多功能數(shù)字鐘課程設計說明書1

1、成績 課 程 設 計 說 明 書題 目： 多功能數(shù)字鐘 專 業(yè)： 電氣工程與自動化年 級： 2010級學 生： 學 號： 指導教師： 完成日期： 2013 年 07 月 02 日西華大學課程設計說明書數(shù)字時鐘摘要：數(shù)字鐘是一種用數(shù)字電路技術實現(xiàn)時、分、秒計時的裝置，主要由主體電路與擴展電路組成，采用集成塊控制設計，使集成塊控制數(shù)碼管顯示時、分、秒，當秒計數(shù)計滿60時就向分進位，分計數(shù)器計滿60后向時計數(shù)器進位，小時計數(shù)器按12翻0規(guī)律計數(shù)。時、分、秒的計數(shù)結果經(jīng)過數(shù)據(jù)處理可直接送顯示器顯示。當計時發(fā)生誤差的時候可以用校時電路進行校正。數(shù)字電子時鐘優(yōu)先編碼電路、譯碼電路將輸入的信號在顯示器上輸出

2、；用控制電路和調節(jié)開關對led顯示的時間進行調節(jié)，以上兩部分組成主體電路。通過譯碼電路將秒脈沖產(chǎn)生的信號在報警電路上實現(xiàn)整點報時功能等，構成擴展電路。經(jīng)過布線、焊接、調試等工作后數(shù)字電子時鐘成形。與機械式時鐘相比具有更高的準確性和直觀性，且無機械裝置，具有更更長的使用壽命，因此得到了廣泛的使用。數(shù)字鐘從原理上講是一種典型的數(shù)字電路，其中包括了組合邏輯電路和時序電路。關鍵詞：數(shù)字鐘，振蕩電路，報警電路abstract：digital clock is a digital circuit technology, minute, second timing device，then main exte

3、nded from the main circuit and the expansion of the circuit,using integrated control design,manifold control digital display hours, minutes, seconds,when seconds count was 60to carry on, minute counter plan for 60 after to counter, hour counter by over 12翻0 rule count。when, minutes and seconds, coun

4、ting results after data processing can be directly displayed。digital electronic clock priority coding circuit, a decoding circuit converts an input signal in the display output;with the control circuit and switch on the led display time adjustment,above the main circuit composed of two parts.as comp

5、ared with the mechanical clock has a higher accuracy and intuitive,so it has been widely used.from the principle of digital clock is a kind of typical digital circuit,including the assembly logic circuit and the sequential circuits.keywords: digital clock,oscillation circuit,alarm circuitiii 目錄1 前言1

6、1.1 設計背景11.2 設計概述11.2.1設計目標11.2.2工作原理11.2.3實施計劃21.2.4必備條件22 總體方案設計32.1 方案比較32.1.1 方案一32.1.2方案二42.2 方案論證42.3 方案選擇53 單元模塊設計63.1主體電路部分63.1.1振蕩電路63.1.2分頻電路83.1.3計數(shù)電路93.1.4譯碼與顯示電路113.1.5校時電路133.2擴展功功能電路的設計143.2.1定時控制電路（鬧鐘電路）143.3.2仿廣播電臺正點報時電路163.4 特殊器件介紹173.4.1 555時鐘芯片173.4.2 單時鐘加/減計數(shù)器74ls191183.4.3 d觸發(fā)器

7、74ls74193.4.4 bcd碼7段譯碼器4511193.4.5與非門74ls03、74ls20203.4.6十進制計數(shù)器 74ls90213.4.7異步計數(shù)器74ls92213.7 各單元模塊的聯(lián)接224 軟件簡介235 系統(tǒng)調試245.1 仿真電路總圖245.2系統(tǒng)仿真參數(shù)設置245.3 功能調試255.3.1顯示電路255.3.1.1調試目的255.3.1.2調試電路255.3.1.3 調試結果255.3.2鬧鐘電路265.3.2.1調試目的265.3.2.3 調試結果265.3.3 仿電臺整點報時電路265.3.3.1 調試目的265.3.3.2 調試電路265.4 調試結果分析2

