多功能电子表设计说明书

目录1多功能电子表设计目的及意义2多功能电子表设计内容（1）总体设计方案简介（2）单元电路设计（3）总电路图（4）软件设计，编程思路，给出流程图，程序清单（附注释）（5）仿真结果3结果分析4设计总结5设计心得参考文献附录1.多功能电子表设计目的及意义1.1多功能电子表设计目的：目的：学生通过自己动手设计制作，将电子技术相关理论知识与制作实践相结合，提高学生的动手能力，加深对电子技术原理的理解，增加学习电子技术的兴趣，为今后投入电子技术的开发应用打好基础。1.2多功能电子表设计意义：意义：2.多功能电子表的设计内容2.1总体设计方案简介1.功能简介及摘要多功能电子表是一种用数字显示秒﹑分﹑时的记时装置，与传统的机械钟相比，他具有走时准确﹑显示直观﹑无机械传动装置等优点，因而得到了广泛的应用：小到人们的日常生活中的电子手表，大到车站﹑码头﹑机场等公共场所的大型数显电子钟。本课程设计要用通过简单的逻辑芯片实现数字电子钟。要点在于用555芯片连接输出为一秒的多谐振荡器用于时钟的秒脉冲,用74LS160(10进制计数器)74LS00(与非门芯片)等连接成60和24进制的计数器,再通过七段数码管显示，构成了简单数字电子钟。2.设计流程多功能电子表一般由振荡器、分频器、译码器、显示器等部分组成。这些都是数字电路中应用最广泛的基本电路。多功能电子表的基本计流程框图如下所示;图1结构框图3.各部分功能说明1、振荡器振荡器是多功能电子表的核心，它的作用是产生一个频率标准，即时间标准信号，然后再由分频器分成秒脉冲，即“秒”时间脉冲。因此正当其频率的精度与稳定度基本决定了多功能电子表的质量。为了产生稳定的时间标准信号，一般采用石英晶体振荡器。从多功能电子表的精度考虑，晶体振荡频率越高，秒针的时间精度越高。但这会使振荡器的耗电量增大，分频器的级数也要增多，所以在确定频率时，应当天考虑这两方面因素，然后再选用石英晶体振荡器型。2、分频器振荡器产生的时间标准信号频率很高，要使它变成用来计时的“秒”信号，需要一点过级数的分频电路。分频器的级数和每级分频次数要根据时间标准频率来决定。目前，适应电子表多采用32768（215Hz）的时间标砖信号。用N位二进制计数器进行分频后，要得到秒脉冲，可令N=15即可。也就是说，经过十五级二分频即可得到周期为1s的秒脉冲信号。3、计数器有了秒脉冲信号，可以根据60s为1min，60min为1h，24h为1d进位制。时显示器分显示器时译码器分译码器时计数器秒显示器秒计数器秒译码器分计数器整点报时电路分频器校时电路振荡器分别选定秒、“分”、“时”的计数器。从这些计数器的输出可以得到1min、1h和1d的时间进位信号。在“秒”计数器中，因为是六十进制，通常用两个十进位制计数器的集成片组成，其中，“秒”个位应是十进制，“秒”十位应是六进制。可以采用反馈归零发的方法变成“秒”十位为六进制，实现“秒”的六十进制。“分”计数器组成完全相同，不再重复。只是“时”计数器虽也用两个十进制计数器，但需采用反馈归零方法实现二十四进制计时电路。4、译码显示电路因为计数器全部采用8421BCD码十进制级数集成芯片，所以“秒”、“分”、“时”的个位和十位都有4个状态输出端（QA、QB、QC、QD）。将计数器这些输出端接至专门设计制造的译码电路，即可产生去的七段数码显示器的信号。5、校时电路当刚接通电源或者时钟走时出现误差，都需要进行实践的校准。校时电路的基本原理就是将0.5s的脉冲信号（可由分频器的第14级分频输出端直接获得）直接引进“时”计数器，同时将“分”计数器置“0”。在“时”的只是跳到需要的数字后，再切断“0.5”信号，让计时器正常工作。校“分”电路也是按此方法进行的。6、整点报时电路多功能电子表显示整点时，能及时报时。