数字时钟作业Word格式.docx
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数字时钟作业Word格式.docx
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通过按钮J3,J4对数字针进行调时,当数字钟处于调整时间状态时,被调的分或时会一秒一秒地增加;
当数字钟处于计时状态时,3个计数器允许计数,且秒、分、时计数器的计数时钟信号分别为CLK、秒的进位、分的进位.
小时制调节电路
数字钟组成原理框图
2.设计方案
(1).时钟振荡电路
方案一:
晶体振荡器电路给数字钟提供一个频率稳定准确的1kHz的方波信号,再由分频器电路将1kHz的方波信号经1000次分频后得到1Hz的方波信号供秒计数器进行计数。
方案二:
用555定时器构成多谐振荡器产生1kHz的方波信号供秒计数器进行计数。
(2).计数电路
用74LS160或74LS161构成时、分、秒的计数电路,采用置数法或置零法分别构成60进制和24进制的计数器。
主体部分为74LS90计数器和各种门电路。
分别构成60进制和24进制的计数器,构成数字钟的秒,分,时位。
(3).校时较分电路
方案:
用门电路和一些基本电子元件可以得到。
(4).译码驱动电路
方案:
由74LS48译码器构成。
(5).显示数码管
方案一:
由发光二极管(LED)数码管显示。
方案二:
由液晶显示(LCD)数码管。
三、单元电路设计与参数计算
1.时间脉冲产生电路
由555定时器构成的多谐振荡器产生频率为1Hz的方波信号供给电路使用。
由公式
计算可得到产生的信号频率为1Hz的连续脉冲。
产生的信号如下图:
2.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。
用于驱动LED七段数码管的译码器常用的有74LS48。
74LS48是BCD-7段译码器/驱动器,其输出是OC门输出且低电平有效,专用于驱动LED七段共阳极显示数码管。
如图所示。
若将“秒”、“分”、“时”计数器的每位输出分别接到相应七段译码器的输入端,便可进行不同数字的显示。
3.时、分、秒计数电路
(1).分秒计数电路
74LS160管脚分布
分和秒的计数部分基本相同,均为60进制计数方式。
本方案采用74LS160来构成此计数方式。
当分计数部分的个位接受秒计数部分的信号(秒计数接受的信号为连续脉冲输出的1Hz的标准脉冲),计数满60后向时计数部分的个位给出一个进位信号。
分(秒)十位计数部分接受个位的进位信号并进行计数,计满6就向前一级给出进位信号。
当十位和个位计满60个数后计数器清零。
计数规律是从00——59——00。
个位为十进制,而160刚好是十进制计数器,故计数一周向高位进位。
因此不用清零。
而高位的是六进制,故当输出端为0110时就要清零。
已达到六十进制要求。
电路图如下:
(2).时计数电路
时计数部分是24进制,仍采用74LS160来实现这一计数功能。
个位为十进制,是160的一个技计数周期,故可不用做处理。
十位是3进制。
若采用24进制计数,则计数规律为01—24—01。
若采用12进制计数,计数规律为01—12—01。
采用24进制计数时,当十位为0或1时,个位不用清零;
当时位为2时,个位满4即置位,置成0001。
,即当计数输出为0100时,个位置为0001.
采用12进制计数时,当十位为0时,个位不用清零;
当时位为1时,个位满2即置位,置成0001,即当计数输出为0010时,个位置为0001。
为实现12进制与24进制的选择,用四个与门和一个或非、非门,通过一个单刀双掷开关,分别连接高电平和低电平。
为实现这一特殊功能,连接的电路图如下所示:
由上面电路图分析可知,单刀双掷开关J1可控制时计数为24进制或12进制。
当J1掷向VCC端时,时计数电路运行在24进制下。
当J1掷向GND端时,时计数电路运行在12进制子下。
4.校正电路
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。
图示为所设计的校时电路:
5.整点显示电路
把LED显示灯接在时计数电路中个位的CLK出,每当向高位进位时,CLK给出一个高电平脉冲,次高电平时LED显示灯被点亮。
四、总原理图及元器件清单
1.总原理图
2.元件清单
元件型号
型号
主要参数
数量
备注
U13----U118
74LS160D
6片
U7-----U12
74LS48D
U1----U6
SEVEN_SEG_COM_K
A1
555_VIRTUAL
1片
C1---C4
10nf
4片
U20、U21、U23--U28
74LS00D
8片
U22、U31—U33
74LS08D
U19、U29、U34
