多功能數(shù)字鐘-校時鬧鐘

/電子電路綜合實驗報告——多功能數(shù)字鐘設(shè)計目錄設(shè)計理念2設(shè)計要求2設(shè)計目的3設(shè)計要求3總體設(shè)計概要3振蕩器電路4輸出波形仿真圖如圖所示5分頻器電路5時間計時單元的設(shè)計6譯碼與顯示電路的設(shè)計7校時電路的設(shè)計8方案一：9方案二：10定時控制電路的設(shè)計11·電子系統(tǒng)中常見實際問題的分析12面包板和芯片的測試12時間計數(shù)電路的連接與測試13校正電路13主要芯片介紹13主體電路的裝調(diào)14時鐘結(jié)果仿真16面包板的使用及注意事項16實驗用到的器件17設(shè)計理念20世紀末,電子技術(shù)獲得了飛速的發(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(lǐng)域,有力地推動了社會生產(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。數(shù)字鐘已成為人們?nèi)粘Ｉ钪校罕夭豢缮俚谋匦杵?廣泛用于個人家庭以及車站、碼頭、劇場、辦公室等公共場所,給人們的生活、學(xué)習(xí)、工作、娛樂帶來極大的方便。由于數(shù)字集成電路技術(shù)的發(fā)展和采用了先進的石英技術(shù),使數(shù)字鐘具有走時準確、性能穩(wěn)定、集成電路有體積小、功耗小、功能多、攜帶方便等優(yōu)點,,因此在許多電子設(shè)備中被廣泛使用。 電子鐘是人們?nèi)粘Ｉ钪谐Ｓ玫挠嫊r工具,而數(shù)字式電子鐘又有其體積小、重量輕、走時準確、結(jié)構(gòu)簡單、耗電量少等優(yōu)點而在生活中被廣泛應(yīng)用,因此本次設(shè)計就用數(shù)字集成電路和一些簡單的邏輯門電路來設(shè)計一個數(shù)字式電子鐘,使其完成時間及星期的顯示功能。 本次設(shè)計以數(shù)字電子為主,分別對1S時鐘信號源、秒計時顯示、分計時顯示、小時計時顯示、整點報時及校時電路進行設(shè)計,然后將它們組合,來完成時、分、秒的顯示并且有整點報時和走時校準的功能。并通過本次設(shè)計加深對數(shù)字電子技術(shù)的理解以及更熟練使用計數(shù)器、觸發(fā)器和各種邏輯門電路的能力。電路主要使用集成計數(shù)器、譯碼集成電路、LED數(shù)碼管及各種門電路和基本的觸發(fā)器等,電路使用5號電池共電,很適合在日常生活中使用。設(shè)計要求本課題是設(shè)計一個多功能數(shù)字鐘,以數(shù)字形式顯示時,分,秒的時間,要求有手動校時分秒的基本功能,以及定時控制,仿廣播電臺正點報時,自動整點報時或觸摸報整點時數(shù)的擴展功能。設(shè)計目的數(shù)字鐘是一種用數(shù)字電路技術(shù)實現(xiàn)時、分、秒計時的裝置,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。因此,我們此次設(shè)計與制做數(shù)字鐘就是為了了解數(shù)字鐘的原理,從而學(xué)會制作數(shù)字鐘.而且通過數(shù)字鐘的制作進一步的了解各種在制作中用到的中小規(guī)模集成電路的作用及實用方法.且由于數(shù)字鐘包括組合邏輯電路和時敘電路.通過它可以進一步學(xué)習(xí)與掌握各種組合邏輯電路與時序電路的原理與使用方法。設(shè)計要求本課題是設(shè)計一個多功能數(shù)字鐘,準確計時,以數(shù)字形式顯示,時、分、秒的時間；小時的計時要求為"12翻1",分和秒的計時要求為60進位?？傮w設(shè)計概要數(shù)字鐘實際上是一個對標準頻率〔1HZ進行計數(shù)的計數(shù)電路。由于計數(shù)的起始時間不可能與標準時間〔如北京時間一致,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。通常使用石英晶體振蕩器電路構(gòu)成數(shù)字鐘。數(shù)字鐘電路系統(tǒng)的組成方框圖如下。振蕩器電路振蕩器是數(shù)字鐘的核心。振蕩器的穩(wěn)定度及頻率的精確度決定了數(shù)字鐘計時的準確程度,通常選用石英晶體構(gòu)成振蕩器電路。一般來說,振蕩器的頻率越高,計時精度越高。本課程設(shè)計采取用555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器。由555定時器和外接元件R1、R2、C1構(gòu)成多諧振蕩器,腳2與腳6直接相連,如圖所示。電路沒有穩(wěn)態(tài),僅存在兩個暫穩(wěn)態(tài),電路亦不需要外加觸發(fā)信號,利用電源通過R1、R2向C充電,以及C通過R2向放電端Ct放電,使電路產(chǎn)生振蕩。輸出信號的時間參數(shù)是：T＝tw1＋tw2,tw1＝0.7<R1＋R2>C,tw2＝0.7R2C輸出波形仿真圖如圖所示分頻器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,如仿電臺報時用的1KHz的高音頻信號和500KHz的低音頻信號等。因此,可以選用3片我們較熟悉的中規(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,即每1片Q0端輸出頻率為500Hz,每2片Q3輸出為10Hz,每3片的Q3端輸出1Hz。