多功能电子表设计说明书

1、目录1 多功能电子表的设计目的及意义2 多功能电子表设计内容（一）总体设计方案介绍(2) 单元电路设计(3) 一般电路图(4) 软件设计、编程思路、流程图、程序清单（附注释）(5) 仿真结果3 结果分析4 设计总结5 设计经验参考附录一、多功能电子表设计的目的和意义1.1多功能电子表的设计目的：目的：通过自己动手的设计和制作，让学生将电子技术的理论知识与生产实践相结合，提高学生的动手能力，加深对电子技术原理的理解，增加学习电子技术的兴趣，投资在未来电子技术的发展和应用中。奠定基础。1.2多功能电子表的设计意义：意义：二、多功能电子表的设计内容2.1 整体设计方案介绍一、功能介绍与总结多功能电子

2、表是一种以数字显示秒、分、小时的计时装置。与传统机械钟相比，它具有走时准确、显示直观、无需机械传动装置等优点，因此得到了广泛的应用：从人们日常生活中的电子表到车站等公共场所的大型数字电子钟，码头和机场。本课程旨在通过简单的逻辑芯片实现数字电子时钟。重点是用555芯片接一个多谐振荡器，输出为1秒时钟的第二个脉冲，用74LS160（十进制计数器），74LS00（与非门芯片）等接成60和24系统计数器，然后通过七段数码管显示，构成一个简单的数字电子钟。2. 设计过程多功能电子表一般由振荡器、分频器、解码器、显示器组成。这些是数字电路中应用最广泛的基本电路。多功能电子表的基本流程图如下图所示；时显示器

3、 分显示器时显示器 分显示器 时译码器 分译码器 时计数器 秒显示器 秒计数器 秒译码器 分计数器整点报时电路 分频器校时电路振荡器图1 结构框图三、各部分功能说明1. 振荡器振荡器是多功能电子表的核心。它的作用是产生一个频率标准，即时间标准信号，然后通过分频器将其分成秒脉冲，即“秒”时间脉冲。因此，其频率的准确性和稳定性基本决定了多功能电子表的质量。为了产生稳定的时间标准信号，一般使用石英晶体振荡器。考虑到多功能电子表的精度，晶体振荡频率越高，秒针的时间精度就越高。但是，这会增加振荡器的功耗并增加分频器的级数。因此，在确定频率时，应考虑这两个因素，然后选择石英晶体振荡器类型。2.分频器振荡器

4、产生的时间标准信号的频率非常高。为了使其成为用于计时的“第二”信号，需要一个具有几级的分频器电路。分频器的级数和每级的分频数根据时间标准频率确定。目前大部分适配电子表使用32768（215Hz）时标砖信号。用N位二进制计数器分频后，得到第二个脉冲，可设置N=15。也就是说，经过十五级分频后，可以得到周期为1s的第二个脉冲信号。3.计数器用第二个脉冲信号，60s为1min，60min为1h，24h为1d。分别选择秒、分钟和小时的计数器。可以从这些计数器的输出中获得 1min、1h 和 1d 时间进位信号。在“秒”计数器中，由于是六十进制，通常由两个十进制计数器的集成芯片组成，其中“秒”一位应为十

5、进制，“秒”十位应为十六进制。可以采用反馈回零的方法，将“秒”的十位数字变为十六进制，实现“秒”的十六进制。 “分钟”计数器的组成完全相同，不再重复。只是“小时”计数器虽然也使用了两个十进制计数器，但需要使用反馈复位的方式来实现24系统计时电路。4.解码显示电路由于计数器均采用8421BCD码十进制系列集成芯片，“秒”、“分”、“小时”的个十位有4个状态输出端子（QA、QB、QC、QD）。将计数器的这些输出端连接到专门设计的解码电路，以产生七段数字显示的信号。5. 上课时间电路当刚上电或时钟运行出现错误时，需要进行实际校准。时间校正电路的基本原理是将0.5s的脉冲信号（可以直接从分频器的第14

