多功能数字钟电路设计.doc

电子课程设计报告（论文）题目：多功能数字钟电路设计 专业班级： 应用电子技术教育054 姓名： 时 间：2007.12.24 2008.01.04 指导教师： 完成日期：2008年01月 04日多功能数字钟设计任务书1设计目的与要求设计一个数字钟。准确地理解有关要求，独立完成系统设计，要求所设计的电路具有以下功能：（1）设计的数字钟能直接显示“时”，“分”，“秒”；12与24计数实时转换；（2）当电路发生走时误差时，要求电路具有校时功能；（3）能够上、下午显示；2设计内容（1）画出电路原理图，正确使用逻辑关系；（2）确定元器件及元件参数；（3）进行电路模拟仿真；（4）SCH文件生成与打印输出。3编写设计报告写出设计的全过程，附上有关资料和图纸，有总结体会。4答辩在规定时间内，完成叙述并回答问题。10目 录摘要 1关键词 11引言 12总体设计方案 12.1设计思路 12.2 总体设计框图 13设计原理分析 23.1秒脉冲产生电路 23.2分频电路 33.3秒、分计数电路 33.4十二、二十四进制转换电路43.5 AM、PM显示电路53.6校时电路63.7仿电台报时电路及原理 63.8译码显示电路 74总结与体会 8参考文献 9附录110多功能数字钟电路设计摘 要：数字钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置,与机械式时钟相比具有更高的准确性和直观性,且无机械装置,具有更长的使用寿命,广泛用于个人家庭,车站, 码头,办公室等公共场所,成为人们日常生活中不可少的必需品。本系统进行了各单元的设计和总体调试，可以完成准确的完成计时、定时和仿电台报时功能。电路由多谐振荡器、分频器、计数器、译码显示器和校时电路以及定时电路组成。总体方案设计由主体电路和扩展电路两大部分组成。本电路具有走时精度高，稳定性好，使用方便，不需要经常进行调校等特点。关键词：555 定时器；多谐振荡器；分频器；计数器；数字钟1 引言在经济飞速发展的今天，时间对我们来说非常重要，尤其是随着现代文明的进步，人们的时间观念越来越强，甚至有些工作人员用自己的工作时间的长短来衡量工作效率，这时数字钟就能够为我们的日常生活提供便利。它利用集成电路,时间准确,体积小,携带方便,而且有仿电台报时功能，具的提醒的作用，数字显示清晰直观。2 总体设计方案2.1 设计思路利用555定时器组成的多谐振荡器产生稳定度较高的高频方波信号，然后经分频电路，将高频方波分频为1HZ的秒脉冲波，输入到六十进制的秒计数器，秒计数器和分计数器都是有一个个位十进制十位六进制，当秒计数器的十位在清零时也向分六十进制的计数器个位发一个脉冲使分计数器加1，当分计数器的十位在清零时也同时向二十四进制时和十二进制计数器的个位发一个脉冲，使其加1。将时，分，秒计数器的输出端分别接上译码器和显示器，最大显示值为23小时59分59秒，再输入一个秒脉冲后，显示复零。并且能实现12与24的时时转换和上下午显示电路。利用校准电路分别对时，分校准电路进行设计，另外又增加了仿电台报时电路。本电路的仿电台报时电路利用秒个位计数器的状态进在接收分计数器和秒计数器的信号后完成在整点的报时，报时时刻为59分51秒、53秒、55秒、57秒和59秒，在59秒时鸣一声高音其余均为低音。2.2 总体设计框图本电路的设计由两部分完成，第一部分是主体电路完成多功能数字钟的主要功能；第二部分是扩展电路完成多功能数字钟的仿电台报时功能。第一部分电路由震荡器，分频器，计数器，译码显示电路和校时电路构成。第二部分仿电台电路构成。具体方框图如图1所示。图1 总体方框图3 设计原理分析3.1 秒脉冲产生电路脉冲产生电路如图2所示，为了保证基准时间的准确，采用了555定时器组成的多谐振荡器，多谐振荡器的主频为1KHz，这里选用R1为2k,R2为110k，R3为5.1K，C1为0.1F，C2为0.01F。 图2 秒脉冲产生电路 接通电源后，电容C被充电，当Vc上升到2/3Vcc时，使Vo为低电平，同时放电三极管T导通，此时电容C通过R2和T放电，Vc下降，Vc下降到1/3Vcc时，Vo翻转为高电平。电容器C放电所需的时间为tW2=0.7RBC当放电结束时，T截止，Vcc将通过R1、R2、R3向电容器C充电，Vc由1/3Vcc上升到2/3Vcc所需的时间为tW1=0.7(RA+RB)C,当Vc上升到2/3Vcc时，电路又翻转为低电平。如此周而复始，于是，在电路的输出端就得到一个周期性的矩形波，其振荡频率为f=1/tw1+tw2=1/0.7(RA+2RB)C。