数码管显示的多功能数字钟项目设计方案

- 1 - 数码管显示的多功能数字钟 项目设计方案 1 设计内容及要求 计内容 设计一个数码管显示的多功能数字钟 。 计要求 1、时钟功能。具有显示日、时、分、秒的功能。 2、具有快速较准时、分、秒的功能。 3、具有整点报时的功能，在离整定 10自动发出鸣叫声，步长 1s，每隔1s 鸣叫一次，前 4 响是低音，后 1 响为高音，共鸣叫 5 次，最后 1 响结束时为整点。 4、整点报时高音为 1000 5、计时准确度，每天计时的误差不超过 10s。 2 电路设计方案及其论证 路设计方案 1 理框图 时计时电路 分计时电路时数码显示管 分数码显示管 秒数码显示管译码管 译码管 译码管秒计时脉冲校时电路时校时分校时秒计时电路 - 2 - 图 原理电路图 1 3 - 图 路设计方案 2 理框图 方案 2的基本原理框图和方案一相同。 理电路图 1 4 - 图 案论证 数字电子钟由信号发生器、计数器、数码显示管、校时控制电路组成。时钟源产生稳定的脉冲信号送进秒计时器，通过六十进制的秒计数器后产生一个 分脉冲，使分计数器计一次数，同样通过分计数器产生一个时脉冲，使时计数器计一次数。最后一整个循环下来，通过反馈清零对数字钟清零。在计数过程中计数器 - 5 - 的输出端接译码器，将二进制码传送到数码显示管，则可以显示时间。校时电路则是通过开关来控制各个芯片的脉冲输入端，需要校时时，该芯片接开关控制的单脉冲则可以通过一次次的单脉冲来校正时间。 3 单元电路的说明及各参数的计算 荡电路 路原理图 图 谐振荡器也称无稳态触发器，它没有稳定状态，同时无需外加触发脉冲，就能输 出一定频率的矩形波形。用 555实现多谐振荡，需要具有一定参数的 2和电容进行连接，并且接上 +5 振荡周期： T=C,其中当 3， 0， C=f=1 时电路 时电路所用芯片 74作原理 74 （ 1）二进制计数：将计数脉冲由 7 4 L S 9 0Q 1Q 2Q 3 Q 0C P 0 C P 1 S 9 A S 9 B R 0 A R 0 555R 1R 2V 01 3 - 6 - 图 2）五进制计数：将计数脉冲由 由 出 图 3） 8421 连 ,计数脉冲 7 4 L S 9 0Q 1Q 2Q 3 Q 0C P 0 C P 1 S 9 A S 9 B R 0 A R 0 7 4 L S 9 0Q 1Q 2Q 3 Q 0C P 0 C P 1 S 9 A S 9 B R 0 A R 0 7 4 L S 9 0Q 1Q 2Q 3 Q 0C P 0C P 1S 9 A S 9 B R 0 A R 0 B - 7 - 图 4）用级联（相当于串行进位）法和脉冲反馈法实现大容量计数器。 脉冲反馈：用 ， ， 1， 2， ， N 个计数脉冲 计数器的状态。 个： ， 在输入第 过控制电路，利用状态 信号，送给异步置 0端，使计数器立刻置 0，即实现了 级联：将多个集成计数器（如 制）串接起来，以获得计数容量更大的 N（ =制计数器。一般集成计数器都设有级联用的输入端和输出端。异步计数器实现的方法：低位的进位信号高位的 图 秒计时原理 0 0 8 - 图 的个位部分逢十进一，为十进制计数，十位部分逢六进一，为六进制计数，从而共同完成六十进制计数器，当计数到 59 时清零并重新开始计数。秒计时的个位可以直接利用十进制计数器 74行计数，由 0 增加到 9 时，芯片输出端 1001跳变到 0000，即最高位 在十位的计数器脉冲输入端 而实现个位的十进制计数和进位功能。十位收到个位的进位信号后计一次数，十位计数到 5时接下来的脉冲使其变成 6，一瞬间通过清零端反馈清零，秒计数集体清零，由于清零所需时间很短，所以显示管上不会显示出60，而是直接从 59跳到 00。 计时原理 分计时原理和秒计时原理一样，同样是通过两块 74联 和反馈清零实现六十进制计数。 计时原理 0 4 0 4 - 9 - 图 自分计数电路的进位脉冲使时的个位加一，十计数器由 0增加到 9产生向十位的进位信号，该进位信号即 在十位计数的脉冲输入端，使十位计数，当十位计数到 2，个位计数到 4时，通过反馈清零将计数器清零，同样由于清零时间较短，显示管上不会显示 24，而是从 23便可以跳到 00。 示电路 显示电路由译码器 74 码器 74作原理 图 4段译码器 /驱动器。 输出端（ 高电平有效，可驱动灯缓冲器或共阴极 要求输出 0 15 时，消隐输入（ 为高电平或开路，对于输出为 0 时还要求脉冲消隐输入（ 高电平或者开路。当 低电平时，不管其它输入端 ,状态如何， 为低电平。当 地址端（ 为低电平，并且灯测试输入端（ 高电平时， 冲消隐输出（ 变为低电平。当 a 。 引出端符号 : 码地址输入端 - 10 - 电平有效） /脉冲消隐输出（低电平有效） 电平有效） 电平有效） 输出 码显示管工作原理 7 段数码管一般由 8 个发光二极管组成，其中由 7 个细长的发光二极管组成数字显示，另外一个圆形的发光二极管显示小数点。 当发光二极管导通时，相应的一个点或一个笔画发光。