《多功能数字钟电路的设计与制作.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《多功能数字钟电路的设计与制作.pdf（13页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、.多功能数字钟电路的设计与制作一、设计任务与要求设计和制作一个多功能数字钟，要求能准确计时并以数字形式显示时、分、秒的时间，能校正时间，准点报时。二、方案设计与论证1数字钟设计原理数字电子钟一般由振荡器、译码器、显示器等几部分电路组成，这些电路都是数字电路中应用最广的基本电路。振荡器产生的1Hz 的方波，作为秒信号。秒信号送入计数器进行计数，并把累计的结果以“时”、“分”、“秒”的数字显示出来。“秒”的计数、显示由两级计数器和译码器组成的六十进制计数电路实现；“分”的计数、显示电路与“秒”的相同；“时”的计数、显示由两级计数器和译码器组成的二十四进制计数电路实现。所有计时结果由七段数码管显示器
2、显示。用4 个与非门构成调时电路，通过改变方波的频率，进行调时。最后用与非门和发光二极管构成整点显示部分。.2总体结构框图如下：图 14总体框图三、单元电路设计与参数计算1脉冲产生电路G G1 11 1C C1 1G G2 21 1v vO OR RC C2 2R R图 15晶振振荡器原理图图 16 555 定时器脉冲产生电路原理图振荡器可由晶振组成(如图 15)，也可以由 555 定时器组成。图 16 是由 555 定时器构成的 1HZ 的自激振荡器，其原理是：1第一暂态 2、6 端电位为Vcc，则输出为高电平，三极管不导通，电容C 充电，此32时 2、6 端电位上升。当上升至大于Vcc时，
3、输出为低电平，三极管导通，电容 C 放电，3.1.431此时 2、6 端电位下降，下降至Vcc时，输出高电平，以此循环。根据公式f(R1 2R2)C3得，此时频率为 0.991。12V12VVsVsv vC C2 2V V3 3CCCC1 1V V3 3CCCCO Ov vO Ot tPHPHt tt t28.86k28.86kR1R1RSTDISTHRVCCOUT57.72k57.72kR2R2TRICONGND100100RlRl555_VIRTUAL555_VIRTUALTimerTimer1010F FC C1010F FCfCft tPLPLO O图 17 555 定时器波形关系图
4、18 555 定时器产生 1Hz 方波原理图2时间计数电路14131211QAQBQCQD15RCO7 107 74 4L LS S1 16 61 1D DU U1 1LOADCLR9 13 4 5 6ENPENTA B C D图 19 74LS161 引脚图74LS161 功能表INPUTSENABLECLEARLOADCKPHHLH.2CLKOUTPUTRIPLEQA QB QC QDTHXXH-ABCDL L L LH H H HCARRY-计数数据置位清除-功能H上升LXXXXHXXX.来自脉冲产生电路的信号先后经过一个十进制计数器和六进制计数器，分别得到“秒”个位、十位后，用六进制计
5、数器得信号再经过一个十进制计数器和六进制计数器得到“分”个位、十位以及“时”个位、十位的计时。用第二个六进制计数器得信号得到“时”个位、十位。141312111514131211QAQBQCQD15RCOQAQBQCQDRCOLOADCLRLOADCLRCLKENPENT7 107 103 4 5 69 123 4 5 6ENPENTA B C DA B C D9 1VCCVCC5V5V2CLKU8U8NAND2NAND2U7U774LS161D74LS161DU4U4NAND2NAND2U2U274LS161D74LS161D图 20六十进制计数器原理图图 20 是十进制和六进制计时器原理图
6、。1Hz 的方波信号作为脉冲信号进入 74LS161可预置四位二进制计数器(异步清除)的 1 引脚，当输出为1010 即 11，13 引脚都为高电平时，由于清零端低电平有效，所以两信号经过与非门取反，作为六进制计时器的脉冲信号和进入十进制计时器清零端，分别使六进制计时器计数和使十进制计时器清零。同理，当六进制输出为 0110 即 11，12 引脚都为高电平时，经过与非门取反，作为下一级计时器的脉冲信号和进入六进制计时器清零端，分别使下一级计时器计数和使六进制计时器清零。各计数器输出接 4511 七段译码器的输入端。.141312111514131211QAQBQCQDQAQBQCQDRCOLO