3.2 分频电路 分频器的功能主要有两个：一是产生标准秒脉冲信号；二是提供功能扩展电路所需要的信号，如仿电台报时用的高音频信号和500HZ的低音频信号等。选用3片中规模集成电路计数器74LS90可以完成这一功能。因每片为1/10分频，三片级联则可获得所需的频率信号，即一片的Q0断输出频率为500HZ，第二片的Q3端输出为10HZ，第三片的Q3端输出为1HZ，74LS90分频电路如图3和74LS90功能表如表2所示。图3 74LS90分频电路表2 74LS90功能表输入输出MR1 MR2 MS1 MS2Q0 Q1 Q2 Q3 1 1 0 x 1 1 x xx x 1 1x 0 x 0 0 x 0 x 0 x x 0x 0 0 x 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 Count Count Count Count 3.3 秒、分计数电路计数电路由十进制计数器74290构成,分、秒计数电路用74290构成的的60进制电路来实现，在此只对60进制电路加以分析。秒、分计数电路如图4所示，将两个计数器级联，接成一百进制的计数器。在此基础上，借助计数器的清零的功能，将芯片2、和芯片接至与门的输入端。工作时，在第60个计数脉冲作用后，计数器输出为0110（十进制数60），芯片2、为1使与门输出高电平。它作用在（0）芯片和（1）芯片的清零端（高电平有效），使计数器立即返回到0000 0000状态。状态0110 1010仅在瞬间出现一下。这样就构成了60进制计数器。图4 秒、分计数电路3.4 十二、二十四进制转换电路十二、二十四进制转换电路如图5所示，本电路分别用74LS90与74LS160进行12与24小时的时时转换（74LS160功能表如表3）。并且此电路由12、24两种进制计数器和两片四2选1数据选择器74LS157构成。将12/24进制计数器的个位计数器的输出信号送到74LS157的（0）芯片的输入端，十位计数器的输出信号送到74LS157的（1）芯片的输入端。12进制计数器的输出信送到74LS157的A输入端，24进制计数器的输出信送到74LS157的B输入端。当开关S断开时，74LS157选出24进制计数器的输出信号（B输入端的信号），当开关S闭合时，74LS157选出12进制计数器的输出信号（A输入端的信号）。74LS157的功能表如4所示。图5 十二、二十四转换电路表3 74LS157的功能表输入输出GA/BABYHLLLLLLLHHLHLLLHHH表4 74LS160的功能表清 零置位端使能端时 钟预置数据输入 输出进位TCCEP CETTCP0 P1 P2 P3Q0 Q1 Q2 Q3 0 0 0 00 POSP0 P1 P2 P3P0 P1 P2 P3*1 Q0 Q1 Q2 Q3*1 Q0n Q1n Q2n Q3n*1 POS 十进制计数*13.5 AM、PM显示电路AM、PM显示电路如图6所示，把12进制计数器的清零信号送到JK触发器的CP端。当计数器进行一次循计数后，JK触发器将翻转一次，当JK触发器的Q端输出为1时，发光二极管发光，代表下午，当JK触发器的Q端输出为0时，发光二极管灭，代表上午。如果数码管显示的与实际情况不相符合，则可以通过开关电路进行调节。74LS76的功能表如表5所示。 图6 AM、PM 显示电路表5 74LS76的功能表输入输出SDCDCLKJKQLHXXXHHLXXXLHHXXXQ3.6 校时电路校时电路如图7所示，当重新接通电源或走时出现误差时都需要对时间进行校正。在本电路中采用两输入四与非门集成芯片74LS00其组成等效如图7所示，正常情况下K断开，进位信号通过与非门送入高位CP端，此时校时信号不起作用，当需要调时时，按下开关可通过秒脉冲调整时间，同时进位信号不起作用，从而实现调时功能。图7 校时电路3.7 仿电台报时电路及原理仿电台报时电路的功能要求是，每当数字钟计数器快要到正点时发出声响，通常按照4低音1高音的顺序发出声响，最后一声高音结束的时刻为正点时刻，4声低音（100Hz）分别发生在59分51秒、53秒、55秒及57秒，最后一声高音（1KHz）发生在59分59秒，它们的持续时间均为1秒，秒个位计数器的状态具体仿电台报时功能表如表6所示。由表可知Q3在“0,500Hz输入音响；Q3在“1”时，1KHz输入音响只有当分十位的Q2Q0为“11”，分个位的Q3Q0为“11”，秒十位的Q2Q0为“11”及秒个位的Q0为“1”时，音响电路才能工作。