数字电子钟(华电)要点

课程设计(综合实验)报告(2011--2012年度第一学期)名称：电子综合实验题目：数字电子钟（仿真）院系：电气与电子工程学院班级：学号：学生姓名：指导教师：李月乔设计周数：一周成绩：日期：2012年1月15日一．设计任务与要求：（1）设计一个能直接显示时，分，秒，并且有校时功能的数字电子钟。小时采用24进制。（2）设计24h整点报时控制电路，要求每整点发出一声响报时；要求在6:00~22:00之间每整点报时一次，23:00~5:00之间整点不报时。（3）设计任意几点几分均可响铃的闹钟控制电路。铃响1min，可提前终止。（4）更具规定的作息时间表，见表1，设计自动铃响控制电路。起床6:50上午上班8:00午饭11:45下午上班13:30下班17:30二．总体方案设计数字式电子钟的基本功能是能够实现时、分、秒得正确计时，计时单位为1s。因此，一个简单的数字式电子钟，首先必须有计时显示电路和秒表脉冲产生电路。其次，当刚接通电源或时钟走时出现误差时，需要进行时间校准，否则就不能正确表示当前时间。因此，数字式电子钟应具有校时电路。另外，若要求数字电子钟能够自动整点报时或按要求时间闹铃，还应具有整点报时和闹铃控制的电路。若还需要其他功能，相应的还要有一些控制电路。综上所述，数字式电子钟应由三大部分组成：即计时显示电路、秒表脉冲产生电路和控制电路。在软件设计中秒脉冲产生电路可以省略，用时钟信号源代替。其结构框图如图所示：表1：作息时间表一．课程设计（综合实验）报告要求（1）目的与要求：根据设计任务与要求进行填写。（2）正文：简单叙述设计过程（包括原理、方案）；花完整电路原理图，并简述各部分的功能。（3）总结与结论：写出设计和调试过程中出现的问题及解决方法；简述心得体会。二：实验正文各部分功能及其实现方案：1.时分秒计时器首先由于显示器是逢十进一，因此可以选择十进制计数器的芯片74LS160。（1）时计时器部分，即二十四进制计数器：24进制计数器是由两个10进制计数器74LS160级联组成，然后利用异步清零的方法实现。二十四进制采用了异步清零作用，因为异步清零的时间很短，所以是时间控制为0到23。显示译码时计数显示译码分计数显示译码秒计数秒脉冲校时控制整点报时控制闹钟控制控制电路清零信号表达式:52LQQ。电路实现如图1：状态图76543210QQQQQQQQ000000000000000100000010000000110000011100000110000001010000010000001000000010010001000000010001000101010001010000010011000100100001011000010111000110000001100100100011001000100010000100100000U1474LS160NQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10CLK2~CLR1~LOAD9U1574LS160NQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10CLK2~CLR1~LOAD9VDD5VU16DCD_HEXU17DCD_HEXU11A74LS00N&时显示图1（2）分、秒计时器部分，即六十进制计数器：60进制计数器是由两个10进制计数器：74LS160级联组成，然后利用异步清零的方法实现。同样的可以列出其真值表和状态图，由于篇幅省略真值表和状态图。最后得到清零信号的表达式为：65QQ。所以电路图如图2：U674LS160NQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10CLK2~CLR1~LOAD9U774LS160NQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10CLK2~CLR1~LOAD9VDD5VU8DCD_HEXU9DCD_HEXU10A74LS00N&分显示秒显示分计数图2原理说明：此电路连接部分实现了以上分、秒、时计数电路的连接。在59分或者59秒时，即01011001时，将有RCO产生一个高电平，RCO为下一位的时钟信号，当到下一秒或分时，将有一个下降沿，使得下一位加1。秒和分之间，分与时之间的进位是通过输出信号的逻辑电路实现的。2.译码显示部分：本实验采用的显示器的型号是DCD_HEX，该显示器不需要外加译码器，可以直接接入74LS160芯片的四个输出信号，当74LS160的输出信号为0000到1001时，改显示器分别显示为0~9。.当然，我们也可以按参考文献【1】中的方法，先把74LS160输出信号经过译码器74X48，再与显示器连接（相应的显示器的型号可选为SEVEN_SEG_COM_K）,可以实现相同的功能。具体连接方式如图3：其中四个角分别连输出信号。U9DCD_HEX图33.校时部分：按照任务书的要求，需可以对电子钟的时和分进行校时。当开关拨向校时档时，电子钟暂停工作。通过时，分校时开关分别对时，分进行校对，开关每按一次，与开关对应的时或分计数器加1，当调至需要的时与分时，开启运行开关，电子钟从设置的时间开始往后计时。具体电路实现如图4：VDD5VR11.62kΩJ1Key=1U18B74LS02N=1时计数时校准图4当时间显示不准确时，脱离正常计数的组合电路，而连接上电源时钟脉冲，此时可按下“1”健终止计数，也可以不终止。4．整点报时部分：按照要求，整点报时可以分为两个部分：第一是报时，第二是时间控制。需满足在6:00~22:00之间每整点报时一次，23:00~5:00之间整点不报时。报时功能部分设计原理：通过组合逻辑电路，使得当秒计数的十位是5，分计数的十位为5，个位为9，即01011001时开始工作，此电路可以将响铃时间控制在59分50秒，且有IK触发器的导通与闭合，可以使之只在下降沿有效，这样就2秒响一次，一共响5次。状态转移图如下：约定：L=1表示整点报时，L=0表示整点不报时。