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电子时钟可设置时间响铃

题目名称:

数字钟打铃系统

二、设计任务和要求:

用中、小规模集成电路设计一个数字钟打铃系统,能实现:

由晶体

振荡器电路(或555定时器)产生1Hz的标准“秒”信号;“秒、分计数器”为00~59的

六十进制计数器;“时计数器”为00~23的二十四进制计数器;走时精度要求每天误差

小于1秒;具有校时功能。

即只要将开关置于校时位置,可分别对“秒、分、时”进行手

动脉冲输入或连续脉冲输入的校正;可设置六个时间,数字钟定时打铃,响铃时间为10

秒。

三、考虑方案,画出系统框图,比较和选定设计的系统方案。

设计方案:

数字电子钟主要由秒信号发生器、“时、分、秒”计数器、译码显示器、校时

电路等组成。

秒信号发生器主要由石英晶体振荡器或555振荡器分频后得到;秒、分都

是60进制,故由60进制计数器构成;时为24进制,即由24进制计数器构成;显示部分

由译码和数码显示构成;校时电路由门电路和开关等构成。

利用函数信号发生器来进行脉冲信号的输出、利用74160N来设置十进制和六进制的

进位输出、利用数码显示器来显示时间、利用或门、与门、非门、与非门、等电路元件进

行组合、级联后得到设计所要求的电路图。

由于要对时钟进行校队,电路选择串行的进位方式,使每个位都可以快速接入脉冲,

进行校时

译码、显示译码、显示译码、显示

分计数器秒计数器

校时校分校秒

校时控制

校分控制

校秒控制

555定时器

时数值比较器

分数值比较器

秒数数值比较器

设置时设置分设置秒

响铃

显示译码器:

方案一:

用编码器芯片74LS248,以及七段发光二极管显示器,

开关和电源。

方案二、用DCD_HEX

最后我们选择方案二,比较简单明了。

用DCD_HEX为时分秒的显示译码器,74LS160十进制的计数器,分别计60进制、60进

制24进制,这里使用异步清零法,在0~59循环中在多计个次数(很快),在分和时上连

多谐振荡器,可以进型快速校时,

校时比较方案:

方案一、放置单刀双掷开关,连接触发器和门电路,以触发器给单次脉冲,

为了可以实现定时,在下面连接一个相同的电路,用数值比较器将其连接起来,即可得到当是中与所定的时间相同时,相连的响铃开始响铃,这样设置数字钟打铃系统四、单元电路设计、参数设计和元器件选择

1、用两片74160N级联,其中右边一片为十进制,左边一片为六进制,总体为六十进制。

它们实现的功能为进行时间秒的输出,当时间到六十后,进位为一。

得到秒计时,以异步

清零法,LD接0,首先把两片以并联的方式练成百进制计数器,计数器从0开始计数,

当十片计数为Q3Q2Q1Q0=0110时,个片计数为Q3Q2Q1Q0=0000,即计入60个进位信号

时,十位片Q2Q1经门G1译码产生反馈清零信号,计量片同时置零,所以接线时可以接

60s

2.用两片74160N级联,其中右边一片为十进制,左边一片为六进制,总体为六十

进制。

它们实现的功能为进行时间分的输出,当时间到六十后,进位为一。

得到分计时,

在数字钟的控制电路中,分和秒的控制都是一样的,在电路的设计中我采用的是统一的器

件74LS161N的反馈置数法来实现十进制功能和六进制功能,

3、用两片74160N级联,总体为二十四进制。

它们实现的功能为进行时间小时的输出,当

时间到二十四后,时钟信号全部置零

4.三块时间模块的级联如下图:

5、555多谐震荡,给脉冲信号,使得输入的f=1Hz,标准秒,并将其封装(需要次使用比

,使用串行法,即在“秒处”给脉冲即可:

封装后:

555振荡器的输出脉冲:

 

6、校对:

