数电课设 电子显示钟

课课 程程 设设 计计 说说 明明 书书 学生姓名学生姓名 郎坤郎坤 学学 号 号 09072404050907240405 学学 院院 自动化工程学院自动化工程学院 班班 级级 自动自动 094094 题题 目目 数字显示电子钟数字显示电子钟 指导教师 指导教师 田海军田海军 兰建军兰建军 职称职称 高级实验师高级实验师 2012 年 1 月 11 日 2 3 目录目录 1 设计要求 设计要求 1 2 设计目 设计目 的的 1 3 电路结构分 电路结构分 析析 2 3 1 数字钟的构成及总体框架图数字钟的构成及总体框架图 3 3 2 数字显示钟工作原理数字显示钟工作原理 3 3 2 1 秒脉冲发生器的设计秒脉冲发生器的设计 4 3 2 2 60 进制计数进制计数 器器 5 3 2 3 24 进制计数器进制计数器 6 3 2 4 译码驱动及显示单 译码驱动及显示单 元元 7 3 2 5 校时电路校时电路 8 4 3 2 6 闹钟功 闹钟功 能能 9 3 2 7 上下午显示电路上下午显示电路 9 4 收获与总结 收获与总结 10 5 元器件清 元器件清 单单 11 摘要 数字钟是采用数字电路实现对时 分 秒数字显示的计时装置 广泛用 于家庭 车站 码头办公室灯公共场所 成为人们日常生活中不可少的必需品 由于数字 集成电路的发展和石英晶体振荡器的广泛应用 使得数字钟的精度远远超过老式钟表 钟 表的数字化给人们带来了极大的方便且大大扩展了钟表原先的报时功能 因此 研究数字 钟及扩大其应用 有着非常现实的意义 数字钟计时的标准信号应该是频率相当稳定的 1HZ 秒脉冲 所以要设置标准时间源 数字钟计时周期是 24 小时 因此必须设置 24 小时计数器 应由模为 60 的秒计数器和分计 数器及模为 24 的时计数器组成 秒 分 时由七段数码管显示 为使数字钟走时与标准时间一致 校时电路时必不可少的 设计中采用开关控制校时 直接用秒脉冲先后对 时 分 秒 计数器进行校时操作 能进行整点报时 从 59 分 54 开始 发出低音嘟的信号 最后要求最高音 嘀 的信 号 此信号结束即达到正点 能够对时间进行定时 可以起到闹钟的作用 1 设计目的 设计目的 1 1 了解计时器主体电路的组成及工作原理 5 1 2 掌握采用异步时序电路设计方法实现课题要求 1 3 熟悉集成电路及有关电子元器件的使用 2 设计要求 设计要求 2 1 时钟的 时 要求用两位显示 上 下午用发光管作为标志 2 2 时钟的 分 秒 要求各用两位显示 2 3 整个系统要有校时部分 可以手动 也可以自动 校时时不能产生进位 2 4 系统要有闹钟部分 声音要响 5 秒 可以是一声一声的响 也可以连续响 3 电路结构分析 电路结构分析 数字电子钟由信号发生器 时 分 秒 计数器 译码器及显示器 校时 电路 整点报时电路等组成 秒信号产生器是整个系统的时基信号 它直接决 定计时系统的精度 一般用 555 构成的振荡器加分频器来实现 将标准秒脉冲 信号送入 秒计数器 该计数器采用 60 进制计数器 每累计 60 秒发出一个 分脉冲 信号 该信号将作为 分计数器 的时钟脉冲 分计数器 也采用 60 进制计数器 每累计 60 分 发出一个 时脉冲 信号 该信号将被送到 时计数器 时计数器 采用 24 进制计数器 可以实现一天 24h 的累计 译 码显示电路将 时 分 秒 计数器的输出状态经七段显示译码器译码 通过 六位 LED 显示器显示出来 校时电路是来对 时 分 秒 显示数字进行校对 调整 6 3 1 数字钟的构成及总体框架图数字钟的构成及总体框架图 时显示器 时译码器 时计数器 分显示器 分译码器 分计数器 秒显示器 秒译码器 秒计数器 校时电路 振荡器分频器 闹钟电路 图 1 总体结构框图 图 2 电子钟原理图 7 3 2 数字显示钟工作原理数字显示钟工作原理 3 2 1 秒脉冲发生器的设计秒脉冲发生器的设计 秒脉冲信号发生器是数字电子钟的核心部分 它的精度和稳定度决定了数字钟 的质量 由振荡器与分频器组合产生秒脉冲信号 振荡器 通常用 555 定时器 与 RC 构成的多谐振荡器 经过调整输出 1000Hz 脉冲 分频器 分频器功能主 要有两个 一是产生标准秒脉冲信号 一是提供功能扩展电路所需要的信号 选用三片 74LS161进行级联 因为每片为 1 10 分频器 三片级联好获得 1Hz 标 准秒脉冲 其电路图如下 图 3 秒脉冲发生器 3 2 2 60 进制计数器进制计数器 60 进制计数器由秒个位计数器 74LS160 1 和秒十位计数器 74LS160 2 组成 74LS160 1 组成十进制计数 74LS160 2 组成六进制计数 十进制计数用反 馈清零法设计 用 74LS160 四位十六进制 计数器 来设计 六进制计数的反 馈方法是当 CP 输入第六个脉冲时 输出状态 Q3Q2QlQ0 0110 用与门将 Q2Ql 取出 送到计数器 CR 清零端 使计数器归零 从而实现六进制计数 十进制计数的反馈方法是当 CP 输入第十个脉冲时 输出状态 Q3Q2QlQ0 1010 如图所示 采用 74LS160 设计的 60 进制计数器 可作 为秒 分计数器用 8 表 1 74ls160 真值表 图 4 