6、级分频输出得到）直接引入“小时”计数器，同时设置“分钟”计数器为“0”。在“小时”刚好跳到想要的数字后，切断“0.5”信号，让定时器正常工作。学校“点”巡回赛也是这样进行的。6. 整点计时电路多功能电子表显示小时，可以跟上时间。要求每当“分”、“秒”计数器以59min50s计数时，驱动音频电路，10s内自动发出5声蜂鸣声，每隔1s，每次蜂鸣声持续1s，前4声蜂鸣声为低电平，和最后的 1 大声，正好及时报告小时。2. 2-单元电路设计与计算1、晶振电路：振荡频率。作为可调电位器，微调可以调节振荡器的输出频率。电路的振荡周期，其中。如果选择了脉冲占空比，则。如果选择了电容器，则取标称电阻值。这是可

7、取的。555定时器构成多谐振荡器长生的1kHz振荡频率。需要级联，然后除以74LS90组成的三个十进制计数器。每个芯片都是一个十频电路。 1s脉冲信号，如图。图2 555振荡电路2、分频电路：74LS90是一个二、五和十进制异步加法器。三片74LS90可组成三级抽取器，对1KHz矩形波进行分频，得到1Hz参考秒定时信号。图3 分频电路3、分秒功能60制计数器电路：由异步时序电路控制，当十位计数到5时，下一个脉冲一到就开始计数。图4 十六进制计数器如果复位脉冲比较窄，可能会导致计数器发生故障。这时，可以在门电路的输出端加一个延时触发器来加宽复位脉冲。4、定时功能24位计数器：“定时”电路是一个2

8、4位系统计数器，由一个使用同步定时信号的二级计数器级控制，用个位的进位端控制十位的使能端。当一位数有进位时，芯片工作。输入十位脉冲信号有效，当十位为2 ，个位为3时，同时给两个芯片的预置端一个有效信号，使其清晰。用Multisim7编辑的仿真电路如图所示。图 5 24 进制计数器5. 上课时间电路当开机或数字时钟运行出现错误时，需要对多功能电子表进行时间校准。图中所示电路是用Multisim7编辑的仿真电路，可以实现“时”、“分”、“秒”的校准。该电路由六个与非门（图中的U1、U2、U3、U4、U5、U6）和三个开关（图中的J1、J2、J3）组成。 J2、J3为单刀单掷开关，分别由按钮B、C控

9、制。 J1为单刀双掷开关，由按键A控制。时间校准信号从分频器的不同输出端引入，如“小时”和“分钟”用秒脉冲校准； “秒”用周期为0.5s的信号校准。当开关J2和J3闭合，J1连接到U3门的输入端，U1、U2和U6门关闭，U5门打开，秒脉冲（1s）加到“秒”计数器单元通过U5门，数字时钟正常计数。当开关J2打开，J3闭合，J1接到U3门的输入端，第二个脉冲通过U1门送到“小时”计数器一位数，实现快速计数，进行“小时”校准.一旦“小时”对齐，立即关闭 J2 以断开秒信号与“小时”计数器的连接。当开关J3打开，J2闭合，J1接到U3门的输入端，进行“分”标定，工作过程同“小时”标定。当开关J2和J3

10、闭合，J1接到U6门的输入端时，U6门打开，0.5s脉冲通过U5门和U6门，使计数速度加倍“秒”计数器，实现“秒”校准。校准后，开关J1接到门的U3输入端，多功能电子表按校准后的时间工作。输入调整脉冲频率越高，调整速度越快。由U3门和U4门组成的RS触发器是为了防止开关抖动。如果“小时”和“分钟”校准开关抖动，也可以添加 RS 触发器。6. 整点计时电路整点计时电路如图所示。需要每小时发声，所以每小时需要时间解码，见表。从表中对应的计数器状态可以看出，在59分钟时，图中门U3的输出；在59秒时，U4门的输出，所以U6门的输出为1。将输出连接到D触发器U7的输入端D，并在CP端加一个1s脉冲，然

