数字时钟完整版课件.docx
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数字时钟完整版课件
设计报告撰写要求
1.设计报告，报告中要包括以下几部分内容：
（1）封皮：
设计题目，姓名、学号，班级，授课教师姓名【格式见后面附表】
（2）写明设计任务
（3）写出设计题目的原理框图；
（4）完成设计功能所选用的器件，及相应各器件的引脚排列图和功能表；
（5）画出综合逻辑电路图；
（6）用仿真软件进行调试的调试过程（即：
在调试时遇到了哪些实际问题，你是如何解决的）；
（7）各人在本次设计中的体会和收获。
正文小四号宋体，1.5倍行间距。
课程设计报告
学生姓名:
学号：
学院:
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
×
×
0
×
×
0
导通
>
>
1
0
1
0
导通
<
>
1
1
1
保持
保持不变
<
<
1
1
0
1
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
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