数字电子课程设计----盲人报时器.doc

盲人报时钟盲人报时钟1 1.1 设计目的.1 1.2 设计内容和要求 .1 1.3 盲人报时钟原理框图.1 1.4 工作模块及功能.2 1.4.1 振荡器原理.2 1.4.2 时间计数器电路2 1.4.3 译码驱动电路2 1.4.4 数码管2 1.5 各单元模块设计和分析 .2 1.5.1 振荡器电路3 1.5.2 时间计数单元3 1.5.3 译码驱动及显示单元6 1.5.4 校时电源电路7 1.5.5 报时与报分电路8 1.6 总电路图 .11 1.7 元器件清单 .12 1.8 总结.12 参考文献： 14 1 盲人报时钟盲人报时钟 1 设计目的 1.进一步掌握各芯片的逻辑功能及使用方法。 2.进一步熟悉集成电路的引脚安排。 3.进一步掌握数字钟的设计方法和和计数器相互级联的方法。 4.进一步掌握数字系统的设计和数字系统功能的测试方法。 5.进一步掌握数字系统的制作和布线方法。 2 设计内容和要求 1.具有时、分、秒计时功能（小时 112），要求用数码管显示。 2.具有手动校时、校分功能。 3.设有报时、报分开关。当按报时开关时，能以声响数目告诉盲人。当按报分 开关时，同样能以声响数目告诉盲人，但每响一下代表十分钟（报时与报分的 声响的频率应不同）。 3 盲人报时钟原理框图 图 1 报时钟原理框图 2 4 工作模块及功能 4.1 振荡器原理 振荡器电路由 555 定时器构成，提供给数字钟一个频率稳定准确的 1kz 的脉冲，可以保证数字钟的准确走时及稳定性。不管是指针式的电子钟还是数 字显示的电子钟都使用了晶体振荡器电路。 4.2 时间计数器电路 时间计数电路由秒个位和秒十位计数器、分个位和分十位计数器以及时个 位和时十位计数器电路构成，分别由 74ls160 构成，其中秒个位、分个位以及 时个位为十进制计数器，秒十位以及分十位为六进制计数器，而时十位为二进 制计数器，这样就能满足秒计数器及分计数器为六十进制，而时计数器为十二 进制。 4.3 译码驱动电路 译码驱动电路目的是将计数器输出的 8421bcd 码转换为数码管需要的逻辑 状态，即采用 74ls48 来实现这个功能，并且可以为数码管正常工作提供足够 的工作电流。 4.4 数码管 led 显示器由发光二极管组成。基中长条形的发光管排列成“日”字形， 它能显示各种数字及部份英文字母。通过译码器，将计数器电路输出的信号转 换为 8421bcd 码后，通过发光二极管显示当前数字。led 显示器有两种不同 的形式：一种是发光二极管的阳极都连在一起的，称之为共阳极 led 显示器； 另一种是发光二极管的阴极都连在一起的，称之为共阴极 led 显示器。本设计 采用的为共阴极 led 数码管。 5 各单元模块设计和分析 主体电路是功能部件或单元电路组成的，在设计这些电路及选择部件时， 应尽量选用同类型的器件，如所有功能部件都采用 ttl 集成电路或者都用 cmos 3 集成电路。本设计采用 ttl 集成电路。下面介绍各功能部件与单元电路的设计。 5.1 振荡器电路 振荡器是构成数字式时钟的核心，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。本设计振荡器电路由 555 定时器构成的多谐振荡器， 通过对电阻、电容的调整，使该多谐振荡器输出频率为 1hz 的精确稳定信号， 为计数器单元提供脉冲信号。 图 2 振荡电路 5.2 时间计数单元 在设计计数器之前，先对 74ls160 芯片的引脚和功能作一些说明以及有关 连接的知识。 521 74ls160 芯片 4 74ls160 是十进制计数器，直接清零，异步清零端 mr 非为低电平时，不管时钟端 cp 信号状态如何，都可以完成清零功能。160 的预置是同步的，当置入控制器 pe 非为低电平 时，在 cp 上升沿作用下，输出端 q0-q3 数据端 p0-p3 一致。 2 74ls160 引脚图 图 3 74ls160d 引脚 3 管脚图介绍 表 1 74ls160 管脚表 时钟clk 数据输入端ad 清零clr 使能enp ent 置数load 数据输出端qaqd 进位输出rco 4 74ls160 的功能真值表 表 2 74ls160 的功能真值表 clloadenpentclkd c b aqd qc qb qa 0xxxxx x x x0 0 0 0 10xx 下降沿 d c b ad c b a 11x0xx x x x 保 持 110xxx x x x 保 持 1111 下降沿 x x x x 计 数 5 模块组成 时间计数单元有时计数、分计数和秒计数等几个部分。时计数单元一般为 12 进制计数器计数器，其输出为两位 8421bcd 码形式；分计数和秒计数单元为 60 进制计数器，其输出也为 8421bcd 码。本设计采用两片 74ls160 来产生 60 进制和 12 进制，秒个位计数单元为进制计数器，本实验通过与非门 5 74ls00 连接来实现 ，秒十位计数单元为进制计数器 12 通过与非门 74ls00 连接来实现，分个位和分十位计数单元电路结构分别与秒个位和秒十位计数单 元完全相同，如图 5 所示。时个位计数单元电路结构仍与秒或个位计数单元相 同，但是要求，整个时计数单元应为 12 进制计数器，所以在两块 74ls160 构成 的 100 进制中截取 12，就得在 12 的时候进行置数。12 进制计数功能的电路如 图 4 示。 