數(shù)電大作業(yè)(智能數(shù)字鐘)

1、智能數(shù)字鐘設(shè)計(jì) 一、問(wèn)題重述     數(shù)字電子鐘是一種用數(shù)字顯示秒分時(shí)的記時(shí)裝置，與傳統(tǒng)的機(jī)械鐘相比，他具有走時(shí)精確顯示直觀無(wú)機(jī)械傳動(dòng)裝置等優(yōu)點(diǎn)，因而得到了廣泛的應(yīng)用：小到人們的日常生活中的電子手表，大到車站碼頭機(jī)場(chǎng)等公共場(chǎng)所的大型數(shù)顯電子鐘。 本課程設(shè)計(jì)要用通過(guò)簡(jiǎn)潔的規(guī)律芯片實(shí)現(xiàn)數(shù)字電子鐘。要點(diǎn)在于用555芯片連接輸出為一秒的多諧振蕩器用于時(shí)鐘的秒脈沖,用74LS160(10進(jìn)制計(jì)數(shù)器)74LS00(與非門芯片)等連接成60和24進(jìn)制的計(jì)數(shù)器,再通過(guò)七段數(shù)碼管顯示，構(gòu)成了簡(jiǎn)潔數(shù)字電子鐘。 要求： （1）

2、完成設(shè)計(jì)一個(gè)有“時(shí)”，“分”，“秒”（23小時(shí)59分59秒）顯示且有校時(shí)功能的電子鐘； （2）完成對(duì)“時(shí)”、“分”的自動(dòng)校時(shí)。 二、設(shè)計(jì)目的 1.了解智能數(shù)字鐘的工作原理； 2.設(shè)計(jì)出一個(gè)能實(shí)現(xiàn)清零、進(jìn)位、顯示時(shí)分秒等功能的智能數(shù)字鐘； 3.正確使用multisim軟件對(duì)電路進(jìn)行仿真及觀看； 4.通過(guò)此次設(shè)計(jì)試驗(yàn)加深對(duì)38譯碼器、計(jì)數(shù)器等集成規(guī)律芯片的理解和運(yùn)用。 三、設(shè)計(jì)要求 1用555定時(shí)器設(shè)計(jì)一個(gè)秒鐘脈沖發(fā)生器，輸入1HZ的時(shí)鐘；（對(duì)已有1kHz頻率時(shí)鐘脈沖進(jìn)行分頻）； 2能顯示時(shí)、分、秒，24小時(shí)

3、制； 3設(shè)計(jì)晶體震蕩電路來(lái)輸入時(shí)鐘脈沖； 4用同步十進(jìn)制集成計(jì)數(shù)器74LS160設(shè)計(jì)一個(gè)分秒鐘計(jì)數(shù)器,即六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器； 5用同步十進(jìn)制集成計(jì)數(shù)器74LS160設(shè)計(jì)一個(gè)24小時(shí)計(jì)數(shù)器； 6譯碼顯示電路顯示時(shí)間； 7用與非門芯片及一些基本芯片設(shè)計(jì)一個(gè)可以自動(dòng)校時(shí)的電路。 四、設(shè)計(jì)過(guò)程 4.1總體思路4.1.1思路說(shuō)明 由秒及分的60進(jìn)制，分別到59時(shí)進(jìn)行對(duì)分和時(shí)進(jìn)行進(jìn)位，而時(shí)為24進(jìn)制，當(dāng)?shù)竭_(dá)23時(shí)，之后進(jìn)行清零，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)字時(shí)鐘的相應(yīng)功能。分秒功能的實(shí)現(xiàn)：用兩片74LS160組成60秒、分、時(shí)分別為60、60和24

4、進(jìn)制計(jì)數(shù)器。秒、分均為六十進(jìn)制，即顯示進(jìn)制遞增計(jì)數(shù)器。時(shí)為二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器，顯示為0023，個(gè)位仍為十進(jìn)制，而十位為三進(jìn)制，但當(dāng)十進(jìn)位計(jì)到2，而個(gè)位計(jì)到4時(shí)清零，就為二十四進(jìn)制了。時(shí)功能的實(shí)現(xiàn)：用兩片74LS160組成24進(jìn)制遞增計(jì)數(shù)器。 4.1.2  結(jié)構(gòu)框圖及說(shuō)明在產(chǎn)生信號(hào)時(shí)可接受兩種方法，方法（1）接受555定時(shí)器及分頻器，而方法（2）直接利用函數(shù)信號(hào)發(fā)生器。 4.2電路工作原理 4.2.1晶體振蕩器 振蕩器是數(shù)字鐘的核心。振蕩器的穩(wěn)定度及頻率的精確度打算了數(shù)字鐘計(jì)時(shí)的精確程度，通常選用石英晶體構(gòu)成的振蕩器電路。一般來(lái)說(shuō)，振蕩器