当数字钟接通电源或者计时出现误差时,需要校正时间。

校时是数字钟应具备的

基本功能。

校时时应截断分个位和时个位的直接计数通路,并采用正常计时信号与校正信

号可以随时切换的电路接入其中。

对校时电路的要求是,在小时校正时不影响分和秒的正

常计数;在分校正时不影响秒和小时的正常计数。

校时方式有快校时和慢校时两种,快校

时是,通过开关控制,使计数器对1Hz的校时脉冲计数。

慢校时是用手动产生单脉冲作校

时脉冲下图所示为校时电路和校分电路。

其中S1是校分用的控制开关,S2为校时用的控制

开关,它们的控制功能下表所示。

校时脉冲采用分频器输出的1Hz脉冲,当S1或S2分别

为0时可进行快校时。

如果校时脉冲由单脉冲产生器提供,则可以进行慢校时。

Multisim仿真软件校时的具体设计方法是:

用一个单刀双掷开关切换计数功能与校

时功能,另一端接计数器的脉冲输入端,开关置于函数发生器这一端便可以校时,置于计

数器的进位端便是计时。

不校正时间时开关都应打在与非门的那一端。

但一般校时选用的是快校时,给高频的脉冲型号,使计数器快速进位带到理想的要求:

使

用555即可用单刀双掷来控制,是否给单独的脉冲进行计数,只在“分”“时”出给进,

“秒”处不需要

校时电路

7、.在完成以上的步骤后,一个能显示时间的时间控制器已经完成了,接下来是设定输出。

以74LS85D为数值比较器,分别比较时分秒,诸位进行比较,但“秒”处的0.1s则不需

要比较,否则响铃会不停地响,一旦比较结果全部相同,则输出“1”,给响铃一脉冲

0停止打铃

 

9、闹钟时间设置,与上述原理相同,给74LS160高频脉冲使得“时”“分”皆可快速调制,

然后,等到自己要得到的时间,若相同,开始打铃。

五、画出完整的电路图,并说明电路的工作原理。

总体电路图

本次课设是使用555定时器作为输入脉冲,以计数器分别60进制、60进制、24进制的显示有时钟,

并在单独加入,不同频的输入脉冲,使之可以校对的更加快捷,后再设置定时器,与上述相同,再将

其与数据比较其分别相连,在在输出端,链接打铃系统,使之数值比较器的输出为一时,给以信号,

使喇叭开始工作,响铃时间为10s

六、组装调试的内容,包括:

1.使用的主要仪器和仪表;

使用示波器观察555多谐振荡器输出波形,及频率,用函数发生器可代替555

2.调试电路的方法和技巧;

调试电路时先从小器件开始入手,当每完成一项时,去测试其是否为准确的,若不合

格,继续调试

3.测试的数据和波形并与计算结果比较分析;

555定时器中为了得到1Hs的频率,由公式可知:

T=(R1+2*R2)Cln2

f=1/T=1/(R1+2*R2)Cln2R1=R2=1000欧C=500uF时即可得到f=1Hz

波形

4.调试中出现的故障、原因及排除方法。

由于计数器使用的是异步清零法,则可以看见在60s进位的时候,可以看见一位短暂的60

出现,若要排除,可使用同步置数法。

在调试中出现了许多的问题、故障,比如说并不知道74LS85D和DCD_HEX直接管脚的

连接方式,忘记接入输入电压在555定时器上,数值比较器接上后闹铃不停的响,后发现

原来不需要与0.1s相比较等等,这样类似的问题很多

七、总结设计电路的特点和方案的优缺点,提出改进设计意见和展望。

晶体振荡器电路给数字钟提供一个频率稳定准确的方波信号,可保证数字钟的走时准

确及稳定。

本次设计采用555定时器得到1Hz,的脉冲功能主要是产生标准秒脉冲信号和提

供功能扩展电路所需要的信号。

可实际操作中发现,555定时器在1Hz的频率下无法震荡

起来,只有加大频率才能使显示译码器有较快的输出。

本设计的电子数字钟能经振荡分频器、计数器、译码和显示电路将时间“时”“分”

