数电课程设计数字钟.doc

吉林建筑工程学院城建学院电气信息工程系课程设计第1章 绪论1.1设计名称与内容设计名称：:数字时钟设计内容： 本设计中的数字时钟采用数字电路实现对“时” 、“分”、“秒”的显示和调整。通过采用各种集成数字芯片搭建电路来实现相应的功能。具体用到了555震荡器，74LS90及与非，异或等门集成芯片等。该电路具有计时和校时的功能。1.2设计的概述近年来随着数字技术的迅速发展，各种中、大规模集成电路在数字系统、控制系统、信号处理等方面都得到了广泛的应用。就拿我们生活的实例来说明一下“数字”给我们带来的便捷。下面我们就以数字钟为例简单介绍一下。数字钟我们听到这几个字，第一反应就是我们所说的数字，不错数字钟就是以数字显示取代模拟表盘的钟表，在显示上它用数字反应出此时的时间，相比模拟钟能给人一种一目了然的感觉，不仅如此它还能同时显示时、分、秒。而且能对时、分、秒准确校时，这是普通钟所不及的。与此同时数字钟还能准确定时，在你所规定的时间里准确无误的想你发出报时声音，提醒你在此时所需要去做的事。与旧式钟表相比它更适用于现代人的生活。这就迫切要求理工科大学生熟悉和掌握常用中、大规模集成电路功能及其在实际中的应用方法，除通过实验教学培养数字电路的基本实验方法、分析问题和故障检查方法以及双踪示波器等常用仪器使用方法等基本电路的基本实验技能外，还必须培养大学生工程设计和组织实验能力。本次课程设计的目的在于培养学生对基本电路的应用和掌握，使学生在实验原理的指导下，初步具备基本电路的分析和设计能力，并掌握其应用方法；自行拟定实验步骤，检查和排除故障 、分析和处理实验结果及撰写实验报告的能力。综合实验的设计目的是培养学生初步掌握小型数字系统的设计能力，包括选择设计方案，进行电路设计、安装、调试等环节，运用所学知识进行工程设计、提高实验技能的实践。数字电子钟是一种计时装置，它具有时、分、秒计时功能和显示时间功能；具有整点报时功能。1.3 设计目的数字电子钟是由多块数字集成电路构成的，其中有振荡器，分频器，校时电路，计数器，译码器和显示器六部分组成。振荡器和分频器组成标准秒信号发生器，不同进制的计数器产生计数，译码器和显示器进行显示，通过校时电路实现对时，分的校准。第2章 设计整体思路2.1 总体方案2.1.1 系统框图系统框图 图2-1校时电路振荡器分频器秒计时器分计时器时计时器译码器译码器译码器数码管数码管数码管数码管数码管数码管 2.1.2 系统设计思路数字电子钟由石英晶体振荡器、分频器、计数器、译码器显示器和校时电路组成。振荡器产生稳定的高频脉冲信号,作为数字钟的时间基准,然后经过分频器输出标准秒脉冲。秒计数器满60后向分计数器进位,分计数器满60后向小时计数器进位,小时计数器按照“24翻0”规律计数。计数器的输出分别经译码器送显示器显示。计时出现误差时,可以用校时电路校时、校分。2.2 设计原理与实现功能2.2.1 设计原理数字电子钟是由555集成芯片构成的振荡电路、分频器、计数器、显示器和校时电路组成。555集成芯片构成的振荡电路产生的信号经过分频器作为秒脉冲，秒脉冲送入计数器，计数结果通过“时”、“分”、“秒”译码器显示时间。2.2.2 实现功能通过运用数字集成电路设计的24小时制的数字电子时钟要求实现以下基本功能：1.能准确计时，以数字形式显示时、分、秒的时间。2.能实现整点报时的功能，并分别在51秒、53秒、55秒、57秒、59秒实现了“四短一长”的报时效果。3.能校正时间（通过开关调时、分）。第三章 单元电路的设计与分析3.1 振荡器石英晶体振荡器的特点是振荡频率准确、电路结构简单、频率易调整。它还具有压电效应，在晶体某一方向加一电场，则在与此垂直的方向产生机械振动，有了机械振动，就会在相应的垂直面上产生电场，从而机械振动和电场互为因果，这种循环过程一直持续到晶体的机械强度限止时，才达到最后稳定。这用压电谐振的频率即为晶体振荡器的固有频率。一般来说，般来说，振荡器的频率越高，计时精度越高，但耗电量将增大。如果精度要求不高也可以采用由集成电路定时器555与RC组成的多谐振荡器。如图3-1所示。设振荡频率f=1KHz，R为可调电阻，微调R1可以调出1KHz输出。 图3-1 振荡器3.2 分频器由于振荡器产生的频率很高，要得到秒脉冲，需要分屏电路。本实验由集成电路定时器555与RC组成的多谐振荡器，产生1KHz的脉冲信号。故采用3片中规模集成电路计数器74LS90来实现，得到需要的秒脉冲信号。 图3-2 分频器 3.3 计数器3.3.1 六十进制计数器“秒”、“分”计数器都是六十进制，它由一级十进制计数器和一级六进制计数器组成，采用两片74LS90D串接起来构成“秒”、“分”计数器。将十进制计数器转换为六进制计数器的电路的连接方法为：将QB、QC分别与两个清零端R01、R02相连接。译码器及显示管的作用同24进制计数器中所介绍的。六十进制计数器的设计如图3-3所示。 