基于proteus仿真的數(shù)字鐘

1、文檔來源為：從網(wǎng)絡(luò)收集整理.word版本可編輯歡迎下載支持摘要數(shù)字鐘是一個對1Hz頻率進(jìn)行計數(shù)的電路。振蕩器產(chǎn)生的時鐘信號經(jīng)過分頻器形成 秒脈沖信號，秒脈沖信號輸入計數(shù)器進(jìn)行計數(shù)，顯示出時間。秒計數(shù)器電路計滿60后觸發(fā)分計數(shù)器電路，分計數(shù)器電路計滿 60后觸發(fā)時計數(shù)器電路，當(dāng)計滿24小時后重零 開始計數(shù)。一般由振蕩器、分頻器、計數(shù)器、譯碼器、數(shù)碼顯示器等幾部分組成。振蕩電路：主要用來產(chǎn)生時間標(biāo)準(zhǔn)信號。石英晶體振蕩器可以提高時間信號的穩(wěn)定 度。分頻器：振蕩器產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)信號頻率很高，要得到“秒”信號，需一定級數(shù)的分頻 器進(jìn)行分頻。計數(shù)器：有了“秒”信號，則可以根據(jù) 60秒為1分，24小時為1天的進(jìn)

2、制，分別 設(shè)定“時”、“分”、“秒”的計數(shù)器，分別為60進(jìn)制，60進(jìn)制,24進(jìn)制計數(shù)器，并輸出 一分，一小時，一天的進(jìn)位信號。譯碼顯示：將“時”“分”“秒”顯示出來。將計數(shù)器輸入狀態(tài)，輸入到譯碼器，產(chǎn)生驅(qū)動數(shù)碼顯示器信號，呈現(xiàn)出對應(yīng)的進(jìn)位數(shù)字字型。關(guān)鍵詞數(shù)字鐘振蕩計數(shù)校正目錄1.前言 錯誤!未定義書簽2系統(tǒng)總體方案設(shè)計 錯誤!未定義書簽2.1方案比較 錯誤.!未定義書簽2.2方案選擇 錯誤.未定義書簽3單元模塊設(shè)計 錯誤!未定義書簽3.1時間計數(shù)電路的設(shè)計 錯誤!未定義書簽3.2譯碼顯示電路 錯誤.!未定義書簽3.3三個按鍵的電路錯誤.!未定義書簽錯誤!未定義書簽錯誤!未定義書簽3.3.3 按

3、鍵三：確定 錯誤!未定義書簽4系統(tǒng)調(diào)試錯誤!未定義書簽5系統(tǒng)功能和指標(biāo)參數(shù) 錯誤!未定義書簽5.1系統(tǒng)功能 錯誤.!未定義書簽5.2系統(tǒng)指標(biāo)參數(shù) 錯誤.未定義書簽6設(shè)計總結(jié)和體會 .錯誤!未定義書簽6.1設(shè)計總結(jié)錯誤.!未定義書簽6.2設(shè)計的收獲體會錯誤.!未定義書簽致 謝錯誤!未定義書簽參考文獻(xiàn) 錯誤!未定義書簽附錄 數(shù)字電子鐘電路總圖 .錯誤!未定義書簽1.刖言數(shù)字電子鐘是一個用數(shù)字電路實現(xiàn)的時，分，秒計時的裝置，與機(jī)械式時鐘相比具有更高的準(zhǔn)確性。本次的數(shù)字電子鐘的設(shè)計原理就是一種典型的數(shù)字電路，其中還包括 了一些組合邏輯電路和時序電路。本次的數(shù)字電子鐘的設(shè)計主要目的是為了讓我們更好的掌握

