多功能数字钟的电路设计.docx
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多功能数字钟的电路设计
长沙学院
电子技术
课程设计说明书
题目
多功能数字钟的电路设计
系(部)
专业(班级)
姓名
学号
指导教师
起止日期
长沙学院课程设计鉴定表
姓名
学号
专业
班级
设计题目
多功能数字钟电路设计
指导教师
指导教师意见:
评定成绩:
教师签名:
日期:
答辩小组意见:
评定成绩:
答辩小组长签名:
日期:
教研室意见:
最终评定等级:
教研室主任签名:
日期:
说明
课程设计成绩分“优秀”、“良好”、“中等”、“及格”、“不及格”五等。
课程设计任务书
系(部):
电子信息与电气工程系专业:
光电信息工程指导教师:
课题名称
多功能数字钟的电路设计
设计内容及要求
数字钟是采用数字电路实现“时”、“分”、“秒”数字显示的计时装置。
由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的使用,使得数字钟的精度、稳定度远远超过了机械钟表。
钟表的数字化在提高报时精度的同时,也大大扩展了它的功能,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、定时启闭路灯等。
因此,研究数字钟及扩大其应用,有着非常现实的意义。
1.掌握数字钟的设计、组装与调试方法。
2.熟悉集成电路的使用方法,能够运用所学知识设计一定规模的电路。
基本任务:
1.时钟显示功能,能够以十进制显示“时”、“分”、“秒”。
2.具有快速校准时、分、秒的功能。
3.计时准确度,每天计时误差不超过1s。
扩展任务:
1.闹钟功能,可按设定的时间闹时。
2.日历显示功能。
将时间的显示扩展为“年”、“月”、“日”。
3.整点自动报时,在离整点10s时,便自动发出鸣叫声,步长1s,每隔1s鸣叫一次,前四响是低音,最后一响为高音,最后一响结束为整点。
设计工作量
1、系统整体设计;
2、系统设计及仿真;
3、在Multisim或同类型电路设计软件中进行仿真并进行演示;
4、提交一份完整的课程设计说明书,包括设计原理、仿真分析、调试过程,参考文献、设计总结等。
进度安排
起止日期(或时间量)
设计内容(或预期目标)
备注
第一天
课题介绍,答疑,收集材料
第二天
设计方案论证
第三天
进行具体设计
第四天
进行具体设计
第五天
编写设计说明书
指导老师意见
年月日
教研室
意见
年月日
摘要
数字钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置,与机械式时钟相比具有更高的准确性和直观性,且无机械装置,具有更更长的使用寿命,因此得到了广泛的使用。
数字钟从原理上讲是一种典型的数字电路,其中包括了组合逻辑电路和时序电路。
目前,数字钟的功能越来越强,并且有多种专门的大规模集成电路可供选择。
数字钟适用于自动打铃、自动广播,也适用于节电、节水及自动控制多路电器设备。
它是由数子钟电路、定时电路、放大执行电路、电源电路组成。
为了简化电路结构,数字钟电路与定时电路之间的连接采用直接译码技术。
具有电路结构简单、动作可靠、使用寿命长、更改设定时间容易、制造成本低等优点。
从有利于学习的角度考虑,这里主要介绍以中小规模集成电路设计数字钟的方法。
1系统原理框图
数字钟实际上是一个对标准频率(1HZ)进行计数的计数电路。
由于计数的起始时间不可能与标准时间(如北京时间)一致,故需要在电路上加一个校时电路,同时标准的1HZ时间信号必须做到准确稳定。
通常使用石英晶体振荡器电路构成数字钟。
图1所示为数字钟的一般构成框图。
图1系统原理框图
由秒脉冲发生器产生的秒脉冲信号送入秒计数器电路,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小时后又开始下一轮的循环计数。
通过校时电路可以对分和时进行校时。
2单元电路的设计
2.1时间脉冲产生电路的设计
由集成电路定时器555与RC组成的多谐振荡器作为时间标准信号源:
计算当R1=20kΩ,R2=100kΩ,C=0.01μF ,则555所产生的脉冲的为:
