多功能数字钟的设计

电子技术课程设计题目名称：多功能数字钟的设计班级：自动化1学号：20110姓名：指导教师：日期：二○一三年六月二十三日多功能数字钟的设计内容摘要：数字钟是一个将“时”，“分”，“秒”显示于人的视觉器官的计时装置。它的计时周期为24小时，显示满刻度为23时59分59秒。一个基本的数字钟电路主要由秒信号发生器、“时、分、秒、”计数器、译码器及显示器组成。由于采用纯数字硬件设计制作，与传统的机械表相比，它具有走时准，显示直观，无机械传动装置等特点。本设计中的数字时钟采用数字电路实现对“时”、“分”、“秒”的显示和调整。通过采用各种集成数字芯片搭建电路来实现相应的功能。具体用到了555震荡器，74LS162及与非，异或等门集成芯片等。该电路具有计时和校时的功能。在对整个模块进行分析和画出总体电路图后，对各模块进行仿真并记录仿真所观察到的结果。实验证明该设计电路基本上能够大致符合设计要求！关键词：振荡器、计数器、译码显示器、数码管一．设计任务和要求1、设计任务设计一个多功能的数字钟。2、要求a．以数字形式显示时、分、秒的时间。b．小时的计时要求为24进制，分钟和秒的计时要求为60进制。c．能手动快速校时、校分。d．具有整点报时功能。e.具有秒表计数功能。f.具有闹钟功能。g.电路中所需的直流电源需自行设计。二．整体设计原理及框图1、设计原理由下图可以看出，振荡器产生的信号经过分频器作为产生秒脉冲，秒脉冲送入计数器，计数结果经过“时”、“分”、“秒”，译码器，显示器显示时间。其中振荡器和分频器组成标准秒脉冲信号发生器，由不同进制的计数器，译码器和显示电路组成计时系统。秒信号送入计数器进行计数，把累计的结果以“时”，“分”、“秒”的数字显示出来。“时”显示由二十四进制计数器，译码器，显示器构成；“分”、“秒”显示分别由六十进制的计数器，译码器，显示器构成；校时电路实现对时，分的校准。数字时钟基本原理的逻辑框图如下所示：2、框图三．各模块设计原理1、电源电路电路中要有5v的电源供电，所以要有5v的直流稳压电源，这里是将220v、50Hz的家庭用电转换成5v的直流稳压电源。译码器译码器译码器时计数器分计数器秒计数器校时电路振荡器分频器系统方框图12、振荡器秒发生电路---振荡器是计时器的核心，振荡器的稳定度和频率的精确度决定了计时器的准确度。一般来说，振荡器的频率越高，计时精度就越高，但耗电量将越大。所以，在设计电路时要根据需要而设计出最佳电路。在本设计中，采用的是精度不高的，由集成电路555与RC组成的多谐振荡器。其具体电路如下图所示；接通电源后，电容C1被充电，vC上升，当vC上升到大于2/3VCC时，触发器被复位，放电管T导通，此时v0为低电平，电容C1通过R2和T放电，使vC下降。当vC下降到小于1/3VCC时，触发器被置位，v0翻转为高电平。电容器C1放电结束,所需的时间为：当C1放电结束时，T截止，VCC将通过R1、R2向电容器C1充电，vC由1/3VCC上升到2/3VCC所需的时为：当vC上升到2/3VCC时，触发器又被复位发生翻转，如此周而复始，在输出端就得到一个周期性的方波，其频率为。本设计中，由电路图和f的公式可以算出，微调R3=60k左右，其输出的频率为f=1000Hz.3、分频器分频器的功能主要有两个：一个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1000Hz的高音频信号和500Hz的低音频信号等。本设计中，由于振荡器产生的信号频率太高，要得到标准的秒信号，就需要对所得的信号进行分频。这里所采用的分频电路是由3个总规模计数器74LS90来构成的3级1/10分频。由振荡器的1000Hz高频信号从U1的14端输入，经过3片74LS90的三级1/10分频，就能从U3的11端输出得到标准的秒脉冲信号。相应的如果输入的是100KHz时，就需要5片进行5级分频，电路图画法和下图一样，同理依次类推。4、二十四进制计数器与六十进制计数器“秒”计数器电路与“分”计数器电路都是六十进制，它由一级十进制计数器和一级六进制计数器连接构成，如图所示，是采用两片中规模集成电路74LS162串接起来构成的“秒”，“分”计数器。注：图太大了，显示不清楚5、校时电路当刚接通电源或计时出现误时，都需要对时间进行校正。校正电路如下四．电路仿真由上面介绍的电路各个部分的子电路构成的各个部分的功能，再由开始的数字时钟的系统原理框图，可以清楚的知道了总体的电路情况。下面结合上面设计出总体电路。各部分的仿真结果如下：1.电源部分2.555产生的波形3.分频电路输出波形4.24小时（没有加自己做的频率和电源）五．设计收获及体会通过本次设计，使我对已学过的电路、数电、模电等电子技术的知识有了更深一步的了解，锻炼和培养了自己利用已学知识来分析和解决实际问题的能力。对自己以后的学习和工作有很大的帮助。刚开始做这个设计的时候感觉自己什么都不知道怎么下手，脑子里比较浮躁和零乱。但通过一段时间的努力，通过重温数电，模电等电子技术的书籍，还有通过查看相关的设计技术以及一些参考文献，再加之在周围同学的帮助下，使我对自己的设计有了一个大致的模型。在这一周的设计中，我也发现了自己许多的不足，在开始设计时不能很好的运用已经学过的知识，理论不能和实际相结合。但是我通过自己的努力，用自己的双手来完成各个环节，不断的在在Internt查看相关资料和期刊文献，在其中也收获了很多新鲜的东西。这次设计更让我熟悉了一些常用集成逻辑电路和其相应芯片的使用。虽然，在本设计中所用的方案不是最好的，但我想其中的原理是最基本的；虽然其中可能出现的误差会计较大些，但是是最经济的和实用的参考文献[1]陆坤.电子技术设计.电子科技大学出版社.2002.[2]康华光.电子技术基础模拟部分.第五版.高等教育出版社.2006[3]康华光.电子技术基础数字部分.第五版.高等教育出版社.2006[4]吴建国，张彦.数字电子技术.华中科技大学出版社.2010附录1RefDes电路图区段区段名称系列值C1设计1CAPACITOR10nFC2设计1CAPACITOR10nFR1设计1RESISTOR10kΩR2设计1RESISTOR5.1kΩR3设计1POTENTIOMETER100kΩKey=AU1设计174LS74LS162DU2设计1HEX_DISPLAYDCD_HEX_GREENU3设计174LS74LS162DU4设计1HEX_DISPLAYDCD_HEX_GREENU5设计174LS74LS162DU6设计1HEX_DISPLAYDCD_HEX_GREENU7设计174LS74LS162DU8设计1HEX_DISPLAYDCD_HEX_GREENU9设计174LS74LS162DU10设计1HEX_DISPLAYDCD_HEX_GREENU11设计174LS74LS162DU12设计1HEX_DISPLAYDCD_HEX_GREENU13设计1AA74LS74LS10DU14设计1RATED_VIRTUAL555_TIMER_RATEDU15设计174LS74LS90DU19设计1AB74LS74LS10DU19设计1AC74LS74LS10DU20设计1AA74LS74LS04DU20设计1AB74LS74LS04DVCC设计1POWER_SOURCES5V地线设计1POWER_SOURCES地线设计1POWER_SOURCES地线设计1POWER_SOURCES附录2