4、數(shù)字電子鐘的原理，從而掌握邏輯電路的一些典型運(yùn)用，學(xué)會自己制作電子鐘。通過對數(shù)字電子鐘得設(shè)計進(jìn)一 步的了解各種中小規(guī)模集成電路的作用和實用方法。 我們這次設(shè)計的數(shù)字電子鐘是以24 小時為一個時間周期，顯示的滿刻度是 23時59分59秒，在六位7段共陰極的數(shù)碼管 上準(zhǔn)確顯示其相應(yīng)的時，分，秒。并設(shè)置了三個時間的按鍵，分別控制時間的移位閃爍， 時間的上翻修改，時間的確認(rèn)。方便認(rèn)為控制和設(shè)置時間。同時為了保證計時的穩(wěn)定性 和計時的準(zhǔn)確性我們采用了用32.768K的晶體振蕩器來產(chǎn)生時鐘信號，來提供表針時間 的基準(zhǔn)信號。2.系統(tǒng)總體方案設(shè)計時時計分 卜32768HW譯碼驅(qū)2秒計數(shù)秒人數(shù)字電子鐘的整體設(shè)計

5、原理框圖如圖一所示:I分個2HZ1HZ晶體振蕩電路按鍵一整個設(shè)計的計時周期為分頻器CD4060二分頻器圖按鍵二數(shù)字電子鐘的原理框圖按鍵三24小時，顯示的滿刻度是23時59分59秒，然后自動清零從00時00分00秒開始重新計時，另外還加進(jìn)了按鍵部分的操作，方便人們對時 間的控制，設(shè)置，調(diào)整。秒信號產(chǎn)生器是整個系統(tǒng)的時基信號，它直接決定了計 時系統(tǒng)的精度，在這次設(shè)計中采用的是石英晶體振蕩器加分頻器來實現(xiàn)。將得到的標(biāo)準(zhǔn)信號1HZ送入秒計數(shù)器中，秒計數(shù)器采用的是60進(jìn)制的計數(shù)器，每累計都 60秒得時候就會發(fā)出一個分脈沖信號，該信號將作為分計數(shù)器的時鐘脈沖，分計數(shù) 器也是采用的60進(jìn)制的計數(shù)器，每累計到

6、 60分鐘，發(fā)出一個時脈沖信號，該信號 將被作為時脈沖時鐘脈沖，式計數(shù)器采用的24進(jìn)制的計數(shù)器，這樣就可以實現(xiàn)一天24小時的累計。2.1方案比較方案一：555構(gòu)成的多謝振蕩器如圖二由于f=1.43（R1+2R2）C1,我們可以通過調(diào)整R1，R2, C1的值，改變其輸出的頻率。圖2.2方案二：晶體振蕩器分頻電路石英晶體振蕩電路1，采用頻率fs=32768HZ的石英晶體圖三D1, D2是反向器，D1用于振蕩，D2用于緩沖整形。Rf為反饋電電阻（10 100M）， 反饋電阻的作用為COMS反相器提供偏置，使其工作在放大狀態(tài)。電容 C1, C2與 晶體共同構(gòu)成pi型網(wǎng)絡(luò)，完成對振蕩器頻率的控制，并提供

7、必要的 180度相移，最 后輸出 fs=32768HZ。圖三2，多級分頻電路將32768HZ脈沖信號輸入到CD4060 （如圖四：CD4060的引腳圖介紹）組成的脈沖振蕩的14位二進(jìn)制計數(shù)器，所以從最后一級Q14輸出的脈沖信號頻率為：32768/16384=2HZ。再經(jīng)過二次分頻，得到最后的 1HZ 的標(biāo)準(zhǔn)信號脈沖，即秒脈 沖。如圖五，就是所得到最后的脈沖信號。圖四：CD4060引腳圖圖五：1HZ的信號產(chǎn)生的波形文檔來源為 :從網(wǎng)絡(luò)收集整理 .word 版本可編輯 .歡迎下載支持2.2 方案選擇1，采用 555 多謝振蕩器優(yōu)點(diǎn)：555 內(nèi)部的比較器靈敏度較高， 而且采用差分電路形式， 它的振蕩

