多功能電子時鐘顯示電路

1、多功能電子時鐘的設(shè)計一、設(shè)計任務(wù)及技術(shù)指標1. 時鐘以24小時為一代數(shù)周期。2. 具有“時”、“分”校時功能。3. 設(shè)計一臺具有顯示“時” “分” “秒"十進制數(shù)的數(shù)字鐘。4. 整點報時功能。要求報時聲音四低一高，最后一響為整點。二、設(shè)計步驟和方法1. 原理了解，清楚設(shè)計內(nèi)容。2. 方案設(shè)計：畫出原理草圖。3. 教師檢查通過原理設(shè)計。4. 原理及連線圖繪制，仿真結(jié)果正確。5. 安裝實際電路。6. 調(diào)試，功能實現(xiàn)。7. 教師檢查及答辯。8. 完成設(shè)計報告。三、基木原理說明數(shù)字電子鐘要想最終設(shè)計成功必須要有精確而穩(wěn)定的秒信號產(chǎn) 生，通常先用石英晶體振蕩器產(chǎn)生32768Hz的脈沖，經(jīng)過整形

2、、 分頻產(chǎn)生1Hz的秒脈沖。分頻用CD4060分出2Hz的脈沖，再用 74LS74分出1Hz的脈沖。然后1Hz脈沖送到秒計數(shù)器的個位，秒 計數(shù)器是由兩塊CD4518組成的六十進制計數(shù)器。校時電路的秒十位接分計數(shù)器的個位,分計數(shù)器也是由兩塊CD4518 組成的六十進制計數(shù)器。校時電路的分計數(shù)器的十位接入時計數(shù)器 的個位，時計數(shù)器也是由兩塊CD4518組成的二十四進制計數(shù)器。 校時電路的SI、S2控制“校時”和“校分雹各個計數(shù)器分別接譯碼 器，各個譯碼器分別接顯示器。電子時鐘電路實際上是對lkz的標準頻率進行計數(shù)的計數(shù)電 路。多功能電子時鐘是采用數(shù)字電路實現(xiàn)“時”、“分”、“秒”數(shù)字 顯示的計數(shù)裝

3、置，具體實現(xiàn)為：用石英晶體振蕩器產(chǎn)生1秒的標準 “秒”信號：設(shè)計60進制計數(shù)器，即60秒累計1分;60分累計1小 時，并以24小時為一計時周期；各自引到顯示器能顯示“時”、“分”、 “秒”；具有整點報時功能，要求報時聲音四低一高，最后一響為整 點；由于計數(shù)的起始時間不可能與標準時間一致，故需要在電路上 加一個校時電路，同時標準的1HZ時間信號必須做到準確穩(wěn)定。數(shù) 字鐘課程設(shè)計方框圖如下：1振蕩器及分頻器CC4060和74HC74組成的脈沖產(chǎn)生電路及分頻電路數(shù)字電子鐘要想最終設(shè)計成功必須要有精確而穩(wěn)定的秒信號產(chǎn) 生，通常先用石英晶體振蕩器產(chǎn)生32768Hz的脈沖，經(jīng)過整形、分 頻產(chǎn)生1Hz的秒脈

4、沖。CD4060分出2Hz的脈沖，再用74HC74分 出1Hz的脈沖。電路圖如下所示2.計數(shù)器時間計數(shù)單元有“是”計數(shù)，“分”計數(shù)和“秒”計數(shù)三個部分 組成。“分”計數(shù)和“秒”計數(shù)單元為60進制計數(shù)器，需要兩位十進 制計數(shù)器，可以先級聯(lián)100進制，再找出歸零信號實現(xiàn)60進制?？梢灾苯佑脷w零信號作為“秒”向“分”或者“分”向“時”的進位信息?！皶r”計數(shù)單元應(yīng)為24進制計數(shù)器，和“分”計數(shù)和“秒”計 數(shù)一樣，都是按各自然狀態(tài)計數(shù)，所以組成“時”計數(shù)器的兩個十 進制計數(shù)器必須先級聯(lián)為100進制，再找出歸零信號實現(xiàn)24進制。用兩片CD4518級聯(lián)構(gòu)成二十四進制計數(shù)器電路，第一片的進位 信號作為第二片的

5、時鐘脈沖，當計數(shù)器為二十四時反饋給清零使能 端清零。運用EWB軟件仿真來檢測電路的功能CFUA VDD(MA 03B 01A oes 02A01B妙 COB 梓 CF1FVSS CFOB4518aI F G AM B c I E ooooooo f sDBrcHBrELDDDAvs511 E UJ -一 416Isu 工悅 U-JLc. DDCFMWOBXOD圧 >DBDCLrBrELDDDA燈CD4518構(gòu)成24進制EWB仿真圖用兩片CD4518級聯(lián)構(gòu)成二十四進制計數(shù)器電路，第一片的進位 信號作為第二片的時鐘脈沖，當計數(shù)器為六十時反饋給清零使能端 清零。運用EWB軟件仿真來檢測電路的功

