整点报时器课程设计

目录1引言........................................................12方案论证与选择..................................................22.1设计目的....................................................22.2设计要求....................................................22.3系统框图....................................................22.4设计过程....................................................32.4.1秒脉冲信号发生器.......................................32.4.2时间显示模块电路.......................................32.4.3整点报时模块电路.......................................42.4.4校时模块电路...........................................43电路仿真与设计..................................................43.1所需芯片及芯片管脚图.........................................43.2标准秒信号发生器模块设计....................................53.3时、分、秒显示电路模块设计...................................73.4校时电路模块设计............................................103.5报时电路模块设计............................................113.6综合电路....................................................134电路调试及实物照片.............................................144.1电路调试....................................................144.2实物照片....................................................145存在问题.......................................................166心得体会.......................................................16参考文献.......................................................1711引言目前市场上提供的无论是机械钟还是石英钟在晚上无照明的情况下都是不可见的。要知道当前的时间，必须先开灯，故较为不便。现在市场上出现了这样一类的电子钟，它以六只LED数码管来显示时分秒，与传统的以指针显示秒的方式不同，违背了人们传统的习惯与理念，而且这类电子钟一般是采用大型显示器件，适用于银行、车站等公共场所。这种新型的电子钟因其方便、直观的特点也得到了社会的欢迎，在社会上占有相当一部分市场。数字电子钟是日常生活中常见的一种工具，大到机场等公共场所的时间屏幕，小到我们的手表、闹钟等，而且其报时功能也给人们提供了方便，因此，了解报时电子钟的工作原理是很有必要的，也很有趣，因此我选择了这个题目——整点报时数字钟。数字电子技术课程的核心内容是时序逻辑电路、组合逻辑电路和触发器，这些也是我们学电子的学生最基本要掌握的知识，通过实践可以加深对课本知识的理解，能够处理一些实际中的情况，因此这次数电课程设计，我选择了数字电子钟这个题目，虽然这在日常生活中很常见，看起来也比较简单，但是其中包含的学问很多。在这个项目中，校时是一个很重要的模块，既要可以正常校时，又不能干扰到时间计数显示模块，而时间显示比较简单，用熟悉的芯片就可以做出来了，老师说过，对芯片等元器件的了解程度等于将军手中可以调动的兵力，掌握了芯片功能，也就掌握了主动权。这次课程设计的选题——整点报时数字钟，不仅可以加深我对数字电子技术课程的理解，也可以提高自己的动手能力以及实际问题中解决问题的能力，培养对数字电子技术的兴趣。22方案论证与选择2.1设计目的1显示时、分、秒采用24小时进制。2具有校时功能，可以对小时和分单独校时。3.计时过程具有报时功能，当时间到达整点前10秒进行蜂鸣报时。4为了保证计时准确、稳定，由555构成振荡器提供标准时间的基准信号。2.2设计要求1.用秒脉冲作信号源，构成数字钟，显示秒、分、时2.具有“对时”功能，即时间可以快速预置3.具有整点提示功能。一种实现的方法是每到整点时触发，每到整点前几秒钟，发出如“的、的、的、答”声音信号。2.3系统框图32.4设计过程2.4.1秒脉冲信号发生器秒脉冲信号发生器是数字电子钟的核心部分，它的精度和稳定度决定了数字钟的质量。由555构成振荡器产生秒脉冲信号2.4.2时间显示模块电路可以用3个CD4518作为核心芯片，进行级联，再辅以若干逻辑门，完成进位、置零等功能，CD4518是双十进制计数器，有两个时钟输入端，正好可以满足进位和校时的功能，而不会产生干扰，且有一个置零功能，可以组成六十进制和二十四进制的计数器。