電子技術(shù)課程設(shè)計--多功能數(shù)字鐘的設(shè)計

1、<p><b>　　1 概述</b></p><p>　　多功能數(shù)字鐘的設(shè)計要求</p><p>　　能夠準確顯示時、分、秒時間信號，具有校時功能和鬧鐘功能。</p><p>　　要實現(xiàn)校時功能需要分別針對時分秒的校時電路，要實現(xiàn)1Hz的秒鐘計數(shù)需要時鐘振蕩電路，所以數(shù)字鐘電路一般由數(shù)碼顯示器、計數(shù)器、時鐘振蕩器和校時電路等幾個部分組

2、成。</p><p>　　2. 設(shè)計方案原理構(gòu)思</p><p>　　2.1 設(shè)計主要原理</p><p>　　該設(shè)計主要由以下幾部分組成:振蕩器、分頻器、秒計數(shù)器、分計數(shù)器、時計數(shù)器、DCD-HEN七段顯示數(shù)碼管、時間校準電路、整點報時電路還有鬧鐘電路。數(shù)字鐘數(shù)字顯示部分由BCD-HEN七段顯示數(shù)碼管即時鐘顯示。要完成顯示需要6個數(shù)碼管，七段的數(shù)碼管需要譯碼器才能

3、正常顯示，然后要實現(xiàn)時、分、秒的計時需要60進制計數(shù)器和24進制計數(shù)器。60進制可能由10進制和6進制的計數(shù)器串聯(lián)而成，頻率振蕩器可以由晶體振蕩器分頻來提供，也可以由555定時來產(chǎn)生脈沖（或分頻為）1Hz。計數(shù)器的輸出分別送倒顯示器顯示。計時出現(xiàn)誤差時,可以用校時電路校時、校分。整點報時電路利用邏輯門，使當(dāng)各計數(shù)器輸出滿足整點時，蜂鳴器導(dǎo)通。</p><p>　　鬧鐘電路通過比較器比較當(dāng)前時間與設(shè)計的鬧鐘時間，相

4、等時同樣蜂鳴器導(dǎo)通。</p><p><b>　　2.2原理圖</b></p><p><b>　　3.各模塊電路分析</b></p><p>　　3.1 500Hz標準脈沖發(fā)生器</p><p>　　振蕩器可由晶振組成，也可以由555與RC組成的多諧振蕩器。由555定時器得到500Hz的脈沖，功能

5、主要是產(chǎn)生標準秒脈沖信號和提供功能擴展電路所需要的信號。多諧振蕩器也稱無穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，它沒有穩(wěn)定狀態(tài)，同時無需外加觸發(fā)脈沖，就能輸出一定頻率的矩形脈沖（自激振蕩）。用555集成電路實現(xiàn)多諧振蕩，需要外接電阻R1、R2和電容C，并外接+5V的直流電源。</p><p>　　脈沖頻率為：F=1/[（45+2*50）*0.7*18*10-6]=550hz</p><p>　　下圖為標準脈沖發(fā)生器電

6、路圖： </p><p>　　3.2計數(shù)器顯示電路</p><p>　　在數(shù)字鐘的控制電路中，分和秒的控制都是一樣的，都是由一個十進制計數(shù)器和一個六進制計數(shù)器串聯(lián)而成的。在此次電路的設(shè)計中采用的是統(tǒng)一的器件74LS161N的反饋置數(shù)法來實現(xiàn)十進制功能和六進制功能，根據(jù)74LS161的結(jié)構(gòu)把輸出端的0101（十進制為5）用一個與非門74LS00引到Load端便可置0，這樣

7、就實現(xiàn)了六進制計數(shù)。同樣，在輸出端的1001（十進制為9）用一個與非門74LS00引到Load端便可置0，這樣就實現(xiàn)了十進制計數(shù)。在分和秒的進位時，用秒計數(shù)器的Load端接分計數(shù)器的CLK控制時鐘脈沖，脈沖在上升沿來時計數(shù)器開始計數(shù)。</p><p>　　時計數(shù)器可由兩個十進制計數(shù)器串接并通過反饋接成二十四制計數(shù)器。</p><p><b>　　3.3時鐘校時電路</b&g

8、t;</p><p>　　時鐘出現(xiàn)誤差時，需校準。當(dāng)數(shù)字鐘接通電源或者計時出現(xiàn)誤差時，需要校正時間。校時是數(shù)字鐘應(yīng)具備的基本功能。對校時電路的要求是，在小時校正時不影響分和秒的正常計數(shù)；在分校正時不影響秒和小時的正常計數(shù)。校時方式有快校時和慢校時兩種，快校時是，通過開關(guān)控制，使計數(shù)器對1Hz的校時脈沖計數(shù)。慢校時是用手動產(chǎn)生單脈沖作校時脈沖下圖所示為校時電路和校分電路。其中J1是校分用的控制開關(guān)，J2為校時用的控