8、頻率受電源 電壓和溫度變化的影響很小。缺點(diǎn)：要精確的輸出 1HZ 的脈沖，對電容和電阻的數(shù)值精度要求很高，所以輸出脈 沖既不夠準(zhǔn)確也不夠穩(wěn)定。2，采用晶體振蕩分頻電路 優(yōu)點(diǎn)：由于晶體的阻抗頻率響應(yīng)可知，它的選頻特性非常好，有一個極為穩(wěn)定的 串聯(lián)諧振頻率fs,且等效品質(zhì)因數(shù)Q很咼。只有頻率為fs的信號最容易通過，且其 他頻率的信號均會被晶體所衰減。3， 比較的結(jié)果 由于振蕩器是數(shù)字鐘的核心，振蕩器的穩(wěn)定度及頻率的精度決定了數(shù)字鐘計時的準(zhǔn) 確程度。為了達(dá)到設(shè)計要求，獲得更咼的計時精度，我們在設(shè)計中選用了方案二即用晶體振蕩 器構(gòu)成振蕩電路。一般來說振蕩器的頻率越咼，計時精度就越咼。如圖六圖六3 單元

9、模塊設(shè)計3.1 時間計數(shù)電路的設(shè)計將分頻器產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)基信號即秒信號經(jīng)過秒計數(shù)器，分計數(shù)器，時計數(shù)器，分別得 到“秒”個位，十位， “分”個位，十位以及“時”個位，十位的計時輸出信號，然后 送至譯碼顯示電路，以便實現(xiàn)用數(shù)碼管顯示時，分，秒的要求。在設(shè)計中“秒”和“分” 的計數(shù)器應(yīng)該為六十進(jìn)制的計數(shù)器，而“時”計數(shù)器應(yīng)該為二十四進(jìn)制的計數(shù)器。在設(shè) 計中采用的10進(jìn)制的計數(shù)器74LS160來實現(xiàn)時間的計數(shù)單元的計數(shù)功能。74LS160的 芯片引腳圖如圖七所示：圖七：74LS160引腳圖P0， P1， P2， P3-計數(shù)器的輸入端QO, Q1, Q2, Q3計數(shù)器的輸出端CEP， CET-計數(shù)器的計數(shù)

10、端CP-計數(shù)器的觸發(fā)端TC-計數(shù)器的進(jìn)位端R-計數(shù)器的清零端PE計數(shù)器的置數(shù)端74LS160 計數(shù)器是同步計數(shù),異步清零表1是74LS160的邏輯表：計數(shù)器部分計數(shù)的原理圖八：圖八：計數(shù)器的原理圖此圖為“秒”計數(shù)器部分，用兩片 74LS160 來構(gòu)成 60 進(jìn)制的計數(shù)器，由于 160 本 身就是 10進(jìn)制的計數(shù)器，故在“秒”個位當(dāng)自動的加到 10 時就會自動清零，同時向“秒” 十位的計數(shù)器的進(jìn)位，在這片 160 當(dāng)“秒”十位和個位分別顯示到“ 5”和“9”時向下 一級的“分”計數(shù)器進(jìn)位。同理當(dāng)“分”的十位和個位分別顯示“ 5”和“9”時向“時” 計數(shù)器進(jìn)位。當(dāng)“時”計數(shù)器的十位和個位分別顯示“

11、 2”和“ 4”時用反饋清零的方法 將其清零。其“分”計數(shù)器， “時”計數(shù)器的原理圖同“秒”計數(shù)器的原理圖大致相同。3.2 譯碼顯示電路設(shè)計中“時”，“分”，“秒”的顯示是選擇共陰極的七段數(shù)碼管顯示的。共陰極七段數(shù)碼管譯碼顯示電路是將計數(shù)器輸出的 8421BC陰譯成數(shù)碼顯示所需要的高低電平， 其 引腳如圖九。在譯碼顯示電路中采用的是 CD4511-7段譯碼驅(qū)動器，其芯片的引腳如圖 十。譯碼器的 A,B,C,D 分別與十進(jìn)制的計數(shù)器的四個輸出端相連接 a,b,c,d,e,f,g 即為 驅(qū)動七段數(shù)碼管的信號。其根據(jù) A,B,C,D 所得的計數(shù)信號，數(shù)碼管就顯示出相對應(yīng)的字 型。圖九：共陰極七段數(shù)碼