8、75.4.1 調試電路已實現(xiàn)的功能275.4.2 調試中遇到的問題和此電路的不足276 系統(tǒng)功能指標參數(shù)286.1 系統(tǒng)實現(xiàn)的功能286.2 系統(tǒng)指標參數(shù)測試287 結論298 設計總結308.1 設計的收獲體會308.2 對設計的進一步完善提出意見或建議309 致謝3110 參考文獻32附錄1：系統(tǒng)的電路原理圖33附錄2：系統(tǒng)的仿真總圖341 前言1.1 設計背景20世紀末，電子技術獲得了飛速發(fā)展，在其推動下，現(xiàn)代電子產(chǎn)品幾乎滲透了社會的各個領域，有力的推動了社會生產(chǎn)力的發(fā)展和社會信息化程度的提高，同時也使現(xiàn)代電子產(chǎn)品性能進一步提高，產(chǎn)品更新?lián)Q代的節(jié)奏也越來越快。時間對人們來說總是那么寶貴，

9、工作的忙碌性和繁雜性容易使人忘記時間，忘記了要做的事情，但是，一旦重要的事情，一時的耽誤可能釀成大禍。1.2 設計概述數(shù)字電子鐘是采用數(shù)字電路對時、分、秒數(shù)字顯示的計時裝置，廣泛用于個人家庭、車站、碼頭、辦公室等公共場所，給人們的生活、學習、工作、娛樂帶來了極大的方便，成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢扇鄙俚谋匦杵贰Ｋ鼣U展了鐘表原有的的報時功能，諸如定時自動報警、按時自動打鈴、時間程序自動控制、定時開關電路，甚至各種定時自啟動的裝置等這些都是一鐘表數(shù)字化為基礎的。由于數(shù)字集成電路的發(fā)展和石英晶體振蕩器的廣泛應用，使得數(shù)字鐘的精度遠遠超過老式鐘表，鐘表的數(shù)字化給人們的生產(chǎn)生活帶來了極大的方便，而且大大的擴展

10、了鐘表原來的報時功能，因此研究數(shù)字鐘及擴大其應用，有著日?，F(xiàn)實的意義。1.2.1設計目標基本功能：準確計時。以數(shù)字形式顯示時、分、秒的時間和校時功能。擴展功能：仿照廣播電臺具有正點報時功能。具有鬧鐘設置功能。1.2.2工作原理本設計主要運用集成電路來實現(xiàn)多功能的數(shù)字鐘的設計。其中的主要的電路包括：整點報時電路，校時顯示電路，信號源，時基電路，鬧鐘提示電路組成。對數(shù)字計時器采用層次化的方法進行設計，其中構成整個設計的子模塊既可以用原理圖輸入實現(xiàn)。1.2.3實施計劃首先就是要理清實現(xiàn)設計的框圖，在總體框圖的指導下，作出具體的電路圖，由要設計實現(xiàn)的功能，計算出各個電路元件的值，并逐一對各個元件進行選

11、擇。最后用仿真軟件對設計進行仿真操作，調試軟件，并對照出的設計有誤的地方進行必要的修正，確保設計的正確。1.2.4必備條件要實現(xiàn)該電路的設計，首要的就是要制定出設計的實現(xiàn)框圖，并在老師的指導和參照資料的條件下作出具體電路圖，選定實現(xiàn)實現(xiàn)該設計的各種元器件。另外，還應由必要的軟件幫助設計的完成。第 2 頁 2 總體方案設計對同一種目的的實現(xiàn)，可以用不同的方案，下面就著重介紹以下兩種方案對同一目的的實現(xiàn)方法。并比較兩種方案的優(yōu)劣。2.1 方案比較2.1.1 方案一系統(tǒng)框圖如圖2.1.1所示。振蕩電路led顯示電路正點報時電路分頻電路計時電路鬧鐘電路校時電路圖2.1.1 方案一的系統(tǒng)框圖工作原理簡述

12、：數(shù)字計時器有時分秒，時分秒各有高低兩位，其中時位為一個模24的計數(shù)器，分位和秒位為模60的計數(shù)器。秒位每秒加一，分位每六十秒加一，時位每六十分加一，于是低位的進位信號可以用來驅動高位計數(shù)，這就是數(shù)字計時器的原理。至于清零，保持，校分，校時電路則只需要通過簡單的組合邏輯電路來用一個開關控制使能端或進位信號或它們的相關組合即可。整點報時即當計時在某種狀態(tài)下以一定的頻率驅動蜂鳴器即可。最后就是動態(tài)顯示部分，動態(tài)顯示利用的是人眼的視覺暫留效應，在閃爍頻率大于48hz時人眼便感覺不到閃爍。利用這個原理可以使幾個數(shù)碼管在譯碼器的作用下以比較高的頻率輪流進行工作，人眼看不到閃爍，看起來這些數(shù)碼管是同時工作