控制相应的二极管导通，就能显示出各种字符，尽管显示的字符形状有些失真，能显示的数符数 量也有限，但其控制简单，使有也方便。发光二极管的阳极连在一起的称为共阳极数码管，阴极连在一起的称为共阴极数码管，如图 图 7段数码管内部字段 共阴极 共阳极 - 11 - 图 7 段数码管结构图 发光二极管（ 一种由磷化镓（ 半导体材料制成的，能直接将电能转变成光能的发光显示器件。当其内部有一一电流通过时，它就会发光。 7 段数码管每段的驱动电流和其他单个 光二极管一样，一般为 510向电压随 发光材料不同表现为 等。 7段数码管的显示方法可分为静态显示与动态显示，下面分别介绍： （ 1） 静态显示 所谓静态显示，就是当显示某一字符时，相应段的发光二极管恒定地寻能可截止。这种显示方法为每一们都需要有一个 8 位输出口控制。对于 51 单片机，可以在并行口上扩展多片锁存 74 静态显示器的优点是显示稳定，在发光二极管导通电注一定的情况下显示器的亮度高，控制系统在运行过程中，仅仅在需要更新显示内容时， 样大大节省了 高了 点是位数较多时，所需 I/件开销太大，因此常采用另外一种显示方式 动态显示。 （ 2）动态显示 所谓动态显示就是一位一位地轮流点亮各位显示器（扫描），对于显示器的每一位而言，每隔一段时间点亮一次。虽然在同一时刻只有一位显示器在工作（点亮），但利用人眼的视觉暂留效应和发光二极管熄 灭时的余辉效应，看到的却是多个字符“同时”显示。显示器亮度既与点亮时的导通电流有关，也与点亮时间和间隔时间的比例有关。调整电流和时间参数，可实现亮度较高较稳定的显示。若显示器的位数不大于 8位，则控制显示器 公共极电位只需一个 8位 I/O 口（称为扫描口或字位口），控制各位 示器所显示的字形也需要一个 8 位口（称为数据口或字形口）。 动态显示器的优点是节省硬件资源，成本较低，但在控制系统运行过程中，要保证显示器正常显示， 占用了低了 时显示亮度较静态显示器低。 综合以上考虑，由于数字钟时分秒的现实只需 6个数码管，又考虑到芯片工 - 12 - 作效率与电源效率，本设计采用静态显示，为共阴极显示。 时电路 校时电路功能是在其他计时功能正常 的情况下对时（分、秒）进行手动校时。 图 作原理是当 关打向上方，电路正常计时；当开关 关 向接地端时产生单脉冲后，需校时的芯片计数增加一，每上下拨动一次 校时的芯片技术加一，直到校时到所需时间。 时分秒各个校时电路原理相同，再次不再赘述。 需校时的芯片 C P S 2 - 13 - 4 硬件电路的设计及其制作与调试 路仿真出现的问题和调试过程 仿真使用的系统是 该软件平台下将设计好的电路图仿真出来，由于该软件仿真功能比较强大，在电路的连接，原件的选择都 很全面，所以仿真过程中出现的问题都不难解决。 主要问题有生振荡的时候需要设定电容电阻的值，以达到产生的方波为1是在已有的理论知识的基础上得到的理论值放到仿真系统中后不能达到需要的效果。 图 件制作出现的问题和调试过程 在检测面包板状况的过程中 ,出现本该相通的地方却未通的状况 ,后经检验发现是由于万用表笔尖未与面包板内部垂直接触所至 . 在检测 74动电路的过程中发现数码管不能正常显示的状况 ,经检验发现主要是由于接触不良的问题 ,其中包括线的 接触不良和芯片的接触不良 ,在实验过程中 ,数码管有几段二极管时隐时现 ,有时会消失 V 电源对数码管进行检测 ,一端接地 ,另一端接触每一段二极管 ,发现二极管能正常显示的 ,再用万用表欧姆档检测每一根线是否接触良好 ,在检测过程中发现有几根线有时能接通 ,有时不能接通 ,把接触不好的线重新接过后发现能正常显示了 用万用表欧姆档检测有几个引脚本该相通的地方却未通 ,而检测的导线状况良好 ,其解决方法为把 74芯片拔出 ,根据面包板孔的的状况 - 14 - 重新调整其引脚 ,使其正对于孔 ,再用力均匀地将芯片插入 面包板中 ,此后发现能正常显示 。 在连接校正电路的过程中 ,出现时和分都能正常校正时 ,但秒却受到影响 ,特别时一较分钟的时候秒乱跳 ,而不校时的时候 ,秒从 40 跳到 59,然后又跳回 40,分和秒之间无进位 ,电路在时 ,分 ,秒进位过程中能正常显示 ,故可排除芯片和连线的接触不良的问题 校正电路的连线没有错误 ,后用万用表的直流电压档带电检测秒 的 十位的 B, ,发现 时有电压时而无电压 ,再检测秒到分和分到时的进位端 ,发现是由于秒到分的进位未拔掉所至 。 由于在仿真过程中没办法考虑所设参数是否合理 ，所以发现在硬件实现过程中电路中设定的 50和 43的电阻以及 电容没办法完全没到相同的，所以，为了买元件方便，就改变了硬件的参数，但是为了达到振荡电路 1买的电阻和电容尽量达到可以满足公式 =1的要求即可。 - 15 - 7474辑图、功能表 5 课程设计总结 在做课程设计的时候，我深深地体会到了知识有限是多么的让人痛苦，所以，我今后要多学习知识，正所谓技多不压身，学校提供了机会让我们 学习，我们就 - 16 - 该将其放在心上。 本次课程设计是本人到目前为止觉得最有意义也是收获最大的一次实习。