多功能數字鐘電路的設計與制作

1、多功能數字鐘電路的設計與制作一、 設計任務與要求設計和制作一個多功能數字鐘，要求能準確計時并以數字形式顯示時、分、秒的時間，能校正時間，準點報時。二、 方案設計與論證1 數字鐘設計原理數字電子鐘一般由振蕩器、譯碼器、顯示器等幾部分電路組成，這些電路都是數字電路中應用最廣的基本電路。振蕩器產生的1Hz的方波，作為秒信號。秒信號送入計數器進行計數，并把累計的結果以“時”、“分”、“秒”的數字顯示出來?！懊搿钡挠嫈?、顯示由兩級計數器和譯碼器組成的六十進制計數電路實現；“分”的計數、顯示電路與“秒”的相同；“時”的計數、顯示由兩級計數器和譯碼器組成的二十四進制計數電路實現。所有計時結果由七段數碼管顯示

2、器顯示。用4個與非門構成調時電路，通過改變方波的頻率，進行調時。最后用與非門和發(fā)光二極管構成整點顯示部分。2 總體結構框圖如下：圖14 總體框圖三、 單元電路設計與參數計算1 脈沖產生電路 圖15 晶振振蕩器原理圖 圖16 555定時器脈沖產生電路原理圖振蕩器可由晶振組成(如圖15)，也可以由555定時器組成。圖16是由555定時器構成的1HZ的自激振蕩器，其原理是：第一暫態(tài)2、6端電位為，則輸出為高電平，三極管不導通，電容C充電，此時2、6端電位上升。當上升至大于時，輸出為低電平，三極管導通，電容C放電，此時2、6端電位下降，下降至時，輸出高電平，以此循環(huán)。根據公式得，此時頻率為0.991。

3、 圖17 555定時器波形關系 圖18 555定時器產生1Hz方波原理圖2 時間計數電路圖19 74LS161引腳圖74LS161功能表INPUTSOUTPUT功能CLEARLOAD CKENABLEQA QB QC QDRIPLE CARRYPTHH上升HH-計數HLXXABCD-數據置位LXXXXL L L L-清除HXXXHH H H H-來自脈沖產生電路的信號先后經過一個十進制計數器和六進制計數器，分別得到“秒”個位、十位后，用六進制計數器得信號再經過一個十進制計數器和六進制計數器得到“分”個位、十位以及“時”個位、十位的計時。用第二個六進制計數器得信號得到“時”個位、十位。圖20 六

4、十進制計數器原理圖圖20是十進制和六進制計時器原理圖。1Hz的方波信號作為脈沖信號進入74LS161 可預置四位二進制計數器(異步清除)的1引腳，當輸出為1010即11，13引腳都為高電平時，由于清零端低電平有效，所以兩信號經過與非門取反，作為六進制計時器的脈沖信號和進入十進制計時器清零端，分別使六進制計時器計數和使十進制計時器清零。同理，當六進制輸出為0110即11，12引腳都為高電平時，經過與非門取反，作為下一級計時器的脈沖信號和進入六進制計時器清零端，分別使下一級計時器計數和使六進制計時器清零。各計數器輸出接4511七段譯碼器的輸入端。圖21 二十四進制計數器原理圖圖21是二十四進制計時

5、器原理圖。上一級信號作為脈沖信號進入個位74聯賽161 可預置四位二進制計數器(異步清除)的1引腳。當個位計時器輸出為1010，或十位計時器輸出0010，同時個位計時器輸出為0100時，個位計時器清零?？闪谐鲆韵逻壿嫳磉_式：，化簡為，經過四個與非門進入個位的清零端。同理十位計時器輸出0010，同時個位計時器輸出為0100，即U19的12引腳，U23的13引腳都為高電平時，由于清零端低電平有效，所以兩信號經過與非門取反，進入十位計時器清零端清零。各計數器輸出接4511七段譯碼的輸入端。D1起隔離的作用，否則有信號對U23有干擾。3 顯示部分電路如圖23所示，譯碼顯示電路選用4511芯片直接驅動共

6、陽極的七段數碼管。六個4511芯片集成電路構成數字鐘的七段數碼顯示管顯示譯碼/驅動器。4511七段顯示譯碼器輸出高電平有效，將8421BCD碼譯成七段(a、b、c、d、e、f、g)輸出，用以直接驅動LED七段數碼顯示對應的十進制數。4511輸入接計數器的四個輸出端(除進位輸出)。譯碼驅動電路將計數器輸出的BCD碼轉換為數碼管需要的邏輯狀態(tài)，并且為保證數碼管正常工作提供足夠的工作電流。4511功能表輸入輸出LE DCBAabcdefg顯示XX0XXXX11111118X01XXXX0000000消隱0110000111111000110001011000010110010110110120110