5、的頻率越高，計(jì)時(shí)精度越高。如圖5所示調(diào)整電阻R2可以轉(zhuǎn)變輸出信號(hào)頻率，用以得到所需的信號(hào)頻率。利用555定時(shí)器進(jìn)行產(chǎn)生信號(hào)，形成晶振電路，如下圖二 555定時(shí)器4.2.2分頻器 用三片74LS160可以構(gòu)成三級(jí)格外頻器，將1KHz矩形波分頻得到1Hz基準(zhǔn)秒計(jì)時(shí)信號(hào)。它的功能是產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖信號(hào)。原理如下圖三 分頻電路4.2.3校時(shí)電路 當(dāng)數(shù)字鐘接通電源或計(jì)時(shí)消滅誤差時(shí)，需要校正時(shí)間，校時(shí)是數(shù)字鐘必備的基本功能。對(duì)校時(shí)電路的要求是：在小時(shí)教正時(shí)，不影響分和秒的正常計(jì)數(shù)；在分矯正時(shí)，不影響秒和小時(shí)的正常計(jì)數(shù)。其中S1為校分用的把握開(kāi)關(guān)，S2校時(shí)用的把握開(kāi)關(guān)，

6、它們的功能表如表1所示 表1 開(kāi)關(guān)校時(shí)功能 S1S2開(kāi)關(guān)閉合11功能校時(shí)校分圖四中C1、C2可以緩解兩個(gè)開(kāi)關(guān)的抖動(dòng)，必要時(shí)還可以接受去抖動(dòng)電路。圖四 校時(shí)電路4.2.4二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器 接受同步時(shí)序信號(hào)把握，用個(gè)位的進(jìn)位端把握十位的使能端，當(dāng)個(gè)位有進(jìn)位時(shí)，芯片工作，輸入十位的脈沖信號(hào)有效，當(dāng)十位為2，個(gè)位為3的時(shí)候，同時(shí)給兩個(gè)芯片的預(yù)置端一個(gè)有效信號(hào)，使之清零，如下圖五 二十四進(jìn)制電路4.2.5六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器 接受異步時(shí)序電路把握，在十位計(jì)數(shù)到5時(shí)，下一個(gè)脈沖一到來(lái)就置數(shù)。74LS160構(gòu)成的60進(jìn)制計(jì)數(shù)器和24進(jìn)制計(jì)數(shù)器如

7、圖六和圖五所示。秒、分、時(shí)分別為60、60和24進(jìn)制計(jì)數(shù)器。秒、分均為六十進(jìn)制，即顯示0059，它們的個(gè)位為十進(jìn)制，十位為六進(jìn)制，如下圖六 六十進(jìn)制電路 4.2.6整體原理圖     方法（1）振蕩電路產(chǎn)生的1KHZ脈沖信號(hào)經(jīng)三級(jí)格外頻電路分頻后產(chǎn)生的1HZ脈沖信號(hào)輸入74LS160N連成的60進(jìn)制秒計(jì)數(shù)器，再由秒計(jì)數(shù)器每60秒進(jìn)位輸出給60進(jìn)制分鐘計(jì)數(shù)器，分鐘計(jì)數(shù)器滿60后產(chǎn)生進(jìn)位信號(hào)輸入給24進(jìn)制小時(shí)計(jì)數(shù)器，從而實(shí)現(xiàn)24小時(shí)制電子鐘的功能，如圖七圖七 555定時(shí)器產(chǎn)生信號(hào)   &#

8、160;方法（2）直接利用函數(shù)信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生信號(hào)振，如圖八圖八 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生信號(hào)4.3元件參數(shù)選擇 1、 電阻    20K，5.1K  2、 電容     0.1uF，0.01uF  3、 滑動(dòng)變阻器     20K，KEY=A，50%  4、與門      74LS00N，74L

