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文档简介

1、电 子 技 术 课 程 设 计 报 告 书题 目 数字电子钟设计 专业班级 学号 学生姓名 指导教师 2012年 11 月 15 日数字电子钟课程设计 一、设计任务与要求 (1)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)用中小规模集成电路组成电子钟,并在实验箱上进行组装、调试。(3)画出框图和逻辑电路图,写出设计、实验总结报告。(5)整点报时(选作)。在59分51秒、53秒、55秒、57秒输出500Hz音频信号,在59分59秒时输出1000Hz信号,音频持续1s,在1000Hz荧屏结束时刻为整点。二、方案设计与论证方案一:采用实时时钟芯片。实时时

2、钟芯片具备年、月、日、时、分、秒计时功能和多点定时功能,计时数据的更新每秒自动进行一次,但需要通过程序读取。计算机可通过中断或查询方式读取计时数据进行显示 。此外,实时时钟芯片多数带有锂电池做后备电源,具备永不停止的计时功能;具有可编程方波输出功能,可用做实时测控系统的采样信号等;有的实时时钟芯片内部还带有非易失性RAM,可用来存放需长期保存但有时也需变更的数据。由于功能完善,精度高,软件程序设计相对简单,且计时不占用CPU时间,因此,在工业实时测控系统中多采用这一类专用芯片来实现实时时钟功能。方案二:采用计数器芯片,在要求不是很精确的条件下可以利用计数器芯片搭建一个简单的时钟电路。电路一般包

3、括以下几个部分:振荡器、分频器、译码显示电路、时分秒计数器、校时电路、报时电路。对于各个部分而言 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 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,他应由模为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,校时电路是必不可少的。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。 本课程设计主要目的是加深对模数电课本知识的理解,基于对以上两种方案的分析,且在精度要求不高的情况下,故选择方案二。 三、单元电路设计与参数计算1.振荡

4、器 石英晶体振荡器的特点是振荡频率准确、电路结构简单、频率易调整。它还具有压电效应,在晶体某一方向加一电场,则在与此垂直的方向产生机械振动,有了机械振动,就会在相应的垂直面上产生电场,从而机械振动和电场互为因果,这种循环过程一直持续到晶体的机械强度限止时,才达到最后稳定。这用压电谐振的频率即为晶体振荡器的固有频率。一般来说,般来说,振荡器的频率越高,计时精度越高,但耗电量将增大。如果精度要求不高也可以采用由集成电路定时器555与RC组成的多谐振荡器。如图所示。设振荡频率f=1KHz,R为可调电阻,微调R1可以调出1KHz输出。2.分频器 由于振荡器产生的频率很高,要得到秒脉冲需要分频,本实验采

5、用一片74LS90和两片74LS160实现,得到需要的秒脉冲信号。3.计数器 秒脉冲信号经过计数器,分别得到“秒”个位、十位、“分”个位、十位以及“时”个位、十位的计时。“秒”“分”计数器为六十进制,小时为二十四进制。(1)六十进制计数由分频器来的秒脉冲信号,首先送到“秒”计数器进行累加计数,秒计数器应完成一分钟之内秒数目的累加,并达到60秒时产生一个进位信号。本作品选用一片74LS161和一片74LS160采取同步置数的方式组成六十进制的计数器。(2)二十四进制计数“24翻1”小时计数器按照“00010222230001”规律计数。与生活中计数规律相同。二十四进制计数同样选用74LS161和

6、74LS160计数芯片。但清零方式采用的是异步清零方式。4译码器译码是指把给定的代码进行翻译的过程。计数器采用的码制不同,译码电路也不同。74LS48驱动器是与8421BCD编码计数器配合用的七段译码驱动器。74LS48配有灯测试LT、动态灭灯输入RBI,灭灯输入/动态灭灯输出BI/RBO,当LT=0时,74LS48出去全1。5显示器本系统用七段发光二极管来显示译码器输出的数字,显示器有两种:共阳极显示器或共阴极显示器。74LS48译码器对应的显示器是共阴极显示器。6校时电路当数字钟走时出现误差时,需要校正时间。校时电路实现对“时”“分”“秒”的校准。在电路中设有正常计时和校对位置。本实验实现

