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標題: 數(shù)電電子時鐘設計，具有校時控制，整點報時功能文檔無圖版 [打印本頁]

作者: wzw12345 時間: 2021-6-24 21:02
標題: 數(shù)電電子時鐘設計，具有校時控制，整點報時功能文檔無圖版
數(shù)電電子時鐘設計，具有校時控制，整點報時功能，proteus設計，數(shù)字電子鐘是一種用數(shù)字顯示秒.分.時的記時裝置，主要是采用先進當代電子技術，使用微型時鐘芯片的時鐘，與傳統(tǒng)機械相比，它的時鐘精度，顯示直觀，無機械傳動裝置，廣泛應用于人們日常生活當中。此外，人們在生活和工業(yè)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中對時鐘的功能也提出了許多更高的要求，如校時、定時報時等功能。廣泛的應用:小到人們的日常生活中的電子手表、電子鬧鐘，大到車站.碼頭.機場等公共場所的大型數(shù)字顯電子鐘。

本設計是要通過簡單的邏輯芯片實現(xiàn)數(shù)字電子鐘。用74LS161(10進制計數(shù)器)、74LS00(與非門芯片)、74LS08(與門)、74LS47(譯碼器)等連接成60和24進制的計數(shù)器,再通過數(shù)碼管顯示，構成簡單數(shù)字時鐘顯示部分。使用555(定時器)等組成構成標準時間源產(chǎn)生電路。使用單刀雙擲開關等構成時、分、秒快速校驗電路。使用74LS08(與門)和喇叭構成定時報時電路。

目錄
摘要. 4
一、數(shù)字時鐘設計目的及要求. 6
1.1設計目的... 6
1.2設計要求... 6
二、設計方案思路. 6
三．數(shù)字時鐘設計框圖. 6
四．設計內容. 6
4.1標準時間源產(chǎn)生電路... 6
4.2以24小時為周期的計數(shù)、譯碼、顯示電路... 8
4.2.1.計數(shù)譯碼電路... 8
4.2.2.顯示電路... 9
4.3數(shù)字時鐘的時、分、秒快速校時電路... 11
4.4數(shù)字時鐘的定時報時電路... 12
4.5數(shù)字時鐘總電路原理圖及PCB圖... 12
六、設計心得及體會. 15
參考文獻. 16

一、數(shù)字時鐘設計目的及要求
1.1設計目的
總體目的：通過設計的教學實踐，鞏固學生的基礎理論和專業(yè)知識，鍛煉所學理論知識解決實際問題能力。
(1)鞏固已學習的《電子技術(模擬和數(shù)字部分)》理論知識；
(2)熟悉電子系統(tǒng)開發(fā)技術；
(3)熟悉電子應用系統(tǒng)開發(fā)過程和步驟；
(4)掌握虛擬仿真軟件(Multisim、EWB、Proteus等)的使用；
(5)掌握電子應用系統(tǒng)設計、仿真和電路圖繪制(Altium Designer軟件)以及PCB版生成；
(6)培養(yǎng)工程實踐能力和創(chuàng)新能力。

1.2設計要求
(1)以24小時為一個周期，顯示時、分、秒；
(2)具有校時功能；
(3) 采用虛擬仿真軟件進行仿真調試。
(4) 設計整點報時功能；
(5)設計時間控制功能；
二、設計方案思路
本次設計先利用555定時器設計1s的時間源信號，再通過計數(shù)器進行計數(shù)，然后通過譯碼器和顯示器進行顯示時鐘數(shù)字，并且增加校驗控制功能和在相應的時間內進行時鐘報時，通過虛擬仿真軟件進行仿真調試并采用Protel軟件繪出硬件電路圖和PCB版圖。

三．數(shù)字時鐘設計框圖
圖1-1-1所示為數(shù)字時鐘設計框圖。
圖1-1-1
四．設計內容
4.1標準時間源產(chǎn)生電路
標準時間源產(chǎn)生的脈沖式計時的基準信號，標準時間源產(chǎn)生的秒脈沖是計時的基準信號，要求有高的穩(wěn)定度，通常應由晶體穩(wěn)頻振蕩器產(chǎn)生。為了簡便起見，也可由555定時器構成多諧振蕩器來完成。圖1-1-2所示為標準時間源產(chǎn)生電路。該555定時器構成的多諧振蕩器的振蕩周期為T=0.7(R:+2R)C，可通過調節(jié)電位器R2的阻值，產(chǎn)生振蕩周期為1s的周期性脈沖信號，作為數(shù)字鐘的標準時間源。信號源原理圖如圖2-2所示。
通過Proteus 8.0仿真軟件自帶的示波器觀察，如圖2-3所示
  示波器上顯示標準時間源產(chǎn)生電路振蕩周期T為994ms近似等于1s。由于精度要求并不高，所以次電路圖滿足設計要求