9、S05N  5、數(shù)碼管五、 軟件仿真 5.1 仿真電路圖     “秒”的電路動(dòng)態(tài)運(yùn)行狀況由以上各波形圖可以看出，所設(shè)計(jì)電路可完成相應(yīng)功能 5.2 仿真過(guò)程    電路的連接與仿真是我們這次課程設(shè)計(jì)的主要任務(wù)之一，也是整個(gè)過(guò)程的最難的階段。仿真這部分工作在multisim仿真軟件上進(jìn)行。對(duì)于電路的仿真分為幾個(gè)部分，分別對(duì)電路各個(gè)部分的功能都進(jìn)行仿真調(diào)試之后，每連接一部分都要調(diào)試一次，才能確保最終的成功。 5.3 仿真

10、結(jié)果     電路成功實(shí)現(xiàn)了24小時(shí)制數(shù)字電子鐘的功能，可精確計(jì)時(shí)，每60秒進(jìn)1分并清零秒計(jì)數(shù)器，每60分進(jìn)1小時(shí)并清零分鐘計(jì)數(shù)器，每24小時(shí)清零全部計(jì)數(shù)器并重新開(kāi)頭計(jì)時(shí)。 六、遇到的問(wèn)題 利用555定時(shí)器產(chǎn)生信號(hào)時(shí)結(jié)果不大正確，故應(yīng)認(rèn)真仿真檢驗(yàn)。 （1）在連接晶振的過(guò)程中,晶振無(wú)法起振.在排解線與芯片的接觸不良問(wèn)題后重新對(duì)比電路圖,發(fā)覺(jué)是由于12腳未接地所至。在連接六進(jìn)制的過(guò)程中,發(fā)覺(jué)電路只能4,5的跳動(dòng),后經(jīng)發(fā)覺(jué)是由于接到與非門的引腳接錯(cuò)一根所至,經(jīng)訂正后能正常顯示。 （2）在連接校正電路的過(guò)程中,消

11、滅時(shí)和分都能正常校正時(shí),但秒?yún)s受到影響,特殊時(shí)一較分鐘的時(shí)候秒亂跳,而不校時(shí)的時(shí)候,秒從05跳到59,然后又跳回05,分和秒之間無(wú)進(jìn)位,電路在時(shí),分,秒進(jìn)位過(guò)程中能正常顯示,故可排解芯片和連線的接觸不良的問(wèn)題.經(jīng)檢查,校正電路的連線沒(méi)有錯(cuò)誤,后用萬(wàn)用表的直流電壓檔帶電檢測(cè)秒十位的QA,QB,QC和QD腳,發(fā)覺(jué)QA腳時(shí)有電壓時(shí)而無(wú)電壓,再檢測(cè)秒到分和分到時(shí)的進(jìn)位端,發(fā)覺(jué)是由于秒到分的進(jìn)位未拔掉所至.  七、總結(jié)改進(jìn)及體會(huì) 7.1改進(jìn)（可增加整點(diǎn)報(bào)時(shí)功及整點(diǎn)鬧時(shí)功能） （1）鬧時(shí)部分     設(shè)置鬧時(shí)時(shí)間為7

12、時(shí)59分。鬧時(shí)持續(xù)一分鐘至八點(diǎn)整。M代表上午的輸入信號(hào)，設(shè)置為高電平，時(shí)個(gè)位為7，所以當(dāng)QCQBQA=111時(shí)，第一級(jí)四輸入與非門打開(kāi)，當(dāng)分十位為5即QCQA=11，分個(gè)位為9即QDQA=11時(shí)，其次級(jí)四輸入與非門打開(kāi)。通過(guò)與非電路和1KHZ的振蕩信號(hào)，驅(qū)動(dòng)音響電路工作，三極管起放大驅(qū)動(dòng)電壓的作用。實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)鬧時(shí)功能，原理如圖圖九 鬧鐘電路（2）報(bào)時(shí)部分     設(shè)置報(bào)時(shí)時(shí)間為整點(diǎn)報(bào)時(shí)，當(dāng)秒計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到51秒時(shí)，集成電路驅(qū)動(dòng)音響電路，使之開(kāi)頭工作，每?jī)擅耄?1、53、55、57、59秒）報(bào)時(shí)一次，前四聲?shū)Q低音，最終一聲?shū)Q高音，原理如圖圖十 整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路 7.2設(shè)計(jì)體會(huì)