图3-3 六十进制计数器3.3.2 二十四进制计数器时计数器电路由U14和U25两部分组成。当时计数器的个位U25计数为4，U14计数为2时，即R01和R02同时为1时，两片74LS90D清零，从而构成24进制计数。74LS48是BCD7段译码器，其输出是OC们输出且高电平有效，专用于驱动LED七段共阴极显示数码管。其功能是把输入的8421BCD码ABCD译成七段输出a-g，再由七段数码管显示相应的数字。将时、分、秒计数器的每位输出分别接到相应七段译码器的输入端，便可进行不同数字显示。在译码器输出与数码管之间串联的R为限流电阻，当数字钟的计数器在CP脉冲的作用下，就将其状态显示成清晰的数字符号。其电路图如图3-4所示。图3-4 二十四进制计数器3.4 显示器用七段发光二极管来显示译码器输出的数字，显示器有两种：共阴极和共阳极显示器。74LS48译码器译码的是高电平，所以对应的显示器应为共阴极显示器。如图3-5所示。图3-5 显示器整体电路3.5 校准电路如图3-6，J1、J3、J2分别为秒、分、时的校准控制开关。初始状态时J2断开，J1、J2闭合，秒脉冲进入到秒计数器中，计数器正常工作。当需要对秒进行校准时，闭合J2，则秒脉冲无法进入到秒计数器中，直到时间为秒计数器显示的时间，再断开J1开关；需要对分进行校准时，断开J3，秒进位无法进入分计数器，秒脉冲进入到分计数器中，则分计数器快速计数，直到分计数器显示的时间为正确的时间，再闭合J3开关。对时校准和对分校准的方法相同。校准电路如图3-6所示。图3-6 校准电路3.6 整体电路当各部分电路的连接完成后，再将其连接，本设计是由振荡器、分频器、计数器、译码器、显示器等几部分组成。这些都是数字电路中应用最广泛的基本电路，本设计直接采用由CB555定时器设计的多谐振荡器产生振动周期为1s的脉冲。并将信号送入计数器进行计算，并把累加的结果以“时”、“分”、“秒”的数字显示出来。“秒”的显示由两级计数器和译码器组成的六十进制计数电路实现；“分”的显示电路“秒”相同，“时”的显示由两级计数器和译码器组成的二十四进制电路来实现。所有计时结果由六位数码管显示。如图3-7所示。图 3-7 整体电路3.7整点报时电路整点报时功能是通过四路与非门将“分”位的个位与十位连接在一起，当个位变为9并且十位变为5时，输出低电平信号，再通过非门变为高电平信号，非门连接在NPN型三极管的基极，当基极为高电平时三极管导通，蜂鸣器工作。在其他时刻蜂鸣器不工作。整点报时电路图如图3-8所示。图3-8 整点报时电路第四章 系统的调试与结果4.1 对二十四进制和六十进制计数器进行验证对24进制计数器和60进制计数器进行验证，如图4-1和图4-2所示。图4-1 24进制计数器的验证图4-2 60 进制计数器的验证4.2 秒脉冲发生器的调试对秒脉冲信号发生器进行调试并观察其波形。结果如图4-3 4-4所示。图4-3 秒信号发生器的调试图4-4 秒信号发生器的波形4.3校准电路通过校准电路将始终控制为00时00分00秒。如图4-5所示。 断开所有开关，让电子钟开始运行，秒信号分别进入时计数器、分计数器、秒计数器，当其数码显示管显示为00时，立即关闭相对应的开关，即得到00时00分00秒这一时刻。图4-5 00时00分00秒总结为期两周数字电子课程设计终于接近尾声了。通过这次数字电子钟的课程设计，我们才把学到的东西与实践相结合。从中对我们学的知识有了更进一步的理解，而且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。虽然这只是一次简单的课程设计，但通过这次课程设计我们了解了课程设计的一般步骤，和设计中应注意的问题。设计本身并不是有很重要的意义，而是同学们对待问题时的态度和处理事情的能力。各个芯片能够完成什么样的功能，使用芯片时应该注意那些要点。同一个电路可以用那些芯片实现，各个芯片实现同一个功能的区别。致谢课程设计完成了，在这个过程中我学到了很多东西。首先我要感谢我的指导老师张佳莹老师，他在我完成论文的过程中，给予了我很大的帮助。在论文开始的初期，我对于论文的结构以及文献选取等方面都有很多问题，整体构思不是很明确，段落层次也不是很清晰，老师详细给我分析论文的写作过程，从论文的题目，论文的内容，论文的脉络，都给我详细的指导。在我论文的进展过程中，老师也及时给我解决疑惑，并且监督我论文的进展过程，非常感谢！但是惭愧的是，论文也时有偏差出现，经过了曲折的过程，老师也耐心的给我激励，非常感谢!在做设计的过程中我也出现了很多的困难，但都在老师和同学们的帮助下完成了，同学们、老师们谢谢你们。参考文献1 杨志忠.数字电子技术基础M.高等教育出版社.2010年1月.2 杨志忠.电子技术课程设计M.机械工业出版社.2008年7月.3 毛期俭.数字电路与逻辑设计及应用M.人民邮电出版社.2005年.4 吕思忠.数字