13、的，這樣就可以達到動態(tài)顯示。2.1.2方案二系統(tǒng)框圖如圖2.1.2所示。顯示器按鍵單片機控制部分圖2.1.2 方案二的系統(tǒng)框圖工作原理簡述：單片機控制系統(tǒng)采用 at89s52 單片機。at89s52 是一種低功耗、高性能 cmos8 位微控制器，具有 8k 在系統(tǒng)可編程 flash 存儲器。使用 atmel 公司高密度非易失性存儲器技術制造，與工業(yè) 80c51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上 flash 允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器；數(shù)字時鐘顯示器額選擇電路，采用 5 只 7 段共陰極數(shù)碼管，分別顯示小時、及分鐘（如方案一 23-30），p0 口連接數(shù)碼管的段選端（a、b、c、d

14、、e、f、g），p2 口（0-4 端）控制數(shù)碼管位選端（cs1-cs5）。按鍵的選擇：采用 6 只輕觸按鍵完成各項功能的設置2.2 方案論證 方案可行性分析：上面介紹的兩種方案所用的原理不一樣，第一種是采用模擬電路和數(shù)字電路設計的。而第二種是基于單片機設計。較之前一種結構流程圖比較簡單，所用的元器件比較少，比較節(jié)約成本。完全就可以通過編寫程序來控制電路的顯示。而且較之第一種還比較的簡單明了，一目了然。電路容易控制，而且容易控制電路的誤差。所以方案二比較智能一些，但是方案二采用的是單片機控制系統(tǒng)，這對編寫程序的人來說，技術要求比較高，要求對單片機有很高的操作水平，對c語言有一定的了解。方案一完全

15、的采用的是ttl芯片，原理和技術要求很低，而且不容易出錯，雖然成本略高但是最大誤差不達到百分之一，對于即將進入單片機的學習有個很好的基礎。所以采用方案一作為本次的設計方案。2.3 方案選擇比較方案一和方案二可以看出，方案一比方案二更加可靠，而且使用到的元器件也都是我們所常用到的一些元件比如：74ls00，74ls48、cd4511、74ls191、74ls90以及開關、電容、電阻、門電路等一些我們所學過，用過的基本器件；由于我們隊單片機還沒怎么掌握，所以綜合各個方面的因數(shù)，我選擇了方案一做為本次課題的主要研究對象，本文也將注重介紹方案一的設計方法。第 32 頁3 單元模塊設計本節(jié)主要介紹系統(tǒng)各

16、單元模塊的具體功能、電路結構、工作原理、以及各個單元模塊之間的聯(lián)接關系；同時本節(jié)也會對相關電路中的參數(shù)計算、元器件選擇、以及核心器件進行必要說明。3.1主體電路部分主體電路部分的電路主要由振蕩電路、計數(shù)電路、顯示電路以及校時電路四大部分組成。下面將對各部分電路進行設計。3.1.1振蕩電路 數(shù)字鐘的精度，主要取決于時間標準信號的頻 率及其穩(wěn)定度。因此，一般采用石英晶體振蕩器經(jīng)過分頻后獲得時間標準信號。也可采用由 門電路或 555 定時器構成的多諧振蕩器作為時間標準信號源。本設計運用 555 定時器構成多謝振蕩器作為標準信號源。（1）振蕩器作用數(shù)字電路中的時鐘是由振蕩器產(chǎn)生的，振蕩器是數(shù)字鐘的核心

17、。振蕩器的穩(wěn)定度及頻率的精度決定了數(shù)字鐘計時的準確程度，一般來說，振蕩器的頻率越高，計時精度越高。它利用某種反饋方式產(chǎn)生時鐘信號。對數(shù)字電路來說，振蕩器的輸出的幅度范圍為0v5v的方波信號而不是鋸齒波、三角波或其他形式。（2）振蕩器的組成 該模塊電路由555定時器、電阻、電容、直流5v和若干導線。（3）振蕩器的工作原理 由555定時器組成的多諧振蕩器，其中r1、r2和電容c為外接元件。其工作波如圖3.1.1所示。 圖3.1.1.1設電容的初始電壓，t時接通電源，由于電容電壓不能突變，所以高、低觸發(fā)端，比較器1輸出為高電平，輸出為低電平，即，（1表示高電位，0表示低電位），觸發(fā)器置，定時器輸出此