ABCDEFB表示输出信号（AB是时的十位信号，CDEF为个位信号，均为8421BCD码）23:00~5:00之间整点不报时真值表如下：ABCDEFL00011010001111001000100100110100001010001101001010100111状态图76543210QQQQQQQQ0110000001100010011001000110011001101000010100101010110101101010111101100010110011100000110000111000101经卡诺图化简得函数：LCDEABABEABF用逻辑电路实现为如图5：211U39A74LS04D431U39B74LS04D651U39C74LS04D891U39D74LS04D10111U39E74LS04D12131U39F74LS04DU40D12131174LS08D&U21A12374LS08D&U21B45674LS08D&U21C910874LS08D&U21D12131174LS08D&121312U41A74LS11D&3456U41B74LS11D&91011U41C74LS11D&8U42B45674LS08D&211U43A74LS04DU44A74LS32D312=1U44B74LS32D645=1整点报时电路5.任意闹钟部分：类似于时钟校时功能，通过两个电源信号源和两74LS160芯片可设订时间，该时间即为闹铃响的时刻。将设置闹铃的74LS160芯片的输出信号与时钟信号表示时和分的两片74LS160芯片比较，相同的话铃响。比较两信号所用的芯片是74LS85，该芯片的引脚及功能表见附录。具体比较电路如下图：U2474LS160NQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10CLK2~CLR1~LOAD9U2574LS160NQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10CLK2~CLR1~LOAD9U2674LS160NQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10CLK2~CLR1~LOAD9U2774LS160NQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10CLK2~CLR1~LOAD9V21000kHz5VV31000kHz5VGNDGNDU28A74LS00N&U30B74LS00N&VDD5VVDD5VU32DCD_HEXU33DCD_HEXU34DCD_HEXU35DCD_HEXU3674LS85NCOMPABA213B214A112B111OAGTB5A010B09A315B31OAEQB6OALTB7AEQB3ALTB2AGTB4U3874LS85NCOMPABA213B214A112B111OAGTB5A010B09A315B31OAEQB6OALTB7AEQB3ALTB2AGTB4U4574LS85NCOMPABA213B214A112B111OAGTB5A010B09A315B31OAEQB6OALTB7AEQB3ALTB2AGTB4U4674LS85NCOMPABA213B214A112B111OAGTB5A010B09A315B31OAEQB6OALTB7AEQB3ALTB2AGTB4VDD5VJ3Key=SpaceU47BUZZER200HzJ4Key=3J5Key=474LS85具有判断两个信号（4为）A与B是否相等的功能，AEQB=1，AGT=ALT=0且两个信号相等的时候OAEQB=1，OAGTB=OALTB=0;用四个74LS85串联一起，即可满足当设定时间的时和分信号与时钟的时和分信号相等时输出高电平，是蜂鸣器发出警报。6.作息时间功能的实现：起床6:5000000110:01010000上午上班8:0000001000:00000000午饭11:4500010001:01000101下午上班13:3000010011:00110000下班17:3000010111:00110000约定：150~QQ分别为时的十位个位和分的十位个位。L=1表示闹钟响，L=0，则不响。15Q14Q13Q12Q11Q10Q9Q8Q7Q6Q5Q4Q3Q2Q1Q0QL00000110010100001000010000000000010001000101000101100010011001100001000101110011000011514131211109876543210LQQQQQQQQQQQQQQQQ+1514131211109876543210QQQQQQQQQQQQQQQQ+1514131211109876543210QQQQQQQQQQQQQQQQ+1514131211109876543210QQQQQQQQQQQQQQQQ+1514131211109876543210QQQQQQQQQQQQQQQQ只需将时分的输出信号按上述表达式实现之后与蜂鸣器相连接就可以。由于连线太复杂，此处不附图。三、综合实验总结：我们学习了数字电子电路和模拟电子电路，对电子技术有了一些初步了解，但那都是一些理论的东西。通过这次数字电子钟的课程设计，我们才把学到的东西与实践相结合。从中对我们学的知识有了更进一步的理解。在此次的数字钟设计过程中，更进一步地熟悉了芯片的结构及掌握了各芯片的工作原理和其具体的使用方法。也锻炼了自己独立思考问题的能力和通过查看相关资料来解决问题的习惯。虽然这只是一次简单的课程设计，但通过这次课程设计我们了解了课程设计的一般步骤，和设计中应注意的问题。设计本身并不是有很重要的意义，而是同学们对待问题时的态度和处理事情的能力。至于设计的成绩无须看的太过于重要，而是设计的过程，设计的思想和设计电路中的每一个环节，电路中各个部分的功能是如何实现的。各个芯片能够完成什么样的功能，使用芯片时应该注意那些要点。同一个电路可以用那些芯片实现，各个芯片实现同一个功能的区别。