贵州大学 数字钟.docx
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贵州大学数字钟
课程设计
课程名称:
多功能数字钟
学院:
电气工程学院专业:
电气工程及其自动化
姓名:
学号:
年级:
任课教师:
年月日
目录
一、前言…………………………………………………I
2、设计任务分析…………………………………………II
三、设计方案实现…………………………………………II
四、设计原理及框图
1、六十进制电路的设计…………………………………II
2、十二进制电路的设计………………………………IV
3、时间计数电路的设计………………………………IV
4、分频器的设计……………………………IV
5、振荡器的设计………………………………V
6、译码驱动及显示单元………………………………VI
7、原理框图及主体逻辑电路图………………………………VII
五、报时电路……………………………………VIII
六、校时电路…………………………………VX
七、安装调试分析过程…………………………………………VX
八、所选用的元件列表……………………………………X
九、设计总结与心得……………………………………X
十、参考文献…………………………………………………XI
十一、致谢…………………………………………………XI
十二、附录…………………………………………………XII
多功能数字钟
摘要
数字电子钟是一种用数字显示秒、分、时的记时装置,与传统的机械时钟相比,它一般具有走时准确,显示直观,无机械传动装置等优点,因而得到了广泛的应用。
小到人们的日常生活中的电子手表、电子闹钟,大到车站、码头、机场等公共场所的大型数字显电子钟。
本课程设计是要通过简单的逻辑芯片实现数字电子钟。
要点在于用555芯片连接输出为一秒的多谐振荡器用于时钟的秒脉冲,用74LS90(10进制计数器)、74LS00(与非门芯片)等连接成60和12进制的计数器,再通过数码管显示,构成简单数字时钟。
关键词
数字时钟、计数器、555芯片、分频器
multi-functiondigitalclock
summary
Digitalelectronicclockisakindofdigitaldisplayseconds,points,whenthetimingdevice,Comparedwiththetraditionalmechanicalclock,itusuallyhasthetraveltimeaccurate,directdisplay,nomechanicaltransmissiondeviceetcdigitalelectronicclockisakindofdigitaldisplayseconds,points,whenthetimingdevice,Andhasbeenwidelyused.SmalltoPeople'sDailylifeintheelectronicwatch,electronicclock,railwaystations,wharves,airportsandotherpublicplacesinthelargedigitalelectronicclock.Thiscourseisdesignedtothroughthesimplelogicchiptorealizedigitalelectronicclock。
Thepointistouse555chipconnectionoutputforasecondmultivibratorusedforclocksecondpulse,with74ls90(decimalcounter),74ls00(nandgatechip)connectionintosixtyand12intothesystemofthecounter,andthenthroughthedigitaltubedisplay,asimpledigitalclock.
Keywords
Digitalclock,counter,555chip,frequencydivider
一、前言
数字钟是采用数字电路实现“时”、“分”、“秒”数字显示的计时装置。
钟表的数字化在提高报时精度的同时,也大大扩展了它的功能,诸如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、定时启闭路灯等。
因此,研究数字钟及扩大其应用,有着非常现实的意义。
在高度发达信息化的21世纪,人们总是那么忙碌.时间对我们来说总是那么宝贵,在我们的日常工作、学习、生活中,时间概念愈加显得重要。
生活工作中班车要准点,上班要准时,开会要有时间限制;工业生产中,每一道工序都要有严格的时间限制,这样才能做到井井有条;严谨的科技研究中,时间更是重中之重。
