基于proteus仿真的数字钟.docx

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基于proteus仿真的数字钟

摘要

数字钟是一个对1Hz频率进行计数的电路.振荡器产生的时钟旌旗灯号经由火频器形成秒脉冲旌旗灯号,秒脉冲旌旗灯号输入计数器进行计数,显示出时光.秒计数器电路计满60后触发分计数器电路,分计数器电路计满60后触发时计数器电路,当计满24小时后重零开端计数.一般由振荡器.分频器.计数器.译码器.数码显示器等几部分构成.

振荡电路：

重要用来产生时光尺度旌旗灯号.石英晶体振荡器可以进步时光旌旗灯号的稳固度.

分频器：

振荡器产生的尺度旌旗灯号频率很高,要得到“秒”旌旗灯号,需必定级数的分频器进行分频.

计数器：

有了“秒”旌旗灯号,则可以依据60秒为1分,24小时为1天的进制,分离设定“时”.“分”.“秒”的计数器,分离为60进制,60进制,24进制计数器,并输出一分,一小时,一天的进位旌旗灯号.

译码显示：

将“时”“分”“秒”显示出来.将计数器输入状况,输入到译码器,产生驱动数码显示器旌旗灯号,呈现出对应的进位数字字型.

症结词数字钟振荡计数校订

目次

2.1计划比较4

2.2计划选择6

3单元模块设计7

3.3.1按键一：

光标的移位与闪耀12

3.3.2按键二：

时光的上翻让时光得到修正14

3.3.3按键三：

肯定15

4体系调试15

5体系功效和指标参数15

5.1体系功效16

6设计总结和领会17

申谢18

参考文献18

附录数字电子钟电路总图19

 数字电子钟是一个用数字电路实现的时,分,秒计时的装配,与机械式时钟比拟具有更高的精确性.本次的数字电子钟的设计道理就是一种典范的数字电路,个中还包含了一些组合逻辑电路和时序电路.

本次的数字电子钟的设计重要目标是为了让我们更好的控制数字电子钟的道理,从而控制逻辑电路的一些典范应用,学会本身制造电子钟.经由过程对数字电子钟得设计进一步的懂得各类中小范围集成电路的感化和适用办法.我们此次设计的数字电子钟是以24小时为一个时光周期,显示的满刻度是23时59分59秒,在六位7段共阴极的数码管上精确显示其响应的时,分,秒.并设置了三个时光的按键,分离控制时光的移位闪耀,时光的上翻修正,时光的确认.便利认为控制和设置时光.同时为了包管计时的稳固性和计时的精确性我们采取了用32.768K的晶体振荡器来产生时钟旌旗灯号,来供给表针时光的基准旌旗灯号.

数字电子钟的整体设计道理框图如图一所示：

图2.1数字电子钟的道理框图

全部设计的计时周期为24小时,显示的满刻度是23时59分59秒,然后主动清零从00时00分00秒开端从新计时,别的还加进了按键部分的操纵,便利人们对时光的控制,设置,调剂.秒旌旗灯号产生器是全部体系的时基旌旗灯号,它直接决议了计时体系的精度,在此次设计中采取的是石英晶体振荡器加分频器来实现.将得到的尺度旌旗灯号1HZ送入秒计数器中,秒计数器采取的是60进制的计数器,每累计都60秒得时刻就会发出一个分脉冲旌旗灯号,该旌旗灯号将作为分计数器的时钟脉冲,分计数器也是采取的60进制的计数器,每累计到60分钟,发出一个时脉冲旌旗灯号,该旌旗灯号将被作为时脉冲时钟脉冲,式计数器采取的24进制的计数器,如许就可以实现一天24小时的累计.

2.1计划比较

计划一：

555构成的多谢振荡器如图二

因为f=1.43（R1+2R2）C1,我们可以经由过程调剂R1,R2,C1的值,转变其输出的频率.

计划二：

晶体振荡器分频电路石英晶体振荡电路

1，采取频率fs=32768HZ的石英晶体图三

D1,D2是反向器,D1用于振荡,D2用于缓冲整形.Rf为反馈电电阻（10—100M）,反馈电阻的感化为COMS反相器供给偏置,使其工作在放大状况.电容C1,C2与晶体配合构成pi型收集,完成对振荡器频率的控制,并供给须要的180度相移,最后输出fs=32768HZ.