4.2以24小時為周期的計數(shù)、譯碼、顯示電路
4.2.1.計數(shù)譯碼電路
整個計數(shù)器電路由秒計數(shù)器、分計數(shù)器和時計數(shù)器串接而成。秒脈沖信號經(jīng)過6級計數(shù)器，分別得到秒個位、秒十位、分個位、分十位以及時個位、時十位的計時。顯示6位的“時”、“分”、“秒”需要6片中規(guī)模的計數(shù)器。其中，秒計數(shù)器和分計數(shù)器都是六十進制，時計數(shù)器為二十四/十二進制，都選用74161來實現(xiàn)。實現(xiàn)的方法采用反饋清零法。
秒計數(shù)器和分計數(shù)器各由一個十進制計數(shù)器（個位）和一個六進制計數(shù)器（十位）串接組成，形成兩個六十進制計數(shù)器，其中個位計數(shù)器接成十進制形式。十位計數(shù)器選擇Q1與Q2端做反饋端，經(jīng)與非門輸出至控制清零端MR，接成六進制計數(shù)形式（計數(shù)至0110時清零）。個位與十位計數(shù)器之間采用將個位計數(shù)器的Q1和Q3端通過74LS08（與門）連接至十位計數(shù)器的時鐘信號輸入端CLK，完成個位對十位計數(shù)器的進位控制。將十位計時器的反饋清零信號經(jīng)74LS08與門輸出，作為六十進制的進位輸出脈沖信號，即當計數(shù)器計數(shù)至60時，反饋清零的低電平信號經(jīng)過74LS00與非門輸入MR端，同時經(jīng)與門變?yōu)楦唠娖剑谕郊壜?lián)方式下，控制高位計數(shù)器的計數(shù)。  創(chuàng)建如圖2-1所示的電路。
二十四\十四進制計數(shù)電路，本實驗采用二十四進制，如圖2-2所示的電路，給兩個芯片的使能端提供高電平，CLK接分計數(shù)電路提供過來的進位信號。當個位的Q0-Q1為1010時，Q3和Q1通過與非門的輸出信號，與十位的Q1和個位的Q3通過與非門輸出的信號再經(jīng)過一個與門連接至個位清零端，這樣就可以實現(xiàn)個位為10時個位清零，十鐘為24時，十位和各位同時清零。

4.2.2.顯示電路
用共陽極七段數(shù)碼管（本實驗采用八段，本質上沒有區(qū)別）將譯碼顯示電路是將計數(shù)器輸出的8421 BCD碼譯成數(shù)碼管顯示所需要的高低電平。譯碼電路就應選接與它配套的共陰極七段數(shù)碼驅動器。譯碼顯示電路采用74LS47七段譯碼驅動器。譯碼器A、B、C、D與十進制計數(shù)器的四個輸出端相連接，a、b、c、d、e、f、g即為驅動七段數(shù)碼顯示器的信號。根據(jù)A、B、C、D所得的計數(shù)信號，數(shù)碼管顯示的相對應的字型。
（1）八段數(shù)碼管
使數(shù)碼管能顯示十進制數(shù)。必須將十進制數(shù)代碼經(jīng)譯碼器譯出，然后經(jīng)驅動器點亮對應的段。所以，譯碼器的功能就是，對應于某一組數(shù)碼輸入，相應的幾個輸出端有有效信號輸出。  常用的集成七段顯示譯碼器有兩類，一類譯碼器輸出高電平有效信號，用來驅動共陰極顯示器，另一類輸出低電平有效信號，以驅動共陽極顯示器。  74LS47七段顯示譯碼器的邏輯符號如所示，功能表如圖3.2.3.3所示。