能够准确的了解并且实时性的知道时间,是我们学习、工作、生活中不可或缺的。
机械式钟表虽然也可以告知人们时间,也可以定时,显示日历。
但是由于受到机械结构、动力和体积的限制,在功能、性能以及造价上都没办法与电子时钟相比。
电子钟是采用电子电路实现对时、分、秒进行数字显示的计时装置,广泛应用于个人家庭,室外广场,汽车站和火车站等公共场所,成为人们日常生活中不可少的必需品。
随着科学技术的发展,电子产品更新速度越来越快,在其推动下,现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域,有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高,同时也使现代电子产品性能进一步提高,产品更新换代的节奏也越来越快,向着功能多样化、体积最小化、功耗最低化的方向迅速发展,电子技术的发展有力的推动社会生产力的发展。
有关专家分析指出,我国电子商务的基础设施将日臻完善,三网合一潮流势不可挡,高速宽带互联网将扮演越来越重要的角色,移动通讯将成为进行电子商务的主要媒介。
而今,我们已进入了数字时代,数字钟的使用将会越来越受欢迎。
数字钟未来将呈现出个性化、专业化的趋势,而且每个网站在资源方面总是有限的,客户的需求又是全方位的,所以不同类型的网站以战略联盟的形式进行相互协作也是必然趋势,数字钟的实现,更体现了这一点。
在不久的将来,数字钟肯定会逐渐被人们接受,很快会走进千家万户,给人们带来方便。
二、设计任务分析
1、设计目的
(1)了解数字钟的原理,掌握数字钟的设计、组装与调试方法。
(2)了解、熟悉各种在制作中用到的中小规模集成电路即芯片的各
引脚的功能、作用及其使用使用方法,熟悉集成电路的使用方
法。
2、设计任务与要求
基本功能:
(1)时钟显示功能,能够以十进制数字显示“时”、“分”。
(2)具有校准时、分的功能。
(3)整点自动报时,在整点时,便自动发出鸣叫声。
三、设计方案实现
数字钟电路系统由主体电路和扩展电路两大部分所组成。
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“12翻1”规律计数。
计数器的输出经译码器送显示器。
计时出现误差时可以用校时电路进行校时、校分、校秒。
扩展电路必须在主体电路正常运行的情况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的。
在设计这些电路或选择部件时,尽量选用同类型的器件。
整个系统所用的器件种类和数量应尽可能少。
下面介绍各功能部件与单元电路的设计。
4、设计原理及框图
1、六十进制电路的设计
(1)六进制电路的设计
74LS90集成芯片是异步清零二—五—十进制计数器。
所以采用反馈清零法将CKB接Q0;Q1接R0
(1);Q2接R0
(2);R9
(1)、R9
(2)接地(低电平);CKA作为脉冲输入;Q0、Q1、Q2、Q3作为输出就可构成六进制计数器。
接线图如下
图一
(2)十进制电路的设计
将74LS90的Q0和CP1相连接,时钟脉冲从CP0输入,P9
(1)或R9
(2)和R0
(1)或R0
(2)和有任一端接地即可,Q1、Q2、Q3和Q4为输出端。
则构成8421BCD码十进制计数器。
接线图如图所示。
图二
(3)六十进制电路
用74LS90构成十进制作为个位,用74LS90构成六进制作为十位,接法如前面所示,将六进制的CP0和十进制的Q3相连,即可构成六十进制计数器。
接线图如图所示。
图三
2、十二进制电路的设计
“12翻1”小时计数器是按照“01--02--03--……--11--12--01--02……”规律计数的,这与日常生活中的计时规律相同。
3、时间计数电路的设计
用6片74LS90构成的两个六十进制和十二进制计数器。
将秒位六十计数器十位的Q2接分位六十计数器个位的CKA,分位六十计数器十位的Q2接时位十二计数器个位的CKA即可构成时间计数电路。
CD4511BE译码器的输入A、B、C、D接各计数器的输出Q0、Q1、Q2、Q3;输出QA、QB、QC、QD、QE、QF、QG接七段数码显示器的a、b、c、d、e、f、g。
4、分频器的设计
分频器的功能主要有两个:
(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。
振荡器使用集成电路定时器555与RC组成的多谐振荡器,振荡频率fo=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片级联则可获得所需要的频率信号,即第1片的QA端输出频率为500Hz,第2片的QD端输出为10Hz,第3片的QD端输出为1Hz。
电路如下图所示。
图四