“秒”用数字的方式显示出来,并且需要校正电路使其准确工作,还有定时和报时功能。

控制较简单,没有遥控、防电台报时等复杂电路。

调试时有的器件在理论上可行,但在实际运行中就无法看到效果,所以得换不少器件,

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。

Multisim软件有时会出问题,在理论上可行的电路在调试中未必能显示出来,这就需要耐心、仔细地分析和解决问题,

不断地尝试才能得出正确的答案。

不足之处:

不能自动设置闹钟时间。

只能人为事先设定打铃时间。

八、列出系统使用的元器件。

1、74LS85D12个

2、DCD_HEX12个

3、74LS22N与非门(4管脚)2个、74LS04D非门3个、与非门(2管脚)74LS00D6

4、74LS85D数值比较器5个

5、555多谐振荡器5个

6、开关,接地,电源等若干。

九、总结课程设计的收获和体会。

通过本次试验,是我对Multisim软件的使用更加熟练,并可以对设计的电路进行仿真。

通过这些天的使用,使我对Multisim软件仿真功能的强大折服。

由于是初次使用Multisim

软件来实现课程设计的要求,对上面的器件不能熟练使用。

对他们的选择不很熟练,对他

们的功能不了解,不知该用什么芯片链接才能达到目的。

通过借看图书管里的有关书籍和

练习几道例题后,终于有了些头绪。

在同组同学的一起分析和研究下,设计的轮廓也越来

越清楚。

在不断仿真的过程中,我们遇到很多问题,在实践的显示上。

对元件的的使用出现错

误。

未达到时间的显示功能,后经过同组的同学讨论对元件进行改正,才显示了时间。

在进位上老是错线错误,后经我们慢慢改正,可以正确显示时间了。

在设计响铃10秒的问题上我们颇费脑筋,设计了好多电路都没有实现这个功能,后

经我们查找资料,商量之后才设计出该模块。

在连线时,非常考验人的耐心和仔细;稍一马虎就可能连错一错就很难改正。

需从

新联。

在此次的数字钟设计过程中,更进一步地熟悉了芯片的结构及掌握了各芯片的工作原

理和其具体的使用方法.在连接六进制,十进制,六十进制的进位及十二进制的接法中,要求

熟悉逻辑电路及其芯片各引脚的功能,那么在电路出错时便能准确地找出错误所在并及时

纠正了.在设计电路中,往往是先仿真后连接实物图,但有时候仿真和电路连接并不是完全

一致的,例如仿真的连接示意图中,往往没有接高电平的16脚或14脚以及接低电平的7脚

或8脚,因此在实际的电路连接中往往容易遗漏.

通过这次学习,让我对各种电路都有了大概的了解,所以说,坐而言不如立而行,对

于这些电路还是应该自己动手实际操作才会有深刻理解。

通过这次课程设计使我懂得了理

论与实际相结合是很重要的,只有理论知识是远远不够的,只有把所学的理论知识与实践

相结合起来,从理论中得出结论,才能真正为社会服务,从而提高自己的实际动手能力和

独立思考的能力。

在设计的过程中遇到问题,可以说得是困难重重,这毕竟第一次做的,

难免会遇到过各种各样的问题,同时在设计的过程中发现了自己的不足之处,对以前所学过的知识理解得不够深刻,掌握得不够牢固。

通过这次试验,深刻的体会到我们学到的东西还是很少很少的。

在真正的设计过

程中是非常不够用的。

因此我们不得不查找其他的资料,各种书籍、网上的介绍等等。

在连接电路图的时候,心细耐心都是很重要的,基本上连完后调试不出来就很难

再能找出错误了,乱七八糟的线让人眼花缭乱。

所以在最初连接的时候就要很认真。

同时,做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强,由于课本上的知识太多,

平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能,而且考试内容有限,所以在这

次课程设计过程中,我们了解了很多元件的功能,并且对于其在电路中的使用有了更多的

认识。

2012-1-4

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