多功能数字钟电路设计作业.doc

课程设计课程名称： 多功能数字钟电路设计、安装、调试 学 院：电气工程学院 专 业：电气工程及自动化 姓 名： 学 号： 年 级： 任课教师： 2015年 12月 28日数字钟电路设计课程设计报告 姓 名： 学 号 指导老师： 时 间： 2015年12月28日 一、目 录摘要 1一、概 述 1二、设计任务与要求 22.1 设计任务 22.2 设计要求 2三、 电路设计 23.1设计方案 23.2 单元电路的设计 23.2.1 振荡电路的设计 23.2.2 分频电路的设计43.2.3计数电路的设计53.2.4校时电路的设计63.2.5译码与显示电路的设计7四、 组装与调试 8 4.1振荡电路 84.2分频电路84.3计数电路84.4校时电路84.5译码与显示电路8五、 总结与体会 9六、附录10参考文献 11 11多功能数字钟电路设计、安装、调试摘要数字电子钟是一种用数字显示秒、分、时的记时装置，与传统的机械时钟相比，它一般具有走时准确、显示直观、无机械传动装置等优点，因而得到了广泛的应用：小到人们的日常生活中的电子手表、电子闹钟，大到车站、码头、机场等公共场所的大型数字显电子钟。钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便,而且大大地扩展了钟表原先的报时功能。 诸如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、定时启闭电路、定时开关烘箱、通断动力设备甚至各种定时电气的自动启用等， 所有这些，都是以钟表数字化为基础的。因此，研究数字钟及扩大其应用，有着非常现实的意义。关键词：555定时器； 振荡电路； 分频器； 计数器； 显示； 译码器一、 概 述简易数字电子钟具有正常时间显示与计时的功能，根据课程设计任务书要求，此设计书中数字钟可以显示秒、分、时的功能，以及具有校正的功能 (因为快校正设计复杂、不易实现，所以采取慢校正)。具体可利用振荡器、分频器、计数器、译码器、显示器实现此数字钟，另外可以添加其他电路来实现额外功能，例如：整点报时，闹钟等。时显示器核心部分是振荡器的起振与分频(具体在后文分析)，产生1Hz的脉冲。繁琐部分是计数与显示。两部分都是做成与否的关键。分显示器秒显示器时译码器分译码器秒译码器时计数器分计数器秒计数器校时电路振荡器分频器整点报时触摸报时仿电台报定时控制主体电路 扩展电路二、设计任务及要求2.1设计任务设计一个用数字显示“时”、“分”、“秒”的数字钟电路。2.2设计要求准确计时，用数字显示“时”、“分”、“秒”。用中小规模集成电路组成，使用器件少，成本低。（3）选做：校正时间、整点报时。三、电路设计3.1设计方案数字钟的逻辑结构主要包括有六十进制计数器、二十四进制计数器（其中包括六十进制计数器和二十四进制计数器均由十进制计数器74LS90接成）、动态显示译码器、LED数码管显示环节、555定时器（可以提供一个比较精确的1Hz的时钟脉冲），时间设置环节可以提供时间的初始设置，动态显示译码器提供将BCD代码(即8421码)译成数码显示管所需要的驱动信号，使LED数码管用十进制数字显示出BCD代码所表示的数值。3.2单元电路的设计3.2.1 振荡电路的设计555定时器是一种多用途的数字 模拟混合集成电路，利用它能极方便地构成施密斯触发器、单稳态触发器和多谐振荡器。由于使用灵活、方便，所以555定时器在波形的产生与变换、测量与控制、家用电器、电子玩具等许多领域中都得到了应用。本设计方案使用555多谐振荡器来产生1HZ的信号。通过改变相应的电阻电容值可使频率微调，不必使用分频器来对高频信号进行分频使电路繁复。虽然此振荡器没有石英晶体稳定度和精确性高，由于设计方便，操作简单，成为了设计时的首选，但是由于与实验中使用的555芯片产生的脉冲相比较，利用晶振产生的脉冲信号更加的稳定，通过电压表的测量能很好的观察到这一点，同时在显示上能够更加接进预定的值，受外界环境的干扰较少，一定程度上优于使用555芯片产生信号方式。最终我们选择了555定时器作为秒脉冲发生器。