数字电子技术课程设计,数字钟的设计

武汉理工大学《数字电子技术》课程设计说明书I目录1绪论-----------------------------------------------------------------------------------------12设计方案概述-------------------------------------------------------------------------22.1系统设计思路与总体方案---------------------------------------------------------------22.2总体工作过程------------------------------------------------------------------------------22.3各功能块的划分和组成------------------------------------------------------------------33单元电路设计与分析--------------------------------------------------------------33.1秒信号的发生电路------------------------------------------------------------------------33.2时、分、秒计数电路---------------------------------------------------------------------43.2.1秒部分-----------------------------------------------------------------------------------53.2.2分部分-----------------------------------------------------------------------------------53.2.3时部分-----------------------------------------------------------------------------------63.3校正时、分电路---------------------------------------------------------------------------73.3.1校分电路--------------------------------------------------------------------------------73.3.2校时电路--------------------------------------------------------------------------------83.4整点报时电路------------------------------------------------------------------------------83.5闹钟功能电路------------------------------------------------------------------------------95电路的调试与仿真-----------------------------------------------------------------94总体电路原理图---------------------------------------------------------------------116元器件清单-----------------------------------------------------------------------------127设计体会及心得---------------------------------------------------------------------12参考文献------------------------------------------------------------------------------------14武汉理工大学《数字电子技术》课程设计说明书11绪论电子技术是21世纪发展最为迅速的领域之一，这主要得益于集成电路和计算机技术的迅速发展。这两项技术既是电子技术发展的产物，又是电子技术持续发展的推动力。集成电路和计算机技术的飞速发展，将人类社会带入信息时代，在这样的时代背景下，掌握电子技术对我们来说是非常重要的。要掌握一门技术，不仅要具有理论的知识，还要经过不断实践，而课程设计对我们来说就是一种很好的实践方法。时间对人们来说总是那么宝贵，工作的忙碌性和繁杂性容易使人忘记当前的时间。忘记了要做的事情，当事情不是很重要的时候，这种遗忘无伤大雅。但是，一旦重要事情，一时的耽误可能酿成大祸。例如，许多火灾都是由于人们一时忘记了关闭煤气或是忘记充电时间。尤其在医院，每次护士都会给病人作皮试，测试病人是否对药物过敏。注射后，一般等待5分钟，一旦超时，所作的皮试试验就会无效。手表当然是一个好的选择，但是，随着接受皮试的人数增加，到底是哪个人的皮试到时间却难以判断。所以，要制作一个定时系统，随时提醒这些容易忘记时间的人。钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便，而且大大地扩展了钟表原先的报时功能。诸如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、定时启闭电路、定时开关烘箱、通断动力设备，甚至各种定时电气的自动启用等，所有这些，都是以钟表数字化为基础的。因此，研究数字钟及扩大其应用，有着非常现实的意义。本报告就是对这次课程设计的总结。