《课程设计--多功能数字钟设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《课程设计--多功能数字钟设计（14页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、机械与电气工程学院数字电子技术课程设计报告姓 名：学 号：班 级：09 电自 3 班指导教师：高晓红 李燕1宁波大红鹰学院 Ningbo Dahongying University多功能数字钟设计1 设计任务与要求1.1 基本功能设计一个具有“时”、“分”、“秒”显示的数字钟，具体要求：（1）具有正常走时的基本功能；（2） 秒信号产生电路采用石英晶体构成的振荡器；（3）写出设计步骤，画出设计的逻辑电路图；（4）对设计的电路进行仿真、修改，使仿真结果达到设计要求；（5）安装并测试电路的逻辑功能。1.2 扩展功能（1）具有校时功能（只进行分、时的校时）；（2）具有整点报时功能；（3）具有定时闹钟功
2、能。2 设计原理数字电子钟原理如图 1 所示。一个具有计时、校时、报时、显示等基本功能的数字钟主要由振荡器、分频器、计数器、译码器、显示器、校时电路、报时电路等七部分组成。该系统工作的原理是：振荡器产生的稳定的高频脉冲信号，作为数字钟的时间基准，再经分频器输出标准秒脉冲。秒计数器计满 60 秒后向分计数器进位，分计数器计满 60 秒后向小时计数器进位，小时计数器按照 12 小时为周期计数。计数器进位输出经译码器送入显示器。计时出现误差时可以用校时、校分、校秒。扩展电路必须在主体电路正常运行的情况下才能进行功能扩展。2宁波大红鹰学院 Ningbo Dahongying University图 1
3、 系统原理框图（1）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。（2）分频器电路：分频器电路将 32768HZ 的高频方波信号经 32768（）次分频后152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。（3）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，时个位和时十位计数器为 12 进制计数器
4、。（4）译码驱动电路：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。3 电路设计3.1 秒脉冲产生电路的设计脉冲产生电路采用 555 定时器构成的多谐振荡器，通过对电路中电阻和电容取值的设置，可使振荡器的频率为 1Hz，这样就可把振荡器输出直接作为时钟脉冲信号，而不需分频器分频。为了方便仿真，采用 555 定时器与定时元件 RC 组成多谐振荡器，它的输出信3宁波大红鹰学院 Ningbo Dahongying University号频率为 f0=1.43/( R2+2R1) C1。取 R1=68k，R2=15k，C1=10uF（滤波
5、电容 C2=0.1uF ）,则电路的振荡频率为 f0=1Hz,输出信号为周期为 1s 的脉冲信号，这样输出就可以直接用来作为数字钟计数器的输入信号。脉冲产生电路如图 2 所示。图 2 秒脉冲产生电路3.2 译码及驱动显示电路设计译码电路的功能是将“秒” 、 “分” 、 “时”计数器的输出代码进行翻译，变成相应的数字。本次设计使用 7SEG-BCD 数码管，但由于 7SEG-BCD 数码管市场很难买到，所以使用74ls48 和共阴数码管代替。74LS48 芯片可以直接对 8421BCD 码进行译码，而且 74LS48 芯片具有脉冲消隐输入、消隐输入、灯测试输入端可以对电路进行简单测试，方便测试电
6、路和检查错误。把它对应的管脚与数码管管连接起来。就组成了显示电路。如图 3 所示。图 3 译码及驱动显示电路4宁波大红鹰学院 Ningbo Dahongying University3.3 时、分、秒计数器的设计实现任意进制计数器的方法有两种：置零法（复位法）和置数法（置位法） 。(1) 用复位法获得任意进制计数器假定已有 N 进制计数器，而需要得到一个 M 进制计数器时，只要 MN，用复位法使计数器计数到 M 时置“0” ，即获得 M 进制计数器。(2) 利用预置功能获 M 进制计数器置位法与置零法不同，它是通过给计数器重复置入某个数值的的跳越 N-M 个状态，从而获得 M 进制计数器的。置
7、数操作可以在电路的任何一个状态下进行。这种方法适用于有预置功能的计数器电路。3.3.1 秒计数器的设计“秒”计数器电路与“分”计数器电路都是60进制，它由一级10进制计数器和一级6进制计数器连接构成。由分频器来的秒脉冲信号，首先送到“秒”计数器进行累加计数，秒计数器应完成一分钟之内秒数目的累加，并达到60秒时产生一个进位信号，所以，选用一片74LS90和一片74LS92组成六十进制计数器，采用反馈归零的方法来实现六十进制计数。其中，“秒”十位是六进制，“秒”个位是十进制。如图4所示。图 4 秒计数器电路5宁波大红鹰学院 Ningbo Dahongying University3.3.2 分计数
8、器的设计“分”计数器电路也是六十进制，可采用与“秒”计数器完全相同的结构，用一片74LS90和一片74LS92构成。如图5所示。图 5 分计数器电路3.3.3 时计数器的设计时电路是 12 进制的计数器，采用的是 00-01-0211-00-01的计数规律。设计电路采用两片异步二五十进制加法计数器 74LS90 级联构成 12 进制时计数器。时计数器电路图如图 6 所示。图 6 时计数器电路6宁波大红鹰学院 Ningbo Dahongying University3.3 校时电路的设计当数字钟走时出现误差时，需要校正时间。校时电路实现对“时”“分”“秒”的校准。在电路中设有正常计时和校对位置。