6、能flVDDCFCGisOBccODccDBDCLrBrEUDDDAvss皿OFOG郎OBOCOBOEDBICbErwDDMvss4511CD4518構(gòu)成60進制EWB仿真圖3.譯碼顯示電路“時”“分”“秒”計數(shù)器的輸出信號，需要經(jīng)過譯碼顯示電路。 用CC4511實現(xiàn)譯碼；用LG5011AH共陰數(shù)碼管實現(xiàn)顯示電路。 CC4511管腳圖及LG5011AH數(shù)碼管管腳圖如下afEbcd*109 8 76123-4 5Vcc f g a b C d e 冋pTi冋 冋rm nn冋rri）CC4511LlJlaJLlJLlJljJljJUJLsJB C LI BI LE L） A G1NT）功能說明：（

7、1）燈測試功能：LT可檢查七段顯示器各字段是否能正常發(fā)光。 當LT = O時，不論QO-Q3狀態(tài)如何，七段全部顯示，以檢查各字段的好壞。（2）消隱功能：當BI=O時，輸出a-b都為低電平，各字段熄滅。（3）數(shù)碼顯示：當BI=1 LT=1 LE=O,譯碼器工作，當Q3Q2Q1QO端輸入8421 BCD碼時，譯碼器對應(yīng)的輸出端輸出高電平1,數(shù)碼顯示相應(yīng)的數(shù)字。（4）鎖存：在LE從“0”轉(zhuǎn)換到“1”時，輸出顯示由輸入的BCD 碼決定。譯碼和數(shù)碼顯示電路是將數(shù)字鐘和計時狀態(tài)直觀清晰地反映出來， 被人們的視覺器官所接受。顯示器件選用LED七段數(shù)碼管。在譯碼 顯示電路輸出的驅(qū)動下，顯示出清晰、直觀的數(shù)字符

8、號。木設(shè)計所 選用的是半導(dǎo)體數(shù)碼管，是用發(fā)光二極管（簡稱LED）組成的字形 來顯示數(shù)字，七個條形發(fā)光二極管排列成七段組合字形，便構(gòu)成了半導(dǎo)體數(shù)碼管。半導(dǎo)體數(shù)碼管有共陽極和共陰極兩種類型。共陽極 數(shù)碼管的七個發(fā)光二極管的陽極接在一起，而七個陰極則是獨立的。 共陰極數(shù)碼管與共陽極數(shù)碼管相反，七個發(fā)光二極管的陰極接在一 起，而陽極是獨立的。當共陽極數(shù)碼管的某一陰極接低電平時，相應(yīng)的二極管發(fā)光，可根 據(jù)字形使某幾段二極管發(fā)光，所以共陽極數(shù)碼管需要輸出低電平有 效的譯碼器去驅(qū)動。共陰極數(shù)碼管則需輸出高電平有效的譯碼器去 驅(qū)動。譯碼電路一74HC4518的連接分十住秒十住8abcdefg8abcdefgl

9、lllllllllllllabcdefg 階碼忌 HC45IIabcdefg 命碼毘 HC451IIlliIlliDCBADCBA玖+連超計做*CC4518小時十住小對個住8abcdefgTWabcdefg澤碼衆(zhòng)HC45118abcdefgWabcdefg年碼駁HC4511DCBADCBA服+送制計做呆CC45188abcdefg耐abcdefg譯碼玉HC451I8abcdefgmmiabcdefg辛碼點HC4511DCBA DCBA雙 +JL41 計 IUtCC4518四、校時電路數(shù)字電子鐘開機時并不能立即顯示當前時間，所以需要一個校 時電路來調(diào)整到所需要的時間。采用自動實現(xiàn)對時和分的校時，

10、其 主要原理是：先截斷正常的計數(shù)通路，然后再將頻率為2Hz的方波 信號加到需要校正的計數(shù)單元的輸入端，校正好后，再轉(zhuǎn)入正常計 時狀態(tài)即可。根據(jù)要求，數(shù)字鐘應(yīng)具有自動分校正和時校正功能，因此，應(yīng) 截斷分個位和時個位的直接計數(shù)通路，并采用正常計時信號與校正 信號可以隨時切換的電路接入其中。其電路圖如下。至對個住計教衣至分十住計救比校時和校分電路五、整點報時電路電路應(yīng)在整點前10秒鐘內(nèi)開始整點報時，即是當時間在59分50秒到59分59秒期間時，報時電路報時控制信號。當時間在591分50秒到59分59秒期間時，分十位、分個位和秒十位均保持不變, 分別為5、9和5,因此可將分計數(shù)器十位的QC和QA、個位

11、的Q D和QA及秒計數(shù)器十位的QC和QA相與，從而產(chǎn)生報時控制信 號。數(shù)字鐘要求在差10s為整點時開始產(chǎn)生每隔Is鳴叫一次的響聲, 共鳴五次，每次持續(xù)時間為Is。報時電路電子時鐘顯示整點時能及 時報時，每當“分”和“秒”計數(shù)器計數(shù)到59分51秒時，驅(qū)動音 箱電路，在十秒鐘內(nèi)自動發(fā)出5次鳴叫聲，要求每一秒鳴叫一次， 每次叫聲持續(xù)一秒，而且前四聲低最后一聲高，以最后一次高音結(jié) 束的時刻為整點時刻。設(shè)4聲低音（500Hz）分別發(fā)生在59分51秒、53秒、55秒及57 秒。最后一聲高音（約lKHz）發(fā)生在59分59秒，他們的持續(xù)時間 為1秒。分+位 0分個位 Q1kHz 一秒個位Q3 fL500Hz一