要求每当“分”和“秒”计数器计数带59min50s是，驱动音响电路，在10s内自动发出5次鸣叫声，每隔1s鸣叫一次，每次叫声持续1s，而且前4声低，最后1响高，正好报告整点。2.2单元电路设计及计算1.晶体振荡电路：振荡频率01fkHz。PR为可调电位器，微调PR可以调整振荡器的输出频率0f。电路的振荡周期0121Tttms，其中12222220.7(),0.7PtRRRCtRC。如果选定脉冲占空比100.6tqT，则100.60.6tTms，2010.4tTtms。若选择电容20.1CF，则322620.4100.70.7tRkC，取标称阻值25.1Rk。由此可取10.32PRkRk。555定时器构成多谐振荡器长生的1kHz震荡频率，需要用3片74LS90组成的十进制计数器进行级联后分频，每片均为十分频电路，经过3片74LS90级联后，可获得周期为1s的脉冲信号，如图所示。图2555振荡电路2.分频器电路：74LS90是二，五，十进制异步加法器，用三片74LS90可以构成三级十分频器，将1KHz矩形波分频得到1Hz基准秒计时信号。图3分频电路3.分秒功能60进制计数器电路：采用异步时序电路控制，在十位计数到5时，下一个脉冲一到来就置数。图460进制计数器如果清零脉冲比较窄，有可能使计数器出现误动作，此时，可在门电路输出端增加延时触发器，将清零脉冲展宽。4.计时功能24进制计数器：计“时”电路是一个二十四进制计数器，由两级计数器级器采用同步时序信号控制，用个位的进位端控制十位的使能端，当个位有进位时，芯片工作，输入十位的脉冲信号有效，当十位为2，个位为3的时候，同时给两个芯片的预置端一个有效信号，使之清零。用Multisim7编辑的仿真电路如图所示。图524进制计数器5.校时电路当接通电源或数字钟走时出现误差时，需要对多功能电子表进行时间校准。图所示电路是用Multisim7编辑的可实现“时”、“分”、“秒”校准的仿真电路。该电路由六个与非门（图中的U1、U2、U3、U4、U5、U6）和三个开关（图中的J1、J2、J3）组成。J2、J3是单刀单掷开关，分别由按键B、C控制。J1是单刀双掷开关，由按键A控制。校时信号从分频器不同输出端引入，例如用秒脉冲校“时”、“分”；用周期为0.5s的信号校“秒”。当开关J2、J3闭合，J1接门U322111CADAQQQQ输入端时，门U1、U2、U6关闭，门U5开启，秒脉冲（1s）通过门U5加至“秒”计数器个位，数字钟正常计数时。当开关J2断开、J3闭合，J1接门U3输入端时，秒脉冲通过门U1送入“时”计数器个位，实现快速计数，进行“时”校准，一旦“时”对准后，立即闭合J2，以切断秒信号与“时”计数器的联系。当开关J3断开、J2闭合，J1接门U3输入端时，进行“分”校准，其工作过程与“时”校准相同。当开关J2、J3闭合，J1接门U6输入端时，门U6启，0.5s脉冲通过门U5、门U6，使“秒”计数器计数速度提高一倍，实现“秒”校准，当“秒”校准后，开关J1接门U3输入端，多功能电子表按校准后的时间工作。输入的调校脉冲频率越高，调校速度越快。门U3、门U4组成的RS触发器是为了防止开关抖动。如果“时”、“分”校准开关有抖动，也可以加RS触发器。6.整点报时电路整点报时电路如图所示。要求在每个整点发出响声，因此要对每个整点进行时间译码，见表。从表中相应的计数器状态可以看出，59分时，图中门U3的输出44331CADAQQQQ；59秒时，门U4的输出22111CADAQQQQ，因而门U6的输出为1。把该输出接至D触发器U7的输入端D，其CP端加1s脉冲，则在多功能电子表子再计一秒到达整点时触发器的输出端Q=1，经音响驱动电路发出频率为1000Hz的一次高音，音响时间为1s。2.3多功能电子表总电路图1原理图如下图所示：图6系统原理图2.