图三

2，多级分频电路

将32768HZ脉冲旌旗灯号输入到CD4060（如图四：

CD4060的引脚图介绍）构成的脉冲振荡的14位二进制计数器,所以从最后一级Q14输出的脉冲旌旗灯号频率为：

32768/16384=2HZ.再经由二次分频,得到最后的1HZ的尺度旌旗灯号脉冲,即秒脉冲.如图五,就是所得到最后的脉冲旌旗灯号.

图四：

CD4060引脚图

图五：

1HZ的旌旗灯号产生的波形

2.2计划选择

1,采取555多谢振荡器

长处：

555内部的比较器敏锐度较高,并且采取差分电路情势,它的振荡频率受电源电压和温度变更的影响很小.

缺陷：

要精确的输出1HZ的脉冲,对电容和电阻的数值精度请求很高,所以输出脉冲既不敷精确也不敷稳固.

2,采取晶体振荡分频电路

长处：

因为晶体的阻抗频率响应可知,它的选频特征异常好,有一个极为稳固的串联谐振频率fs,且等效品德因数Q很高.只有频率为fs的旌旗灯号最轻易经由过程,且其他频率的旌旗灯号均会被晶体所衰减.

3，比较的成果

因为振荡器是数字钟的焦点,振荡器的稳固度及频率的精度决议了数字钟计时的精确程度.

为了达到设计请求,获得更高的计时精度,我们在设计中选用了计划二即用晶体振荡器构成振荡电路.一般来说振荡器的频率越高,计时精度就越高.如图六

图六

3单元模块设计

时光计数电路的设计

将分频器产生的尺度基旌旗灯号即秒旌旗灯号经由秒计数器,分计数器,时计数器,分离得到“秒”个位,十位,“分”个位,十位以及“时”个位,十位的计时输出旌旗灯号,然后送至译码显示电路,以便实现用数码管显示时,分,秒的请求.在设计中“秒”和“分”的计数器应当为六十进制的计数器,而“时”计数器应当为二十四进制的计数器.在设计中采取的10进制的计数器74LS160来实现时光的计数单元的计数功效.74LS160的芯片引脚图如图七所示：

图七：

74LS160引脚图

P0,P1,P2,P3---计数器的输入端

QO,Q1,Q2,Q3—计数器的输出端

CEP,CET---计数器的计数端

CP---计数器的触发端

TC---计数器的进位端

R---计数器的清零端

PE----计数器的置数端

74LS160计数器是同步计数,异步清零

表1是74LS160的逻辑表：

计数器部分计数的道理图八：

图八：

计数器的道理图

此图为“秒”计数器部分,用两片74LS160来构成60进制的计数器,因为160本身就是10进制的计数器,故在“秒”个位当主动的加到10时就会主动清零,同时向“秒”十位的计数器的进位,在这片160当“秒”十位和个位分离显示到“5”和“9”时向下一级的“分”计数器进位.同应当“分”的十位和个位分离显示“5”和“9”时向“时”计数器进位.当“时”计数器的十位和个位分离显示“2”和“4”时用反馈清零的办法将其清零.其“分”计数器,“时”计数器的道理图同“秒”计数器的道理图大致雷同.

设计中“时”,“分”,“秒”的显示是选择共阴极的七段数码管显示的.共阴极七段数码管译码显示电路是将计数器输出的8421BCD码译成数码显示所须要的高下电平,其引脚如图九.在译码显示电路中采取的是CD4511-7段译码驱动器,其芯片的引脚如图十.译码器的A,B,C,D分离与十进制的计数器的四个输出端相连接a,b,c,d,e,f,g即为驱动七段数码管的旌旗灯号.其依据A,B,C,D所得的计数旌旗灯号,数码管就显示出相对应的字型.

图九：

共阴极七段数码管的引脚图

图十：

CD4511的引脚图

个中A,B,C,D---BCD码得输入端

a,b,c,d,e,f,g—译码的输出端,输出为“1”有用,用来驱动共阴极LED数码管.

LT—测试输入端,LT=“0”时,译码输出全为“1”

BI—消隐输入端,BI=“0”时,译码输出全为“0”

LE—锁定器,LE=“1”时译码器处于锁定（保持）状况,译码器输出保持在LE=0时的数值,LE=0为正常译码

其译码的显示电路如图十一所示：

图十一：

译码器的驱动显示电路

三个按键的电路

本次设计还用到了按键部分,设计顶用到了三个按键,其功效分离是移位并闪耀,时光的上翻,时光的肯定.设置这三个按键的目标其主如果为了人们能很好的控制和调剂时光.便利人们对时光的调剂.按键部分主如果采取各类逻辑门与计数芯片,译码芯片的有理联合来实现各个按键的功效的.如图十二

