数字钟设计.docx
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数字钟设计.docx
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数字钟设计
课程设计
课程名称
数字电子课程设计
题目名称
数字钟设计
专业班级
xxxxxx
学生姓名
xx
学号
xxxxxxxxx
指导教师
xxx
二〇一八年十月二十四日
目录
摘要1
Pickto2
1设计任务书3
2电路总体设计4
2.1设计思路4
2.2设计方案4
2.2.1设计方案一、采用异步电路,数据选择器4
2.2.2进制模块(24count)5
3各部分电路设计6
3.1振荡电路6
3.2计数器电路7
3.2.1秒位计数器7
3.2.2分位计数器7
3.2.3时位计数器7
3.3译码显示电路7
3.4校时电路8
3.5报时电路8
4总结9
参考文献10
附录A系统整体电路11
附录B系统元件清单13
谢辞14
摘要
所谓数字钟,是指利用电子电路构成的计时器。
相对机械钟而言,数字钟能达到准确计时,并显示小时、分、秒,同时能对该钟进行调整。
在此基础上,还能够实现整点报时功能。
设计过程采用系统设计的方法,先分析任务,得到系统要求,然后进行总体设计,划分子系统,然后进行详细设计,决定各个功能子系统中的内部电路,最后进行测试。
本文针对简易数字钟的设计要求,提出了两种整体设计方案,在比较两个方案的优缺点后,选择了其中较优的一个方案,进行由上而下层次化的设计,先定义和规定各个模块的结构,再对模块内部进行详细设计。
详细设计的时候又根据可采用的芯片,分析各芯片是否适合本次设计,选择较合适的芯片进行设计,最后将设计好的模块组合调试,并最终在multisim下仿真通过。
关键词:
数字电子钟校时报时子系统
Pickto
Theso-calleddigitalclock,isreferstotheuseofelectroniccircuitconsistsofthetimer.Relativemechanicalclockisconcerned,adigitalclockcanattaintheprecisetiming,anddisplaythehours,minutesandseconds,atthesametime,totheZhongJinHangcanadjust.Onthisbasis,alsocanachieveintegralpointtoannouncethefunction.
Thedesignprocessofthesystemdesignmethod,thefirstanalysistask,getsystemrequirements,thentheoveralldesign,dividingsubsystems,andthenthedetaileddesign,decidedtoeachfunctionalsubsystemofinternalcircuit,thelasttest.
Inthispaperthedesignrequirementsofsimpledigitalclockandputforwardtwooveralldesignscheme,comparedwiththeadvantagesanddisadvantagesoftwosolutions,choosethebetterofaplan,ahierarchicalstructureunderthedesign,firstdefinitionandregulationsofeachmodulestructure,andthenamodulewithinthedetaileddesign.Thedetaileddesignandcanbeusedaccordingtothechip,analyzesthechipisrightforthedesign,thechoiceistherightchipdesign,finallywilldesigngoodmodulescommissioning,andeventuallymultisimthroughthesimulation.
Keywords:
digitalelectricclockschooltimewhensubsystems
1设计任务书
1.通过一周的实习和实践,设计出按时钟功能进行小时、分钟、秒统计的器件,能调时调分,能整点报时。
2.通过实习,培养学生根据课题需要选学参考书籍,查阅手册、图表和文献资料的自学能力。
通过独立思考,深入钻研有关问题,学会自己分析并解决问题的方法。
3.通过电路方案的分析、论证和比较,设计计算和选取元器件初步掌握简单实用电路的分析方法和工程设计方法。
4.了解与课题有关的电子电路以及元器件的工程技术规范,能按设计任务书的要求,完成设计任务,编写设计说明书,正确地反映设计与实验的成果,正确地绘制电路图等。
5.培养严肃、认真的工作作风和科学态度。
通过课程设计实践,帮助学生逐步建立正确的生产观点、经济观点和全局观点。
2电路总体设计
2.1设计思路
能按时钟功能进行小时、分钟、秒计时,能调时调分,能整点报时,使用6个一位数码管显示。
总体设计
本阶段的任务是根据任务要求进行模块划分,提出方案,并进行比较分析,最终找到较优的方案。
该方案的优点是模块内部简单,基本不需要额外的电路,该方案结构简单,模块间关系较明确,模块外不需使用较多门电路,但不利于功能扩充。
2.2设计方案
2.2.1设计方案一、采用异步电路,数据选择器
将时钟信号输给秒模块,秒模块的进位输给分模块,分模块进位输入给时模块,切换的时候使用2选1数据选择器进行切换,电路框图如下:
图1
该方案用总线结构,主要功能集中在模块内部,模块功能较为独立,模块间连线简单,易于扩展,但设计难度大,门电路数量也比较多。
秒计数和分计数为60进制,时计数为24进制。