9、制開關(guān)，它的</p><p>　　控制功能下表所示。校時脈沖采用分頻器輸出的1Hz脈沖，當(dāng)J1或J2分別為0時</p><p>　　可進行快校時。如果校時脈沖由單脈沖產(chǎn)生器提供，則可以進行慢校時。</p><p><b>　　3.4鬧鐘電路</b></p><p>　　在指定的時刻發(fā)出信號，或驅(qū)動音響電路“鬧時”；或?qū)δ?/p>

10、裝置的電源進行接通或斷開“控制”。不管時鬧時還是控制，都要求時間準確，即信號的開始時刻與持續(xù)時間必須滿足規(guī)定的要求。</p><p>　　在本數(shù)字鐘設(shè)計中，選用了四片74LS85三位比較器實現(xiàn)。</p><p>　　下表是74LS85的邏輯功能表：</p><p>　　74LS85比較器的一對輸入接小時和分鐘時計數(shù)器的輸出，另外一對接四位撥碼開關(guān)，當(dāng)小時和分鐘計數(shù)器

11、的輸出與撥碼開關(guān)的值完全相等時，四片比較器輸出都為高電平，經(jīng)四位與非門后輸出到蜂鳴器，在一分鐘內(nèi)蜂鳴器導(dǎo)通。</p><p><b>　　3.5整點報時電路</b></p><p>　　整點報時的功能要求是，每當(dāng)數(shù)字鐘計時快到整點時發(fā)出聲響。當(dāng)時鐘還有十秒到整點時，蜂鳴器開始響，持續(xù)時間為十秒。</p><p>　　此電路是通過五個與門和一個蜂

12、鳴器來實現(xiàn)的，每當(dāng)分鐘的十位為5，個位為9，并且秒鐘的十位為5時，蜂鳴器接高電平，開始工作，直到到達整點停止。</p><p><b>　　4.仿真原理</b></p><p>　　4.1仿真調(diào)試原理圖</p><p>　　開始仿真后，秒鐘部分開始以1s為周期開始遞增，并能向分鐘和時鐘部分進位，完成數(shù)字鐘的基本功能。</p>&l

13、t;p>　　4. 2 鬧鐘電路仿真調(diào)試</p><p>　　將撥碼開關(guān)調(diào)至如圖狀態(tài)，即將鬧鐘定為00：01，則開始仿真。</p><p>　　當(dāng)時鐘與分鐘到達00：01時，在此一分鐘內(nèi)，探針亮，即鬧鐘響，過了此時間后，鬧鐘停。</p><p>　　鬧鐘響時的電路仿真如下圖所示：</p><p>　　4. 3 整點報時電路仿真調(diào)試<

14、/p><p>　　當(dāng)數(shù)字鐘離整點還差10秒以上時間時，探針不亮，蜂鳴器無反應(yīng)。</p><p>　　當(dāng)數(shù)字鐘離整點差10秒時，探針亮起，蜂鳴器響，如此持續(xù)10秒，過了整點后停止。</p><p>　　整點報時的電路仿真如下圖所示：</p><p>　　5. 遇到問題及解決方法</p><p>　　開始仿真時，發(fā)現(xiàn)探針一直是

15、亮的狀態(tài)，不符合理論分析結(jié)果。</p><p>　　解決方法：忘了在鬧鐘電路與蜂鳴器之間加上一個非門，使鬧鐘電路出現(xiàn)反效果。加上非門后問題解決。</p><p>　　調(diào)動撥碼開關(guān)定時后，發(fā)現(xiàn)鬧鐘不能在指定時刻響起。</p><p>　　解決方法：弄錯了撥碼開關(guān)與時間的對應(yīng)關(guān)系，即撥碼開關(guān)表示的時間與自己所想的 時間不對應(yīng)。理解后，重新調(diào)試可以成功。</p>

16、;<p>　　一直無法使蜂鳴器發(fā)出聲音，不能實現(xiàn)鬧鐘與報時提醒功能。</p><p>　　解決方法：在蜂鳴器那里接上一個指示探針，探針亮即表示蜂鳴器響，探針不亮即蜂 鳴器不響。</p><p><b>　　6 元件清單</b></p><p><b>　　7.參考文獻</b></p><p