数字电子钟设计方案.docx
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数字电子钟设计方案.docx
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数字电子钟设计方案
课程设计报告
—多功能数字电子钟
设计课题:
数字电子钟
专业班级:
电信二班
学生姓名:
指导教师:
设计时间:
2013.7.16
数字电子钟
(一)课题设计目的
掌握数字电子钟的设计、组装与调试方法。
(二)设计要求
1、设计一个有"分"、"秒"、"时"(23小时59分59秒)显示、且有校时功能的电子钟。
2、闹钟系统。
3、整点报时。
在59分51秒、53秒、55秒、57秒输出750HZ音频信号,在59分59秒时输出1000HZ信号,音响持续1秒,在1000HZ音响结束时刻为整点。
4、日历系统。
5、校时系统。
(三)实验原理
数字钟原理框图如图2-4所示。
图2-4数字钟原理框图
方案的确定
方案一
由实验原理我选用了74LS160、74LS247、七段显示数码管完成了主电路的设计。
用74LS153实现了闹钟功能,用74LS85实现了整点报时的功能。
(主电路如下图所示)
方案二
在得知实验室缺少74LS160而有大量的74LS90因此我设计了方案二将74LS160改成了74LS90,将74LS85改成了CD4051,将单刀双掷开关用门电路和普通的开关代替实现。
其他部分功能和方案一相似(主电路如下图所示)
方案三
在方案二的基础之上我做了改进弃用了很多不必要的门电路,使方案二的设计更简洁直观,更容易实现!
(主电路如图所示)
在比较了方案一二三之后我选择了方案三,因为方案三不仅器件简单,而且实现起来更容易,更具有实用性!
设计过程
1.时分秒电路
在确定了方案之后,就根据实验原理进行逐个击破,首先对秒分电路进行六十进制改进,电路如图所示:
秒分电路
然后是二十四进制的时电路,如图所示:
将二者进行进位上的连接后就可以得到时分秒的主电路,如下:
2.时分秒控制电路(校时系统)
控制电路是由4二输入与非门和一个普通开关组成,在开关打开和闭合会引发高低电频的交替出现,从而实现电路的控制。
电路如下:
3.整点报时电路
我选用了CD4051(八选一数据选择器)将我需要的数字选择出来,然后通过与门之后与喇叭相连(实验室里我没有找到喇叭就用灯代替了)电路如下:
4.闹钟系统
闹钟其实和时分秒电路差不多只不过不用给输入信号只需手动调节就行,思想就是当闹钟数据和和时分秒一致时就报警,这个用74LS85(数值比较器)很容易实现。
电路如下:
电路搭试过程
首先熟悉各芯片的引脚图和功能通过查阅有关资料如下:
一.74LS90功能:
十进制计数器(÷2和÷5)
原理说明:
本电路是由4个主从触发器和用作除2计数器及计数周期长度为除5的3位2进制计数器所用的附加选通所组成。
有选通的零复位和置9输入。
为了利用本计数器的最大计数长度(十进制),可将B输入同QA输出连接,输入计数脉冲可加到输入A上,此时输出就如相应的功能表上所要求的那样。
LS90可以获得对称的十分频计数,办法是将QD输出接到A输入端,并把输入计数脉冲加到B输入端,在QA输出端处产生对称的十分频方波。
真值表:
ResetInputs复位输入
输出
R0
(1)
R0
(2)
R9
(1)
R9
(2)
QD
QC
QB
QA
H
H
L
X
L
L
L
L
H
H
X
L
L
L
L
L
X
X
H
H
H
L
L
H
X
L
X
L
COUNT
COUNT
COUNT
COUNT
L
X
L
X
L
X
X
L
X
L
L
X
H=高电平L=低电平×=不定
BCD计数顺序(注1)
Count
输出
QD
QC
QB
QA
0
L
L
L
L
1
L
L
L
H
2
L
L
H
L
3
L
L
H
H
4
L
H
L
L
5
L
H
L
H
6
L
H
H
L
7
L
H
H
H
8
H
L
L
L
9
H
L
L
H
5-2进制计数顺序(注2)
Count
输出
QA
QD
QC
QB
0
L
L
L
L
1
L
L
L
H
2
L
L
H
L
3
L
L
H
H
4
L
H
L
L
5
H
L
L
L
6
H
L
L
H
7
H
L
H
L
8
H
L
H
H
9
H
H
L
L
注1:
对于BCD(十进)计数,输出QA连到输入B计数
注2:
对于5-2进制计数,输出QD连到输入A计数
图174LS90引脚图
二.74LS247
三.七段显示数码管
四.CD4051
引出端符号:
A0~A2地址端
I0/O0~I7/O7输入输出端
INH禁止端
O/I公共输出/输入端
VDD正电源
VEE模拟信号地
Vss数字信号地
五.74LS153
在电路搭试过程中遇到了不少困难。
首先当电路接入1Hz的输入信号发现数码管不亮,检查发现数码管3和8号引脚没有接5V高电平。
还有在实际操作中要熟练,只有这样才不会犯错。
比如在操作中由于手误导致器件损坏的事时有发生。
电路搭试相对还是比较简单的,最难的是电路的调试,要做到成功你不但要对电路了若指掌,还要有耐心和对示波器,电压表这些辅助器件要甚是熟悉。
在电路调试过程中要用示波器逐个检查每个芯片引脚的输入输出时序,方能找到错误所在。
在整个调试过程中发现了一个小漏洞,实验要求整点报时51秒,53秒,55秒,57秒输出750Hz频率声音,59秒输出1000HZ频率声音。
而实际当59秒时却同时响起。
分析原因出现在CD4051(八选一数据选择器)上,CD4051只能选出0-7的数字,当出现8和9时会出现000和001的重复,因此会出现同时响起的小BUG。
解决办法只需加一个与非门即可。
经过连续两天的奋战终于出来了想要的结果。
系统运行
系统整体运行正常,无谬误。
虽然完成设计,可是我们的电路实用性不强,电路庞大不说而且价格也不是很便宜。
可是就是这次设计让我领会到了成功的快乐,让我对整体把握,和遇到问题解决问题的能力有了一定的提高。
同时也提高了我的自学能力和对仪器的熟知度。
运行过程如录像所示:
感谢这次我们可爱的老师们的建议,虽然没有将全部的功能做出来,但我也学到了不少东西。
在这我特别感谢她们。
参考书目
《数字电子技术基础》第五版,阎石著,高等教育出版社,2008年
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- 数字 电子钟 设计方案