18、時，定時器內(nèi)部放電三極管截止，電源經(jīng)，向電容充電，逐漸升高。當上升到時，輸出由翻轉為，這時，觸發(fā)順保持狀態(tài)不變。所以0t期間，定時器輸出為高電平。時刻，上升到，比較器的輸出由變?yōu)?，這時，觸發(fā)器復，定時器輸出。期間，放電三極管導通，電容通過放電。按指數(shù)規(guī)律下降，當時比較器輸出由變?yōu)?，觸發(fā)器的，的狀態(tài)不變，的狀態(tài)仍為低電平。時刻，下降到，比較器輸出由1變?yōu)?，r-s觸發(fā)器的1，0，觸發(fā)器處于1，定時器輸出。此時電源再次向電容c放電，重復上述過程。通過上述分析可知，電容充電時，定時器輸出，電容放電時，0，電容不斷地進行充、放電，輸出端便獲得矩形波。多諧振蕩器無外部信號輸入，卻能輸出矩形波，其實質是將

19、直流形式的電能變?yōu)榫匦尾ㄐ问降碾娔?。?）振蕩器的具體電路 圖 3.1.1.23.1.2分頻電路 分頻器的功能主要有兩個：一是產(chǎn)生標準秒脈沖信號；二是提供功能擴展電路所需要的信號，如電臺報時用的1hz的高音頻信號和500hz的低音頻信號等。選用3片中規(guī)模集成電路計數(shù)器74ls90可以完成上述功能。因每片為1/10分頻，3片級聯(lián)則可獲得所需要的頻率信號，即第一片的q（0）輸出端為500hz，第二片的q(3)輸出為10hz，第三片的q3輸出為1hz。具體電路如圖： 圖 3.1.2 3.1.3計數(shù)電路計數(shù)器是一種計算輸入脈沖的時序邏輯網(wǎng)絡，被計數(shù)的輸入信號就是時序網(wǎng)絡的時鐘脈沖，它不僅可以計數(shù)而且還

20、可以用來完成其他特定的邏輯功能，如測量、定時控制、數(shù)字運算等等。數(shù)字鐘的計數(shù)電路是用兩個六十進制計數(shù)電路和“12翻1”計數(shù)電路實現(xiàn)的。數(shù)字鐘的計數(shù)電路的設計可以用反饋清零法。當計數(shù)器正常計數(shù)時，反饋門不起作用，只有當進位脈沖到來時，反饋信號將計數(shù)電路清零，實現(xiàn)相應模的循環(huán)計數(shù)。以六十進制為例，當計數(shù)器從00，01，02，59計數(shù)時，反饋門不起作用，只有當?shù)?0個秒脈沖到來時，反饋信號隨即將計數(shù)電路清零，實現(xiàn)模為60的循環(huán)計數(shù)。下面將分別介紹60進制計數(shù)器和“12翻1”小時計數(shù)器。 （一）60進制計數(shù)器電路如圖3.1.3.1所示圖3.1.3.1電路中，74ls92作為十位計數(shù)器，在電路中采用六進

21、制計數(shù)；74ls90作為個位計數(shù)器在電路中采用十進制計數(shù)。當74ls90的14腳接振蕩電路的輸出脈沖1hz時74ls90開始工作，它計時到10時向十位計數(shù)器74ls92進位。（二） “12翻1”小時計數(shù)器電路 （1） 電路如圖3.1.3.2 所 示 圖 3.1.3.2 “12翻1”小時 計數(shù)器是按照“01020304050607080910111201”規(guī)律計數(shù)的，計數(shù)器的計數(shù)狀態(tài)轉換表如表3.1.3所示。表3.1.3“12翻1”小時計時時序十位 個位十位 個位ckq10q03 q02 q01 q00ckq10q03 q02 q01 q0001234567000000000 0 0 00 0

22、0 10 0 1 00 0 1 10 1 0 00 1 0 10 1 1 00 1 1 1891011121300011101 0 0 01 0 0 11 0 1 00 0 0 00 0 0 10 0 1 00 0 0 1 （2）電路工作原理由表可知：個位計數(shù)器由4位二進制同步可逆計數(shù)器 74ls191構成，十位計數(shù)器由雙d觸發(fā)器74ls74構成 ，將它們組成 “12翻1”小時計數(shù)器。由表可知：計數(shù)器的狀態(tài)要發(fā)生 兩次跳躍：一是：計數(shù)器計到9，即個位計數(shù)器的狀態(tài)為 =1001后，在下一計數(shù)脈沖的作用下計數(shù)器進入暫態(tài)1010，利用暫態(tài)的兩個1即使個位異步置0，同時向十位計數(shù)器進位使 =1；二是計