12、管的引腳圖圖十：CD4511的引腳圖其中 A,B,C,D-BCD 碼得輸入端a,b,c,d,e,f,g譯碼的輸出端，輸出為“ T有效，用來驅(qū)動共陰極LED數(shù)碼管。LT測試輸入端，LT= “0”時，譯碼輸出全為“ 1”BI 消隱輸入端，BI= “0”時，譯碼輸出全為“ 0”LE鎖定器，LE=“1 ”時譯碼器處于鎖定（保持）狀態(tài)，譯碼器輸出保持在LE=0時的數(shù)值，LE=0為正常譯碼其譯碼的顯示電路如圖十一所示：圖十一：譯碼器的驅(qū)動顯示電路3.3 三個按鍵的電路本次設(shè)計還用到了按鍵部分，設(shè)計中用到了三個按鍵，其功能分別是移位并閃爍， 時間的上翻，時間的確定。設(shè)置這三個按鍵的目的其主要是為了人們能很好

13、的控制和調(diào) 整時間。方便人們對時間的調(diào)整。按鍵部分主要是采用各種邏輯門與計數(shù)芯片，譯碼芯 片的有理結(jié)合來實現(xiàn)各個按鍵的功能的。如圖十二圖十二：三個按鍵以為部分：下之后計數(shù)器停止計數(shù)即在這里給“秒”計數(shù)器輸入的無效的信號脈 沖，此時數(shù)碼管保持先前記下的時間不在走動。采用計數(shù)器 160 和譯碼器 138的結(jié)合。 給計數(shù)器160送一個初始數(shù)1即此時D3D2D1D0=00Q1將計數(shù)器的Q2Q1Q分別與138 的輸入端CBA相連接。且在138輸出端的丫0接一個反相器保證在正常的情況下計數(shù)器 能正常的計數(shù)。將輸出端得 丫0, 丫1, 丫2, Y3進(jìn)行與運(yùn)算，并將輸出的值與產(chǎn)生的信號 脈沖進(jìn)行與運(yùn)算。在未按

14、下按鍵的時候則不會影響到脈沖的正常輸入，計數(shù)器的正常計 數(shù)。其中74LS138的引腳圖如圖十三：圖十三：74LS138引腳圖A2, A1, A0-譯碼器的3位二進(jìn)制輸入端丫0, 丫1, 丫2, 丫3, 丫4, 丫5, 丫6。 ,丫7譯碼器的 8 個輸出信號,并且輸出的均為低 電平有效。S3, S2, S1譯碼器的三個使能端，當(dāng) S仁1,且S2=0, S3=0時，譯碼器處于正常 的工作狀態(tài)。閃爍部分：由于要使光標(biāo)移位，需要判斷以為在了那只數(shù)碼管上，所以想到使數(shù)碼 管閃爍的方法，產(chǎn)生明顯的視覺效果從而準(zhǔn)確的判斷需要改變那只數(shù)碼管的時間值?？?慮到譯碼器CD451啲一個使能端BI，當(dāng)BI為高電平的時

