数字时钟完整版课件Word文档下载推荐.docx
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电气工程学院
班级:
电自1116
题目:
数字时钟设计
指导教师:
张光烈职称:
2013年7月4日
一.设计要求
多功能数字钟具有时间显示、闹钟设置、报时功能、校正作用。
走时准确、显示直观、精度、稳定等优点。
电路装置十分小巧,安装使用也方便。
同时在日期中,它以其小巧,价格低廉,走时精度高,使用方便,功能多,便于集成化而受广大消费的喜爱。
数字钟广泛用于个人家庭,车站,码头办公室等公共场所,成为人们日常生活中不可少的必需品,由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的广泛应用,使得数字钟的精度,远远超过老式钟表,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、自动起闭路灯、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。
数字钟已成为我们生活中不可缺少的必须品,广泛的应用于家庭以及办公室等公共场所。
给我们生活、学习、工作、娱乐带来了极大的方便。
本次设计主要是采用555定时器提供定时脉冲,74160集成块作为计时模块,8段数码显示管作为显示工具。
应用电子工作平台软件来设计和仿真多功能数字钟设计,并通过硬件实验的调试来相互验证实际结果。
由振荡器输出稳定的高频脉冲信号作为时间基准,经分频振荡器输出标准的秒脉冲,秒计数器满60向分计数器进位,分计数器满60向小时进位,小时计数器按“12翻1”规律计数,计数器经译码器送到显示器;
计数出现误差可用校时电路进行校时、校分、校秒。
并具有可整点报时与定时闹钟的功能。
设计一种多功能数字钟,该数字钟具有基本功能和扩展功能两部分。
其中,基本功能部分的有准确计时,以数字形式显示时、分、秒的时间和校时功能。
扩展功能部分则具有:
定时控制、、自动报整点时数和触摸报正点的功能。
数字钟的电路也是由主体电路和扩展电路两部分构成,在电路中,基本功能部分由主体电路实现,而扩展功能部电路实现。
这两部分都有一个共同特点就是它们都要用到振荡电路提供的1Hz脉冲信号。
在计时出现误差时电路还可以进行校时和校分,为了使电路简单所设计的电路不具备校秒的功能。
并且要用数码管显示时、分、秒,各位均为两位显示,扩展部分要有相应的响应电路。
分则由扩展能按时钟功能进行小时、分钟、秒计时,能调时调分,能整点报时,使用3个2位数码管显示。
总体设计
1.时钟显示功能,能够以十进制显示“时”、“分”、“秒”。
其中时为24进制,分秒为60进制。
2.其他功能扩展:
(1)设计一个电路实现时分秒校准功能。
(2)闹钟功能,可按设定的时间闹时。
通过16~32开关控制。
(3)设计一个电路实现整点报时功能等。
在59分56秒、57秒、58秒、59秒输出750Hz音频信号,在59分59秒时输出1000Hz信号,音频持续1s,在1000Hz荧屏结束时刻为整点。
(4)设计一个星期电路,0代表周日,123456代表周一到周六。
(5)设计一个秒表电路,用以比赛计时。
本阶段的任务是根据任务要求进行模块划分,提出方案,并进行比较分析,最终找到较优的方案。
该方案的优点是模块内部简单,基本不需要额外的电路,该方案结构简单,模块间关系较明确,模块外不需使用较多门电路,但不利于功能扩充。
2.设计功能要求
基本功能:
(1)时的计时要求为“12翻1”和24翻1,分和秒的计时要求为60进制
(2)准确计时,以数字形式显示时,分,秒的时间
(3)校正时间
扩展功能:
(1)定时控制;
(2)仿广播电台报时功能;
(3)自动报整点时数;
(4)触摸报整点时数;
(5)秒表电路,用以比赛计时
(6)星期电路用以提示工作日和周末
二.设计原理及框图
多功能数字钟原理分析
数字电子钟主干电路系统由秒信号发生器、“时、分、秒”计数器、译码器及显示器电路组成。
秒信号产生器是整个系统的时基信号,它直接决定计时系统的精度,将标准秒信号送入“秒计数器”,“秒计数器”采用60进制计数器,每累计60秒发出一个“分脉冲”信号,该信号将作为“分计数器”的时钟脉冲。
“分计数器”也采用60进制计数器,每累计60分钟,发出一个“时脉冲”信号,该信号将被送到“时计数器”。
“时计数器”可以选择12或24进制计时器,可实现12或24小时的累计。
通过六个LED显示器显示出来,计数出现误差可用校时电路进行校时、校分、校秒。
本次所设计的多功能数字钟用到了555定时器、74160递增集成计数器、EWB软件。
555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件,74160是4位十进制同步加计数器多功能数字钟原理框架如图1-1所示,电路包括以下几个部分:
标准秒信号发生器、显示电路、时分秒计数器、校时电路。
根据设计要求首先建立了一个多功能数字钟电路系统的组成框图,框图如图1所示。
主体电路扩展电路
图1
由图1可知,电路的工作原理是:
多功能数字钟电路由主体电路和扩展电路两大部分组成。
其中主体电路完成数字钟的基本功能,扩展电路完成数字钟的扩展功能。
振荡器产生的高脉冲信号作为数字钟的振源,再经分频器输出标准秒脉冲。
秒计数器计满60后向分计数器个位进位,分计数器计满60后向小时计数器个位进位并且小时计数器按照“12翻1”的规律计数。