23、數(shù)到12后，在第13個計數(shù)脈沖作用下個位計數(shù)器的狀態(tài)應為 =0001，十位計數(shù)器的 =0。第二次跳躍的十位清“0”和個位置“1”的輸出端、來產(chǎn)生。3.1.4譯碼與顯示電路（一）電路如圖3.1.3.1所示圖3.1.3.1（二）電路的工作原理譯碼是編碼的相反過程，譯碼器是將輸入的二進制代碼翻譯成相應的輸出信號以表示編碼時所賦予原意的電路。常用的集成譯碼器有二進制譯碼器、二十制譯碼器和bcd7段譯碼器、顯示模塊用來顯示計時模塊輸出的結果。（三）對電路中的主要元件及功能介紹（1）譯碼器74ls48譯碼器是一個多輸入、多輸出的組合邏輯電路。它的工作是把給定的代碼進行“翻譯”，變成相應的狀態(tài)，使輸出通道中

24、相應的一路有信號輸出。譯碼器在數(shù)字系統(tǒng)中有廣泛的用途，不僅用于代碼的轉換、終端的數(shù)字顯示，還用于數(shù)字分配，存儲器尋址和組合控制信號等。譯碼器可以分為通用譯碼器和顯示譯碼器兩大類。在電路中用的譯碼器是共陰極譯碼器74ls48，用74ls48把輸入的8421bcd碼abcd譯成七段輸出a-g，再由七段數(shù)碼管顯示相應的數(shù)。 74ls48的管腳圖如圖16。在管腳圖中，管腳lt、rbi、bi/rbo都是低電平是起作用，作用分別為：lt為燈測檢查，用lt可檢查七段顯示器個字段是否能正常被點燃。bi是滅燈輸入，可以使顯示燈熄滅。rbi是滅零輸入，可以按照需要將顯示的零予以熄滅。bi/rbo是共用輸出端，rb

25、o稱為滅零輸出端，可以配合滅零輸出端rbi，在多位十進制數(shù)表示時，把多余零位熄滅掉，以提高視圖的清晰度。也可用共陰譯碼器74ls248，cd4511。bi/rbo4rbi5lt3a7b1c2d6a13b12c11d10e9f15g1474ls48圖3.1.3.2（2）顯示器sm421050n在此電路圖中所用的顯示器是共陰極形式，陰極必須接地。sm421050n的管腳功能圖如圖3.1.3.3abfcgdedpyledgn1234567abcdefg圖3.1.3.33.1.5校時電路 （一）電路的工作原理校時電路的作用是：當數(shù)字鐘接通電源或者出現(xiàn)誤差時，校正時間。校時是數(shù)字鐘應具有的基本功能。一般

26、電子表都具有時、分、秒等校時功能。為了使電路簡單，在此設計中只進行分和小時的校時。校時有“快校時”和“慢校時”兩種，“快校時”是通過開關控制，使計數(shù)器對1hz校時脈沖計數(shù)?！奥r”是用手動產(chǎn)生單脈沖作校時脈沖。圖中s1校分用的控制開關，s2（總圖）為校時用的控制開關，它們的控制功能如表4所示，校時脈沖采用分頻器輸出的1hz脈沖，當s1或s2分別為“0”時可以進行“快校時”。如果校時脈沖由單次脈沖產(chǎn)生器提供，則可以進行“慢校時”。表3.1.3校時開關的功能s1s2功能11計數(shù)10校分01校時（二）具體電路如圖3.1.3.4 圖 3.1.3.43.2擴展功功能電路的設計3.2.1定時控制電路（鬧

27、鐘電路）數(shù)字鐘在指定的時刻發(fā)出信號，或驅動音響電路“鬧時”；或對某裝置的電源進行接通或斷開“控制”。不管是鬧時還是控制，都要求時間準確，即信號的開始時刻與持續(xù)時間必須滿足規(guī)定的要求。（一）設計電路如圖3.2.1所示圖3.2.1（二）電路的工作原理在這里將舉例來說明它的工作原理。要求上午7時59分發(fā)出鬧時信號，持續(xù)1分鐘。設計如下：7時59分對應數(shù)字鐘的時時個位計數(shù)器的狀態(tài)為，分十位計數(shù)器的狀態(tài)為，分個位計數(shù)器的狀態(tài)為，若將上述計數(shù)器輸出為“1”的所有輸出端經(jīng)過與門電路去控制音響電路，就可以使音響電路正好在7點59分響，持續(xù)1分鐘后（即8點）停響。所以鬧時控制信號z的表達式為式中，m為上午的信號