時間計時單元的設(shè)計分和秒計數(shù)器都是模數(shù)M=60的計數(shù)器,其計數(shù)規(guī)律為00—01—…—58—59—00…選74LS92作為十位計數(shù)器,74LS90作為個位計數(shù)器,再將他們級聯(lián)組成模數(shù)M=60的計數(shù)器。時計數(shù)器是一個"12翻1"的特殊進制計數(shù)器,即當數(shù)字鐘運行到12時59分59秒,秒的個位計數(shù)器再輸入一個秒脈沖時,數(shù)字鐘應(yīng)自動顯示為01時00分00秒,實現(xiàn)日常生活中習(xí)慣常用的計時規(guī)律。選用74LS191和74LS74。時計數(shù)器邏輯電路圖譯碼與顯示電路的設(shè)計校時電路的設(shè)計當數(shù)字鐘接通電源或者計數(shù)出現(xiàn)誤差時,需要校正時間。校時是數(shù)字鐘應(yīng)具備的基本功能。一般電子手表都具有時,分,秒等校時功能。為了使電路簡單,這里只進行分和小時的校時。如圖所示為校時電路邏輯圖。對校時電路的要求是,在小時校正時不影響分和秒的正常計數(shù)；在分校正時不影響秒和小時的正常計數(shù)。校時方式有"快校時"和"慢校時"兩種,"快校時"是通過開關(guān)控制,使計數(shù)器對1Hz的校時脈沖計數(shù)。"慢校時"是用手動產(chǎn)生單脈沖作為校時脈沖。圖示電路為校"時",校"分"電路。其中S1為校"分"用的控制開關(guān),S2為校"時"用的控制開關(guān),他們的控制功能如圖表示。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。需要注意的是,校時電路是由與非們構(gòu)成的組合邏輯電路,開S1或S2為"1"或"0"時,可能會產(chǎn)生抖動,接電容C1,C2可緩解抖動。所以實際使用時,一般會接一個RS觸發(fā)器,將其改為去抖動開關(guān)電路。S1S2功能111001計數(shù)校分校時方案一：通常,校正時間的方法是：首先截斷正常的計數(shù)通路,然后再進行人工出觸發(fā)計數(shù)或?qū)㈩l率較高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。圖示為所設(shè)計的校時電路。方案二：方案二與方案一相比,在開關(guān)兩邊多了0.01uf的電容防抖動。與非門的邏輯功能ABY001011110101定時控制電路的設(shè)計數(shù)字鐘在指定的時刻發(fā)出信號,或驅(qū)動音響電路"鬧時"〔這里用可用指示燈來代替音響電路；或?qū)δ逞b置的電源進行接通或斷開"控制"。不管是鬧還是控制,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。例如要求6時59分發(fā)出鬧鐘信號,持續(xù)時間為1分鐘這是對應(yīng)數(shù)字中的時個位計數(shù)器的狀態(tài)=0110,分十位計數(shù)器的狀態(tài)為=0101,分個位計數(shù)器的狀態(tài)為=1001。若將上述技術(shù)其輸出為1的所有輸出端經(jīng)過與門電路去控制指示燈,可以使指示燈正好在6點59分亮,持續(xù)1分鐘后熄滅,所以鬧時控制信號Z的表達式為Z=測試結(jié)果分析根據(jù)在ＥＷＢ軟件中的仿真結(jié)果及相應(yīng)的分析可知,電路可以實現(xiàn)設(shè)計要求,可以實現(xiàn)數(shù)字鐘的基本功能,既計數(shù)功能,其時間以數(shù)字形式顯示時、分、秒的時間；小時的計時要求為"12翻1",分和秒的計時要求為60進位?；诜抡娼Y(jié)果可以認定,此次多功能數(shù)字鐘的設(shè)計是成功的。·電子系統(tǒng)中常見實際問題的分析面包板和芯片的測試測試面包板各觸點是否接通；有時電路不通的原因是因芯片引腳接觸不良而造成的,因此,確認芯片是否接觸良好是非常重要的。時間計數(shù)電路的連接與測試六進制、十進制都沒有什么大的問題,只是芯片引腳的問題,只要重新插過芯片就可以解決了。但在六十進制時,按圖接線后發(fā)現(xiàn),顯示器上的數(shù)字總是100進制的,而不是六十進制,檢測后發(fā)現(xiàn)無論是線路的連通還是芯片的接觸都沒有問題。最后,在重對連線時發(fā)現(xiàn)是線路接錯引腳造成的,改過之后,顯示就正常了校正電路因引腳接錯而造成錯誤,所以校正電路是完全按照仿真圖所連的,在測試時,開始進行時校時時,沒有出現(xiàn)問題,但當進行到分校時時,發(fā)現(xiàn)計數(shù)電路的秒電路開始亂跳出錯。因此,電路一定是有地方出錯了,在反復(fù)對照后,發(fā)現(xiàn)是因為在接入校正電路時忘了把秒十位和分個位之間的連線拿掉而造成的,因此,在接線時一定要注意把多余的線拿掉。主要芯片介紹十進制計數(shù)器74LS90計數(shù)器組成一位二進制計數(shù)器；CPB和組成五進制計數(shù)器；若將與相連接,時鐘脈沖從輸入,則構(gòu)成74LS90是二—五—十進制計數(shù)器,它有兩個時鐘輸入端CPA和CPB。其中,CPA和了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2,74LS90的管腳圖如圖所示。復(fù)位輸入輸出R1R2S1