主要包含了以下内容：简单介绍了系统设计思路和方案，详细介绍各单元电路的原理，介绍了在调试过程中碰到的问题和解决方法，总结了课程设计的收获和体会。本次课程设计的题目是设计一个数字钟，要求具有以下功能：显示时、分、秒（如11：52：45）；可实现手动或自动的对时、分进行校正；计时过程具有报时功能，当时间到达整点时进行报时；有闹钟功能，在达到闹钟时间，闹钟开始起闹并持续一分钟。武汉理工大学《数字电子技术》课程设计说明书22设计方案概述2.1系统设计思路与总体方案一个最简单的数字钟由秒信号发生电路，时、分、秒计数电路，译码显示电路组成，要求有校正时、分和整点报时，闹钟功能，故要加入校时电路和报时电路，闹钟功能电路。因此其原理可由如下的框图表示出来：图2-1原理框图2.2总体工作过程一、时间的前进和显示的实现首先由秒信号产生电路生产秒信号，将此信号接到秒计数器的信号输入端。接着，在这个秒信号的驱动下，秒计数器向分计数器进位，分计数器向时计数器进位，最后通过译码器将计数器中的状态以时间的形式显示出来，这样就实现了时间的前进和显示功能。二、整点报时的实现在时、分计数器的输出端接收整点的信号，既驱动蜂鸣器的频率信号，从而推武汉理工大学《数字电子技术》课程设计说明书3动执行部件（蜂鸣器）的工作。三、校正时、分的实现在秒向分进位的路径中加入一条用手动产生信号的路径，并通过开关来选择接通两条中的手动信号，从而实现对分的校正。对时的校正的方法与此相同。四、闹钟功能的实现由门电路将计数电路和闹钟电路连接起来，由蜂鸣器实现闹钟功能。2.3各功能块的划分和组成一、秒信号产生电路这部分电路由集成电路555定时器与RC组成的多谐振荡器。二、时、分、秒计数电路及译码、显示电路这部分电路包括6个BCD码计数器，其中两组接成60进制，剩下一组接成12进制，及相应的译码显示器。之所以要用BCD码计数器，是因为时、分、秒都是要用两位十进制数表示的，因而时、分、秒的个位和十位所对应的计数器的状态输出都应该是BCD码。又因为时的显示方式是12进制的，故3个计数器分别要接成12、60、60进制的。所用芯片都为74ls290。三、时、分的校正电路这部分电路由产生调节信号的装置和数据选择器组成，用单刀双掷开关控制。四、整点报时电路这部分电路由控制音响的频率信号采集电路、蜂鸣器组成。五、闹钟功能电路这部分电路由门电路将时分秒计数电路和闹钟电路组合起来，产生的信号接到蜂鸣器而构成闹钟电路。武汉理工大学《数字电子技术》课程设计说明书43单元电路的设计和分析3.1秒信号的发生电路由前面介绍知道，秒信号发生电路由集成电路555定时器与RC组成的多谐振荡器构成。需要的芯片有集成电路555定时器，还有电阻和电容。下图为其电路图：图3-1秒信号发生电路振荡电路是数字钟的核心部分，它的频率和稳定性直接关系到表的精度。因此选择555定时器构成的多谐振荡器，其中电容C1为47微法，C2为0.01微法，两个电阻R1=R2=10K欧姆。此时在电路的输出端就得到了一个周期性的矩形波，其振荡频率为：f=1.43/[(R1+2R2)C](3-1)由公式（3-1）代入R1，R2和C的值得，f=1Hz。即其输出频率为1Hz的矩形武汉理工大学《数字电子技术》课程设计说明书5波信号。3.2时、分、秒计数电路显然，这部分电路可分成三小块组成，分别为秒部分、分部分和时部分，在将这三部分进行一定的连接就可得到完整的时、分、秒计数电路。3.2.1、秒部分该部分的实质是一个60进制的计数器，它的CP脉冲是前面生成的秒信号，它的清零信号可以作为向分进位的进位信号。它需要的元件有74LS290。下面是电路连接图：图3-2-1秒计数电路3.2.2、分部分这部分电路与秒部分电路很相似，只是它的输入的CP是秒部分电路产生的进位信号，它的清零信号作为向时进位时的进位信号。需要元件和电路图也一样，如下：武汉理工大学《数字电子技术》课程设计说明书6图3-2-2分计数电路3.2.3、时部分这部分电路实际上是一个12进制的计数器，它的输入CP为分部分的进位信号，需要的元件与秒、分电路一致。电路图如下：图3-2-3小时计数电路武汉理工大学《数字电子技术》课程设计说明书73.3校正时、分电路3.3.1、校分电路实现分的校准的基本思路是：断开原来正常的分输入信号即秒电路的进位信号，把频率可以认为控制的手动脉冲接入，从而实现快速的人为的分计数，当到达准确的数值后再接入正常的计数脉冲，进行正常的前进。很显然，为了实现这一功能，可以选用必要的门电路，通过单刀双掷开关来选择接入分的输入信号的是正常的秒进位信号还是手动脉冲，从而实现对分的校正。用这种方法还有一个好处，就是当对分校正时，因为正常的秒进位信号已经不能输入进来了，所以秒的前进不会对分产生任何的影响。以下为接线图：图3-3-1校分电路可以用下表来表示它的工作情况：表2校时电路工作状态电键状态选择的输入信号电路的工作状态打开S4（接‘1’）手动脉冲校正状态断开S4（接‘0’）秒进位脉冲正常计数状态武汉理工大学《数字电子技术》课程设计说明书83.3.2、校时电路该电路与校正分的思路完全一致，只是它的正常输入信号是分的进位信号而已，此时开关S3与S4功能一样。以下为电路图：图3-3-2校时电路3.4整点报时电路这部分电路的要求是：在距离整点还有1秒（即分和秒都达到59的时刻）的时候鸣叫，持续时间为一秒。其电路包括控制门电路部分和音响电路部分。其中控制门电路的功能是从时、分、秒计数电路中取出频率信号，输给音响电路。音响电路是与JK触发器相连的蜂鸣器电路。以下为电路图：图3-4整点报时电路武汉理工大学《数字电子技术》课程设计说明书9此时当分和秒都达到59时，图3-4中蜂鸣器鸣叫，并且指示灯亮，表示整点报时。3.5闹钟功能电路实现闹钟功能的基本思路是：用4片74ls290构成的计数电路通过单刀双掷开关控制进行闹钟时间的设置，然后用必要的门电路将时、分计数电路与闹钟设置电路连起来构成输入，接入蜂鸣器，使其鸣叫而实现闹钟功能。以下为其电路图：图3-5闹钟功能电路此时，图3-5中，开关S1，S2分别控制闹钟的时、分的调节，开关S1合上，