74LS04D
3片
R1—R2
47K
2个
R3—R4
3.3K
R5
100
1个
J3—J4
DIPSW1
J1
SPDT
LED1
五、安装与调试
本次设计首先得进行仿真实验,先在multisim上连接原理图,并进行仿真,看实验结果是否和预期的相符合,其实关键就在于六十进制以及二十四进制计数器的连接,其次就是进位信号及清零(置位)信号的产生,还有就是要注意LED数码管的连接,这些都弄清楚了,仿真就基本上没有问题。
然后就是制板,虽然我们还没制板,但大致了解,在制出PCB板后,得对电路进行一步一步的调试,首先我是分别对每个计数器进行功能测试,看是否符合数制的设计要求,单个测试时没有发现问题后,对全部测试要有一定的把握,因为全部测试时就和有可能出现问题。
向其它的小问题,如焊点是否有虚焊,线路是否导通,只要细心去检查,我相信问题都能够得到解决的。
六、性能测试与分析
此次设计中,在multisim上连接原理图,并进行仿真时出现了很多问题,首先是对元器件的不熟悉,使得在找元器件上花了太多时间。
其次,在线路连接上,特别是在校时电路与信号产生电路、计数电路之间的连接时出了很多问题,不是这里连错就是那里没接好。
最后,在电路图连接完后,进行仿真时,数码管始终不亮,后分块检查电路,发现信号产生电路得不到方波信号,然后加一个100的电阻后工作正常了。
也发现数码管的接法错误,我连接的是共阴极数码管,但选用的是供阳极的数码管,后经改正,都一一化简了这些问题。
能正确仿真后,电路能实现预想的效果。
但用的元件数量也不少,这也让我知道,此电路还有值得改进的地方,这也是我的不足之处。
七、结论与心得
本次课程设计是在假期我们自己会去做的,原本以为花不了多少时间就可以完成任务,但事实证明要想把设计中的每一步弄懂优化,这需要花大量的时间和精力去查阅资料。
通过这次课程设计我现在明白了一个道理:
事都是人做出来的。
有些事情当你没有真正下功夫去做时,表面上看上去是不可能完成的,但只要你下决心认真坚持去做,真的一切皆有可能。
一开始我拿到这个题目的时候,我认为不会好难,因为我们这学期才学了数字电子技术,对74LS160等芯片也有不少了解和掌握。
但要把六个这样的芯片连接起来还是很需要细心的。
特别是校时电路的设计,这对我来说的相当困难的,但通过在网上查阅资料和借鉴别人的一些思想我成功地把校时电路与信号产生电路、计数电路连接起来了,还打到了预期的目的。
在选择器件时也出了不少问题,但在后面的仿真中都一一找出来了,并得到了很好的解决。
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的能力。
我相信是对我的一个很好的提高。
平时在学习理论知识的时候,我们应该更注重与实践相结合。
总之,这次课程设计让我收获很大,这个暑假也过得很充实,碰到了很多问题,也解决了很多问题,当我们碰到的问题越难,解决问题之后的喜悦程度就越高,那种感觉真的很好。
我想这次课程设计会成为以后一段很好的回忆!
八、参考文献
1.《数字电子技术基础》(第五版)高等教育出版社--------------阎石主编
2.《电子技术课程设计指导》高教出版社-------------------彭介华主编
3.《电子线路设计、实验、测试》(第二版)华中理工大学出版社-------谢自美主编
4.《实例讲解Multisim10电路仿真》(人民邮电出版社)---------程勇主编
附录
74LS160的基本功能测试,如下表
i.①异步清零:
当
=0时,Q0=Q1=Q2=Q3=0。
ii.②同步预置:
=0时,在时钟脉冲CP上升沿作用下,Q0=D0,Q1=D1,Q2=D2,Q3=D3。
iii.③锁存:
当使能端
时,计数器禁止计数,为锁存状态。
iv.④计数:
当使能端EP=ET=1时,为计数状态。
74LS160的逻辑功能表
2)时钟CP
3)异步清除
4)同步置数
5)EP
ET
6)工作状态
7)×
8)0
9)×
10)×
×
11)
12)↑
13)1
14)0
15)×
16)
17)×
18)1
19)1
20)0
1
21)
22)×
23)1
24)1
25)×
0
26)
27)↑
28)1
29)1
30)1
31)
译码器74LS48的真值表和对应的BCD7段数码管的输出关系真值表如下:
DCBA
LT
BI/RBO
RBI
gfedcba
BCD码
×
0
1
1
1
1
1
8
0
0
0
不显示
0000
0001
0
1
0010
2
1001
9
2
0011
3
0100
4
0101
5
0110
6
0111
7
1000
1111111
8
1001
1101111
9
74LS48真值表
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