7、ADCLRLOADCLRU23U2374LS161D74LS161DCLKRCO15ENPENT7 10D1D17 103 4 5 69 123 4 5 6ENPENTA B C DA B C D9 1VCCVCC5V5VU25U25NAND2NAND2U26U26NAND2NAND22CLKU24U24NAND2NAND2U20U20NAND2NAND2U19U1974LS161D74LS161D图 21二十四进制计数器原理图图 21 是二十四进制计时器原理图。上一级信号作为脉冲信号进入个位 74 联赛 161可预置四位二进制计数器(异步清除)的 1 引脚。当个位计时器输出为 1010，或十
8、位计时器输出 0010，同时个位计时器输出为 0100 时，个位计时器清零。可列出以下逻辑表达式：B11*B13A13*B12，化简为B11*B13*A13*B12，经过四个与非门进入个位的清零端。同理十位计时器输出 0010，同时个位计时器输出为 0100，即 U19 的 12 引脚，U23的 13 引脚都为高电平时，由于清零端低电平有效，所以两信号经过与非门取反，进入十位计时器清零端清零。各计数器输出接 4511 七段译码的输入端。D1 起隔离的作用，否则有信号对 U23 有干扰。3显示部分电路如图 23 所示，译码显示电路选用 4511 芯片直接驱动共阳极的七段数码管。六个 4511 芯
9、片集成电路构成数字钟的七段数码显示管显示译码/驱动器。4511 七段显示译码器输出高电平有效，将 8421BCD 码译成七段(a、b、c、d、e、f、g)输出，用以直接驱动 LED 七段数码显示对应的十进制数。4511 输入接计数器的四个输出端(除进位输出)。译码驱动电路将计数器输出的 BCD 码转换为数码管需要的逻辑状态，并且为保证数码管正常工作提供足够的工作电流。.4511 功能表输入LEBIXX00000000000000X011111111111111LT输出显示8消隐0123456789消隐消隐消隐消隐DCBAabcdefgXXXX1111111XXXX000000000001111
10、110000101100000010110110100111111001010001100110101101101101100011111011111100001000111111110011110011101000000001011000000011000000000110100000000111111111111111.0011111111110000000011110000000XXXX锁存*消隐消隐锁存*CKCKU2U27126543DADBDCDDELBILTOAOBOCODOEOFOG1312111091514A A B B C C D D E E F F G GU21U21OAO
11、BOCODOEOFOG7 1 2 65 4 3ELBILTDADBDCDD131211109 1514U22U224511BD_5V4511BD_5V4511BD_10V4511BD_10V图 22 4511 引脚图图 23显示部分电路4校时电路数字钟接通电源或者计时出现误差时，需要校正时间。校时是数字钟应具备的基本功能。一般电子手表都具有时、分、秒等校时功能。为使电路简单，这里只进行分和小时的校时。对校时电路的要求是，在小时校正时不影响分和秒的正常计数；在分校正时不影响秒和小时的正常计数。其中 S1 为校“时”用的控制开关，S2 为校“分”用的控制开关。.时输出时输出U29U29NAND2N
12、AND2分输出分输出D2D2U34U34NAND2NAND2秒脉冲秒脉冲时脉冲时脉冲U28U28NAND2NAND2NAND2NAND2U30U30C1C10.010.01F FU27U27NAND2NAND2U31U31NAND2NAND2NAND2NAND2U32U32U33U33NAND2NAND2分脉冲分脉冲C2C2S2S20.010.01F F键键=A=AR1R13.3k3.3kS1S1键键=A=AR2R23.3k3.3kVCCVCC5V5V图 24 校时电路原理图如图 24 所示，当 S1 闭合时，无论“分”计时器清零信号秒脉冲为低还是高，由于U27 的左侧输入总为低，所以输出没有