在555定时器的外部接适当的电阻和电容元件构成多谐振荡器，再选择元件参数使其发出标准秒信号。555定时器的功能主要由上、下两个比较器1、2的工作状况决定。若复位端 加低电平或接地,可使电路强制复位,不管555电路原处于什么状态,均可使它的输出为“0”电平。只要在555定时器电路外部配上两个电阻及两个电容元件,并将某些引脚相连,就可方便地构成多谐振荡器。 555振荡电路连接图定时器功能表555振荡电路内部图3.2.2 分频电路的设计由于选取的振荡器是555振荡电路，所以想要得到1Hz的脉冲必须将频率1KHz，利用计数器可以实现。将74LS290的连接成十进制，将3个十进制的74LS290连接成为千进制。：假设，一个100Hz的脉冲发送进入十进制的计数器中，每当计数器计满十时就会发送出1Hz的脉冲，经过100Hz后就会只有10Hz。利用这点就可以将1KHz变成1Hz，并且也可以将555振荡器产生的误差1K等分，这也是为什么频率越高误差越小。3.2.3计数电路的设计一般采用十进制计数器如74LS290、74LS90、74LS390,等来实现计数单元的计数功能。在此，该电路使用的为74LS90。74LS90计数器是一种中规模二一五进制计数器，该芯片有两个异步清零端MR1、MR2和两个异步置9端MS1、MS2，都为高电平有效。秒个位计数单元为10进制计数器，无需进制转换，只需将Q0与CP1（下降沿有效）相连即可。CP0（下跳沿有效）与1HZ秒输入信号相连，Q3可作为向上的进位信号与十位计数单元的CP0相连。秒十位计数单元为6进制计数器，需要进制转换。将10进制计数器转换为6进制计数器只需将Q1、Q2分别和两个清零端连接，当信号出现0110时立刻转变为0000，其中Q2可作为向上的进位信号与分个位的计数单元的CP0相连。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，只不过分个位计数单元的Q3作为向上的进位信号应与分十位计数单元的CP0相连，分十位计数单元的Q2作为向上的进位信号应与时个位计数单元的CP0相连。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24进制计数器，不是10的整数倍，因此需将个位和十位计数单元合并为一个整体才能进行24进制转换。时个位计数单元的Q2接个位和十位的清零端MR1，十位计数单元的Q1接十位和个位的另一清零端MR2。1）六进制接法2）十进制接法3）二十四进制接法3.2.4校时电路的设计对校时电路的要求是，在小时校正时不影响分和秒的正常计数；在分校正时不影响秒和小时的正常计数。校时方式有两种“快校时”和“慢校时”， “快校时”是，通过开关控制，使计数器对1Hz的校时脉冲计数。“慢校时”是用手动产生单脉冲做校时脉冲。图（ ）所示的为校时、校分电路。其中S1为校“分”用的控制开关，S2为校“时”用的控制开关，它们的控制功能如表1.1所示。校时脉冲采用分频器输出的1HZ脉冲。同时为了缓解开关S1或 S2为“0”或“1”时产生的抖动，需在开关处各并接一电容。校对电路原理： 当数字钟出现误差时，需校准。校对时间总是在标准时间到来之前进行，一般分四个步骤：首先把小时计数器置到所需的数字；然后再将分计数器置到所需数字；在此同时或之后，应将秒计数器清零，时钟暂停计数，处于等待启动；当选定的标准时刻到达的瞬间，按起动按钮，电路则从所预置时间开始计数。当数字钟接通电源或或者计时出现误差时,需要校正时间(或称校时)。校时是数字钟应具备的基本功能。一般电子手表都具有时、分等校时功能。为使电路简单，这里只进行分和小时的校时。对校时电路的功能是，在小时校正时不影响分和秒的正常计数；在分校正时不影响秒和小时的正常计数。校时方式有“快校时”和“慢校时”两种，“快校时”是通过开关控制，使计数器对1Hz的校时脉冲计数。“慢校时”是手动产生单脉冲作校时脉冲。3.2.5译码与显示电路的设计选择CD4511作为显示译码电路；选择LED数码管作为显示单元电路。由CD4511把输进来的二进制信号翻译成十进制数字，再由数码管显示出来。