数电课设具有时间校正功能的电子钟.doc

沈阳航空航天大学目 录一.概述1二.方案论证31脉冲产生电路32 . 校准电路4三.电路设计41时钟信号产生电路42. 时、分、秒计数电路以及清零信号产生电路53. 校准电路64.显示电路65.报时电路76.总电路图77.元件清单8四.性能的测试81.电子钟仿真结果82.电路整体性能测试9五.结论10六.性价比10七.课设体会及合理化建议101.合理化建议102.课设体会10参考文献11附录I 总电路图12附录II 元器件清单13一.概述数字钟实际上是一个对标准频率（1HZ）进行计数的计数电路。由于计数的起始时间不可能与标准时间一致，故需要在电路上加一个校时电路。同时必需以标准的1HZ时间信号作为时钟驱动。系统图如下图 图1系统原理图时钟信号产生电路：时钟信号产生电路是由用555组成的脉冲产生电路和分频器电路组成的。脉冲产生电路给分频器电路提供一个频率稳定准确方波信号，可保证分频器电路得到的信号准确及稳定。时、分、秒计数电路以及清零信号产生电路：时间计数电路由秒个位和秒十位计数器、分个位和分十位计数器及时个位和时十位计数器电路构成，其中秒个位和秒十位计数器、分个位和分十位计数器为60进制计数器，而根据设计要求，时个位和时十位计数器为24进制计数器，到24时清零。校准电路：首先截断正常的计数通路，然后再进行人工出触发计数或将频率较高的方波信号加到需要校正的计数单元的输入端，校正好后，再转入正常计时状态即可。根据要求，数字钟应具有分校正和时校正功能，因此，应截断分个位和时个位的直接计数通路，并采用正常计时信号与校正信号可以随时切换的电路接入其中。显示电路：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。若将“秒”、“分”、“时”计数器的每位输出分别接到相应显现器的输入端，便可进行不同数字的显示。整点报时系统：其功能是在每一个整点前十秒用指示灯闪烁十次，同时蜂鸣器响十次提示整点的到来。二.方案论证 1脉冲产生电路方案一:振荡器是数字钟的核心。振荡器的稳定度及频率的精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振荡器电路。石英晶体振荡器的作用是产生时间标准信号。因此，一般采用石英晶体振荡器经过分频得到这一时间脉冲信号。图 2 石英晶体振荡器图方案二：由集成电路定时器555与RC组成的多谐振荡器作为时间标准信号源。图3555与RC组成的多谐振荡器图石英晶体振荡电路:采用的32768晶体振荡电路,其频率为32768Hz,然后再经过15分频电路可得到标准的1Hz的脉冲输出.R的阻值,对于TTL门电路通常在0.72K之间;对于CMOS门则常在10100M之间。用555组成的脉冲产生电路：能产生频率为hz的信号，而且价格比较便宜。综上分析，选择方案二，石英晶体振荡电路能够作为最稳定的信号源。2 . 校准电路方案一：。通常，校正时间的方法是：首先截断正常的计数通路，然后再进行人工出触发计数或将频率较高的方波信号加到需要校正的计数单元的输入端，校正好后，再转入正常计时状态即可。根据要求，数字钟应具有分校正和时校正功能，因此，应截断分个位和时个位的直接计数通路，并采用正常计时信号与校正信号可以随时切换的电路接入其中。方案二：校准电路由基本RS触发器和“与”门组成，基本RS触发器的功能是产生单脉冲，主要作用是起防抖动作用。未拨动开关K时，“与非”门G2的一个输入端接地，基本RS触发器处于“1”状态，这是数字钟正常工作，“分”进位脉冲能进入“分”计数器。拨动开关K时，“与非”门G1的一个输入端接地，于是基本RS触发器转为“0”状态。秒状态可以直接进入“分”计数器，而“分”进位脉冲被阻止进入，因而能较快地校准分计数器的计数值。校准后，将校正开关恢复原位，数字钟继续进行正常计时工作。 通过比较可知，两方案均有防抖动的措施，稳定性较好，方案一和方案二相比，方案二防抖动措施更好，更完备，但电路也更为复杂，成本也更高，通过比较选择方案一，既能实现防抖动功能，做出事物也更经济一些。三.电路设计1时钟信号产生电路时钟信号电路主要用555与RC组成的信号产生电路和74ls160分频电路，能够产生稳定的频率的信号，以保证计时准确。产生信号电路图如图4。图 4 555与RC组成的多谐振荡器图 分频电路能使信号的频率为1 HZ，以保证得到准确的计时。分频电路如下图。图5 分频电路图2. 时、分、秒计数电路以及清零信号产生电路为了接成六十进制计数器，首先将两片74LS160接成百进制计数器，然后将电路的59状态译码产生LD=0的信号，同时加到两片74LS160上，在下一个计数脉冲（第60个输入脉冲）到达时，将0000同时置入两片74LS160中，从而得到六十进制计数器。进位信号可由与非门输出端直接引出。就可接成“分秒”电路为了接成24进制计数器,首先将两片74LS160接成百进制计数器。然后将电路的23状态译码产生LD=0信号，同时加到两片74LS160上，在下一个计数脉冲（第24个输入脉冲）到达时，将0000同时置入两片74LS160中，从而得到二十四进制计数器，进位信号可以直接由与非门的输出端引出。其综合计数电路如图。 图 6 综合计数电路图3. 校准电路电子钟启动后,每当显示与实际时间不符进,需要根据标准时间进行校时。校“秒”时，采用等待校时。校“分”、“时”的原理比较简单，采用加速校时。对校时电路的要求是 :1在小时校正时不影响分和秒的正常计数 。