数,在功能能满足要求的前提下,该芯片使用简单,适合此次设计。
(3)LM555
四、设计采用元件的清单
器件
数量
四输入数码管
6个
74LS160
6个
74LS05
1个
LM555
1个
电阻器
8个
电容器
2个
74LS00N与非门
5个
74LS04N反相器
3个
五.设计收获
感觉自己的收获不少,做课程设计是为了让我们对平时学习的理论知识与实际操作相结合,在理论和实验教学基础上进一步巩固已学基本理论及应用知识并加以综合提高,提高分析和解决问题的能力。
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,也让我了解了关数字钟的原理与设计理念。
在做课程设计的过程中,我深深地感受到了自己所学到知识的有限,明白了只学好课本上的知识是不够的,要通过图书馆和互联网等各种渠道来扩充自己的知识。
但是从中我们学习到了如何对待遇到的困难,进一步培养了我们一丝不苟的科学态度和不厌其烦的耐心。
所有的这些心得会对我以后的学习和工作有帮助作用。
六、参考资料
【1】毕满清主编.电子技术实验与课程设计.第3版.北京.机械工业出版社.2005
【2】清华大学电子学教研组编.阎石主编.数字电子技术基础.第5版.北京.高等教育出版社.2005
【附件】数字钟电路图
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