这里的LED数码管是采用共阴的方法连接的。计数器实现了对时间的累计并以8421BCD码的形式输送到CD4511芯片，再由4511芯片把BCD码转变为十进制数码送到数码管中显示出来。 四、 组装与调试可以先将系统划分为多谐振荡器、计数器、校准电路、译码显示等部分。单元电路安装好后，应该先认真进行通电前的检查，通电后，检查每片集成电路的工作电压是否正常，这是电路有效工作的基本保证。调试该单元电路直至正常工作。调试可分为静态调试和动态调试两种，一般组合电路应静态调试，时序电路应动态调试。 统调主电路的方法是将已调试好的若干单元电路连接起来，然后跟踪信号流向，由输入到输出，由简单到复杂，依次测试，直至正常工作。因此时控制电路尚未安装，需人为地给受控电路加以特定信号使其正常工作。 调试控制电路分为两步：第一步单独调试控制电路本身，施加于控制电路的各个信号可以人为设定为某种状态，直至正常工作。第二步将控制电路与系统主电路中各个功能部件联接起来，进行电路统调。4.1振荡电路 芯片：有时电路上电后，数码管没有全亮，经检查电路没问题。这是因为刚上电，74ls90的输出状态不定，有的码值超过十，译码芯片不能正常工作，则输出出错。在输入一个脉冲之后数码管又显示正常。4.2分频电路分频电路由于其结构较为简单，所以连接时不易出错，比较容易完成。4.3计数电路计时电路由于要构成60进制的组合，同时要和CD4511连接形成输入与输出的关系，线路连接时一出现错误，同时，计数电路的LS90容易被烧坏，需要在连接中及时发现并更换，否则影响及时的准确性。4.4校时电路由于这部分电路要求比较精确，需要反复的进行调试。4.5译码与显示电路数码管1数码管直接接5伏电压时烧坏一个，于是在六个数码管的公共端接上100欧电阻，之后数码管暗了很多，延长了数码管的寿命。2调时过程中，发现数码管有的数显示的不正常，经检验，是先接反了，更正后正常。五、 总结与体会通过此次的数字时钟课程设计，无疑的一点：我学到了很多。早在大一的时候我就在问自己我学电路分析究竟拿来干什么，学数字电子技术基础拿来干什么，都埋头苦干在书本上，一点兴趣都没有，一点趣味都没有，以至于花了时间在课本上，却没让自己得到更多的收获。可这次不一样了，我对专业的兴趣来了，我对专业的热情燃烧了，此次的数字时钟课程设计就是我对专业热情燃烧的导火线。通过此次的数字时钟课程设计，不仅让我对专业重新了解，也让我在其中学到了很多，从理论学习到实践学习，其理论、实践的完美结合更让我知道了电子信息工程的本质。通过本次课程设计,我明白了一个道理:无论做什么事情,都必需养成严谨,认真,善思的工作作风.我这毕业设计由于我采用的是数字电路来实现的,所以电路较复杂,但是容易理解.每一部分我都能理解并且能有多种设计方法.我认为，在这学期的实验中，不仅培养了独立思考、动手操作的能力，在各种其它能力上也都有了提高。更重要的是，在实验课上，我们学会了很多学习的方法。而这是日后最实用的，真的是受益匪浅。要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践。这对于我们的将来也有很大的帮助。以后，不管有多苦，我想我们都能变苦为乐，找寻有趣的事情，发现其中珍贵的事情。就像中国提倡的艰苦奋斗一样，我们都可以在实验结束之后变的更加成熟，会面对需要面对的事情。最后在实现多功能数字钟的各相功能，都达到了预期的结果，并且很美观。没有最好，只有更好。我相信通过这一次的课程设计之后，我以后会更加努力，用严谨的科学态度去面对一切。克服困难，战胜自我，超越自我。六、附录序 号名 称型 号 参 数数 量备注1计数器74LS906片2译码器 CD45116片5共阴极七段译码器 74LS486片6面包板SYB-1181块82-四输入与非门74LS202个9CD40601个11按 钮2个12电 容30皮法 2个电 容0.01微法2个13电 阻20兆欧姆2个电 阻47千欧2个14斜口钳1个15 555定时器1个16彩色导线若干17镊 子1把18剪 刀1把参考文献 1 阎石 数字电子技术基础第五版北京:高等教育出版社.200