仿电台报时电路如图8所示。 表6 仿电台报时电路功能表CKA(秒)Q3Q2Q1Q0功能5051525354555657585900000000001100000111100000110011000 0 1010101010鸣低音停鸣低音停鸣低音停鸣低音停鸣低音停图8 仿电台报时电路3.8 译码显示电路表7 74LS47真值表输入变量输出变量NOD C B A/a b c d e f g012311111XXX 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1 01 1 0 0 0 0 01 1 0 1 1 0 11 1 1 1 0 0 145671111XXXX 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 10 1 1 0 0 1 11 0 1 1 0 1 10 0 1 1 1 1 00 0 0 1 1 1XXX 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1 11 1 1 0 0 1 10 0 0 1 1 0 10 0 1 1 0 0 1121314151111XXXX 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 10 1 0 0 0 1 11 0 0 1 0 1 10 0 0 1 1 1 10 0 0 0 0 0 0BIRBILTX10X0X X X X X 0 0 0 0 X X X X 0 0 10 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 01 1 1 1 1 1 174LS47是由与非门、输入缓冲器和7个与或非门组成的BCD-7段译码器、驱动器。引脚排列如图9所示。当其输出处于有效的低电平时，高的灌流电流的输出可直接驱动显示电路。74LS47的输出结构设计成能承受7段显示所需的相当高的电压（5V）和大的电流（24mA）。这些都由集电极开路的输出的晶体管直接提供。BCD输入计数9以上的数，直接显示图案是鉴定输入条件的唯一符号。74LS47设有辅助电路，设有试灯输入信号端，灭零输入信号端/RBI和熄灭输入/灭零输出端/其逻辑功能如下：试灯输入信号端计数工作时处于“1”，状态，当=0时，无论输入任何数码，数码管的七段全亮；即此时可以利用端来测量数码管的好坏。RBI端当有灭零输入信号（/RBI=0），且输入数码为0000时，则数码管不显示任何数码（即全不亮）,但输入若为其他数码，数码管照常显示。/用同一端，有熄灭信号输入（=0）时，不管输入什么数码，七段的输出全部熄灭，无显示。利用端可以加入一个同步脉冲，可使显示的数码管间歇的闪亮，灭零输出端，当=0时，且输入DCBA=0000时，从输出一个低电信号。在多位显示系统中，可以利用的信号，把数字前部和尾部多余的“0”熄灭，便于读去结果，有减少电源消耗。采用的LED数码管为共阳极的SEF105，它由7个LED二极管组成“8”字，另用一个LED作为“0”，所有LED的阳极连在一起，用“十”表示。阴极分别用a-g和dp表示，使用二极管时的正向工作电流控制在10mA,左右，其外引线排列如图10所示。 图9 74LS47引脚排列图 图10 数码管封装图4 总结与体会 本电路可以用来精确计时以及报时，而且采用的555组成多谐振荡电路所产生的时钟频率稳定且精度高，使用方便,不需要经常进行调校。本电路的定时电路可以准确的进行定时，在规定的时间准确报时，而且在整点时刻都将进行仿电台报时。本电路具有很方便的调校功能，能够很快的校对时钟，因此这个多功能数字钟可以很好的用来代替指针钟。它的不足之处就是电路稍有些复杂。通过这次实习，使我深刻的体会到了自己的知识的不足，以前的知识只是些很肤浅的东西，而且是很理论的，并且是理想化的。一旦在具体实践中应用起来时，问题就接踵而来，不知在具体的实践中该怎么应用理论上的知识。实际一个简单的电路，所要考虑的问题，所涉及的知识点要比考试的时候考虑的多。因此我在刚开始时毫无头绪，一筹莫展。在老师和同学们的帮助下，也在我自己查看诸多资料下，渐渐地我有了思绪，而且考虑的东西比较全面些。一个实际的电路，不仅要考虑它的前因后果，还要考虑什么电路实现什么功能。另外还要考虑它的可行性，实用性等等，以及元件的选取和元件参数的确定。在这不断的分析和总结的过程中，渐渐的