1.60进制模块(电路图中模块名称为60count,下同)。
实现同步60进制计数,可调整
表格2.1
电源
5v
时钟信号输入
接1Hz的信号源
进位输入
接秒的进位信号,实现秒功能时,接低电平。
进位输出
秒模块接分模块,分模块接时模块
显示输出
接到译码器输入,能闪烁
整点报时信号输出
接到响铃,实现响停交替5次响铃
调整使能端
入0有效,有效时,显示信号输出,同时屏蔽进位输入和进位输出,允许调整信号输入。
显示使能端
入1有效
调整信号输入
——
2.2.2进制模块(24count)
实现同步24进制计数,可调整
表格2.2
电源,时钟信号
5v,接1Hz的信号源
进位输入
接分的进位信号
进位输出
秒模块接分模块,分模块接时模块
显示输出
接到译码器输入,能闪烁
调整使能端,显示使能端,调整信号输入
——
3各部分电路设计
将时钟信号输给秒模块,秒模块的进位输给分模块,分模块进位输入给时模块,切换的时候使用2选1数据选择器进行切换,电路框图如下:
图3.1数字电子钟结构图
该方案用总线结构,主要功能集中在模块内部,模块功能较为独立,模块间连线简单,易于扩展,但设计难度大,门电路数量也比较多。
3.1振荡电路
震荡电路是数字电子钟的基础,电路输出一个频率为1Hz的时钟信号作为电子钟的秒信号。
由于石英晶体振荡器所产生的频率比较稳定和精确,所以选择石英晶体来产生振荡。
选用32768Hz的石英晶振,经过分频率后,可产生频率为1Hz的时钟信号。
3.2计数器电路
根据设计要求,电子钟由秒,分,时,三部分组成,下面分别对三部分电路进行阐述。
3.2.1秒位计数器
计数方面选择具有计数功能的4518BP_5V芯片,采用反馈清零方法,组成60进制的计数器,60秒之后产生进位信号,与电子钟的秒位60后进位相对应。
3.2.2分位计数器
分位计数器同样采用4518BP_5V芯片,用秒位的进位信号作为时钟信号,秒位60秒产生一个进位信号,当秒位产生一次进位信号,分位相应地计一个数,与数字电子钟秒位60秒后分位计数一次相对应。
同时用4518BP_5V采用反馈清零法组成一个60进制计数器,计数到60后产生一个进位信号,作为时信号的时钟信号。
3.2.3时位计数器
原理跟以上阐述的一样,分位计数到60后产生一个进位信号作为时位的时钟信号,60分钟后,时位计一次数,与数字电子钟相对应。
同样用4518BP_5V计数,所不同的是在时位需要用反馈清零法组成一个24进制计数器。
3.3译码显示电路
译码显示是将计数器的状态直观地显示出来。
由于计数器输出的是一个8421BCD码,所以可以用DCD_HEX显示译码器进行译码显示。
3.4校时电路
数字电子钟必须具有校时功能才有现实意义,所以对设计的电子钟加校时电路。
方法:
利用开关达到校时功能,由于机械开关在工作时有时会产生抖动现象,造成校时错误,或者跳得比较多,或者比较快,所以应加去抖电路。
3.5报时电路
为增强数字电子钟的功能,有必要加上报时功能。
可利用蜂鸣器与组合逻辑电路,设计成到59分51秒开始响,到整点一共10秒时间内响5次,两秒响一次。
4总结
经过长达一个星期的设计与思考,最终在multisim上完成了数字钟的模拟。
其间遇到了许多问题,但最后都一一得到解决。
现将实践过程总结如下:
1.设计初期要考虑周到,否则后期改进很困难。
应该在初期就多思考几个方案,进行比较论证,选择最合适的方案动手设计。
总体设计在整个设计过程中非常重要,应该花较多的时间在上面。
2.方案确定后,才开始设计。
设计时,多使用已学的方法,如列真值表,化简逻辑表达式,要整体考虑,不可看一步,做一步。
在整体设计都正确后,再寻求简化的方法。
3.在设计某些模块的时候无法把握住整体,这时可以先进行小部分功能的实现,在此基础上进行改进,虽然可能会多花一些时间,但这比空想要有效的多。
4.尽可能是电路连线有序,模块之间关系清楚,既利于自己修改,也利于与别人交流。
如果电路乱的连自己都看不懂,那还如何改进和扩展。
5.很多难点的突破都来自于与同学的交流,交流使自己获得更多信息,开拓了思路,因此要重视与别人的交流。
6.应该有较好的理论基础,整个实验都是在理论的指导下完成了,设计过程中使用了许多理论课上学的内容,如真值表、卡拉图等。
本次设计把理论应用到了实践中,同时通过设计,也加深了自己对理论知识的理解和掌握。
参考文献
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中国标准出版社,1996.
附录A系统整体电路
图1整个完整时钟电路图
图2计数显示校正部分
图3响铃电路部分
附录B系统元件清单
表格1清单
序号
名称
型号
数量
1
显示器
DCD_HEX
6
2
十进制加减计数器
4518BP_5V
3
3
非门
74S04N
17
4
与非门
7400N
8
5
与门
74S11D
10
6
电压时钟脉冲
V
1
7
电阻
R
2
8
直流电源
VCC
1
9
放大器
PN5133
2
10
接地线
6
11
扬声器
BUZZER
2
12
单刀双掷开关
SWITCH
2
谢辞
在设计过程中或多或少要遇到些问题和麻烦,正是有老师和同学的陪伴,是我顺利的通过了一个又一个的难关!
本课题在选题及进行过程中得到指导老师的悉心指导。
课程设计过程中老师多次帮助我分析思路,开拓视角,老师严谨求实的治学态度,踏实坚韧的工作精神,将使我终生受益。
在此,谨向指导老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。
感谢这一周来,指导老师对我学习上和思想上的帮助,正是您们的辛勤工作,才使我得以顺利地完成课程设计。
给了我很好的锻炼。
感谢我的室友们,在他们的帮助下是我的课程设计顺利进行下去。
我感谢整个过程给过我帮助和关注的所有人。
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