图十二：

三个按键

按键一：

光标的移位与闪耀

认为部分：

下之后计数器停滞计数即在这里给“秒”计数器输入的无效的旌旗灯号脉冲,此时数码管保持先前记下的时光不在走动.采取计数器160和译码器138的联合.给计数器160送一个初始数1即此时D3D2D1D0=0001.将计数器的Q2Q1Q0分离与138的输入端CBA相连接.且在138输出端的Y0接一个反相器包管在正常的情形下计数器能正常的计数.将输出端得Y0,Y1,Y2,Y3进行与运算,并将输出的值与产生的旌旗灯号脉冲进行与运算.在未按下按键的时刻则不会影响到脉冲的正常输入,计数器的正常计数.个中74LS138的引脚图如图十三:

图十三：

74LS138引脚图

A2,A1,A0—译码器的3位二进制输入端

Y0,Y1,Y2,Y3,Y4,Y5,Y6.,Y7—译码器的8个输出旌旗灯号,并且输出的均为低电平有用.

S3,S2,S1—译码器的三个使能端,当S1=1,且S2=0,S3=0时,译码器处于正常的工作状况.

闪耀部分：

因为要使光标移位,须要断定认为在了那只数码管上,所以想到使数码管闪耀的办法,产生显著的视觉后果从而精确的断定须要转变那只数码管的时光值.斟酌到译码器CD4511的一个使能端BI,当BI为高电平的时刻会产生消隐的现象.故在使数码管闪耀的这一功效,选择从译码器查找办法.

数码管的闪耀与高下脉冲相连.当按键一被按下之后,译码器138的输出端Y1,Y2,Y3的值不竭的变更且有且只有一个为有用的点平0.当它们分离与旌旗灯号脉冲进行或运算后输出的的成果取决与旌旗灯号脉冲,当脉冲为高点平的时刻则数码管就熄灭,当脉冲输出的是低电平的时刻数码管就点亮.如斯的亮灭亮灭…….从而达到视觉上的数码管的闪耀功效.按键一电路如图十四,十五,十六

图十四：

计数器与138的联合

图十五：

与运算产生kk控制旌旗灯号脉冲

图十六：

光标的闪耀

按键二：

时光的上翻让时光得到修正

按键二的功效主如果修正时光.在这里让时光上翻转变即当按键二被按下一次对应闪耀的数码管的值就加一次,一向到所得的值是我们本身想要的值为止.按键二必须在按键一被按下之后才有用.故当按键一被按下后译码器Y1,Y2,Y3有且有一个输出的是有用的低电平,按键二被按下后也会得到一个有用的低电平.将Y1,Y2,Y3分离与按键二得到的低电平进行或运算,并在得到的成果后面加一个反相器,如许就只有当输出的值均为0时才干得到1,如许就可以得到三个旌旗灯号clk1,clk2,clk3.同时要使计数器加数,只要给响应的计数器输入有用的正脉冲就可以了.故在设计中将得到的三个旌旗灯号对应的与计数器的脉冲输入相连接.如图十七：

图十七：

产生有用的信

按键三：

肯定

按键三的功效就是肯定键即恢复正常有用的脉冲旌旗灯号,让计数器正常的计数,译码器正常的译码,数码管正常的显示时光.使按键部分的那些功效都消掉.当按键三被按下后即立时得到一个低电平的旌旗灯号.将按键三得到的旌旗灯号与计数器的清零端相连接,即可控制其的可否正常工作.从而让输出的kk为高电平,如许在kk与产生的旌旗灯号脉冲进行与运算的时刻就取决于产生的脉冲旌旗灯号.如许产生的脉冲旌旗灯号又恢复成为有用的脉冲旌旗灯号,使计数器正常的计数工作.

4体系调试

单个元件的调试

数码管共阴,共阳的检测：

在proteus的仿真软件中将数码管的的a,b,c,d,e,f,g的随意率性一段或者几段置于高电平,数码管剩下的另一管脚置于低电平,假如数码管发亮且输出的字符是对应输入的字符的,那么此数码管为共阴数码管.假如数码管不亮,没有反响则解释数码管是共阳的数码管.

时钟电路的调试

将晶体振荡器电路产生的旌旗灯号脉冲经由过程proteus软件进行仿真.

1，将仿真的示波器记到晶体振荡电路的波形的输出端,在示波器上显示出波形旌旗灯号的频率为32768HZ.

2，再将仿真的示波器接到经由CD4060分频器后的输出端,得到的输出波形旌旗灯号的频率为2HZ.