當輸入8421BCD碼時，輸出低電平有效。用以驅動共陽極顯示器。
（2）74LS47原理
1）LT：試燈輸入，是為了檢查數(shù)碼管各段是否能正常發(fā)光而設置的。當LT=0時，無論輸入A3，A2，A1，A0 為何種狀態(tài)，譯碼器輸出均為低電平，也就是七段將全亮，若驅動的數(shù)碼管正常，是顯示8。2）BI：滅燈輸入，是為控制多位數(shù)碼顯示的滅燈所設置的。當BI=0時，不論LT和輸入A3，A2，A1，A0為何種狀態(tài)，譯碼器輸出均為高電平，使共陽極數(shù)碼管熄滅。3）RBI：滅零輸入，它是為使不希望顯示的0 熄滅而設定的。當對每一位A3= A2 =A1=A0=0時，本應顯示0，但是在RBI=0作用下，使譯碼器輸出全為高電平。其結果和加入滅燈信號的結果一樣，將0熄滅。4）RBO：滅零輸出，它和滅燈輸入BI（一）共用一端，兩者配合使用，可以實現(xiàn)多位數(shù)碼顯示的滅零控制。
74LS47是BCD-7 段數(shù)碼管譯碼器驅動器，74LS47 的功能用于將BCD 碼轉化成數(shù)碼塊中的數(shù)字，通過它來進行解碼，可以直接把數(shù)字轉換為數(shù)碼管的數(shù)字，從而簡化了程序，節(jié)約了單片機的IO開銷。因此是一個非常好的芯片！但是由于目前從節(jié)約成本的角度考慮，此類芯片已經(jīng)少用，大部分情況下都是用動態(tài)掃描數(shù)碼管的形式來實現(xiàn)數(shù)碼管顯示。譯碼器的邏輯功能是將每個輸入的二進制代碼譯成對應的輸出的高、低電平信號。常用的譯碼器電路有二進制譯碼器、二--進制譯碼器和顯示譯碼器。譯碼為編碼的逆過程。它將編碼時賦予代碼的含義“翻譯”過來。實現(xiàn)譯碼的邏輯電路成為譯碼器。譯碼器輸出與輸入代碼有唯一的對應關系 74LS47 是輸出低電平有效的七段字形譯碼器，它在這里與數(shù)碼管配合使用，表2.1列出了74LS47的真值表，表示出了它與數(shù)碼管之間的關系。
74LS47真值表：
圖
4.3數(shù)字時鐘的時、分、秒快速校時電路
為了實現(xiàn)數(shù)字時鐘的調時問題，我們采取在秒向分、分向時的進位信號作處理。采用了單刀雙擲開關對時鐘的校正功能的實現(xiàn)。由于單刀雙擲開關屬于機械開關，容易產(chǎn)生機械抖動，故我們利用由74LS0中的兩個與非門組成RS 觸發(fā)器，對它進行消抖。電路連接如圖 3-1。
電路開關的使用方法 (1) 正常工作時，開關SW1、SW2、SW3、SW5、SW6都扳到右邊，此時開關SW4不影響數(shù)字鐘工作。 (2)在進行對時作校正時，開關SW3或SW5扳到左邊，SW4在進行左右扳動時就能實現(xiàn)對時個位加脈沖信號，校時完將SW3或SW5扳到右邊。對分校時也相同，將要校時的位所對應的開關扳到左邊，然后反復撥動開關SW4如圖3.8.
4.4數(shù)字時鐘的定時報時電路
由于該整點報時數(shù)字鐘要求在59分50秒開始報時，并且報時10秒（即報完時剛好到整點）。因此我們要把分十位上取5(即把分十位上輸出端Q0和Q2通過74LS08與門輸出)作為74LS08的一個與門輸入，和分個位上取9(即分個位上輸出端口Q0和Q3通過與門輸出)作為74L5S08 的一個與門輸入， 5(即秒十位上輸出的Q1和Q3通過與門輸出)作為74LS08 的一個與門輸入。最后把再把該與門輸出與秒5接到與門后，再連到蜂鳴器。

