數字電子鐘設計

1、1 緒論1.1 課題說明由于現代社會模擬電子技術基礎和數字電子技術基礎的高速發(fā)展，因而由這技術制造出來的越來越先進，數字鐘體積小，安裝使用方便，不僅可以作為家用電子鐘，而且可以廣泛用于車站、體育場館等公共場所。雖然數字鐘的外形和功能不盡相同，但是用于制造數字鐘的原理基本上都是一樣的。所謂數字鐘，是指利用電子電路構成的計時器。本次課程設計要求設計一個數字鐘，基本要求為數字鐘的時間周期為24小時，數字鐘顯示時、分、秒，數字鐘的時間基準一秒對應現實生活中的時鐘的一秒。供擴展的方面涉及到整點報時、定時鬧鐘等。1.2 方案設計目的用中小規(guī)模集成電路設計一臺能顯示時、分、秒的數字電子鐘，要求如下：1.由晶

2、體振蕩電路產生1HZ的標準脈沖信號。2.秒、分為0059 六十進制計數器，時為0023 二十四進制計數器3.可手動校準。只要將開關置于校準位置，即可對分別對分、時進行手動脈沖輸入校準或連續(xù)脈沖校準調整。4.整點報時。整點報時電路要求在每個整點時進行報時。5.定時鬧鐘。定時鬧鐘電路要求在所設定時間進行報時。1.3 技術指標1. 顯示時、分、秒的可以24小時制或12小時制。3. 具有校時功能：可以對小時和分單獨校時，對分校時的時候，停止分向小時進位。校時時鐘源可以手動輸入或借用電路中的時鐘。4. 具有整點點報時功能。5. 定時功能：可以設定定時時間，當數字時鐘計時到定時時間時，能進行報警。6. 為

3、了保證計時準確、穩(wěn)定，由晶體振蕩器提供標準時間的基準信號。1.4 方案設計及論證1.4.1方案設計一個基本的數字鐘電路主要由譯碼顯示器、“時”，“分”，“秒”計數器和定時器組成。干電路系統(tǒng)由秒信號發(fā)生器、“時、分、秒、”計數器、譯碼器及顯示器、電路組成。首先構成一個555定時器產生一秒鐘的震蕩周期，由74LS90采用清零法分別組成六十進制的秒計數器、六十進制分計數器、二十四進制時計數器。使用555定時器的輸出作為秒計數器的CP脈沖，把秒計數器地進位輸出作為分計數器地CP脈沖，分計數器的進位輸出作為時計數器的CP脈沖。使用LED顯示器進行顯示。1.4.2方案論證1.4.2.1數字鐘基礎電路我們知

4、道，秒信號產生器是整個系統(tǒng)的時基信號，它直接決定計時系統(tǒng)的精度，一般用石英晶體振蕩器加分頻器來實現，在此我們用555定時器來實現。將標準秒信號送入“秒計數器”，“秒計數器”采用60進制計數器，每累計60秒發(fā)出一個“分脈沖”信號，該信號將作為“分計數器”的時鐘脈沖?！胺钟嫈灯鳌币膊捎?0進制計數器，每累計60分鐘，發(fā)出一個“時脈沖”信號，該信號將被送到“時計數器”?！皶r計數器”采用24進制計時器，可實現對一天24小時的累計。譯碼顯示電路將“時”、“分”、“秒”、計數器的輸出狀態(tài)送到七段顯示譯碼器譯碼，通過七位LED七段顯示器顯示出來。再選用合適的集成塊，本實驗中使用的芯片有555時基電路一塊，7