42.4.3整点报时模块电路用的是555芯片和一块CD4068芯片组成的电路，555芯片可以接成多谐振荡器，提供交变信号使蜂鸣器发出声音，而整点报时的控制可以用CD4068实现，CD4068是8输入与/与非门，可以在整点之前输出脉冲信号，经过由555芯片组成的多谐振荡器，为其提供一个信号，这样由多谐振荡器输出端可以使蜂鸣器发出“嘀、嘀、嘀”的响声。2.4.4校时模块电路考虑到开关抖动现象，校时模块电路实验实验箱上的按键开关，每输出一个脉冲信号可以改变分个位和十个位，同时考虑到干扰问题，进位接线和校时接线接在不同的时钟输入端。3电路仿真与设计3.1所需芯片及芯片管脚图CD4518CD4068CD4002CD40115CD40695553.2标准秒信号发生器模块设计6用NE555芯片以及外围电路搭建成一个多谐振荡器，通过设计外围电路的参数输出方波频率为1Hz，故称为秒方波发生器。由于脉冲的占空比对系统的影响不大，故把占空比设计为1/3。输出方波用作计数器及D触发器的clk信号73.3时、分、秒显示电路模块设计整个电路的的核心芯片是CD4518，它是一个双10进制加法计数器，因此只需要三个芯片，进行级联即可实现两个六十进制和一个二十四进制计数器，再加上一些合适的逻辑门，实现置零和进位。上图是秒显示电路设计图，右边为秒个位，左边为秒十位，秒个位的电路中置零引脚和时钟输入端CP1必须接地，这是因为CMOS的引脚不能悬空，否则会影响实验结果，CP0接秒脉冲信号，考虑到秒个位计数到9的时候必须进位，所以在显示0的同时输出一个进位信号，输出是0000，因此可以用一个或非门，8当输出是0000的时候提供一个进位信号至秒十位的时钟输入端，秒十位另一个时钟输入端接地，当秒十位计数器计到5时，在输出为0110时提供一个信号到秒十位计数器的置零端，使其实现0110——0000，即六十进制。上图是分计数显示电路设计图，原理与秒计数显示电路接近，分个位的时钟输入端接来自秒十位的进位信号，另外一个时钟输入端接校时电路模块，由于设计的过程是分块设计的，因此先将该时钟输入端接地，分十位的原理也是一样的。9下图是时计数显示电路设计图，与分、秒不同的是，这一块是24进制，当时十位为0、1的时候，时个位正常从0—9显示；当时十位为2时，要求时个位的显示是0、1、2、3，然后就回到0，因此在置零这一部分接法不同于分、秒计数显示电路，考虑到当时计数器为23时必须变为00，即当时十位输出为0010、时个位输出为0100时，分别变为0000、0000，因此可用一个与门实现，按如图的接法，并且注意到时十位和时个位都必须置零。103.4校时电路模块设计校时模块的设计思路如图所示，使用实验箱上的消除抖动的按键开关，每按一次就输出一个信号，调节分个位和时个位，考虑到实际接线时可能会出现干扰现象，即校时模块中的校时信号会影响到原来的秒十位进位信号和分十位进位信号，所以进位信号输入和校时信号输入接在不同的时钟端，这刚好利用了CD4518有两个时钟输入端的优点。113.5报时电路模块设计报时电路模块中的报时信号输出电路如下图所示，用的芯片是CD4068，CD4068是一个8输入与/与非门，与非门的引脚分别接CD4518芯片的对应的输出引脚，使其在59分51秒开始输出报时信号，根据要求将报时信号设计为第51、53、55、57、59秒时输出报时信号，向由555组成的多谐振荡器发送信号。12下图是由555芯片和电阻、电容构成的多谐振荡器，电阻的一端输入经过CD4068的报时信号，使电路导通，从而在555输出端产生一个交变信号使得蜂鸣器发出声音。133.6综合电路555构成多谐振荡器产生标准秒脉冲,使整个电路的基础与关键部分,产生后的标准秒脉冲作为秒信号送进有4518的双十进制计数器,然后由4511译码器接入数码管显示时刻整点报时模块则由分钟的59和秒5还有1接入8输入与非门,再接4069非门,之后把信号送进由555构成的振荡器电路.每到整点的5153555759蜂鸣器会响的功能得以实现.144电路调试及实物照片4.1电路调试课程设计的起点在于仿真，使用仿真软件做出来后，还要进行接线，这时候整个电路的成功与否，就在最后的调试了。在这次电路的调试过程中，遇到两个问题：1、电路模块之间或者接线之间的干扰，导致在计数时数码管上显示的数并不如预期的变化，比如有时候是每计数到11秒时，本该到12秒的时候，秒十位也跟着变化了，变成22秒，在调整小部分接线之后，这个问题也解决了，计数器正常工作。2、第二个问题也是最关键的问题，关系到校时电路这一部分能否做出来的问题，也就是上面提到的进位信号与校时信号相互干扰问题，由于CD4518的仿真库出错，所以在仿真软件上试验的话可能不准确，而且实际与理论是有差距的，因此只能在实验箱上进行调试。最后才想到CD4518有两个时钟输入端，之前的仿真不行是因为CD4518的仿真出错，于是将进位信号和校时信号接在不同的时钟输入端上，解决了互相干扰的问题，同时也可以正常校时。经过调试，整个电路的功能实现了。4.2实物照片15165存在问题完成了课程设计的基本要求，但是这个电子钟是没有实用价值的，现实中不可能用这么多芯片去生产一个普通的电子钟，但这是学习的一种途径。我设计的这个电路在校时时没有一个开关可以使秒的计数暂时停止，而且有的时候秒也是需要调节的，由于材料不足等原因，报时的“音乐”也显得有些单调。6心得体会经过这段时间的课程设计，我学到了许多东西，对课本上的内容的理解加深了印象，同时也学会了一种学习的态度。理论要联系实践，当然实践也离不开理论，由于对课本的内容还不是很熟悉，所以在做这个课程设计前，我先把课本的重点知识复习了一遍，时序逻辑电路、组合逻辑电路等，然后就是到图书馆查找相应的资料，抱着好几本书就在那里认真地查，查的过程中也看到了很多关于CMOS芯片的应用实例。理论上的知识搞定了，接下来就是开始设计了。EWB仿真，给我的印象是简洁实用，很多电路都能在上面先进行仿真，不过我这个题目的核心芯片在仿真上面，出现了一些问题，一些管脚的位置和实际的不一样，仿真调试不成功，于是我就想到，按照理论来讲这是没有错的，为了验证清除，我先将电路