4.5數(shù)字時鐘總電路原理圖及PCB圖
在前面設計好的單元電路以及圖1-1所示的框圖的基礎上，我們便可以可以設計出整機的電路圖。把555振蕩器產(chǎn)生的標準信號送入分頻器，分頻器將時基信號分頻為每秒一次的方波作為秒信號送入計數(shù)器進行計數(shù)，并把得到的累計結果分別通過時顯示器、分顯示器、秒顯示器以“時”、“分”、“秒”的數(shù)字顯示出來。具體的，在本數(shù)字計時電路系統(tǒng)中，利用兩級計數(shù)器和譯碼器組成的60進制計數(shù)器可分別實現(xiàn)對“秒”和“分”的顯示，而利用兩級計數(shù)器和譯碼器組成的12進制計數(shù)電路則可實現(xiàn)對“時”的顯示。  有些時候，計時器的計時會出現(xiàn)一些誤差，這時候，則可以利用此系統(tǒng)中的校時電路分別對時、分進行校對。校時電路可通過兩只功能鍵進行操作，即工作狀態(tài)選擇鍵S1和校時鍵S2配合操作完成計時和校時功能。當按動S1鍵時，系統(tǒng)可依次選擇計時、校時、校分、校秒這四種工作狀態(tài)。連續(xù)按動S1鍵時，系統(tǒng)則按上述順序循環(huán)選擇(通過順序脈沖發(fā)生器實現(xiàn))。若希望此系統(tǒng)以2Hz的速率分別實現(xiàn)各種校準，只需要在系統(tǒng)處于上述后三種狀態(tài)時(即系統(tǒng)處于校時狀態(tài)下)，再次按下S2鍵即可實現(xiàn)。各種校準必須互不影響，即在校時狀態(tài)下，各計時器間的進位信號是不允許傳送的。當時間校對完畢時，釋放S2鍵，校時功能就會停止，再按動S1鍵，系統(tǒng)就會返回計時狀態(tài)重新開始計時。  此數(shù)字計時電路系統(tǒng)的整機圖見圖5-1。
圖5-1
使用proteus 8.0進行仿真，如圖5-2和圖5-3所示，在59分50秒到1小時之間10秒類進行了整點報時，喇叭發(fā)出10s的聲響，整點后結束。
圖5-2
圖5-3
通過proteus 8.0進行pcb圖繪制，如圖5-4所示。圖5-4
3D視圖如5-5所示（由于proteus沒有7段數(shù)碼管和單刀雙擲開關的pcb封裝，要自制封裝，但自制封裝在3D視圖中并無法呈現(xiàn)7段數(shù)碼管和單刀雙擲開關的3D視圖，即在3D視圖中呈現(xiàn)紅色方框）
六、設計心得及體會
從上個世紀末到現(xiàn)在，電子產(chǎn)品已經(jīng)悄無聲息地滲透到社會的各行各業(yè)。隨著社會的快速發(fā)展，我們的生活節(jié)奏越來越快，電子產(chǎn)品的性能也越來越好、更新速度也越來越快，對社會生產(chǎn)力的提高、現(xiàn)代化和信息化社會的建立提供了持續(xù)的動力并給人們生產(chǎn)生活帶來了極大的方便。當今社會，數(shù)字計時器的應用越來越廣泛。由此可見，掌握數(shù)字計時電路并對其作深入研究，不斷地從各個方面擴大其應用，有著非常實際的意義。基于數(shù)字計時電路系統(tǒng)的重要性，本次設計選取其作為設計課題，并對其電路系統(tǒng)進行了初步的設計。數(shù)字計時電路使用靈活，應用廣泛，具有使用安全、性能可靠、價格低廉、適用性強等特點。通過本次對數(shù)字計時電路系統(tǒng)的設計，我感覺我在以下幾個方面都有很大的進步：首先，我在資料搜集方面得到一定的提高。任何一種高水平的工程設計，都必須有豐富的科學書目作為必要的參考資料，這次設計中通過英文翻譯，使我在專業(yè)英語能力方面有了進一步的提高。其次，通過所學理論知識解決實際問題的能力有了一定的提高，專業(yè)知識也有得到鞏固。通過這次設計，我從分析實際工作的過程中，學會怎樣利用理論知識去解決實際的問題。  另外，當代的大學生在日常的學習中，早已不再局限于對書本上知識的死記硬背，而是在傳統(tǒng)教學模式的基礎上再配以實踐訓練，培養(yǎng)自己的動手能力，學會自己解決問題的本領，以此來加強我們的實際操作能力。通過自己的努力，完成文檔設計，把我所學的知識系統(tǒng)地回顧一遍并享受其帶給我們的樂趣。而且在設計過程中不斷地發(fā)現(xiàn)并解決問題，對我自己的邏輯思維能力提高也有很大幫助，對我以后的應聘和就業(yè)也會有莫大的好處。

參考文獻
1. 康華光著. 電子技術-數(shù)字部分. 北京：高等教育出版社出版社，2006年.
2. 康華光著. 電子技術-模擬部分. 北京：高等教育出版社出版社，2006年.
3. 邱關源. 電路(第6版). 高等教育出版社出版社，2006年.
4. 周潤景, 張麗敏, 王偉. Altium Designer原理圖與PCB設計. 北京：電子工業(yè)出版社, 2009年.
5. 張新喜. Multisim10電路仿真及應用. 北京：機械工業(yè)出版社, 2011年.

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