11、后当多路功能电子表再计数一秒到达整点，触发器的输出端Q=1，由音频驱动电路送出。频率为1000Hz，发声时间为1s的高音。2.3多功能电子表一般电路图1 示意图如下图所示：图6 系统示意图2、工作原理简单：1KHZ脉冲信号经三级十频电路分频，分频电路产生的1HZ脉冲信号输入到74LS90N连接的60系统秒计数器，再输出秒计数器每60秒到60系统分钟计数器和分钟计数器。满60后产生进位信号输入24制小时计数器，从而实现24小时制电子钟的功能。2.4 模拟过程一、基本流程：1 、根据电路原理图将仿真分成几个部分，依次连接电路调试；2 、接上晶振电路调试，观察是否为1KHz信号；3 、连接分频电路调

12、试，观察输出是否为1Hz信号；4 、连接60位和24位计数器电路，调试看是否符合要求；5 、将分频电路输出的信号连接到计数器电路，观察时钟是否正常运行。2、仿真电路：2.5 仿真结果电路成功实现了24小时数字电子钟的功能，可以准确计时。它每 60秒前进 1 分钟并清除秒计数器，每 60 分钟前进1 小时并清除分钟计数器，每24小时清除所有计数器并再次重置。启动计时器。仿真结果如图13所示图7 电子钟仿真图三、设计总结通过本课程设计的教学实践，进一步学习和掌握数字电路应用系统的相关知识，加深对数字电路工作原理的理解。初步掌握数字电路简单应用系统的设计与制作。本课程从基本方案的制定开始，到硬件电路

13、的选择，到电路制作的完成，最后到程序调试。这期间我遇到了很多困难，尤其是在做模拟的时候，经常得不到结果。仔细检查后，仿真电路没有错，但结果却没有。但是当我制作实物并调试它时，可以产生实际的结果。这表明它可能是仿真软件。在一次次品尝解决问题的喜悦后，我终于提前完成了所有需要的功能，并在业余时间添加了一些创新的部分。在课程设计中，我发现自己缺乏知识。通过一周的学习和实践，我学到了很多。通过对所提方案的理论论证和应用Multisim仿真软件进行分析仿真，可以证明该方案是可行的。解决此类问题的关键是先提出问题，然后建立模型，思考方法，比较比较，选择设备，最后进行模拟和测试。整个过程花了我很多时间，但是

14、当我做完之后，我才意识到做这个数字时钟是多么的简单，主要是调试花了很多时间，期间更换了很多设备，还有一些设备理论上可以在电脑上运行，但实际运行时看不到效果，所以调试了很长时间，有时找不到错误，更换设备重新接线使电路工作。在实际操作过程中，理论中学到的知识可以灵活运用，调试中会遇到各种问题。独立解决问题，包括如何找到问题。似乎所有的东西都要由新手操作，才能在脑海中留下深刻的印象。这个小课程设计让我可以熟练操作multisim软件，也了解了很多设备功能的应用，也加深了对数字电路的认识和理解。参考：1.景红，马学文。电子技术实验课。 : 东北大学。 200 12.王永军，景华主编。数字逻辑与数字系统：电子工业， 20023.高继祥，易帆主编。电子技术基础实验与课程设计：电子工业， 20024.大秦编辑。电子技术基础实验。 : 高等教育， 20005.景娇，景红，杨主编。逻辑与数字系统设计.: 清华大学, 20096. 清武电子技术基础实验数字电子技术与EDA机械工业，2006。7. 康华光电子技术基础数字部分（第五版）高等教育，2007。8.爱平。 Multisim 2001在电力电子仿真技术中的应用J实验室研究和探索。附：元件参数选择1.电阻20K 、 5.1