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1、 武汉理工大学数字电子线路基础课程设计说明书 目录正文31概述32方案设计与论证42.1方案一42.2方案二42.3方案的选择43单元电路的设计53.1振荡器电路的设计53.2数字钟电路的设计73.3校时电路的设计93.4控制打铃电路104整体电路仿真125实物制作156数据检测及电路调试177前景展望188个人总结199参考文献2110附录22附录一元件清单表22摘要 上课自动打铃电路的设计主要包括脉冲产生电路、数字钟显示电路、校时电路、控制打铃电路四个部分。利用555构成的多谐振荡器产生一定频率的信号控制输入数字钟计时单元，数字钟的主要设计思想是利用74LS160芯片作为加法计数器，用门电
2、路连接实现数字钟的运行，从而实现数字钟的基本功能。其功能组要有：启动、运行、复位、校时和定时打铃等。数字钟运行计时必须要准确，才能保证打铃电路时间的准确性。关键词：显示 打铃 定时 校时AbstractAutomatic ringing the bell for class circuit design mainly includes the pulse generating circuit, the digital clock display circuit, the school bell circuit, the control ring circuit four parts. Usin
3、g 555 multivibrator composed of produce certain frequency signal control input digital clock timing unit, the main design idea is to use the digital clock 74 ls160 chip as addition counter, gate connection is used to implement the operation of the digital clock, so as to realize the basic function o
4、f digital clock. The functional group to be: start, run, reset, and timing when the school bell, etc. Digital clock timing operation must be accurate, to ensure the accuracy of the bell ring circuit time.Keywords: show timing ,when it is ringing ,timing,correction time正文1概述自动打铃电路系统由主体数字钟电路和控制打铃扩展电路两
5、大部分组成。其中主体电路完成数字钟的基本功能，扩展电路完成数字钟的扩展功能：报时和定时功能。晶体振荡器电路：晶体振荡器电路给数字钟提供一个频率稳定准确的32768z的方波信号，可保证数字钟的走时准确及稳定。不管是指针式的电子钟还是数字显示的电子钟都使用了晶体振荡器电路。分频器电路：分频器电路将32768HZ的高频方波信号经32768（152）次分频后得到1Hz的方波信号供秒计数器进行计数。分频器实际上也就是计数器。时间计数器电路：时间计数电路由秒个位和秒十位计数器、分个位和分十位计数器及时个位和时十位计数器电路构成，其中秒个位和秒十位计数器、分个位和分十位计数器为60进制计数器，而根据设计要求
6、，时个位和时十位计数器为24进制计数器。译码驱动电路：译码驱动电路将计数器输出的8421BCD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。报时电路：报时电路功能,即在时间到达指定值时数秒内,数字钟会自动报时,以示提醒。2方案设计与论证2.1方案一采用小规模集成电路进行设计，用振荡器产生脉冲并且自动实现计时功能。2.2方案二利用单片机来实现，在按键较少的情况下，采用独立式4个按键，经软件设计指定的I/O口，送出逻辑电平，控制数码管显示，根据数字电子钟的设计要求与原理以及特性，实现相应的功能。2.3方案的选择由于我们对于单片机的系统知识及编程还了解不深，而且采用集成芯
7、片进行组合设计可以实现相应的功能，简单而且扩展性好，容易选择，所以选用方案一。按照要求需有4位时钟显示，即时和分，故需搭建一个数字时钟；要能按照要求时刻进行打铃，故需有控制电路对时间进行判断，进而打铃；另外还需设计时钟脉冲发生电路，因此将电路分成三个模块进行设计，分别是脉冲发生部分，数字钟部分，打铃部分。总电路结构如下：振荡电路控制打铃电路数字钟电路校时电路图1 总电路结构3单元电路的设计3.1振荡器电路的设计石英晶体振荡器的特点是振荡频率准确、电路结构简单、频率易调整。它还具有压电效应，在晶体某一方向加一电场，则在与此垂直的方向产生机械振动，有了机械振动，就会在相应的垂直面上产生电场，从而机