简单工作原理：振荡电路产生的1KHZ脉冲信号经三级十分频电路分频后产生的1HZ脉冲信号输入74LS90N连成的60进制秒计数器，再由秒计数器每60秒进位输出给60进制分钟计数器，分钟计数器满60后产生进位信号输入给24进制小时计数器，从而实现24小时制电子钟的功能。2.4仿真过程1.基本过程：1、按照电路原理图将仿真分成几部分依次连接电路并调试；2、连接晶体振荡电路并调试，观察发出的是否是1KHz的信号；3、连接分频电路并调试，观察输出是否是1Hz的信号；4、连接60、24进制计数器电路并调试，观察是否符合要求；5、将分频电路输出的信号连接到计数器电路，观察时钟是否正常运行。2.仿真电路:2.5仿真结果电路成功实现了24小时制数字电子钟的功能，可精确计时，每60秒进1分并清零秒计数器，每60分进1小时并清零分钟计数器，每24小时清零所有计数器并重新开始计时。仿真结果如图13图7电子钟仿真图3.设计总结通过此次课程设计的教学实践，进一步学习、掌握数字电路应用系统的有关知识，加深了解数字电路的工作原理。初步掌握数字电路简单应用系统的设计、制作、本次课程从基本方案的制定，再到硬件电路的选择，到制作电路完成，最后进行程序调试。在此期间我遇到很多困难，尤其是在做仿真时结果经常出不来。经过仔细检查，仿真线路是没有错的，可结果就是不行。但当我将实物做出来后，进行了调试，实物上却可以出来成果。这说明了可能是仿真软件的。经过一次又一次品尝到了解决问题的喜悦,最终提前完成了要求的全部功能，并在空闲的时间里加入了一些创新的部分。在此次课程设计中我发现了自己知识的不足，通过一周的学习、实践，我学到了很多东西。通过对本次设计的方案理论论证并且应用Multisim仿真软件进行分析仿真，可证明此方案可行。采用先提出问题，再建立模型，思索方法，对比比较，选用器材，最后仿真测试的方法，是解决此类问题的关键。整个过程花了我不少时间，可当做完时才发现做这个数字钟是多么简单的一件事，主要是在调试时花了不少时间，其间换了不少器件，有的器件在理论上可行，但在实际运行中就无法看到效果，所以调试花了我不少时间，有时无法找出错误便更换器件重新接线以使电路正常运行。在实际的操作过程中，能把理论中所学的知识灵活地运用起来，并在调试中会遇到各种各样的问题，电路的调试提高了我们解决问题的能力，学会了在设计中独立解决问题，也包括怎样去查找问题。似乎所有的事都得自己新手去操作才会在脑海中留下深刻的印象，这个小小的课程设计让我可以熟练的操作multisim软件，也了解了不少器件的功能的应用，也加深了对数字电路认识和理解。参考文献:1.李景宏，马学文.电子技术实验教程.沈阳：东北大学出版社.20012.王永军，李景华编著.数字逻辑与数字系统.北京：电子工业出版社，20023.高吉祥，易凡编著.电子技术基础实验与课程设计.北京：电子工业出版社，20024.陈大钦编著.电子技术基础实验.北京：高等教育出版社，20005.李晶皎，李景宏，曹阳编著.逻辑与数字系统设计.北京：清华大学出版社，20096.李庆武《电子技术基础实验数字电子技术及其EDA》机械工业出版社,2006.7.康华光《电子技术基础数字部分》（第五版）高等教育出版社,2007.8.范爱平.Multisim2001在电力电子仿真技术中的应用[J].实验室研究与探索.附件:元件参数选择1、电阻20KΩ，5.1KΩ2、电容10nF，100nF3、滑动变阻器10KΩ，KEY=A，20%4、与门7400N5、数码管DCD_HEX_GREEN5、555_TIMER_RATED管脚图如图7图7555_TIMER_RATED管脚图6、74LS90N管脚图如图8功能表如图9图874LS90N管脚图图974LS90N功能表7、74LS160N管脚图如图10功能表如图11图1074LS160N管脚图图1174LS160N功能表