13、变化，“分”计时器的脉冲无效，此时，U28 为右侧输入为高，对输入的秒脉冲没有影响，所以秒脉冲进入“时”的CP 端，作为“时”的计数信号，此时计数频率快于正常频率，达到调时的目的。当 S1 断开时，正常由“分”计时器清零信号作为“时”的计数信号，此时计数频率为正常频率，达到计时目的。同理，当 S1 闭合时，“分”调时。当 S1 断开时，“分”计时。需要注意的是，校时电路是由与非门构成的组合逻辑电路，开关 S1 或 S2 为“0”或“1”时，可能产生抖动，接电容 C1、C2 可以缓解抖动。D2 起隔离的作用。5整点报时电路的设计U36U36NAND2NAND2LED1LED1U35U35NAND
14、4NAND4141312111514131211QAQBQCQDQAQBQCQDRCOLOADCLRLOADCLRU15U1574LS161D74LS161DCLKRCO15U11U1174LS161D74LS161DCLKENPENTENPENTA B C DA B C D7 107 103 4 5 69 123 4 5 69 1.2.图 25整点报时电路原理图当时分电路为 59 分时，LED 亮一分钟。如图 25 所示，当“分”计数器的十位输出0101，个位计数器输出1001 时，四路高电平信号取与运算，再去反，可得一个高电平，此时，LED1 的阳极为高电平，阴极接地，可以导通。起塔时刻，
15、LED 没有电位差，不导通，不亮。四、总原理图及元器件清单1元件清单元件LED 七段数码显示管451174LS161NE555 定时器电阻电阻电阻电阻电容电容开关二极管发光二极管74HC08型号主要参数5V28.86k57.72k1003.3k0.01F10F数量6 个6 个6 个1 个1 个1 个1 个2 个2 个2 个2 个2 个1 个4 个备注译码器16 进制计数器二输入与非门.74HC201 个4 输入与非门.3456710912ABCDENPENTQAQBQCQDRCO1413121115LOADCLRCLK7126543DADBDCDDELBILTOAOBOCODOEOFOG131
16、21110915143456710912ABCDENPENTQAQBQCQDRCO14131211157126543DADBDCDDELBILTOAOBOCODOEOFOG1312111091514LOADCLRCLK345671091ABCDENPENTQAQBQCQDRCO14131211157126543DADBDCDDELBILTOAOBOCODOEOFOG1312111091514LOADCLRCLKU U1 15 57 74 4L LS S1 16 61 1D DU U1 14 44 45 51 11 1B BD D_ _5 5V VU U3 31 1N NA AN ND D2 2
17、23456710912ABCDENPENTQAQBQCQDRCO14131211157126543DADBDCDDELBILTOAOBOCODOEOFOG1312111091514LOADCLRCLK3456710912ABCDENPENTQAQBQCQDRCO14131211157126543DADBDCDDELBILTOAOBOCODOEOFOG1312111091514LOADCLRCLK3456710912ABCDENPENTLOADCLRCLKQAQBQCQDRCO14131211157126543DADBDCDDELBILTOAOBOCODOEOFOG13121110915142总
18、原理图.图 26总原理图.U U2 26 6N NA AN ND D2 2U U2 28 8N NA AN ND D2 2N NA AN ND D2 2U U3 30 0V VC CC C5 5V V1 10 0 F FC C1 10 0 F FC Cf fGNDOUTV VC CC C5 5V VU U2 25 5N NA AN ND D2 2U U2 23 37 74 4L LS S1 16 61 1D DD D1 1C CK KA AB BC CD DE EF FG GU U2 24 4N NA AN ND D2 2U U2 20 0N NA AN ND D2 2U U1 19 97 7