8、械振动和电场互为因果，这种循环过程一直持续到晶体的机械强度限止时，才达到最后稳定。这用压电谐振的频率即为晶体振荡器的固有频率。电路图如下：图2 晶振电路图3 仿真图图4 波形图晶振为32.768kHz，经过CD4060进行14分频可得到2Hz的脉冲输出，再经过一个D触发器进行二分频即可实现1Hz的脉冲输出。一般来说，振荡器的频率越高，计时精度越高，但耗电量将增大。如果精度要求不高也可以采用由集成电路定时器555与RC组成的多谐振荡器。为了观看效果方便，我们也利用555芯片做了多谐振荡器电路产生的脉冲。如图5所示。设振荡频率f=1KHz，R为可调电阻，微调R1可以调出1KHz输出。图5 555振
9、荡电路输出高电平时间 T=(R12+R8)Cln2 输出低电平时间T=R8Cln2 振荡周期 T=(R12+2R8)Cln2Multism仿真波形如下：图6 仿真方波3.2数字钟电路的设计 图4 74ls160引脚图图5 74ls160功能表图 图7 四段译码显示电路 图8 七段译码显示电路我采用了四个计数器74ls160组成计数电路，分计数由两个74ls60芯片与相应的门电路构成60进制，时计数由两个74ls160芯片与相应的门电路构成24进制。并通过数码管进行显示。由于计数器74ls160是脉冲上升沿触发的，所以分计数器电路的个位向十位的进位是通过进位端接一个反相器实现的，当分显示为59的
10、时候，分十位向时个位进位。开始我直接由计数器输出连接四段数码管进行显示，后来由于购买元件时只有七段数码管，而且通过译码器译码输出显示结果稳定，所以我修改了译码显示电路，先通过译码器74ls48进行译码输出，再接四位共阴七段数码管，显示结果正常。3.3校时电路的设计 图9校时电路因为要控制时钟可调，可采用一个D触发器与开关控制0101的变换，即上升沿触发的74LS160在开关的一次转换时就会触发一次，从而达到加“分”加“时”的功能。S1控制输入脉冲或加“分”信号，S2控制加“时”还是加“分”，S4控制电平转换，S3控制加“时”信号与“分”的进位信号。3.4控制打铃电路图10 锁存器加比较器选取时
11、间点图11 延时输出电路打铃时间分别为：8:00,8:45,8:55,9:40,10:10,10:55,11:05,11:50,14:00,14:45,14:55,15:40,16:00,16:45,16:55,17:40,18:00,18:45,18:55,19:40,8:00 我最初想的是将每个时间分别提取出来输出高电平，但是工作及设计过程过于繁琐和笨拙，所以我放弃了这种方案。但是对于提取时间的方法我想到了两种：（1） 通过门电路来提取某个固定的时间点，再通过或门将这些时间点连起来，当达到需要的时间点时会输出为高电平，从而驱动LED灯亮。但是这样需要的门电路过多，太过繁琐，连线太多，不实用
12、。（2） 先经过一个锁存器将我们需要的某个时间点锁存，再通过数据选择器进行选择，当时间与选出的时间一致时，数据选择器输出高电平，LED灯亮，这个方法通过锁存器来进行既定时间的选择，比用门电路来说相对简单一些，但是要把每个时间点都提取出来，仍旧较为繁复。 经过仔细寻找规律，可以发现，从8：00到8:45再到8:55再到9:40，这中间的时间间隔为45分钟，10分钟，45分钟。可以根据此规律，只需把8点整的信号取出来输出高电平驱动LED灯亮，再通过上述规律的延时，即可实现8点到8:45再到8:55再9：40灯亮的循环过程。 为了实现延时，开始我想的是用D触发器来实现，8:00输出的高电平先通过一个
13、计数器电路加一，再经过D触发器分频，通过数据选择器，计数器的输出与数据选择器的地址端相连来控制数据选择器输出高低电平。但是在实际设计中，输出端接四进制计数器的脉冲输入端，其为高电平出发，第一个高电平输入后，若计数器加1，但是通过一个D触发器二分频，将D触发器的脉冲端接分个位的计数脉冲，即经过一个D触发器，延时为2分钟，经过两个延时4分钟，经过三个延时8分钟不满足我们所说的10分钟、45分钟、30分钟，所以这个方法不可行。 后经过比较研究和老师提示，可以分别经过四十五进制、十进制的计数器进行延时，其中计数器的计数脉冲端必须与数字时钟部分分信号的计数脉冲相连接，如图11所示。4整体电路仿真图12
14、8：00响铃图8:00出现高电平灯亮，持续时间大约为一分钟，。图13 灯亮时波形图经过45分钟延时，又出现一个高电平灯又亮：图14 延时45分钟后灯亮10分钟后，又有一个高电平，灯亮：图15延时10分钟后灯亮如此循环往复，再经过45分钟后灯又亮。即可以实现打铃。整体电路仿真如下：图16 整体仿真图 仿真控制打铃电路的基本原理为：当8：00输出高电平时控制打铃部分输出高电平，此处通过一个或门连接四进制计数器的脉冲输入端，再经过一个或门连接LED和100欧姆限流电阻组成的显示电路，led亮；上升沿脉冲使得计数器计时加1，输出为0001，此时Q0端输出为高电平，连接45进制计数器个位的使能端，使得45进制计数器工作，当其达到44时，计数器清零，经过Q0，Q1的与门接四进制计数器前的两个或门，使得他们都输出高电平，一个使LED灯亮，一个通过输出的高电平促使四进制计数器再次加1，输出为0010，此时Q1端输出高电平，连接10进制计数器的使能端，使10进制计数器工作，与45进制计数器工作时相同，输出的高电平使得计数器加1，此时输出0011，经过45分钟延时，灯亮，