15、候會產(chǎn)生消隱的現(xiàn)象。故在使 數(shù)碼管閃爍的這一功能，選擇從譯碼器尋找方法。數(shù)碼管的閃爍與高低脈沖相連。 當(dāng)按鍵一被按下之后， 譯碼器 138的輸出端 丫1，丫2， 丫3的值不斷的變化且有且只有一個為有效的點(diǎn)平 0。當(dāng)它們分別與信號脈沖進(jìn)行或運(yùn)算 后輸出的的結(jié)果取決與信號脈沖，當(dāng)脈沖為高點(diǎn)平的時候則數(shù)碼管就熄滅，當(dāng)脈沖輸出 的是低電平的時候數(shù)碼管就點(diǎn)亮。如此的亮滅亮滅.從而達(dá)到視覺上的數(shù)碼管的閃爍功能。按鍵一電路如圖十四，十五，十六圖十四：計數(shù)器與 138的結(jié)合 圖十五：與運(yùn)算產(chǎn)生 kk 控制信號脈沖 圖十六：光標(biāo)的閃爍按鍵二的功能主要是修改時間。在這里讓時間上翻改變即當(dāng)按鍵二被按下一次對 應(yīng)閃爍

16、的數(shù)碼管的值就加一次，一直到所得的值是我們自己想要的值為止。按鍵二必須 在按鍵一被按下之后才有效。故當(dāng)按鍵一被按下后譯碼器丫1 ，丫2，丫3 有且有一個輸出的是有效的低電平，按鍵二被按下后也會得到一個有效的低電平。將丫1 ，丫2，丫3 分別與按鍵二得到的低電平進(jìn)行或運(yùn)算，并在得到的結(jié)果后面加一個反相器，這樣就只有當(dāng) 輸出的值均為0時才能得到1,這樣就可以得到三個信號clk1 , clk2, clk3。同時要使計 數(shù)器加數(shù)，只要給相應(yīng)的計數(shù)器輸入有效的正脈沖就可以了。故在設(shè)計中將得到的三個 信號對應(yīng)的與計數(shù)器的脈沖輸入相連接。如圖十七：圖十七：產(chǎn)生有效的信3.3.3 按鍵三：確定按鍵三的功能就是

17、確定鍵即恢復(fù)正常有效的脈沖信號， 讓計數(shù)器正常的計數(shù)， 譯 碼器正常的譯碼，數(shù)碼管正常的顯示時間。使按鍵部分的那些功能都消失。當(dāng)按鍵三被 按下后即馬上得到一個低電平的信號。將按鍵三得到的信號與計數(shù)器的清零端相連接， 即可控制其的能否正常工作。從而讓輸出的 kk 為高電平，這樣在 kk 與產(chǎn)生的信號脈沖 進(jìn)行與運(yùn)算的時候就取決于產(chǎn)生的脈沖信號。 這樣產(chǎn)生的脈沖信號又恢復(fù)成為有效的脈 沖信號，使計數(shù)器正常的計數(shù)工作。4 系統(tǒng)調(diào)試單個元件的調(diào)試 數(shù)碼管共陰，共陽的檢測： 在 proteus 的仿真軟件中將數(shù)碼管的的 a,b,c,d,e,f,g 的任意一段或者幾段置于高電平，數(shù) 碼管剩下的另一管腳置于

18、低電平，如果數(shù)碼管發(fā)亮且輸出的字符是對應(yīng)輸入的字符的， 那么此數(shù)碼管為共陰數(shù)碼管。 如果數(shù)碼管不亮， 沒有反應(yīng)則說明數(shù)碼管是共陽的數(shù)碼管。 時鐘電路的調(diào)試將晶體振蕩器電路產(chǎn)生的信號脈沖通過 proteus 軟件進(jìn)行仿真。1， 將仿真的示波器記到晶體振蕩電路的波形的輸出端， 在示波器上顯示出波形 信號的頻率為 32768HZ。2,再將仿真的示波器接到經(jīng)過CD406Q分頻器后的輸出端，得到的輸出波形信號的頻率為 2HZ。3，最后將仿真里面的示波器接到二分頻器后的輸出端得到的信號波形的頻率為1HZ即為整個設(shè)計需要的標(biāo)準(zhǔn)基信號。計數(shù)電路的調(diào)試在秒計數(shù)器上加入一個標(biāo)準(zhǔn)的1HZ脈沖信號，在proteus仿

