24时制数字电子钟设计

实验八综合设计实验——设计24时制数字电子钟一、实验方案数字钟是一个将“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，另外应有闹钟功能和报时功能.。因此，一个基本的数字钟电路主要由译码显示器、“时”，“分”，“秒”计数器、校时电路、报时电路和振荡器组成.干电路系统由秒信号发生器、“时、分、秒”计数器、译码器及显示器、整点报时电路、闹钟电路组成。秒信号产生器是整个系统的时基信号，它直接决定计时系统的精度，一般用石英晶体振荡器加分频器来实现.将标准秒信号送入“秒计数器”，“秒计数器”采用60进制计数器，每累计60秒发现胡一个“分脉冲”信号，该信号将作为“分计数器”的时钟脉冲.“分计数器”也采用60进制计数器，每累计60分钟，发出一个“时脉冲”信号，该信号将被送到“时计数器”.“时计数器”采用24进制计时器，可实现对一天24小时的累计.译码显示电路将“时”、“分”、“秒”计数器的输出状态菁七段显示译码器译码，通过LED七段显示器显示出来.整点报时电路及闹钟电路是根据计时系统的输出状态产生一脉冲信号，然后去触发一音频发生器实现报时.（由于EWB元件中没有扬声器，故电路中一红色小灯泡代替）。二、系统框图时计数器编码器显示器信号源振荡电路分计数器编码器显示器秒计数器编码器显示器三、数字时钟的原理图：1、信号源及分频器信号源及分频器是数字电子中的核心，其作用是信号源产生一个频率标准，即时间标准信号，然后再由分频器生成秒脉冲。由于实验室的信号源可提供10Hz的信号，故要分频成1hz。74290的引脚图74290的功能表分频电路的仿真图为：2、振荡器(如果要做成一个独立的电子时钟，则要一个能自动产生信号的电路，即振荡电路)振荡器是数字电子中的核心，其作用是产生一个频率标准，即时间标准信号，然后再由分频器生成秒脉冲。我们有三种选择，即石英晶体振荡器、集成逻辑门与RC组成的时钟源振荡器和由集成电路定时器555和RC组成的多谐振荡器。如追求精密度，则选择石英晶体振荡器比较好，比较精确。但我们设计的数字时钟一般用于日常生活，精度要求不是特别的苛刻，故选用市场上比较普遍的由集成电路定时器555和RC组成的多谐振荡器即可。555定时器555定时器构成的多谐振荡器电路及波形振荡频率的计算经计算，可采用两个450KΩ的电阻和两个2.2uF的电容组合其仿真电路图如下3、计数器秒信号产生后，可以选设“秒”、“分”、“时”的计数器。秒和分的计数器是60进制的，故选用两片十进制的7490通过反馈归零法组成一个60进制的计数器。同理，将两片7490也可组成24进制的计数器。74LS90的引脚图及功能表：分和秒采用两片7490组成的60进制计数器，原理图如图2；时计数器采用两个片7490组成的24进制计数器，原理图如图3；时分秒三个计数器之间的连接图如图4；图2分、秒位60进制复位输入输出R1R2S1S2QDQCQBQAHHL×HH×L××HHXL×LL×L×L××L×LL×LLLLLLLLHLLH计数计数计数计数图3时位24进制4、译码器及显示器用软件EWB仿真实验，故直接选用4位输入LED七段显示直接显示出时间。5、校时电路当刚接通电源或计时出现出现误差时，需要对时间进行矫正。如图，由RS触发器及与非门等结构组成。N、M开关分别为时校正和分校正。不校正时两开关是闭合的。校正时，先打开H或M开关，然后拨动K开关，来回拨动一次就会使时、分位增加1，校正完毕后，把H、M开关合上，即可完成校正。两开关闭合时，整个校时电路不影响计数器的计时。其仿真图为6、拓展电路整点报时和闹钟功能。1）、整点报时，即当时钟计时到**时59分50秒开始报时，到59分59秒报时完停止。报时装置不影响时分秒的计数电路。（由于仿真软件里没有扬声器，故用小灯泡代替。）报时原理为：当分的个位为9，即计数输出为1001，十位为5，即计数输出为0101，秒的十位为5，即计数输出为0101时，小灯泡亮起来。即与门的输入端连接分个位的Q3与Q0、分十位的Q2与Q0、秒十位的Q2与Q0，输出端接小灯泡。当六位输入端同时为“1”时，小灯泡亮起来，及开始报时，此时秒的个位从0开始计数，直到秒的个位计数到9，之后报时停止。2）闹钟功能，我设计的闹钟为八点整闹铃，当然，还可以设置其他的闹铃时间。闹铃时间为一分钟，即08:00开始闹铃，到08:01闹铃停止。（由于仿真软件里没有扬声器，故用小灯泡代替。）闹钟电路由与非门构成，当时位的十位为0000，各位为1000，分位的十位为0000，个位为0000时，时钟显示为08:00：**。故，我设计的这个时钟从08:00:01开始闹铃，到08:00:59闹铃停止。整点报时电路和闹钟电路仿真图四、电路仿真1、时分秒计数器之间的连接图2、由分频电路、计时器、校时电路构成的基本时钟电路仿真图3、由振荡电路、计数器、整点报时器和闹钟构成的拓展电路仿真图五、实验结果及分析1、电子时钟基本电路部分的仿真结果1）振荡电路部分，由于参数的设定，总存在误差。所以，时钟的时间显示与标准时间对不上。2）若使用分频器与10HZ的信号源作为电路的秒信号输入，误差相对较少。3）首先对点进行校时。校时完成后，计数正常开始，秒位完成0到59的计数后，向分位进位，然后，自我清零，从0又开始计数，分位在接收秒位的进位，从0开始计数，到59后，向时位进位，然后自我清零，再从0开始，接收秒位的进位开始计数。时位接收分位的进位，从零开始进行计数，计数到23，当分位的第24个进位输入的时候，时位跳变，实现清零，然后再从零开始计数。2、电子时钟拓展部分电路的仿真结果1）整点报时器部分，当时钟计数到整点时，灯泡亮，及开始报时，然后持续59秒后灯灭。2）闹钟部分，当计数器计数到08:00：01时，灯泡亮，即闹钟开始响，到计数到08:00:59时，灯灭，闹钟完成。实验心得首先是资料的查询。这次实验是对这学期的数电知识的综合考验。有涉及到门电路、组合逻辑电路、时序逻辑电路等知识。对于每一部分电路的方案的确定，都要去查证资料。需要了解每种电路的电路原理，然后才能得到想要的电路。其次是电路的连接。由于电路设计的基本电路元很多，比如计数器就有6个。每个计数器之间的连线也是一件很费脑筋的事。若连错一处，就会导致整个电路的瘫痪，所以，细节决定成败，每连一小单元的电路后都要检查清楚或者仿真一下，看是否能够实现他该有的功能。另外还有电路的改进。一种电路功能的实现有很多种方法，应该不断的向最简单这个方向改进。总之这次试验加深了对数电知识的了解。尤其是计数器这一块，虽然电路里只用到7490和74290这两片计数器，但在选计数器时，每种计数器都有了解他们的逻辑功能，收获很大。同时，设计过程和仿真过程中，实验的实践能力也得到了锻炼。