多功能数字钟 - 多功能数字钟.doc

目 录摘要及关键字2一 设计要求2二 整体电路2三 各子模块设计原理3 1 分频电路3 （1）48分频3 （2）1M分频5 （3）48 M分频5 2 计时器设计6（1）秒分计时6 （2）小时计时6 （3）整体计时7 3 动态显示电路 84 校整电路 95 整点报时电路116 闹钟电路13（1）闹钟电路13 （2）比较电路14 （3）选择电路16四 结论17参考文献17 多功能数字钟摘 要：多功能数字钟已经成了我们生活中必不可少的数字产品，它有多种功能，如清零、保持、闹钟、彩铃等等，给我们带来方便。对于我们通信工程专业的学生来说，设计这样一个数字钟不仅是把我们学过的理论与实践相结合，也教会我们实践中应该注意的问题，认识到理论与实践的差别，并把这些认识及体会应用到我们以后的学习和工作中。关键字：数字钟，计时器，分频，闹钟，动态显示，比较，校准 Multifunctional Digital ColokAbstract：Multifunctional digital colok has been the necessary digital production ,it has many functions,such as reset,holding,alarm clock,color bell and so on.For us,who are learning communication engineering,to design the multifunctional digital colok is to combine the theory and prictice.In the same time,it can give us some diections that how we can do well in the prictice.In addition,what we gain in the experiment can apply to our stuty and work in the future.Key words: digital colok,counter,frequency division,dynamic display,comparision,calibration一 设计要求：（1）基本要求：1、能进行正常的时、分、秒计时功能；2、分别由六个数码管显示时分秒的计时；3、K1是系统的使能开关（K1=0正常工作，K1=1时钟保持不变）；4、K2是系统的清零开关（K2=0正常工作，K2=1时钟的分、秒全清零）；5、K3是系统的校分开关（K3=0正常工作，K3=1时可以快速校分）；6、K4是系统的校时开关（K4=0正常工作，K4=1时可以快速校时）；(2)提高部分要求:1、使时钟具有整点报时功能（当时钟计到5953”时开始报时，在5953”, 5955”,5957” 时报时频率为512Hz,5959”时报时频率为1KHz, ）；2、闹表设定功能；二 整体电路工作原理 计时器整体电路分布如下整体电路图如下所示整体电路工作原理为： 把系统时钟经过分频，得到1hz，1khz和512hz的脉冲信号，1hz的脉冲驱动计时器，1khz 和512hz的脉冲用来驱动蜂鸣器，当时钟计到5953”时开始报时，在5953”, 5955”,5957” 时报时频率为512hz,5959”时报时频率为1khz。用开关控制计时器的清零（k8）和校分(k1)和(k2) 校时，校整电路放在计时器模块的内部。闹钟和计时器的内部结构相似，闹钟要有保持功能(用开关k3控制)且调闹钟时不影响时钟的正常计时，调闹钟时用快速较分和较时原理，分别用k6和k7控制。把闹钟和计时器的分、时作比较，如果相同就让蜂鸣器鸣叫；显示电路采用选择显示，用开关（k5）控制显示时钟或闹钟（闹钟只显示分和时）。显示电路低两位接计时器的秒的两位，且用k5（经过一非门）控制当显示闹钟时这两位不显示。比较电路的输出信号与1khz的脉冲信号及开关（k4，控制闹铃叫或不叫）经过一与门，与门输出信号与整点报时的输出信号（经过一非门）经过一或门送至蜂鸣器。三 各子模块的设计原理1.分频电路 （1）48分频电路图如下所示74161为16进制计数器，所以要用两片74161，连接方式如图所示，第前一片的进位端接第二片的使能端，采用同步置位法。当第一片为15时，第一片的RCO为1，当下一个脉冲来到时，第一片清零，第二片进一位。当计时器计到47时，即第一片为15第二片为2时，两片都置零，置零信号为第一片的四个输出端和第二片的QB经过一个与非门，把与非门的输出接到两片的置位端。第二片的QB输出的就是48分频后的脉冲信号。封装之后的模块图为 仿真图如下：（2）1Mhz分频的电路图如下用5片74161依次连接，前一片的进位端接下一片的使能端，从最后一片74161的最高位引出的正好是1M分频后的脉冲信号，各片的置位端和清零端都接高电平。封装模块图为 仿真图如下所示（3）48M分频的电路图如下：仿真图为：2计时器设计 （1）分和秒计时设计分和秒计时设计相同，都是模60计时器，采用同步置零法，电路图如下所示：用两片7161（十进制计数器），当第一片为9（1001），第二片为5（0101）时两片都置零，第一片的进位端控制第二片的使能端。