计数器的输出经译码器送显示器。
计时出现误差时电路进行校时、校分、校秒。
扩展电路必须在主体电路正常运行的情况下才能进行扩展功能。
实现同步60进制计数,可调整
电源
5v
时钟信号输入
接1Hz的信号源
进位输入
接秒的进位信号,实现秒功能时,接低电平。
进位输出
秒模块接分模块,分模块接时模块
显示输出
接到译码器输入,能闪烁
闹钟比较信号输出
接到闹钟,秒模块悬空
整点报时信号输出
接到响铃,实现响停交替5次响铃
调整使能端
入0有效,有效时,显示信号输出,同时屏蔽进位输入和进位输出,允许调整信号输入。
显示使能端
入1有效
调整信号输入
器件说明
555定时器的介绍
555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。
一般用双极性工艺制作的称为555,用CMOS工艺制作的称为7555,除单定时器外,还有对应的双定时器556/7556。
555定时器的电源电压范围宽,可在4.5V~16V工作,7555可在3~18V工作,输出驱动电流约为200mA,因而其输出可与TTL、CMOS或者模拟电路电平兼容。
555定时器成本低,性能可靠,只需要外接几个电阻、电容,就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。
它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。
555定时器的构成及原理
555定时器的集成电路引脚如2-1图所示1脚为接地端(GND)、2脚为低触发端()、3脚为输出端(OUT)、4脚为复位端()、5脚为控制电压端(CO)、6脚为高触发端(TH)、7脚为放电端(D)、8脚为电源端(VCC)。
555定时器由分压器、比较器、基本RS触发器和放电三极管等部分组成,其内部电路图如图2-2所示。
分压器由三个5的等值电阻串联而成。
分压器为比较器、提供参考电压,比较器的参考电压为,加在同相输入端,比较器的参考电压为,加在反相输入端。
比较器由两个结构相同的集成运放、组成。
高电平触发信号加在的反相输入端,与同相输入端的参考电压比较后,其结果作为基本RS触发器端的输入信号;
低电平触发信号加在的同相输入端,与反相输入端的参考电压比较后,其结果作为基本RS触发器端的输入信号。
基本RS触发器的输出状态受比较器、的输出端控制。
是复位端,当其为0时,555输出低电平。
平时该端开路或接VCC。
CO是控制电压端(5脚),平时输出作为比较器的参考电平,当5脚外接一个输入电压,即改变了比较器的参考电平,从而实现对输出的另一种控制,在不接外加电压时,通常接一个0.01uf的电容器到地,起滤波作用,以消除外来的干扰,以确保参考电平的稳定。
VT为放电管,当VT导通时,将给接于脚7的电容器提供低阻放电电路。
555定时器的功能
当复位控制端(TH)的电压大于时,写为VTH=1,当复位控制端(TH)的电压小于时,写为VTH=0。
当置位控制端()的电压大于时,写为VTR=1,当置位控制端()的电压小于时,写为VTR=0。
555定时器有“低触发”、“高触发”和“保持”三种基本状态。
(1)当低触发端输入电压小于且高触发端输入电压小于时,VTR=0,VTH=0,比较器输出为低电平,输出为高电平,基本RS触发器的输入端=0、=0,使Q=1,=0,经输出反相缓冲期后,OUT=1,T截止。
这时称555定时器“低触发”。
(2)若低触发端输入电压大于且高触发端输入电压小于,则VTR=1,VTH=0,==1,基本RS触发器保持,OUT和T状态不变,这时称555定时器“保持”。
(3)若高触发端输入电压大于则VTH=1,比较器输出为低电平,无论输出何种电平,基本RS触发器因=0,使=1,经输出反相缓冲器后OUT=0、T导通。
这时称555定时器“高触发”。
CO为控制电压端,在OUT端加入电压,可改变两比较器、的参考电压。
正常工作时,要在CO和地之间接0.01uF(电容量标记为103)电容。
放电管T的输出端为集电极开路输出。
以上原理综合分析见下表2-1。
表2-1555定时器的功能表
输入
中间状态
输出
放电管状态
高触发端
低触发端
直接复位
Q
×
导通
>
1
<
保持
保持不变
截止
555定时器基本功能测试
按图2-3所示连接实验电路,测试555定时器的输入、输出关系。
根据以下的测试电路说明,按照步骤进行操作,将得出的数据再填入所绘制的表中,从而可分析出555定时器的输入、输出关系。
测试电路说明:
(1)开关1打到2端时,4脚复位端接电源,也就是接高电平;
开关1打到1端时,4脚复位端接地,也就是接低电平。
(2)开关2打到2端时,5脚控制电压端CO接电源2,也就是接高电平;
开关2打到1端时,5脚控制电压端CO悬空。
(3)调整可调电阻RP1,控制2脚低触发端VTR的电压,其值可有电压表1读取;
调整可调电阻RP2,控制6脚高触发端VTH的电压,其值可有电压表2读取。
(4)发光二极管LED1亮说明输出端3脚OUT输出高电平用OUT表示;
发光二极管LED1灭说明输出端3脚OUT输出低电平用UOL表示。
(5)发光二极管LED2亮说明555定时器内部三极管T饱和,放电端7脚对地近视短路。
用导通表示;
发光二极管LED2灭说明555定时器内部三极管T截止,放电端7脚对地近视断路。
用截止表示。
经过测试,我们可以得出555定时器的输入、输出关系,如表2—2所示。
表2—2 5