多功能电子表设计说明书.docx

多功能电子表设计说明书.docx

《多功能电子表设计说明书.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《多功能电子表设计说明书.docx（14页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

多功能电子表设计说明书

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。

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

。

为可调电位器，微调

可以调整振荡器的输出频率

。

电路的振荡周期

，其中

。

如果选定脉冲占空比

，则

，

。

若选择电容

，则

，取标称阻值

。

由此可取

。

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U3

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

；59秒时，门U4的输出

，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.2001

2.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，2002

3.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，2002

4.陈大钦编著.电子技术基础实验.北京：

高等教育出版社，2000

5.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，2009

6.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，5.1KΩ

2、电容10nF，100nF

3、滑动变阻器10KΩ，KEY=A，20%

4、与门7400N

5、数码管DCD_HEX_GREEN

5、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