仿真图如下：（2）小时计时设计小时计时设计是模24计时器，采用同步置零法，电路图如下所示：用两片7161（十进制计数器），当第一片为3（0011），第二片为2（0010）时两片都置零，第一片的进位端控制第二片的使能端。仿真图如下： （3）计时器整体电路 把秒分时连接起来的电路图为如下：把秒的置零信号接到分的时钟端，把分的置零信号接到时的时钟端，就可以完成00:00:00到23:59:59的计时功能。仿真图如下所示：3 动态显示电路设计 所谓动态显示是使用数据选择器的分时复用功能，将任意多位数码管的显示驱动，由一个七段显示译码器来完成。 电路图如下所示 74151为八选一数据选择器，把高两位接地，相当于六选一，74138是3线8线译码器，输出端的低六位分别接六个接数码管的共阴端，7447为显示译码器，用74160连接成模六计数器，且用QA ，QB，QC作选择信号去控制74151和74138。当计数器开始计时时，74151选通秒分时的某一位，送入显示译码器7447进行译码，产生七段显示码；由于选择信号同时作用在74138的选择端，选中的一位输出低电平，接通某一位数码管的共阴端，则这个数码管就被点亮，其它的熄灭。为了使我们能同时看到数码管上显示的所有字形，要求选择信号的频率足够高，这里选用1Khz的脉冲信号。动态显示的仿真图如下：动态显示电路封装模块为 这时可以把分频器模块，计时器模块和显示模块连接起来下载到PLD器件中，观察是否正确，以确保这几个模块的正确。4校分校时电路设计校时与校分功能的原理相同，以校分为例说明：分计时器的计数脉冲有两个不同的来源，一个是秒进位信号，还有一个是快速校分信号（用1hz脉冲信号），根据校分开关的不同状态决定送入分计时器的脉冲来源，已完成正常工作或快速校分功能。电路图如下所示：V1为开关，与校分信号接入与非门，V1经过一个非门后与秒的进位信号接入另一个与非门，两个与非门的输出信号接入第三个与非门。开关为1时校分，为0时正常计时。因为使用机械开关控制，在接通或断开过程中，通常会产生一串脉冲式振动，在电路中会相应产生一串电脉冲，若不采取措施，往往会使逻辑电路发生误动作，为了消除这种误动作，需要设计一个去抖动电路。上图中的D触发器的连接方式就是去抖动电路。模块图为 仿真图为： 把校分校时电路的输出信号分别接到分和时的时钟端，就实现了快速校分和校时功能。接入校整电路及清零电路（即把六片74160的清零端接入开关）后的计时器电路图如下： 模块图为： 5 整点报时电路设计根据设计要求，当数字钟计到5953”时开始报时，在5953”, 5955”,5957” 时报时频率为512Hz,5959”时报时频率为1KHz 。基本的逻辑表达式为fengming=59（53” f1+55”f1+57”f1+59”f2），f1=512hz,f2=1khz。化简后表达式为fengming=5951”（2”f1+4”f1+2”4”f1+8”f2）=5951”（2”f1+4”f1 +8”f2）。用器件实现时，等效为与门和与非门。电路图如下：（其中r00，r01,r02,r03为秒的个位，r10，r12，为秒的十位（0101），r20，r23为分的个位（1001），r30，r32为分的十位（0101），输出信号接蜂鸣器）仿真图如下所示：输出是一定频率的脉冲信号，然后送给蜂鸣器，就实现了整点报时。封装模块图为 把上述这些模块连接起来下载到PLD器件中，观察结果是否正确，若不正确及时找出原因，以免影响以后的电路。连接电路图如下：6 闹钟电路图设计根据要求，闹钟要有保持功能且调闹钟时不影响时钟的正常计时，基本思想是把闹钟和计时器的分、时作比较，如果相同就让蜂鸣器鸣叫；用开关控制显示电路选择显示时钟或闹钟（闹钟只显示分和时）。（1）闹钟电路闹钟和计时器的内部结构相似， 电路图如下所示，与计时器相比，在分计时器和时计时器的使能端接入了开关，以保持闹钟时间，开关经过一个D触发器，消除抖动。其仿真图与计时器的仿真图相似，这里就不再给出。 封装模块图为 （2）比较电路 电路图如下所示，7485为四位数值比较器，axx为计时器的分和时的数值，bxx为闹钟分和时的数值，若相同则输出1，四片7485的输出端经过一个与门，即当分和时完全相同时才输出1，封装模块图为： 仿真图为 （4）选择电路 电路图如下所示，74157为4*2选1数据选择器，SEL用开关控制，当开关为0时选A，为1时选B，同样，开关要经过一个消颤电路。仿真图如下所示:开关为0时，选择显示agxx封装模块图为： 把这些模块连接起来，如最初的整体电路图，进行管脚的分配，全程编译，然后下载调试。四 感想与结论在试验中出现了许多问题，反应了理论与实际的差距。最初的问题是由于对软件不熟悉，且心浮气躁造成的。第二天告诉自己要静下心来处理问题，就顺利了不少。之后出现的问题往往是大意造成的，例如把0和o混淆，忘记分配管脚等等，解决的办法一是要细心，要仔细看编译后的警告，否则小问题往往成为大羁绊。而且试验中最好每一个模块都仿真，确保此模块的正确，出现问题也比较好解决。试验中有的电路需要许多输入或输出管脚，这时一定要注意各管脚的区分，以免连接出错，这种错编译时有时不给警告，要一步步查。由于使用机械开关，会有抖动，要注意加消颤电路，电路图如下,加1hz的脉冲信号。试验中出现问题最多的是加入闹钟电路时，开始是显示不对，原来key5（选择显示开关）控制秒的显示时没有加非门，就出现闹钟显示秒位，而正常计时不显示。显示对了蜂鸣器只在闹钟时叫，整点报时不叫，查电路连接