2在分校正时不影响秒和小时的正常计数 。如图7所示，当接入信号时是或者分计数器就得到脉冲，就能校正时间。而且这样节省芯片，又能方便的校准时间。 图 7 校准电路图4.显示电路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。显示电路用了四个角dcd-hex，能显示出完整的数据。若将“秒”、“分”、“时”计数器的每位输出分别接到相应四段译码器的输入端，便可进行不同数字的显示。其电路如图8.图 8 显示电路图5.报时电路 根据要求，电路应在整点前10秒钟内开始整点报时，即当时间在59分50秒到59分59秒期间时，报时电路报时控制信号。报时电路选蜂鸣器为电声器件。其电路图如下。 图 9 报时电路图6.总电路图(1)秒计数器到六十进一位，进位接在分的时钟端，分就计数一次；分也如此；时计数器从0到23循环技数。(2)当重新接通电源或走时出现误差时都需要对时间进行校正，要先截断正常的计数通路，然后再进行人工触发计数或频率较高的方波信号加到需要校正的计数单元的输入端，校正好后，再转入正常的计数状态即可。(3)校时校分状态时，闪烁电路工作，相应的显示数码管根据秒脉冲闪烁。(4)这个电子钟能完成准确计时，可以调整时间，在24时时完整的清零。总电路图如下。(5)这个电子钟能在每个小时的59:50到下一小时开始前闪烁十次，同时蜂鸣器还会相应的响十次以示提醒，能给人一个完整的时间提醒系统，帮助人们准确的掌握时间。7.元件清单 该电路用到了许多门的元件,其主要清单如附录2所示。四.性能的测试1.电子钟仿真结果(1)信号产生和分频系统测试其性能测试结果如下表表1 信号产生和分频系统测试表R值(k)C值(nF)频率（Hz）周期(s)0.5 0.850011(2)显示仿真结果。 图 11 显示仿真图（3）时分秒仿真结果图12 时分秒仿真图（4）清零仿真清零仿真结果如图 图13 清零仿真图（5）校准结果校准前显示如图 图 14 校准前仿真图校准后结果如图(6)整点报时显示整点到来的前十秒,蜂鸣器正常响十次,指示灯也同步地闪烁十次,提示整点的到来.2.电路整体性能测试经测试之后，电路可以实现设计要求，可以实现数字钟的基本功能，比如计数，如图11，同时多功能模块校时功能和报时功能都可以使用。基于仿真结果可以认定，此次多功能电子钟的设计是成功的。五.结论 通过以上的调试和综合分析，该电子钟能够正常的工作，达到预期的目的，此次多功能电子钟的设计是成功的。六.性价比 电子钟能够准确计时，调整时间，而且综合以上的方案论证，性价比比较高，能满足简单的日常生活的需要，有很强的使用性。七.课设体会及合理化建议1.合理化建议由于是第一次做数字电路的课程设计，没有经验，难免会有一些错误的地方，在信号发生电路中，如果是要求时间准确精度很高，则应该用石英晶体振荡器来产生信号，这样就能得到精度高的，可以用于国防科研等领域。而该设计是基于日常生活的需要。 本次电子钟的设计,我在完成要求的情况下,添加了整点报时系统,在每个整点以前十秒,指示灯能闪烁十次,同时蜂鸣器也响十次,给人提示进行整点报时。2.课设体会在此次的电子钟设计过程中，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。这学期数电考试有涉及到相关的知识，所以在计数模块上面有以前的经验，设计技术模块很快就得出了正确的结果，虽然跟实验室用的芯片不一样，但原理一样，同时我还理解到，同样功能可以由不同的芯片实现，需遵行简单，经济的原则，从而最大程度符合目标设计。每次课程设计是一次难得的锻炼机会，让我们能够充分利用所学过的理论知识还有自己的想象的能力，另外还让我们学习查找资料的方法，以及自己处理分析电路，设计电路的能力。我相信是对我的一个很好的提高，补足平日理论学习后实践方面的空白。通过这次课程设计，我还更加深了理论知识的学习。这次的设计电路我用到了计数器、译码器等，通过自己分析和设计更好地运用了它们，而且还学会了它们更多的功能。学习到很多东西，比如MULTISIM等学习软件，给设计提供了很大的便利。课程设计机会不多，这学期很好，有足够的时间。这学期本来课不多，课程设计又给得比较早，自己认真做了，觉得还是小有收获。这次课设还让我明白，困难是成功的台阶，只有一级级走上去才能有所收获。工科院校的学生应当这样多参与实践，运用所学，为将来工作打下基础。参考文献1. 童诗白，华成英主编模拟电子技术基础M北京：高等教育出版社，2006年2. 阎石主编数字电子技术基础M北京：高等教育出版社，2008年3. 戴伏生主编基础电子电路设计与实践M北京：国防工业出版社，2002年4. 谭博学主编集成电路原理与应用M北京：电子工业出版社，2003年5. 陈光明等主编电子技术课程设计与综合实训M北京：北京航空航天大学出版社，2007年6. 谢自美主编电子线路设计实验测试M武汉：华中科技大学出版社，2006年7. 华满清主编电子技术实验与课程设计M北京：机械工业出版社，2005年康华光.电子技术基础.数字部分 北京:高等教育出版社,2000年 崔瑞雪 张增良 李国洪 电子技术动手实践 北京航空航天大学出版社，2009年 10.宋春荣.通用集成电路速查手册.山东科学技术出版社,1995年11.吕思忠.数子电路实验与课程设计.哈尔滨工业大学出版社,2001年附录I 总电路图附录II 元器件清单序 号 编 号 名 称 型 号 数 量1U8-U13 U19计数器