3，最后将仿真里面的示波器接到二分频器后的输出端得到的旌旗灯号波形的频率为1HZ即为全部设计须要的尺度基旌旗灯号.

计数电路的调试

在秒计数器上参加一个尺度的1HZ脉冲旌旗灯号,在proteus仿真软件长进行计数器的精确计数的调试.这部分重要调试的是“秒”计数器,“分”计数器的60进制得到调试,当“秒”或“分”的计数达到“59”时,“秒”或者“分”可以或许精确的清零并向前一计数器进位.其数码管的显示如图十八：

图十八：

时光的精确显示

5体系功效和指标参数

5.1体系功效

该电路重要实现了时光的精确计数,在设计中将计数器74LS160与译码器CD4511,计数器74LS160和译码器74LS138,分频器与晶体振荡电路有用的分散在了一路,得到比较精确的时光显示.此外,加上三个按键的设置,便利了人们随时对时光的调剂,从而更好的控制时光.

1．基旌旗灯号的频率1HZ

2.电路供电+5v

3．工作温度范围：

～

6设计总结和领会

本次课程设计经由为期2周的不懈尽力,今朝根本达到了预期的请求,可以或许精确的以一秒为周期的在数码管上显示时光,并且三个按键也能精确的实现它们各自的功效,让人们能很好的调节时光.在设计中所采取的各个芯片都在运行很好的实现了它们各安闲设计中的功效感化.全部设计的道理简略,靠得住机能高,成本低,功效很轻易实现,并且实现的后果也异常的优越.

因为此次设计是在放假时代自力完成的,所以在各模块之间的连接上,以及某些参数的肯定上可能还消失必定的问题.但经由过程此次设计,收成也颇多.

总体上来说此次设计电路道理其实不难,但是在设计进程固然许多器械本身明确该那么做,但是在真正的应用中倒是其实是无从下手,碰到的许多小问题比本身想象中的要庞杂得许多,让本身疑惑是不是斟酌错了或者是走错了偏向.在设计中,许多芯片的功效是本身不是很熟习的,不合芯片之间的连接更是让本身觉得生疏.比方,在晶体振荡电路中产生的32768HZ的旌旗灯号与分频器CD4511的链接,分频的道理对当时设计本身来说是很隐约的,但是经由过程讯问同窗和先生后让本身对分频的道理有了懂得,并且还从许多的办法中选择了32768HZ的晶体振荡器和CD4511分频器来产生尺度的基旌旗灯号.在计数器的选择上,固然本身对这部分比较熟习,但是当真正的接触它时,才知道许多的器械不是本身想象中的那样轻易,许多的小错误就让本身觉得寸步难行.经由过程不竭的查阅材料懂得选择了十进制的74LS160实现了精确的计数功效.在按键部分,这是全部设计让我受益最多的部分,按键部分是本身在设计最后才做的部分,刚开端真的是无从下手,感到斟酌的器械许多,并且许多的器械本身又不会.在先生和同窗的帮忙下才让本身有了一个比较清楚的思绪,在设计中将计数器74LS160和译码器74LS138有机的联合来实现了三个按键的根本功效.

经由过程此次的设计让本身熟习了许多器械,学会了许多器械,进修了本身已经学过的器械,也进修了本身没有接触过的器械.对计数器74LS160,译码器74LS138,CD4511,分频器CD4060都有了一个很清楚的熟习.同时不单对此次设计中应用到的芯片本身有了懂得,对其他得芯片如：

74LS190,74LS161,触发器等也有懂得和熟习,对设计中的芯片的其他功效也有所懂得,如：

计数器在必定的时刻也可以做为分频器应用等.

此次为期两周的课程设计,让我对各类电路有所懂得,也让我懂得了关于数字时钟的道理和设计理念.经由过程本身的亲手实践,才让我熟习到本身的缺少.所以说,坐而言不如立而行,对于这些电路和连接照样须要本身亲手的现实操纵才会真正的懂得和控制,才会有深入的印象.

致谢

在这里我起首要感激我们这组的指导先生林竟力先生对我们的设计进程中的仔细指导.在设计和论文写作进程中,得到了先生的指导和点拨,使得我的理论和实践操纵才能都得到了进步.同时也要感激我们这和我一路合作的组员以及在我设计进程中碰到问题就教的同窗,他们的虚心帮忙和提示也是让我的设计能顺遂的完成的重要原因之一.

【参考文献】

[1]康华光.

[2]康华光.

附录数字电子钟电路总图

数字电子钟的总电路图