数电大作业(智能数字钟).doc

智能数字钟设计一、问题重述数字电子钟是一种用数字显示秒分时的记时装置，与传统的机械钟相比，他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，大到车站码头机场等公共场所的大型数显电子钟。本课程设计要用通过简单的逻辑芯片实现数字电子钟。要点在于用555芯片连接输出为一秒的多谐振荡器用于时钟的秒脉冲,用74LS160(10进制计数器)74LS00(与非门芯片)等连接成60和24进制的计数器,再通过七段数码管显示，构成了简单数字电子钟。要求：（1）完成设计一个有“时”，“分”，“秒”（23小时59分59秒）显示且有校时功能的电子钟；（2）完成对“时”、“分”的自动校时。二、设计目的1.了解智能数字钟的工作原理；2.设计出一个能实现清零、进位、显示时分秒等功能的智能数字钟；3.正确使用multisim软件对电路进行仿真及观察；4.通过此次设计实验加深对38译码器、计数器等集成逻辑芯片的理解和运用。三、设计要求1用555定时器设计一个秒钟脉冲发生器，输入1HZ的时钟；（对已有1kHz频率时钟脉冲进行分频）；2能显示时、分、秒，24小时制；3设计晶体震荡电路来输入时钟脉冲；4用同步十进制集成计数器74LS160设计一个分秒钟计数器,即六十进制计数器；5用同步十进制集成计数器74LS160设计一个24小时计数器；6译码显示电路显示时间；7用与非门芯片及一些基本芯片设计一个可以自动校时的电路。四、设计过程4.1总体思路4.1.1思路说明由秒及分的60进制，分别到59时进行对分和时进行进位，而时为24进制，当到达23时，之后进行清零，从而实现数字时钟的相应功能。分秒功能的实现：用两片74LS160组成60秒、分、时分别为60、60和24进制计数器。秒、分均为六十进制，即显示进制递增计数器。时为二十四进制计数器，显示为0023，个位仍为十进制，而十位为三进制，但当十进位计到2，而个位计到4时清零，就为二十四进制了。时功能的实现：用两片74LS160组成24进制递增计数器。4.1.2结构框图及说明在产生信号时可采用两种方法，方法（1）采用555定时器及分频器，而方法（2）直接利用函数信号发生器。4.2电路工作原理4.2.1晶体振荡器振荡器是数字钟的核心。振荡器的稳定度及频率的准确度决定了数字钟计时的准确程度，通常选用石英晶体构成的振荡器电路。一般来说，振荡器的频率越高，计时精度越高。如图5所示调节电阻R2可以改变输出信号频率，用以得到所需的信号频率。利用555定时器进行产生信号，形成晶振电路，如下图二555定时器4.2.2分频器用三片74LS160可以构成三级十分频器，将1KHz矩形波分频得到1Hz基准秒计时信号。它的功能是产生标准秒脉冲信号。原理如下图三分频电路4.2.3校时电路当数字钟接通电源或计时出现误差时，需要校正时间，校时是数字钟必备的基本功能。对校时电路的要求是：在小时教正时，不影响分和秒的正常计数；在分矫正时，不影响秒和小时的正常计数。其中S1为校分用的控制开关，S2校时用的控制开关，它们的功能表如表1所示表1开关校时功能S1S2开关闭合11功能校时校分图四中C1、C2可以缓解两个开关的抖动，必要时还可以采用去抖动电路。图四校时电路4.2.4二十四进制计数器采用同步时序信号控制，用个位的进位端控制十位的使能端，当个位有进位时，芯片工作，输入十位的脉冲信号有效，当十位为2，个位为3的时候，同时给两个芯片的预置端一个有效信号，使之清零，如下图五二十四进制电路4.2.5六十进制计数器采用异步时序电路控制，在十位计数到5时，下一个脉冲一到来就置数。74LS160构成的60进制计数器和24进制计数器如图六和图五所示。秒、分、时分别为60、60和24进制计数器。秒、分均为六十进制，即显示0059，它们的个位为十进制，十位为六进制，如下图六六十进制电路4.2.6整体原理图方法（1）振荡电路产生的1KHZ脉冲信号经三级十分频电路分频后产生的1HZ脉冲信号输入74LS160N连成的60进制秒计数器，再由秒计数器每60秒进位输出给60进制分钟计数器，分钟计数器满60后产生进位信号输入给24进制小时计数器，从而实现24小时制电子钟的功能，如图七图七555定时器产生信号方法（2）直接利用函数信号发生器产生信号振，如图八图八函数信号发生器产生信号4.3元件参数选择1、电阻20K，5.1K2、电容0.1uF，0.01uF3、滑动变阻器20K，KEY=A，50%4、与门74LS00N，74LS05N5、数码管五、软件仿真5.1仿真电路图“秒”的电路动态运行情况由以上各波形图可以看出，所设计电路可完成相应功能5.2仿真过程电路的连接与仿真是我们这次课程设计的主要任务之一，也是整个过程的最难的阶段。仿真这部分工作在multisim仿真软件上进行。对于电路的仿真分为几个部分，分别对电路各个部分的功能都进行仿真调试之后，每连接一部分都要调试一次，才能确保最后的成功。5.3仿真结果电路成功实现了24小时制数字电子钟的功能，可精确计时，每60秒进1分并清零秒计数器，每60分进1小时并清零分钟计数器，每24小时清零所有计数器并重新开始计时。六、遇到的问题利用555定时器产生信号时结果不大正确，故应仔细仿真检验。（1）在连接晶振的过程中,晶振无法起振.在排除线与芯片的接触不良问题后重新对照电路图,发现是由于12脚未接地所至。在连接六进制的过程中,发现电路只能4,5的跳动,后经发现是由于接到与非门的引脚接错一根所至,经纠正后能正常显示。（2）在连接校正电路的过程中,出现时和分都能正常校正时,但秒却受到影响,特别时一较分钟的时候秒乱跳,而不校时的时候,秒从05跳到59,然后又跳回05,分和秒之间无进位,电路在时,分,秒进位过程中能正常显示,故可排除芯片和连线的接触不良的问题.经检查,校正电路的连线没有错误,后用万用表的直流电压档带电检测秒十位的QA,QB,QC和QD脚,发现QA脚时有电压时而无电压,再检测秒到分和分到时的进位端,发现是由于秒到分的进位未拔掉所至.七、总结改进及体会7.1改进（可增加整点报时功及整点闹时功能）（1）闹时部分设置闹时时间为7时59分。闹时持续一分钟至八点整。M代表上午的输入信号，设置为高电平，时个位为7，所以当QCQBQA=111时，第一级四输入与非门打开，当分十位为5即QCQA=11，分个位为9即QDQA=11时，第二级四输入与非门打开。通过与非电路和1KHZ的振荡信号，驱动音响电路工作，三极管起放大驱动电压的作用。实现定点闹时功能，原理如图图九闹钟电路（2）报时部分设置报时时间为整点报时，当秒计数器计数到51秒时，集成电路驱动音响电路，使之开始工作，每两秒（51、53、55、57、59秒）报时一次，前四声鸣低音，最后一声鸣高音，原理如图图十整点报时电路7.2设计体会在此次的数字钟设计过