7、“时”“分”的校对。对校时的要求是,在小时校正时不影响分和秒的正常计数;在分校正时不影响秒和小时的正常计数。需要注意的时,校时电路是由与非门构成的组合逻辑电路,开关S1或S2为“0”或“1”时,可能会产生抖动,为防止这一情况的发生我们接入一个由RS触发器组成的防抖动电路来控制。 校时开关功能表S1S2功能11计数01校分10校时7.电源本作品芯片均采用TTL电平,故选用7805稳压芯片进行供电,其输入电压: 740 V ;输出电压:4.85V5.00V5.15V (最小值-典型值-最大值) ;压差:22.5V(典型值最大值);静态电流:3.98mA(典型值最大值)8.功能扩展电路整点报时电路整

8、点报时电路的功能要求是,每当数字钟计时快要到整点时发出声响,通常按照4低音1高音的顺序发出间断声响,以最后一声高音结束的时刻为整点时刻。 设4声低音(约500Hz)分别发生在59分51秒、53秒、55秒及57秒,最后一声高音(约1KHz)发生在59分59秒,它们的持续时间均为1秒。CP(秒)Q3S1Q2S1Q1S1Q0S1功能500000510001鸣低音520010停530011鸣低音540100停550101鸣低音560110停570111鸣低音581000低591001鸣高音000000停四、总原理图及元器件清单1总原理图 1元件清单元件序号型号主要参数数量备注 74LS1603十进制计

9、数器 74LS1613四二进制计数器 74LS486译码器74LS005四二输入与非门74LS041六反相器74LS201四输入与非门74LS901二五十进制计数器NE5551七段共阴数码管67805芯片1红色发光LED4自锁开关4按键开关4电阻、电容、导线若干五、安装与调试由图所示的数字中系统组成框图按照信号的流向分级安装,逐级级联。这里的每一级是指组成数字中的各个功能电路。级联时如果出现时序配合不同步,或剑锋脉冲干扰,引起的逻辑混乱,可以增加多级逻辑门来延时。如果显示字符变化很快,模糊不清,可能是由于电源电流的跳变引起的,可在集成电路器件的电源端Vcc加退藕滤波电容。通常用几十微法的大电容

10、与0.01F的小电容相并联。六、性能测试与分析 经指导老师的测试,本小组的作品达到了课题要求,成功完成了24小时制显示、校时功能和整点报时功能。但因在校时时需进行开关选择,偶尔会因为一些不定因素导致数码管显示不正常。此时按下复位键重新校时就可以了。七、结论与心得两周课程设计结束了。看着自己设计、连线、调试成功的数字电子钟,很有成就感。真的很有收获,体会到了什么是学以致用,理论与实践的差别到底有多大。以前上课都是上一些最基本的东西而现在却可以将以前学的东西做出有实际价值的东西。在这个过程中,我的确学得到很多在书本上学不到的东西,如:怎么设计一个六十、十二进制计数器,如何实现校时的防抖动等等。但也

11、遇到了不少的挫折。在学习中的小问题在课堂上不可能犯,在动手的过程中却很有可能犯。特别是在接电路时,一不小心就会犯错,而且很不容易检查出来。在调试主板电路时,十位不进位,检查电路,以为没有什么问题,后来一步一步的检查,发现总的地线没接,接上总的地线,一切正常。第二,我们的校时电路连接正确,可是每次校时,开关S1或S2为“0”或“1”时,会产生抖动,无法正常校时。针对这两个问题,我们进行了分析,进而转化为实际的操作。我们在+5V电压和地线之间分别加了两个电容,通过滤波,选择我们需要的1Hz脉冲信号。对于无法正常校时的问题,在设计中接入一个由RS触发器组成的防抖动电路来控制校时。把时间调59分,等59分51秒、53秒、55秒及57秒都发出4声低音,最后一声高音发生在59分59秒。,持续时间都是一秒钟。数字电子钟已经成功完成了。经过本次的课程设计我的动手能力又有了进一步的提高,我感到十分的高兴。同时学到了课本上没有的东西,也锻炼了自己独立解决问题的能力。这在以后的学习和生活中会有很大的用处。但是我还有不足,按照电路连接实物时,器件的摆放不够科学,最终导致了,只有自己能看懂电路的走向。不过我会在以后的学习中逐步提高,做一个动手能力强的大学生。十分感谢机电学院给我们提供这么好的机会,让我们把学到的知识应用到实践中,同时谢谢王洪艳老师的耐心指导。八、参考文献【1】杨

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