9、本次实现“时”“分”的校对。对校时的要求是，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。需要注意的时，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，可能会产生抖动，为防止这一情况的发生我们接入一个由 RS 触发器组成的防抖动电路来控制。如图 7 所示。图 7 校时电路S1 S2功能11计数01校分10校时表 1 校时开关的功能表7宁波大红鹰学院 Ningbo Dahongying University3.4 整点报时电路设计整点报时电路的功能是：每当数字钟走时到整点时发出声响，有些情况下对声响还有其他特殊要求，如：声响的音调、次数以
10、及几点响几声等。具体设计方案如下：要求在差10 秒为整点时产生每隔1 秒鸣叫1 次的响声：共叫5 次，每次持续1 秒，前4 声为低音500Hz，后1 声为高音1KHz 。其主要思路是：设4 声低音分别发生在59 分51秒、53 秒、55 秒、57 秒，最后1 声高音发生在59 分59 秒，它们的持续时间均为1 秒。当Q3 为“1”时，高音1kHz 输入声响电路；当Q3 为“0”时，低音500Hz输入声响电路。且只有当分十位的Q2Q0 为“11”、分个位的Q3Q0 为“11”、秒十位的Q2Q0 为“11”、秒个位的Q0 为“1”时，才会有信号输入到声响电路而发出声音。这一功能可以由若干个集成门来
11、实现。见图8所示。图 8 整点报时电路4 元器件的使用列表4.1 元器件列表：74LS92 十二分频计数器 *274LS48 七段译码驱动器 *67SEG-COM-CAT 7 段共阴极数码管 *674LS90 二一五进制计数器 *274LS20 双 4 输入与非门 *274LS04 六非门 *174LS00 四 2 输入与非门 *28宁波大红鹰学院 Ningbo Dahongying University555 定时器 *14.2 主要元器件介绍4.21 555 定时器振荡器中用到的 555 定时器是一种多用途的数字模拟混合集成电路，可以方便的构成施密特触发器，单稳态触发器和多谐振荡器。用 5
12、55 组成的多谐振荡器的电路图和工作波形如图 9 和图 10 所示，振荡周期 T=0.7( R1+2R2) C。图 9 多谐振荡器电路图 图 10 工作波形图4.22 集成计数器 74LS9074LS90 是异步二 五 十 进制加法计数器，它既可以作二进制加法计数器，又可以作五进制和十进制加法计数器。图 11 74LS90 引脚排列输 入输 出清 0置 9时 钟R0(1)、R0(2)S9(1)、S9(2)CP1 CP2QD QC QB QA功 能9宁波大红鹰学院 Ningbo Dahongying University1100 0000清 00011 1001置 9 1QA 输 出二进制计数1
13、 QDQCQB输出五进制计数 QAQDQCQBQA输出 8421BCD 码十进制计数QD QAQDQCQB输出 5421BCD 码十进制计数0 00 01 1不 变保 持表 2 74LS90 功能表通过不同的连接方式，74LS90 可以实现四种不同的逻辑功能。具体功能为：（1）计数脉冲从 CP1输入，QA作为输出端，为二进制计数器。（2）计数脉冲从 CP2输入，QDQLQH作为输出端，为异步五进制加法计数器。（3）若将 CP2和 QA相连，计数脉冲由 CP1输入，QD、QC、QB、QA作为输出端，则构成异步 8421 码十进制加法计数器。（4）若将 CP1与 QD相连，计数脉冲由 CP2输入，
14、QA、QD、QC、QB作为输出端，则构成异步 5421 码十进制加法计数器。（5）清零、置 9 功能。当 R0（1） 、R0（2）均为“1” ；S9（1） 、S9（2）中有“0”时，实现异步清零功能，即QDQCQBQA=0000。当 S9（1） 、S9（2）均为“1” ；R0（1） 、R0（2）中有“0”时，实现置 9 功能，即 QDQCQBQA =1001. 4.23 数码管将七个发光二极管封装在一起，每个发光二极管做成字符的一个段，就是所谓的 7 段LED 字符显示器。根据内部连接的不同，LED 显示器有共阴和共阳之分，共阴 LED 显示器适用于高电平驱动，共阳 LED 显示器适用于低电平
15、驱动。由于集成电路的高电平输出电流小，而低电平输出电流相对比较大，采用集成门电路直接驱动 LED 时，较多地采用低电平驱动方式。10宁波大红鹰学院 Ningbo Dahongying University（a） （b） （c）图 12 7 段字符显示器（a）字段排列（b）共阴极 LED（c）共阳极 LED4.24 译码器 74LS4874LS48 除了有实现 7 段显示译码器基本功能的输入（DCBA）和输出（YaYg）端外，74LS48 还引入了灯测试输入端（LT）和动态灭零输入端（RBI） ，以及既有输入功能又有输出功能的消隐输入/动态灭零输出（BI/RBO）端。 74LS4816151413121110912345678UccfgabcdeBCLTDA GNDBI/RBORBI74
