数字电路课程设计--数字时钟

数字时钟 技术报告 概要 数字钟是一个将 时 分 秒 显示于人的视觉器官的计时装置 它的计时周期为 24 小时 显示满刻度为 23 时 59 分 59 秒 一个基本 的数字钟电路主要由秒信号发生器 时 分 秒 计数器 译码器及显 示器组成 由于采用纯数字硬件设计制作 与传统的机械表相比 它 具有走时准 显示直观 无机械传动装置等特点 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 在对整个模块进行分析和画出总体电路图后 对各模块进行仿真 并记录仿真所观察到的结果 实验证明该设计电路基本上能够符合设计要求 1 系统结构 1 功能 此数字钟能显示 时 分 秒 的功能 它的计时周 期是 24 小时 最大能显示 23 时 59 分 59 秒 并能对时间 进行调整和校对 相对于机械式的手表其更为准确 2 系统框图 译码器译码器译码器 时计数器分计数器秒计数器 校时电路 振荡器 分频器 系统方框 图 1 3 系统组成 1 秒发生器 由 555 芯片和 RC 组成的多谐振荡器 其 555 上 3 的输出频率由接入的电阻与电容决定 2 校时模块 由 74LS03 中的 4 个与非门和相应的开关和电 阻构成 3 计数器 由 74LS90 中的与非门 JK 触发器 或门构成相 应芯片串接得到二十四 六十进制的计数器 再由 74LS90 与 74LS08 相连接而得到秒 分 时的进分别进位 4 译码器 选用 BCD 锁存译码器 4511 接受 74LS90 来的 信号 转换为 7 段的二进制数 5 显示模块 由 7 段数码管来起到显示作用 通过接受 CD4511 的信号 本次选用的是共阴型的 CD4511 2 各部分电路原理 1 秒发生器 555 电路内部 图 2 1 由运放和 RS 触发器共 同组成 其工作原理由 8 处接 VCC C1 处当 Uco 2 3Vcc u11 时运放输出为 1 同理 C2 也一样 最终如 图 3 接口就输出矩形波 而形成的秒脉冲 图 2 1 内部结构图 图 2 2 555 功能表 2 校时模块 校时模块主要由 74LS03 中的 4 个与非门构成 图 2 3 由其功能图看得出只要有一个输入端由 H 到 L 或者从 L 到 H 都会使输出端发生高低变化 因此通过开关 的拨动产生高低信号从而对时 分处的计数器起到调数作 用 图 2 3 校时模块图 图 3 3 74LS03 功能图 3 计数器 通过 74LS90 来计数 由 14 接脚 INPUT 为秒脉 冲信号输入端 从而使输出端到 CD4511 上产生 10 进制数 这里相互之间的 74LS90 的连接能相应的产生 60 进制和 24 进制数 由个位到十位是当各位控制的 74LS90 输出到 8 9 是 Qd 变为 H 又从 9 到 0 是 Qd 变为低 从而使十位 74LS90 的 14 接口输入由 H 到 L 进一位 图 2 5 和图 2 7 关于 24 进制和 60 进制的控制是由 74LS08 控制的 如图 2 5 所示 74LS08 控制的是 60 进制数 当 Qb Qc 输出高电平 时 即此时数码管显示的 60 74LS08 的与门输出 H 到 74LS90 的 R0 1 R0 2 从而达到清零的作用 与此同时 又到下一时钟处的 74LS90 的 14 接口处而达到进位作用 同理 24 进制就是把十位上的 Qb 和个位上的 Qc 与 74LS08 上的与非门相连而达到清零作用 图 2 5 图 2 6 Reset Inputs 复位输复位输 入入 输出输出 R0 1 R0 2 R9 1 R9 2 Q D Q C Q B QA H H L X L L L L H H X L L L L L X X H H H L LH X L X L L X L X L X X L X L L X COUNT COUNT COUNT COUNT 输出输出 Count QD QC QB QA 0 L L L L 1 L L L H 2 L L H L 3 L L H H 4 L H L L 5 L H L H 6 L H H L 7 L H H H 8 H L L L 9 H L L H 图 2 7 4 显示模块 显示模块由 CD4511 和数码管组成 其功能表 如图 2 8 和图 2 9 所示 图 2 8 图 2 9 3 装配与调试 整个装配过程分为四各阶段过程 1 秒脉冲信号模块 在焊接结束后接上正负极 看 555 上 3 接口处的发光二极管的是否能亮 来判断是否成功 2 秒显示模块 焊好秒显示模块时 接上 555 秒脉冲模 块发现不能正常工作 数码管都显示 00 后来又看电路图 原来 74LS90 上的 2 3 接口并没有接上 原电路图是接上 74LS08 后才能正常工作 后来由使 74LS90 上的 2 3 接地 就能正常工作了 3 时 分显示模块 其实这一模块和秒显示模块接线都 一样的 所以焊上后用同样用 555 秒脉冲模块一样调试都 能正常工作 4 校时模块 这也是最后调试模块 总调试 这个过 程前面调试都没有问题 接下来会有问题的话 就是时 分 秒模块的连接问题或者是校时电路的问题 也可能是 74LS08 的连接问题 当然还可能是芯片问题 这次调试要 达到的效果就是总的效果 走秒 走分 走时以及可以调 数 还好最后没出问题 总的效果没问题 4 技术总结 本电路采用纯数字电路制作 刚开始也是不知道怎么 下手 总的制作过程分为三个过程 1 制作前期 从图书馆借阅图书查找相应的课题 并 从网上查找相应的课设和论文 最终决定选定制作数字时 钟 2 制作中期 从相应的图书和论文中选定电路图 本 组三人分模块去弄 各自把各自的模块搞懂 并一定时间 相应讨论进度 了解整个模块的运行原理 用 Protues 仿真 软件进行相应的仿真 图 1 1 并能成功运行运行 在仿 真中对原电路图进行了一定的修改 原来的分频板块取消 了 分频模块目的是降低 555 脉冲的输出频率 由于可以 通过改变 555 模块的电阻和电容 从而得到 1 秒脉冲 就 直接就接上 555 秒脉冲电路 本来打算用晶振来做秒脉冲 的但是觉得 555 报警电路以前做过觉得简单就用 555 秒脉 冲电路 并且显示模块在实际焊接的时候数码管没有 4 段 的 就利用电子实习时做八路抢答器时显示模块是利用 CD4511 接上的 最后就采用 CD4511 图 4 2 3 制作后期 从仿真的电路图中确定元器件 去采购 相应的元器件 并通过 Protues 软件对电路进行了相应的排 版 图 4 3 最后开始焊接电路 一点一点的进行调试 图 4 1 图 4 2 图 4 3 5 心得体会 参加培训快一个月 最后也终于把东西做出来了 十分高兴 这次做的说实话到最后还十分没底 在上次参加了双基电子设计大 赛 用 Proteus 做了个 智能冰箱 当时在 Proteus 上可以正常运作 效果那是非常的好 但是最后做出来的效果 可以说完全没效果 还花了这么多时间 十分受挫 不过现在想想当时做的是用单片机 控制的 关于单片机还完全不了解 因此单片机很多细节性的东东 不知道 做出来没效果也是肯定的 当然上次比赛也是第一次参加 也是第一次自己设计东西 并要让它能正常工作 很多细节的都不 懂 花了很多时间而达到的效果也并不大 因此总结上次的经验 这次果断十分小心 一点一点的弄好 先确定项目 在寻找相应的 论文 在对着电路图和数电资料书一点一点的把原理弄懂 这样发 现这样不管是在调