19、4 4L LS S1 16 61 1D DU U2 21 1U U2 22 24 45 51 11 1B BD D_ _5 5V VA AB BC CD DE EF FG GC CK KU U1 17 7U U1 18 84 45 51 11 1B BD D_ _5 5V VL LE ED D1 1R R1 13 3.3 3k kC C1 10 0.0 01 1 F FS S1 1键键=A AR R2 23 3.3 3k kC C2 2S S2 20 0.0 01 1 F F键键=A A5 57 7.7 72 2k kR R2 2CONTRITHRU U2 29 9N NA AN ND D2
20、2U U2 27 7N NA AN ND D2 2N NA AN ND D2 2U U3 33 3N NA AN ND D2 22 28 8.8 86 6k kR R1 11 12 2V VV Vs sDISRSTVCCU U1 16 6N NA AN ND D2 2C CK KA AB BC CD DE EF FG GU U1 13 3U U1 12 2N NA AN ND D2 2U U3 36 6N NA AN ND D2 2U U3 35 5N NA AN ND D4 4C CK KU U3 32 2A AB BC CD DE EF FG GU U3 34 4N NA AN ND D2
21、 2D D2 2U U9 9U U1 11 17 74 4L LS S1 16 61 1D DU U1 10 04 45 51 11 1B BD D_ _5 5V VU U8 8N NA AN ND D2 2C CK KA AB BC CD DE EF FG GU U5 5U U6 64 45 51 11 1B BD D_ _5 5V VU U7 77 74 4L LS S1 16 61 1D DU U4 4N NA AN ND D2 2C CK KA AB BC CD DE EF FG GU U3 3V VC CC CU U1 14 45 51 11 1B BD D_ _5 5V V1 10
22、 00 0R Rl l5 5V V5 55 55 5_ _V VI IR RT TU UA AL LT Ti imme er rU U2 27 74 4L LS S1 16 61 1D D.五、安装与调试主要遇到的问题是：1.到多路信号输入或输出时，信号之间有干扰。如二十四进制计数器，如果高位清零端不加二极管，那么在高位数码管数字变化时，有很大的延时，同时低位数码管熄灭。脉冲产生电路的输出端不加二极管的话，“秒”显高位数码管数字变化时，有很大的延时，且低位数码管不在亮起。2.再加入校时电路后，无论开关 S1 与 S2 断开与否，在总开关开启时，“分”计数和“时”计数都自加一。六、性能测试与分析
23、设计的电路能达到设计要求，能准确计时并以数字形式显示时、分、秒的时间，并且能校正时间，准点报时。七、设计总结和心得这次课程设计是我们第一次将所学的知识综合应用到实际中去。为期一个星期的设计，本以为时间很充裕，但是整个设计方案、过程的完成遇到了很多之前想象不到的问题。比如设计方案中如何利用现有的元件组装得到设计要求，如何找到错误的原因，如何利用计算机来画图等等。在这个过程中我们查阅了大量的资料，主要是来自网上及模电、数电等参考书，同时咨询了学校的一些师兄和老师。最终在大家的共同努力下，顺利完成了整个课程设计。这次课程设计教会了我们在以后的学习和工作当中要养成严谨、耐心的工作态度，遇到困难要主动出击，而不是坐着等人给自己指导。八、参考文献1 童诗白，华成英.模拟电子技术基础.高教出版社，2006：1129.2 阎石.数字电子技术基础.高教出版社，2006：66309.3 金唯香，谢玉梅.电子测试技术.湖南大学出版社，2005：154189.4 彭介华.电子技术课程设计指导.高等教育出版社，2006：1031175 李国丽，朱维勇.电子技术实验指导书.中国科技大学出版社，2005：1281466 吕思忠 施齐云.数字电路实验与课程设计.哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，2001.9.