5、振荡器的设计
振荡器是数字钟的核心。
振荡器振荡频率的精确度与稳定度基本上决定数字钟计时的准确度。
集成电路定时器555与RC组成的多谐振荡器,如果精度要求不高也可以采用由集成逻辑门与RC组成的时钟源振荡器或由集成电路定时器555与RC组成的多谐振荡器。
这里设振荡频率fo=1KHz
图五
6、译码驱动及显示单元
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。
用与驱动LED七段数码管的译码器是CD4511BE。
。
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。
图六
7、原理框图及主体逻辑电路图
(1)方案的整机原理框图
图七
(2)主体逻辑电路图
图八
五、报时电路
报时电路的功能要求是:
每当数字钟计时快要到正点时发出声响;
分十位的Q2M2Q0M2=11
分个位的Q3M1Q0M1=11
秒十位的Q2S2Q0S2=11
秒个位的Q0S1=1时音响电路才能工作
图九
六、校时电路
当数字钟接通电源或者计时出现误差时,需要校正时间。
校时
是数字钟应具备的基本功能。
一般电子手表都具有时、分、秒等校时功能。
这里只进行分和小时的校时。
对校时电路的要求是:
在小时校正时不影响分和秒的正常计数;
在分校正时不影响秒和小时的正常计数。
校时方式有“快校时”和“慢校时”两种:
“快校时”时,通过开关控制,使计数器对1Hz的校时脉冲计数;
“慢校时”时,通过开关控制,使计数器对2Hz的校时脉冲计数;
在该实验中校时电路实现对“分”“时”的校准。
并且在小时校正时不影响分和秒的正常计数,在分校正时不影响秒和小时的正常计数。
校时电路是由与非门构成的组合逻辑电路,当开关开或关时,可能会产生抖动,因此可以接入一个由RS触发器组成的防抖动电路来控制。
图十
七、安装调试分析过程
这次调试过程中出现了不少问题,通过对数码管、数字钟计时、振荡器的连线;计数器的电源引脚、接地引脚的接线情况等进行检查。
排除故障后,数字钟的显示器开始计时。
然而在对分校时时,发现电路不能正常工作,在经过一番检查后,终于发现是计数器的接线出现了问题,在改正接线情况后电路终于正常计时。
八、所选用的元件列表
1、计数器74LS90七个;
2、七段数码显示器四个;
3、译码器CD4511BE四个;
4、555定时器一个;
5、74LS00芯片二片;
6、电容一个;
7、电阻两个;
8、面包板一块、导线、镊子、万用表、剥线钳、剪刀等。
九、设计总结与心得
通过这次数字电子钟的课程设计,我们把在数字电路和模拟电路中学到的理论知识与实践相结合。
我们从中学到了很多东西,对所学的知识有了更进一步的理解。
理论要联系实践,当然实践也离不开理论,由于对课本的内容还不是很熟悉,所以在做这个课程设计前,我先把课本的重点知识复习了一遍,时序逻辑电路、组合逻辑电路等,然后就是查找相应的资料。
理论上的知识搞定了,接下来就是开始设计了。
multisim仿真,很多电路都能在上面先进行仿真,不过在仿真与实际中的芯片管脚会有些差别,所以需要特别注意。
这次课程设计也再次让我看到理论与实践的差别和联系,理论固然重要,然而我们要在实践中发现错误,并解决错误,也提高了自己的动手能力和实际解决问题的能力。
同时也要有认真、严谨的学习态度。
这就是我的另一个收获,不仅仅是做课程设计,无论是做什么研究,都必须要有一种认真严谨的学习态度。
独立思考独立完成,认真接线,仔细检查等,这些都是对我们自身能力的一种培养,在以后的学习甚至工作中,很多东西都只能靠自己去独立思考完成,因此我们也藉此学会了一种独立思考的学习态度。
无论最后的结果是怎样,参与了就肯定有收获。
在这几天忙碌的课程设计过程中,我也收获了许多,我仍然记得将课程设计做出来的时候,那种喜悦的心情,是难以形容的。
我相信,天下无难事,只怕有心人。
在以后的生活和工作中,要坚持不骄不躁的心态,踏实做事的风格,让自己成为一个各方便都优秀的人才!
十、参考文献
[1]康华光.电子技术基础-数字部分(第五版).高等教育出版社,2006
[2]电子技术《实验指导书》贵州科技出版社2004
十一、致谢
通过学校安排的这次课程设计,我们对于平时在书本上学到的理论知识有了感性的认识,我深刻地认识到只有理论与实践相结合才能拓宽自己的视野,在此特别感谢老师们的指导,为我们以后的专业学习奠定了有力的基础。
这次课程设计使我受益颇丰,我相信,通过这次课程设计,我们会在分析问题、解决问题的实际工作能力中有所提升。
十二、附录
555多谐振荡器管教排列74LS90引脚排列
74ls00管脚排列CD4511BE管脚排列
- 配套讲稿:
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