60 秒进制计数器 3 2 3 24 进制计数器进制计数器 当个位计数状态为 Q3Q2QlQ0 0100 十位计数状态为 Q3Q2QlQ0 0010 时 即 24 时 通过把个位 Q2 十位Q1相与后的信号送到个位 十位清零端CR 使计数器复零 从而实现24进制计数 9 图 5 24 进制计数器 3 2 4 译码驱动及显示单元 译码驱动及显示单元 译码电路的功能是将秒 分 时计数器的输出代码进行翻译 变成相应的 数字 用与驱动 LED 七段数码管的译码器常用的有 74LS48 74LS48 是 BCD 7 段译码器 驱动器 输出高电平有效 专用于驱动 LED 七段共阴极显示数码管 若将秒 分 时计数器的每位输出分别送到相应七段译吗管的输入端 便可以 进行不同数字的显示 74ls24874ls248 数码管译码器工作表 数码管译码器工作表 输入输入 输出输出 十十 进进 制制 数数 Q3Q3Q2Q2Q1Q1Q0Q0a ab bc cd de ef fg g 0 00 00 00 00 01 11 11 11 11 11 10 01 1 1 10 00 00 01 10 01 11 10 00 00 00 02 2 2 20 00 01 10 01 11 10 01 11 10 01 13 3 3 30 00 01 11 11 11 11 11 10 00 01 14 4 10 4 40 01 10 00 00 01 11 10 00 01 11 15 5 5 50 01 10 01 11 10 01 11 10 01 11 16 6 6 60 01 11 10 01 10 01 11 11 11 11 17 7 7 70 01 11 11 11 11 11 10 00 00 00 08 8 8 81 10 00 00 01 11 11 11 11 11 11 19 9 9 91 10 00 01 11 11 11 11 10 01 11 1a a 10101 10 01 10 01 11 11 10 01 11 11 1b b 11111 10 01 11 11 11 11 11 11 11 11 1c c 12121 11 10 00 01 10 00 01 11 11 10 0d d 13131 11 10 01 11 11 11 11 11 11 10 0e e 14141 11 11 10 01 10 00 01 11 11 11 1f f 15151 11 11 11 11 10 00 00 01 11 11 1g g 图 2 74ls248 数码管译码器工作表 图 6 译码驱动及显示单元 3 2 5 校时电路校时电路 校时校分是通过校时校分电路 用秒信号去代替分计数信号和时计数信号 使 分或时计数快速进行 因此校时校分电路实际上是一个数字信号的转换开关 当电 子钟接通电源或者计时发现误差时 均需要校正时间 校时电路分别实现对时 分的校准 由于每个机械开关具有抖动现象 因此用 RS 触发器作为去抖电路 采用 RS 基本触发器及单刀双掷开关 闸刀常闭于 2 点 每扳动一次产生一个计 数脉冲 实现校时功能 电路如下图所示 11 图 7 校时电路 3 2 6 闹钟功能 闹钟功能 事先设定一个时间 当计数到此时间的前5S 相应时分秒触发器置一 然 后让它们通过一个与门后再和1s标准信号相与 去控制低音喇叭鸣叫 直至产 生复位信号 使相应端清零 停止低音鸣叫 因此需要一个蜂鸣电路 蜂鸣电路由高 低两种频率通过或门去驱动一个三极 管 带动喇叭鸣叫 1024HZ 和 512HZ 从石英晶体振荡器获得 如从图中 CD4060 分频器的 Q6 和 Q5 端引出 Q5 端为 512HZ Q6 端为 1024HZ 低低 低低 1 2 3 1 A 74LS32 1K T 8050 SPEAKER 5V 图 8 闹钟部分 12 图 9 闹钟设定部分 表 3 74ls48 真值表 3 2 7 上下午显示电路上下午显示电路 同样利用 74ls48 比较器芯片设定值为 12 当输入 A 大于输入 B 时表示上午的发光二极管亮 当 A 小于 B 时表示下午的数码管亮 13 图 10 上下午显示电路 数字电子钟总体电路图数字电子钟总体电路图 14 图 11 整体电路图 15 5 元器件清单 元器件清单 序号器件名称数量器件作用 174ls248d6 译码器 274LS008 二输入与非门 374LS203 四输入与非门 474LS086 二输入与门 5CD45106 十进制计数器 674LS743 双 D 触发器 774LS045 非门 8CD40601 分频器 974LS321 二输入或门 1080501 三极管 11 10pF 电容 2 晶体振荡器 121 K电阻 3 132 2 K滑动变 阻器 1 14200 电阻 1 15 100uF 电容 3 1610 K电阻 2 表 4 元器件清单 16 6 收获与总结 收获与总结 通过这一周多的数字电路的课程设计 我收获很多 虽说比模电课程设计时感觉累 但是 收获要比它还多 记得模电课程设计的时候 我通过在网上查各种资料 认识了不 少器件 学到了不少课上没有学到的东西 让我们又一次的体会到理论联系实际的重要性 虽然这次没有让我们动手焊板子 但是 同样