5、4LS90十塊，74LS08五塊以及TTL邏輯門若干、電阻電容若干、電源導線若干。根據實驗原理圖進行聯(lián)線就可以組成一個數字鐘。1.4.2.2擴展電路整點報時當分秒同時出現為0時，燈亮。鬧鐘定時當定時控制電路的時分與時鐘電路的時分相同時，燈亮。2 核心部件簡介2.1 555時基電路晶體振蕩器采用555時基電路，它是一種數字、模擬混合型的中規(guī)模集成電路，應用十分廣泛。它是一種產生時間延遲和多種脈沖信號的電路，由于內部電壓標準使用了三個5K電阻，故取名555電路。其電路類型有雙極性和CMOS型兩大類，二者的結構和工作原理類似。二者的邏輯功能和引腳排列完全相同，易于互換。555內部結構如圖2.1，外部

6、管腳如圖2.2。圖2.1 555的內部結構圖圖2.2 555外部管腳圖2.2 74LS90異步加法計數器74LS90由四個觸發(fā)器及附加門組成，它有兩個時鐘脈沖輸入端、。兩個清零輸入端Ro(1)、Ro(2)，兩個置“9”輸入端R9(1)、R9(2)，四個輸出端QDQCQBQA，兩個NC端(空腳)。從功能表我們便清楚地知道它的功能。利用74LS90的Ro(1)、Ro(2)和R9(1)、R9(2)可以實現復位和置位功能。當R9(1)、R9(2)兩個輸入端全為“1”時，無論Ro(1)、Ro(2)為何狀態(tài)，計數器置“9”；當Ro(1)、Ro(2)都為“1”時，R9(1)、R9(2)中有一個為“0”時，計

7、數器清零。當Ro、R9，輸入端都為低電平時，74LS90方可計數。計數功能如下：時鐘脈沖從A端輸入，從QA端輸出，則是二進制計數器。時鐘脈沖從B端輸入，從QD、QC、QB。端輸出，則是異步五進制加法計數器。當QA和CPB端相連，時鐘脈沖從A端輸入，從QD、QC，QB、QA端輸出，則是8421碼十進制計數器。當A端和QD端相連，時鐘脈沖從B端輸入，從QD、Qc、QB、QA端輸出，則是5421碼十進制計數器。圖2.3為 74LS90的邏輯圖及管腳圖。圖2.3 74LS90的邏輯圖及管腳圖3 各部分電路組成部分及其設計原理3.1 數字電子鐘的構成框圖數字鐘實際上是一個對標準頻率(1HZ)進行計數的計

8、數電路。同時標準的1HZ時間信號必須做到準確穩(wěn)定。通常使用石英晶體振蕩器電路構成數字鐘。圖3.1所示為數字鐘的一般構成框圖。圖3.1 數字中的組成框圖3.2 數字電子鐘的模塊及其工作原理3.2.1晶體振蕩器電路 晶體振蕩器電路給數字鐘提供一個頻率穩(wěn)定準確的方波信號,可保證數字鐘的走時準確及穩(wěn)定。不管是指針式的電子鐘還是數字顯示的電子鐘都使用了晶體振蕩器電路。采用由邏輯門與RC組成的時鐘源振蕩器或由集成電路定時器555與RC組成的多諧振蕩器，使振蕩頻率f=1HZ。圖3.2 晶體振蕩器電路（在OUT端產生1HZ的信號脈沖） 圖3.3 晶體振蕩器電路在OUT端產生1HZ的信號脈沖示波3.2.2時間計

9、數器電路數字鐘時間計數電路由秒個位和秒十位計數器,分個位和分十位計數器及時個位和時十位計數器電路構成,其中秒個位和秒十位計數器,分個位和分十位計數器為60進制計數器,而根據設計要求,時個位和時十位計數器為24進制計數器。利用兩片74290組成的60進制計數器如圖3.4或3.5所示，輸入計數脈沖CP加在CLKA端，把QA與CPLB從外部連接起來，電路將對CP按照8421BCD碼進行異步加法計數。通過反饋端，控制清零端清零，其中個位接成十進制形式，十位接成六進制形式。秒和分計數均由60進制遞增計數器來完成。圖3.4 時間計數器秒電路圖3.5 時間計數器分電路個位同樣接成十進制形式，十位通過QA與C