19、真軟件上進(jìn)行計數(shù)器的準(zhǔn)確 計數(shù)的調(diào)試。這部分主要調(diào)試的是“秒”計數(shù)器，“分”計數(shù)器的 60進(jìn)制得到調(diào)試， 當(dāng)“秒”或“分”的計數(shù)達(dá)到“ 59”時，“秒”或者“分”能夠正確的清零并向前一計 數(shù)器進(jìn)位。其數(shù)碼管的顯示如圖十八：圖十八：時間的準(zhǔn)確顯示5 系統(tǒng)功能和指標(biāo)參數(shù)5.1 系統(tǒng)功能該電路主要實現(xiàn)了時間的準(zhǔn)確計數(shù)，在設(shè)計中將計數(shù)器74LS160與譯碼器CD4511 計數(shù)器74LS160和譯碼器74LS138分頻器與晶體振蕩電路有效的集中在了一起，得到 比較準(zhǔn)確的時間顯示。此外，加上三個按鍵的設(shè)置，方便了人們隨時對時間的調(diào)整，從 而更好的控制時間。5.2 系統(tǒng)指標(biāo)參數(shù)1 基信號的頻率 1HZ2.

20、電路供電 +5v3工作溫度范圍：0°c70°c6 設(shè)計總結(jié)和體會6.1 設(shè)計總結(jié)本次課程設(shè)計經(jīng)過為期 2周的不懈努力， 目前基本達(dá)到了預(yù)期的要求， 能夠準(zhǔn)確的 以一秒為周期的在數(shù)碼管上顯示時間，并且三個按鍵也能準(zhǔn)確的實現(xiàn)它們各自的功能， 讓人們能很好的調(diào)節(jié)時間。 在設(shè)計中所采用的各個芯片都在運(yùn)行很好的實現(xiàn)了它們各自 在設(shè)計中的功能作用。整個設(shè)計的原理簡單，可靠性能高，成本低，功能很容易實現(xiàn)， 并且實現(xiàn)的效果也非常的良好。6.2 設(shè)計的收獲體會由于這次設(shè)計是在放假期間獨(dú)立完成的， 所以在各模塊之間的銜接上， 以及某些參 數(shù)的確定上可能還存在一定的問題。但通過這次設(shè)計，收獲也頗

21、多?？傮w上來說這次設(shè)計電路原理其實不難，但是在設(shè)計過程雖然很多東西自己明白 該那么做，但是在真正的運(yùn)用中卻是實在是無從下手，遇到的很多小問題比自己想象中 的要復(fù)雜得很多，讓自己懷疑是不是考慮錯了或者是走錯了方向。在設(shè)計中，很多芯片 的功能是自己不是很熟悉的，不同芯片之間的銜接更是讓自己感到陌生。比如，在晶體 振蕩電路中產(chǎn)生的32768HZ的信號與分頻器CD4511的鏈接，分頻的原理對當(dāng)時設(shè)計自 己來說是很模糊的，但是通過詢問同學(xué)和老師后讓自己對分頻的原理有了了解，并且還 從很多的方法中選擇了 32768HZ的晶體振蕩器和CD4511分頻器來產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的基信號。 在計數(shù)器的選擇上，雖然自己對這部分比較熟悉，但是當(dāng)真正的接觸它時，才知道很多 的東西不是自己想象中的那樣容易，很多的小錯誤就讓自己感到寸步難行。通過不斷的 查閱資料了解選擇了十進(jìn)制的74LS16 0實現(xiàn)了準(zhǔn)確的計數(shù)功能。在按鍵部分，這是整個 設(shè)計讓我受益最多的部分，按鍵部分是自己在設(shè)計最后才做的部分，剛開始真的是無從 下手，感覺考慮的東西很多，而且很多的東西自己又不會。在老師和同學(xué)的幫助下才讓 自己有了一個比較清晰的思路， 在設(shè)計中將計數(shù)器74LS160和譯碼器74LS13