12、&秒十位摹秒個位Q_51音響電路CP（秒）Q3slQ2slQlslQOsl功能500000510001鳴低音520010停530011鳴低音540100停550101鳴低音560110停570111鳴低音581000停591001鳴高音600000停四、安裝與調(diào)試1. 系統(tǒng)安裝在裝配電路的時候，一定要認真仔細，保證連線正確和接觸良好,防止虛接，短接，以免人為故障。1要根據(jù)芯片引腳原理圖，分功能安裝，并根據(jù)接線順序分步 驟驗證。2防止接觸不良故障3接線時確保可靠的電源和接地。4注意芯片的控制引腳必須接正確。5.插線要細心，避免接觸不良現(xiàn)象。2. 系統(tǒng)調(diào)試1、在按系統(tǒng)原理圖連線完成后，對系

13、統(tǒng)連線進行了檢查，并排 除了由于連線產(chǎn)生的錯誤。2、用萬能表進一步檢測電源正負極、高低電平以及每個芯片的 電源和地、每個使能端的連接是否正確。3、通電調(diào)試，通過調(diào)試各部分電路連接，并排出錯誤，使系統(tǒng) 具有正常的數(shù)字時鐘的功能。4、增加一部分發(fā)揮部分的電路設(shè)計。3. 系統(tǒng)設(shè)計結(jié)果通過接線和調(diào)試，基本實現(xiàn)了要求的功能：1、能夠準確計時，并以十進制形式顯示“時”、“分”、“秒”；2、小時為24進制，分和秒均為60進制；3、能整點報時。報時為四低一高，最后一下為整點報時。五、設(shè)計總結(jié)在課程設(shè)計過程中，不僅鍛煉了我的動手能力和對于電子技術(shù) 下知識的掌握及運用能力，而且提高了我的協(xié)作能力和獨立分析問 題和

14、解決問題的能力以及創(chuàng)新能力和創(chuàng)新思維。通過這次數(shù)字電子 鐘的課程設(shè)計，我們才把學(xué)到的東西與實踐相結(jié)合。從中對我們學(xué) 的知識有了更進一步的理解，而且更進一步地熟悉了芯片的結(jié)構(gòu)及 掌握了各芯片的工作原理和其具體的使用方法。也鍛煉了自己獨立 思考問題的能力和通過查看相關(guān)資料來解決問題的習(xí)慣。雖然這只 是一次簡單的課程設(shè)計，但通過這次課程設(shè)計我們了解了課程設(shè)計 的一般步驟，和設(shè)計中應(yīng)注意的問題。設(shè)計木身并不是有很重要的 意義，而是同學(xué)們對待問題時的態(tài)度和處理事情的能力。各個芯片 能夠完成什么樣的功能，使用芯片時應(yīng)該注意那些要點。同一個電 路可以用那些芯片實現(xiàn)，各個芯片實現(xiàn)同一個功能的區(qū)別。六、主要參考

15、文獻1 康華光 電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分（第五版）北京高等教育出版 社，2006；2 數(shù)字電子技術(shù)實驗指導(dǎo)書，中原工學(xué)院電子技術(shù)課程組自編，2012附錄:附錄一工具清單工具數(shù)量銀子1斜口鉗I萬用表15V直流穩(wěn)壓電源1導(dǎo)線若干而包板1附錄2元器件清單序號功能器件類型、型號及參數(shù)數(shù)量1CC406012晶振(32768Hz)13振蕩器部分電阻：22MQ14電容：20pF15可變電容：320pF16分頻電路74HC7417計數(shù)電路74HC451838譯碼電路74HC451169顯示電路數(shù)碼管（共陰極）（包括限流電阻）61074HC0031174HC04112校時和校分電路電阻：3.3kO213電容：O.O

16、lpF21474HC2021574HC00（或 CC4011）116電阻：3.3kQ117整點報時電路電阻：lkQ118電阻：22Q119三極管：3DG13O120蜂鳴器（8。）1附錄3主要元器件的引腳圖和功能表 ©rm rm rm mCR CP CPO CPOCP。：時鐘輸出端； CP（j：反相時鐘輸出端;CP|：時鐘輸入端；CR：請零端；AddUM麗CR功能xH請除1L計數(shù)CC4060M I |2i I3| |4| |5| i6| |7i |8012 213 C14 06 Qs Ql Qa As振蕩電路部分CC4060引腳圖和功能表rDD 2兀 2D 2CP 2島rmrmnnnTi雙d觸發(fā)器（上升沿翠發(fā)）74HC74nmnmznuimTr1 洛 ID 1CPI爲 IQ 1 除耳盂CP DL H xxHH L x xLL Lxx約束H H f L*LH H f H*H2Q 2Q min74HC74引腳圖和功能表X X X X =XXXXZJX X X X -