28、輸出，要求m=1。如果用與非門實現(xiàn)的邏輯表達式為：在該電路圖中用到了2輸入二與非門74ls20，集電極開路的2輸入四與非門74ls03、74ls00，因oc門的輸出端可以進行“線與”，使用時在它們的輸出端與電源+5v端之間應接一電阻rl。rl的值由下式?jīng)Q定： =0.4v,=0.4ma,=2.4v,=50ua,=8ma,=100ua;m為負載門輸入端總個數(shù)。取rl=3.3k。如果控制1khz高音和驅動音響電路的兩極與非門也采用oc門，則rl的值應該重新計算。由電路圖可以看見，上午7點59分，音響電路的晶體管導通，則揚聲器發(fā)出1khz的聲音。持續(xù)1分鐘到8點整晶體管因為輸入端為“0”而截止，電路停

29、鬧。3.3.2仿廣播電臺正點報時電路 仿廣播電臺整點報時電路的功能要求是，每當數(shù)字鐘計時快要到整點時發(fā)出聲響，通常按照4低音1高音的順序發(fā)出間斷聲響，以最后一聲高音結束的時刻為整點時刻。設4聲低音（約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1khz）發(fā)生在59分59秒，它們的持續(xù)時間均為1秒。表3.3.2cp(秒)q3s1q2s1q1s1q0s1功能500000 510001鳴低音520010停530011鳴低音540100停550101鳴低音560110停570111鳴低音581000停591001鳴低音000000停具體設計電路如圖3.3.2 圖 3.3

30、.2 3.4 特殊器件介紹3.4.1 555時鐘芯片如圖3.13，555電路由電阻分壓器、電壓比較器、基本rs觸發(fā)器、放電管和輸出緩沖器5個部分組成。它的各個引腳功能如下： 1腳：gnd(或vss)外接電源負端vss或接地，一般情況下接地。8腳：vcc(或vdd)外接電源vcc，雙極型時基電路vcc的范圍是4.516v，cmos型時基電路vcc的范圍為318v。一般用5v。|3腳：out（或vo）輸出端。2腳：tr低觸發(fā)端。6腳：th高觸發(fā)端。4腳：r是直接清零端。當r端接低電平，則時基電路不工作，此時不論tr、th處于何電平，時基電路輸出為“0”，該端不用時應接高電平。5腳：co(或vc)為

31、控制電壓端。若此端外接電壓，則可改變內(nèi)部兩個比較器的基準電壓，當該端不用時，應將該端串入一只0.01f電容接地，以防引入干擾。7腳：d放電端。該端與放電管集電極相連，用做定時器時電容的放電。電阻分壓器由三個5k的等值電阻串聯(lián)而成。電阻分壓器為比較器c1、c2提供參考電壓，比較器c1的參考電壓為2/3vcc，加在同相輸入端，比較器c2的參考電壓為1/3vcc，加在反相輸入端。比較器由兩個結構相同的集成運放c1、c2組成。高電平觸發(fā)信號加在c1的反相輸入端，與同相輸入端的參考電壓比較后，其結果作為基本rs觸發(fā)器r端的輸入信號；低電平觸發(fā)信號加在c2的同相輸入端，與反相輸入端的參考電壓比較后，其結果

32、作為基本rs觸發(fā)器s端的輸入信號?；緍s觸發(fā)器的輸出狀態(tài)受比較器c1、c2的輸出端控制。在1腳接地，5腳未外接電壓，兩個比較器c1、c2基準電壓分別為2/3vcc，1/3vcc。引腳如圖3.4.1 圖3.4.13.4.2 單時鐘加/減計數(shù)器74ls191如圖3.9所示，該圖為所存器74ls191的引腳圖。單時鐘加/減計數(shù)器74ls191是bcd碼十六進制計數(shù)器。ld為置數(shù)端,當ld=0時將小時計數(shù)器的輸出經(jīng)數(shù)據(jù)輸入端的數(shù)據(jù)置入，rc為溢出負脈沖輸出端.當減法計數(shù)到“0”時，rc輸出一個負脈沖。u/d為加/減控制器。u/d=1時減法計數(shù)。cka為減法計數(shù)脈沖,兼作音響電路的控制脈沖。74ls1