图 4 60 进制计数器电路 6 图 5 12 进制计数器电路 1.5.3 译码驱动及显示单元 计数器实现了对时间的累计以 8421bcd 码形式输出，选用显示译码电路将 计数器的输出数码转换为数码显示器件所需要的输出逻辑和一定的电流，选用 74ls48 作为显示译码电路，选用共阴 led 数码管作为显示单元电路，如图 6 示。 7 图 6 译码驱动和显示电路 1.5.4 校时电源电路 当重新接通电源或走时出现误差时都需要对时间进行校正。通常，校正时 间的方法是：首先截断正常的计数通路，然后再进行人工触发计数或将频率较 高的方波信号加到需要校正的计数单元的输入端，校正好后，再转入正常计时 状态即可。 根据要求，数字钟应具有分校正和时校正功能，因此，应截断分个位和时 个位的直接计数通路，并采用正常计时信号与校正信号可以随时切换的电路接 入其中。图 7 示为所设计的校时电路。该电路可以使每次按动开关仅产生一个 脉冲输出，能有效地克服按钮开关机械抖动产生的影响。 8 图 8 单步脉冲电路 1.5.5 报时与报分电路 本设计采用 74ls192 减法计数器及 74ls161 来实现报时功能，74ls192 输 入端与译码器输出端相连，报分开关控制 74ls192 置数端，开关闭合，74ls192 对闭合时刻的初值进行减法计数，输出端通过一个或门组合连至 74ls161 的 clr 端，使计数器减至零时停止报时，保持此时刻状态。由于报时部分时十位 也须要报时，与报分部分相比，还需增加一个 74ls192 来实现小时的十位报时。 从而满足当按报时开关时，能以声响数目告诉盲人。当按报分开关时，同样能 以声响数目告诉盲人，但每响一下代表十分钟。并且通过不同频率的脉冲发生 器从而使报时与报分的频率不同。 9 图 8 报分电路 图 9 报时电路 1 74ls192 引脚图 图 10 74ls192 引脚图 10 2 74ls192 的功能表 clr load up downd c b aqd qc qb qa 1 x x xx x x x 0 0 0 0 0 0 x xd c b ad c b a 0 1 上升沿 1 x x x x 加 计 数 0 1 1 上升沿 x x x x 减 计 数 表 3 功能表 3 74ls161d 功能介绍 74ls161 是 4 位二进制同步加法计数器，除了有二进制加法计数功能外， 还具有异步清零、同步并行置数 、保持等功能。74ls161 的逻辑电路图和引脚 排列图如图 1 所示，cr 是异步清零端，ld 是预置数控制端，d0 ，d1，d2，d3 是预置数据输人端，p 和 t 是计数使能端，c 是进位输出端， 它的设置为多片集成计数器的级 联提供了方便。 （1）异步清零功能 当 cr0 时，不管其他输人端的状态如何（包括时钟信号 cp），4 个触发器 的输出全为零。 （2）同步并行预置数功能 在 cr1 的条件下，当 ld0 且有时钟脉冲 cp 的上升沿作用时， d3，d2，d1，d0 输入端的数据将分别被 q3q0 所接收。由于置数操作必须有 cp 脉冲上升沿相配合，故称为同步置数。 （3）保持功能 在 cr=ld1 的条件下，当 tp0 时，不管有无 cp 脉冲作用，计数器都将 保持原有状态不变（停止计数） 。 （4）同步二进制计数功能 当 crldpt1 时，74ls161 处于计数状态，电路从 0000 状态开始，连 续输入 16 个计数脉冲后，电路 将从 1111 状态返回到 0000 状态，状态表见表 2。 （5）进位输出 c 当计数控制端 t1，且触发器全为 1 时，进位输出为 1，否则为零。 4 74ls161d 真值表 crldctp cttcpd3 d2 d1 d0q3 q2 q1 q0 0xx xxx x x x0 0 0 0 10x xd3 d2 d1 d0d3 d2 d1 d0 11 11x 0xx x x x 保持 110 x xx x x x 保持 111 1x x x x 计数 1.6 总电路图 图 11 盲人报时钟总电路图 12 1.7 元器件清单 器件名称数量 数码显示管6 个 计数器 74ls160d6 个 计数器 74ls161d5 个 与非门 74ls00d7 个 与门 74ls08d4 个 或门 74ls32d11 个 非门 74ls04d3 个 555 定时器1 个 单刀双掷开关 spdt4 个 按钮开关2 个 电阻 503 个 电阻 48k6 个 电容 10f3 个 电容 nf3 个 蜂鸣器1 个 直流电源2 个 接地端2 个 导线若干根 表 5 元器件清单 1.8 总结 经过两周的努力，我终于完成了电子课程设计盲人报时钟。对盲人报 时钟的设计，我了解了关于盲人报时钟的原理与设计理念。通过这一周不断的 查找资料的过程中让我接触了许多可以完成一项功能的电路，而在选择中我体 会到了数字电子设计的灵活性与技巧性，它要求我们必须具备熟练的专业知识， 同时让我积累了很多实际操作经验，已初步掌握了数电的应用技术，以及数字 电路的知识和有关器件的应用。在此次的设计过程中，更进一步地熟悉了芯片 的结构及掌握了各芯片的工作原理和其具体的使用方法。也锻炼了自己独立思 考问题的能力和通过查看相关资料来解决问题的习惯。也是我深刻地体会到数 字电子技术对当代社会发展的重要作用。 经过这次课程设计，我学到很多东西，如对 word、画图等软件有了更进一步的了解， 学会了如何利用网络资源,学会了怎么看电路图,读电路图,这些都使我受益匪浅。我想这些