7、0111111001301101000110011401101011011011501101100011111601101111110000701110001111111801110011110011901110100000000消隱01110110000000消隱01111000000000消隱01111010000000消隱01111100000000消隱01111110000000消隱111XXXX鎖存*鎖存* 圖22 4511引腳圖 圖23 顯示部分電路4 校時電路數字鐘接通電源或者計時出現誤差時，需要校正時間。校時是數字鐘應具備的基本功能。一般電子手表都具有時、分、秒等校時功能。為使

8、電路簡單，這里只進行分和小時的校時。對校時電路的要求是，在小時校正時不影響分和秒的正常計數；在分校正時不影響秒和小時的正常計數。其中S1為?！皶r”用的控制開關，S2為?！胺帧庇玫目刂崎_關。圖24 校時電路原理圖如圖24所示，當S1閉合時，無論“分”計時器清零信號秒脈沖為低還是高，由于U27的左側輸入總為低，所以輸出沒有變化，“分”計時器的脈沖無效，此時，U28為右側輸入為高，對輸入的秒脈沖沒有影響，所以秒脈沖進入“時”的CP端，作為“時”的計數信號，此時計數頻率快于正常頻率，達到調時的目的。當S1斷開時，正常由“分”計時器清零信號作為“時”的計數信號，此時計數頻率為正常頻率，達到計時目的。同理

9、，當S1閉合時，“分”調時。當S1斷開時，“分”計時。需要注意的是，校時電路是由與非門構成的組合邏輯電路，開關S1或S2為“0”或“1”時，可能產生抖動，接電容C1、C2可以緩解抖動。D2起隔離的作用。5 整點報時電路的設計圖25 整點報時電路原理圖當時分電路為59分時，LED亮一分鐘。如圖25所示，當“分”計數器的十位輸出0101，個位計數器輸出1001時，四路高電平信號取與運算，再去反，可得一個高電平，此時，LED1的陽極為高電平，陰極接地，可以導通。起塔時刻，LED沒有電位差，不導通，不亮。四、 總原理圖及元器件清單1 元件清單元件型號主要參數數量備注LED七段數碼顯示管6個45115V

10、6個譯碼器74LS1616個16進制計數器NE555定時器1個電阻28.86k1個電阻57.72k1個電阻1001個電阻3.3k2個電容0.01F2個電容10F2個開關2個二極管2個發(fā)光二極管1個74HC084個二輸入與非門74HC201個4輸入與非門92 總原理圖 圖26 總原理圖五、 安裝與調試主要遇到的問題是：1.到多路信號輸入或輸出時，信號之間有干擾。如二十四進制計數器，如果高位清零端不加二極管，那么在高位數碼管數字變化時，有很大的延時，同時低位數碼管熄滅。脈沖產生電路的輸出端不加二極管的話，“秒”顯高位數碼管數字變化時，有很大的延時，且低位數碼管不在亮起。2.再加入校時電路后，無論開

11、關S1與S2斷開與否，在總開關開啟時，“分”計數和“時”計數都自加一。六、 性能測試與分析設計的電路能達到設計要求，能準確計時并以數字形式顯示時、分、秒的時間，并且能校正時間，準點報時。七、 設計總結和心得這次課程設計是我們第一次將所學的知識綜合應用到實際中去。為期一個星期的設計，本以為時間很充裕，但是整個設計方案、過程的完成遇到了很多之前想象不到的問題。比如設計方案中如何利用現有的元件組裝得到設計要求，如何找到錯誤的原因，如何利用計算機來畫圖等等。在這個過程中我們查閱了大量的資料，主要是來自網上及模電、數電等參考書，同時咨詢了學校的一些師兄和老師。最終在大家的共同努力下，順利完成了整個課程設計。這次課程設計教會了我們在以后的學習和工作當中要養(yǎng)成嚴謹、耐心的工作態(tài)度，遇到困難要主動出擊，而不是坐著等人給自己指導。八、 參考文獻1 童詩白，華成英.模擬電子技術基礎.高教出版社，2006：1129.2 閻石.數字電子技術基礎