33、91的置數(shù)端ld=0，即將此對應的小時計數(shù)器輸出的整點時數(shù)置入74ls191,封鎖1khz的音頻信號，使音響電路無脈沖輸入。當分十位計數(shù)器的進位脈沖下降沿到來時，經(jīng)過g1反相，小時計數(shù)器加1。新的小時數(shù)置于74ls191，分十位計數(shù)器的進位脈沖的下降沿到來時又使74ls74的狀態(tài)翻轉，1q經(jīng)g3、g4延時后，74ls191進行減法計數(shù)，計數(shù)脈沖由ck0提供。ck0=1時音響電路發(fā)出1khz聲音，當ck0=0時停響。當減法計數(shù)到0時，使d觸發(fā)器的1ck=0，但是觸發(fā)器的狀態(tài)不改變。因為分十位計數(shù)器的進位脈沖仍為0，ck=1，使d觸發(fā)器翻轉復“0”，74ls191又回到置數(shù)狀態(tài)，直到下一個分十位計

34、數(shù)器進位脈沖的下降沿來到。實現(xiàn)自動報警的功能。如果出現(xiàn)某些整點數(shù)不準確，其主要原因是邏輯控制電路的與非門延時時間不夠,產(chǎn)生了競爭冒險的現(xiàn)象，74ls191引腳如圖3.4.2圖3.4.23.4.3 d觸發(fā)器74ls74在電路中用到了d觸發(fā)器74ls74，74ls74的管腳圖如圖3.3.3。 圖 3.4.3觸發(fā)器，它是由門電路構成的邏輯電路，它的輸出具有兩個穩(wěn)定的物理狀態(tài)（高電平和低電平），所以它能記憶一位二進制代碼。觸發(fā)器是存放在二進制信息的最基本的單元。3.4.4 bcd碼7段譯碼器4511如下圖3.11所示，該圖為bcd碼七段譯驅動器及數(shù)碼顯示器。.a、b、c、d為bcd碼輸入端qa、qb、

35、qc、qd、qe、qf、qg為譯碼輸出端,輸出 “1”有效,用來驅動共陰極 led數(shù)碼管。當有輸入信號輸入時，對應的輸出端輸出高電平“1”，此時數(shù)碼顯示器相對應的端腳接受到信號，從而使對應的燈管亮起，顯示對應的數(shù)字。lt為測試輸入端,=”0”時,譯碼輸出全為”1”。 為消隱輸入端,=”0”時,譯碼輸出全為”0”，即七段顯示器處于消隱狀態(tài)。le為鎖定端，le=“1”時譯碼器處于鎖定狀態(tài)，譯碼輸出保持在le=0時的數(shù)值，le=0時正常譯碼。管腳如圖3.4.4。 圖 3.4.43.4.5與非門74ls03、74ls20四2輸入與非門74ls03，只要輸入變量有一個為0則輸出為1，只有輸入全為1，輸出

36、才為0。74ls03的管腳圖如圖3.4.5.1 二4輸入與非門74ls20，四個輸入端有一個為0，則輸出為1，只有全部輸入為1，輸出才為0。74ls20的管腳圖如圖3.4.5.2圖 3.4.5.1 圖 3.4.5.23.4.6十進制計數(shù)器 74ls90 74ls90是二五十進制計數(shù)器，它有兩個時鐘輸入端cka和ckb。其中，cka和組成一位二進制計數(shù)器；ckb和組成五進制計數(shù)器；若將與ckb相連接，時鐘脈沖從輸入，則構成了8421bcd碼十進制計數(shù)器。74ls90有兩個清零端r0（1）、r0（2），兩個置9端r9（1）和r9（2），其bcd碼十進制計數(shù)時序如表1，二五混合進制計數(shù)時序如表2，7

37、4ls90的管腳圖如圖3.4.6。 圖 3.4.63.4.7異步計數(shù)器74ls92異步計數(shù)器是指計數(shù)器內(nèi)各觸發(fā)器的時鐘信號不是來自于同一外接輸入時鐘信號，因而觸發(fā)器不是同時翻轉。這種計數(shù)器的計數(shù)速度慢。一異步計數(shù)器 74ls92是 二六十二進制計數(shù)器，即cka和組成二進制計數(shù)器，ckb和在74ls92中為六進制計數(shù)器。當ckb和相連，時鐘脈沖從cka輸入，74ls92構成十六進制計數(shù)器。74ls92的管腳圖如圖3.4.7。 圖 3.4.73.7 各單元模塊的聯(lián)接詳見附錄1所示。4 軟件簡介proteus軟件是英國labcenter electronics公司出版的eda工具軟件。它不僅具有其它

38、eda工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機及外圍器件的工具。雖然目前國內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機愛好者、從事單片機教學的教師、致力于單片機開發(fā)應用的科技工作者的青睞。具有4大功能模塊 u 智能原理圖設計（isis）豐富的器件庫超過27000種元器件，可方便地創(chuàng)建新元件；智能的器件搜索：通過模糊搜索可以快速定位所需要的器件；智能化的連線功能：自動連線功能使連接導線簡單快捷，大大縮短繪圖時間；支持總線結構：使用總線器件和總線布線使電路設計簡明清晰；可輸出高質量圖紙。u prospice混合仿真：基于工業(yè)標準spice3f5，實現(xiàn)數(shù)字/模擬電路的混合仿真；超過27