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×LLLLLLLLHLLH計

數(shù)計

數(shù)計

數(shù)計

數(shù)74LS191芯片引腳圖主體電路的裝調(diào)①根據(jù)數(shù)字鐘系統(tǒng)組成框圖,按照信號的流向分級安裝,逐級級聯(lián),這里的每一級是指組成數(shù)字鐘的各功能電路。②級聯(lián)時如果出現(xiàn)時序配合不同步,或尖峰脈沖干擾,引起邏輯錯亂,則可以增加多級邏輯門來延時。如果顯示字符變化很快,模糊不清,這可能是電源電流的跳變引起的,則可在集成電路期間的電源端Vcc加退耦濾波電容。通常用幾十個微法的大電容與0.01F的小電容相并聯(lián)作為退耦濾波電路。③畫數(shù)字鐘的主體邏輯電路圖。經(jīng)過級聯(lián)并糾正設(shè)計方案中的錯誤不不足之處后,再測試電路的邏輯功能是否滿足設(shè)計要求。最后畫出滿足設(shè)計要求的總體邏輯電路圖,如果因為實驗器材有限,則其中秒計數(shù)器的個位和時計數(shù)器的十位可采用發(fā)光二極管指示,因而可以省去2片譯碼器賀2片數(shù)碼顯示器。④數(shù)字鐘從原理上講是一種典型的數(shù)字電路,可以由許多中小規(guī)模集成電路組成,所以可以分成許多獨立的電路。由石英晶體振蕩器、分頻器、計數(shù)器、譯碼器、顯示器和校時電路組成,石英晶體振蕩器產(chǎn)生的信號經(jīng)過分頻器作為秒脈沖,秒脈沖送入計數(shù)器計數(shù),計數(shù)結(jié)果通過"時"、"分"、"秒"譯碼器顯示時間。其中以校正電路代替時間計數(shù)電路中的時、分、秒之間的進位