多功能数字钟数电课程方案报告.docx
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多功能数字钟数电课程方案报告
1.多功能数字钟的电路设计
课程设计的目的
1.了解计时器主体电路的组成及工作原理。
2.掌握数字电子钟的设计、组装与调试方法。
3.熟悉集成电路及有关电子元器件的使用方法。
课程设计的要求
用中小规模集成电路组成数字电子钟,在Multisim软件中设计、仿真,并在数字电路实验箱上进行组装、调试。
具体实现以下功能:
1.基本功能:
<1)设计一个有“时”、“分”、“秒”(23小时59分59秒>显示的数字电子钟。
<2)具有校时时、分的功能。
<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。
2.系统原理框图
由振荡器输出稳定的高频脉冲信号作为时间基准,秒计数器满60向分计数器进位,分计数器满60向小时计数器进位,小时计数器按“24翻1”规律计数,计数器经译码器送到显示器;计数出现误差可用校时电路进行校时、校分、校秒,
可发挥部分:
使数字钟具有可整点报时与定时闹钟的功能。
数字钟的结构框图如图1所示
图1数字钟的结构框图
3.设计方案与论证
时间脉冲产生电路
方案一:
由集成电路定时器555与RC组成的多谐振荡器作为时间标准信号源。
555与RC振荡电路如图2所示
图2555与RC组成的多谐振荡器图
方案二:
振荡器是数字钟的核心。
振荡器的稳定度及频率的精确度决定了数字钟计时的准确程度,通常选用石英晶体构成振荡器电路。
石英晶体振荡器的作用是产生时间标准信号。
因此,一般采用石英晶体振荡器经过分频得到这一时间脉冲信号。
石英晶体振荡电路如图3所示
图3石英晶体振荡器图
方案三:
由集成逻辑门与RC组成的时钟源振荡器
门电路组成的振荡电路如图4所示
图4门电路组成的多谐振荡器图
用555组成的脉冲产生电路:
R1=47kΩ,R2=47kΩ,C=10μF ,则555所产生的脉冲的为:
f=1/[(R1+2*R2>CLn2=1Hz,而设计要求为1Hz,在精度要求不是很高的时候可以使用。
石英晶体振荡电路:
采用的32768晶体振荡电路,其频率为32768Hz,然后再经过15分频电路可得到标准的1Hz的脉冲输出.R的阻值,对于TTL门电路通常在0.7~2KΩ之间。
对于CMOS门则常在10~100MΩ之间。
由门电路组成的多谐振荡器的振荡周期不仅与时间常数RC有关,而且还取决于门电路的阈值电压VTH,由于VTH容易受到温度、电源电压及干扰的影响,因此频率稳定性较差,只能用于对频率稳定性要求不高的场合。
综上分析,选择方案一,555与RC组成的振荡电路较简单,易调节,成本较低
4.电路图及设计文件
4.1工作原理
4.1.1电路总原理如图8所示
图8多功能数字钟的总原理图
4.2电路设计
图10秒脉冲发生器
4.2.2基于74ls160的24\60进制计数器的设计
图1174ls160的引脚图
表174ls160的功能表
图12采用同步置数法设计60进制计数器
图13采用同步置数法设计24进制计数器
图14译码及驱动显示电路图
4.2.4整点报时电路
用8输入与非门,8个端口分别分和秒都为59时的高电平状态,这时,蜂鸣器就会发出持续1S的响声。
4.2.5校时电路
数字种启动后,每当数字钟显示与实际时间不符进,需要根据标准时间进行校时。
由于采用了74HC160芯片,只需要让HC160的置数端有效,然后在各个HC160的输入端口上输入标准时间,在再启动电路时,第一个上升沿到来时,也就置数成功,也就校准时间成功了。
上图左端连的是74HC160的置数端LOAD,低电平有效。
所以只要把开关打到下面的接地端,并且在74HC160的各个输入端,输入标准时间,在启动电路,等第一个上升沿到来就置数成功。
5.测试方法与数据
5.1测试步骤如下:
5.1.1用示波器检测脉冲信号发生器部分,看其输出的秒脉冲信号的波形、频率和周期等是否符合要求,必须确保秒脉冲信号的频率准确 5.1.2分别将时、分、秒计数器的脉冲信号输入端调至较时脉冲,检查各计数器是否按所要求的进制形式进行,显示是否正常。 同时看较时电路是否达到较时的目的。 5.1.3时、分、秒计数器接回计时脉冲,看总体工作是否正常。 仿真结果正常。 6.元件清单 器件型号 用途介绍 数量 7SEG-COM-CAT-GRN 数码显示器 6 74LS160 十进制计数器 6 74LS20 4输入与非门 3 BUZZER 蜂鸣器 1 Resister 47K欧姆电阻 2 Pot 2K电位器 1 103 0.01u电容 1 Switch 开关 1 74LS30 8输入与非门 1 以及若干接地和,电源。 表2元件清单表 7总结 结果基本符合要求,实现了相关功能,能正常显示时间。 通过这次课程设计,让我感觉整体规划很重要,同时必须要有足够的耐心,脚踏实地一点一点的完成。 在拿到课程设计题目的时候,第一步要根据设计要求,思考原理以及实现方案。 第二步要根据自己所选定的方案确定选用那些元器件,然后查阅相应芯片的资料,掌握其引脚分布以及用法。 第三部将整体的设计分成各个子模块,然后一个模块一个模块的进行设计,最后将各个子模块整合在一起进行整体仿真。 整个仿真过程中必须仔细认真,而且要有足够的耐心,不厌其烦的进行测量校正修改。 直到得到预想的结果。 通过本次课程设计,通过借助网络搜集,查阅相关资料巩固了所学知识。 从中提高了自己的实践能力。
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