39、000個仿真器件：可以通過內(nèi)部原型或使用廠家的spice文件自行設計仿真器件，labcenter也在不斷地發(fā)布新的仿真器件，還可導入第三方發(fā)布的仿真器件。 u 獨特的單片機協(xié)同仿真功能支持主流的cpu類型：如arm7、8051/52、avr、pic10/12、pic16、pic18、pic24、dspic33、hc11、等。實用的pcb設計平臺 先進的自動布局/布線功能；支持器件的自動/人工布局；支持無網(wǎng)格自動布線或人工布線；支持引腳交換/門交換功能使pcb設計更為合理；完整的pcb設計功能；可以輸出多種格式文件。5 系統(tǒng)調試 5.1 仿真電路總圖見附錄2所示。5.2系統(tǒng)仿真參數(shù)設置表5.1

40、元件參數(shù)表在系統(tǒng)調試之前，我們需要對系統(tǒng)進行參數(shù)設置，如表5.1所示。序號編號參數(shù)序號編號參數(shù)序號編號參數(shù)1r13.3k21u574hc451141u24a.b74ls032r23.3k22u674hc451142u2574ls003r31k23u7:a74ls7443u2674ls004r43.3k24u8:a74ls0044u27a-d74ls005r52k25u8:b74ls0045u28a.b74ls206r65.1k26u8:c74ls0046u29not7rv11ok27u8:d74ls0047u30not8r111k28u974ls19148u31not9r153.3k29u10

41、a-d74ls0449u32not10bat55v30u1174ls925011ls1speaker31u1274ls905112ls2speaker32u1374ls925213c10.1uf33u1474ls905314c20.01uf34u15a-d74ls005415c30.01uf35u16a74ls005516c40.1uf36u1774ls905617c50.01uf37u1874ls905718u1 74hc451138u1974ls905819u274hc451139u205555920u374hc451140u23a-b74ls20605.3 功能調試通過幾天的的理論設計,

42、 為了驗證對理論應用的正確性，選用protues進行仿真，驗證每一級的功能。 5.3.1顯示電路5.3.1.1調試目的測試電路是否具有正確顯示時間的功能。5.3.1.2調試電路 調試電路如圖5.3.2 圖 5.3.1.25.3.1.3 調試結果通過下圖5.3.3可以看出時間是正確的。 圖 5.3.1.3 5.3.2鬧鐘電路5.3.2.1調試目的調試鬧鐘電路是否具有定時鬧鈴的功能。5.3.2.3 調試結果如圖5.3.2.3圖5.3.2.3圖 5.5 預置數(shù)為995.3.3 仿電臺整點報時電路5.3.3.1 調試目的驗證該電路是否具有正點報時的功能。5.3.3.2 調試電路電路如圖5.3.3.2所

43、示。 圖5.3.3.25.4 調試結果分析5.4.1 調試電路已實現(xiàn)的功能 該電路實現(xiàn)了鬧鐘功能，還有仿電臺整點報時，正確顯示時間。5.4.2 調試中遇到的問題和此電路的不足 在調試的過程只有先通過調試主體電路，先驗證主體電路部分是否正確，才能夠進行擴展部門的功能的調試，在驗證主體電路的過程中，74ls160采用的是反饋清零法，所以在計算60進制的時候，一定要注意計算正確。 此電路的最大的不足之處在于校時電路設計還不夠強大，在調試鬧鐘電路的時候可能會出現(xiàn)一點點誤差，因為設計的鬧鐘電路有的簡單。 總之還有很多問題需要發(fā)現(xiàn)，望老師指出！6 系統(tǒng)功能指標參數(shù)6.1 系統(tǒng)實現(xiàn)的功能6.2 系統(tǒng)指標參數(shù)測試對于本設計系統(tǒng)的參數(shù)測試，總共分兩步。第一步就是將自己設計的電路用軟件protel作出具體的線路圖，用protel自帶的檢測功能檢測線路是否連接有誤，直到修改線路至無誤為止。第二步就是將我們的電路的各部分分開進行仿真。對此部分仿真可用到仿真軟件proteus。在對每個部分仿真達到正確結果后，然后將各個模塊連接起來進行整體測試。7 結論該設計用仿真軟件pr