10、LKB外部連接，向顯示屏間隔地輸出“0”與“1”，組成24進制遞增計數器。構成時間計數器時電路。如圖3.6所示。圖3.6 時間計數器時電路3.2.3調時調分電路如圖3.7，將時、分電路的計數器直接接到振蕩器，再分別由開關“A”及“S”控制電路的接通與斷開，實現調時、調分。圖3.7 調時調分電路3.2.4整點報時電路當分秒同時出現為0時，燈亮。電路如圖3.8所示。這里采用的全是TTL門電路。圖3.8 整點報時電路3.2.5定時鬧鐘電路定時器定時時間的設定，可用開關，分別置入0或1，就可以在其輸入端得到對應的0或1。然后與數字鐘的輸出端用或非門、與非門、非門和與門組成比較電路，當定時器數值與時鐘的

11、值一致時便可觸動電鈴使之報時。這里使用燈泡以便于顯示。電路如圖3.9所示。圖3.9 定時鬧鐘電路4 整機電路圖圖4.1 整機電路圖5 運行結果當秒的開關接由晶體振蕩器直接生成的1HZ信號，分、時的開關分別接來自秒、分的進位時，LED顯示器可準確顯示00：00：0023：59：59，24小時制的時間計數。通過對時、分兩開關的即“A”、“S”調節(jié)，可分別實現調時調分的功能。當時間顯示為整點時，即*：00：00時，由整點報時電路可報時，在此電路中，為彩色指示燈變紅。通過對定時電路中，分、時的開關即“Z”、“X”的調節(jié)，可定時。當時間顯示為所定時間時，可實現一分鐘的報時。在此電路中，為彩色指示燈變紅。

12、6 設計心得與體會6.1 總結這次的數字電子鐘設計，是我第一次獨立的進行一個電路的設計與制作。由于剛開始對設計思路并不是很清晰而且對EWB的使用方法并不是很熟悉，以至于整個過程花了我不少時間，可當做完時才發(fā)現做這個數字鐘并不是很難很難，主要是在調試時花了不少時間，其間換了不少器件，有的器件在理論上可行，但在實際運行中就無法看到效果，所以調試花了我不少時間，有時無法找出錯誤便更換器件重新接線以使電路正常運行。在實際的操作過程中，能把理論中所學的知識靈活地運用起來，并在調試中會遇到各種各樣的問題，電路的調試提高了我們解決問題的能力，學會了在設計中獨立解決問題，也包括怎樣去查找問題。似乎所有的事都得

13、自己新手去操作才會在腦海中留下深刻的印象，這個小小的課程設計讓我可以熟練的操作EWB軟件，也了解了不少器件的功能的應用，也加深了對數字電路認識和理解。本次課程設計主要是用軟件仿真，如果是實際加工電路板就更加鍛煉我們的動手能力了，因此，我們的能力還有待提高。6.2 建議對于此次的數字電子鐘設計，我覺得用單片機設計比較好，不過我并沒有使用。而且我們所用的數字電路仿真軟件是EWB，而如果使用Multisim會更有利于設計和實現，因為Multisim比EWB元器件更多，也更先進。本次課程設計是純仿真制作，如果能加上實際的電路實現，我想會對我們的動手能力及設計電路的能力有更大的提高。不過通過這次課程設計，使我的模電以及數電知識得到了鞏固。參考文獻1童詩白模擬電子技術基礎第三版北京：高等教育出版社，2004：15-202閻石數字電子技術基礎第五版北京：高等教育出版社，2006：160-2043金維香，謝玉梅電子測試技術長沙：湖南大學出版社，2008：192-196 4 Donald A.Neamen.Electronic Circuit Analysis and Design.北京：電子工業(yè)出版社，2006:740-7605 Thomas L.Floyd,David M