f=1.43/[(R1+2*R2)C]=0.979Hz,而设计要求为1Hz,因此其误差为2.1%,在精度要求不是很高的时候可以使用。
图2555与RC组成的多谐振荡器图
2.2计时电路的设计
秒、分计数器为60进制计数器。
小时计数器为24进制计数器。
实现这两种模数的计数器采用中规模集成计数器74LS160D。
2.2.160进制计数器的设计
“秒”计数器电路与“分”计数器电路都是60进制,它由一级10进制计数器和一级6进制计数器连接构成。
如图3所示由74LS160D构成的60进制计数器。
首先将两片74LS160D设置成十进制加法计数器,将两片计数器并行进位则最大可实现100进制的计数器。
现要设计一个60进制的计数器,可利用“反馈清零”的方法实现。
当计数器输出“QdQcQbQa、QdQcQbQa=0110、0000”时,通过门电路形成一置数脉冲,使计数器归零。
图360进制电路图
2.2.224进制计数器的设计
同理,当个位数状态为“QdQcQbQa=0100”,十位计数器状态为“QdQcQbQa=0010”时,通过门电路形成一置数脉冲,使计数器归零。
图424进制电路图
2.3校时电路的设计
数字种启动后,每当数字钟显示与实际时间不符进,需要根据标准时间进行校时。
校“秒”时,采用等待校时和定时校时。
校“分”、“时”的原理比较简单,采用加速校时。
要求:
1、在秒校正时不影响分和小时的正常计数;2、在分校正时不影响秒和小时的正常计数;3、在小时校正时不影响分和秒的正常计数。
如图5所示,当开关A闭合时,秒计数电路正常工作;当A断开时,“秒”暂停,即可校时。
图5“秒”校正电路
如图6所示,当开关B按下、弹起一次,有一脉冲通过或门,“分”便加一,以此原理便可校正“分”。
同理,开关C可校正“时”。
图6“时”、“分”校正电路
2.4电路总图
图7电路总图
3.心得与体会
在这次多功能数字钟的电路设计中,我不仅基本学会了使用Mutisim进行实验仿真,更加深了对理论知识的理解。
一开始看完课程设计任务书后,自己完全不知道该干什么。
之后认真思考后,知道要凑出60进制和24进制计数器,于是选择了较简单的74LS160。
当看到74LS160的CLK引脚,明白需要一个1Hz的连续稳定脉冲源,于是又想到了刚学的555时基电路,解决了问题。
我也得出结论:
同一个功能可以用不同的方案解决。
我在设计的过程中应该试图用最少的成本来实现,努力找出综合了简单、经济、实用三位一体的电路。
当然这个不一定所有条件都符合,找到一个最大限度满足各种条件的方案是我们设计的目标。
这次课程设计是一次难得的锻炼机会,让我能够充分利用所学过的理论知识还有自己的想象的能力,另外还让我学习查找资料的方法,以及自己处理分析电路,设计电路的能力。
我相信是对我的一个很好的提高。
理论与实践相结合才能更好理解学习的知识,这次的课程设计让我懂得了它们在实际中的用途,还有我们身边的很多数字钟电路,这些都是我们自己可以实现的,以前那些神秘的东西在不断的学习过程中变得不再那么神秘,我相信,以后还有更多的谜底被揭开。
第一次使用Multisim,虽然刚开始使用不熟练,但经过自己不断尝试和努力,掌握了基本的使用和仿真的方法,认识到这个软件的强大,给设计提供了很大的便利。
在做课程设计时,困难是不可避免的。
作为工科类的学生,我们应该敢于面对问题,耐心找到解决问题的方法。
4.存在的不足及建议
此次的多功能数字钟设计重在于电脑仿真,虽然能设计出电路图并成功仿真,达到设计要求,但仿真和实际还是存在一定的差距。
仿真时都是在理想情况下进行的,但在实际中会遇到这样或那样的不确定因素,实际结果可能和仿真结果不同。
所以希望以后的课程设计能让我们做出真实的集成电路,这会使我们获得更多的经验。
参考文献
1、邱关源.电路.高等教育出版社.2006
2、康华光.电子技术基础(模拟部分).高等教育出版社.2006
3、康华光.电子技术基础(数字部分).高等教育出版社.2006
附录原件清单
器件型号
用途介绍
数量
OCD_HEX
数码显示器
6
74HS160D
多功能的计数器
6
74LS04D
反相器
3
74LS08D
2输入与门
3
74LS32D
2输入或门
2
Switch
开关
3
CLOCK_VOLTAGE
脉冲源
1