多功能數(shù)字鐘的設計匯總

引言隨著人類社會步入高度發(fā)達的信息化時代，電子信息類產(chǎn)品日益廣泛地應用于各個領域。市場需求的變化使產(chǎn)品更新?lián)Q代越來越快，能否盡快開發(fā)出適應市場需求的產(chǎn)品已成為公司生存發(fā)展的核心。定時器在實際工作中用到的場合諸多，它成為今天工業(yè)控制領域、通訊設備、信息解決以及日常生活中最廣泛使用的電路之一，在許多領域中計時器均得到普遍應用，諸如在體育比賽，定時報警器、游戲中的倒時器，交通信號燈、紅綠燈、行人燈、交通纖毫控制機、還能夠用來做為多個藥丸，藥片，膠囊在指定時間提示，用于多個競賽的計時器、競賽用定時器、數(shù)控電梯、數(shù)控機床、交通燈管理系統(tǒng)、多個智能醫(yī)療器械等，定時器是家用電器中的慣用產(chǎn)品。電子技術的高速發(fā)展和計算機技術的普遍應用，電子設計也越來越普遍地應用于整個電子行業(yè)中。電子設計是人們進行電子產(chǎn)品設計、開發(fā)和制造過程中十分核心的一步，其核心就是電子電路的設計。電子技術課程設計能鞏固電子技術的理論知識，提高電子電路的設計水平，加強綜合分析問題和解決問題的能力，進一步培養(yǎng)我們的實驗技能和動手能力，啟發(fā)我們的創(chuàng)新意識及創(chuàng)新思維。課程設計是針對某些課程的規(guī)定，對我們綜合性的訓練，培養(yǎng)我們的獨立能力，能夠運用課程中所學到的理論與實踐緊密結合地去獨立地解決實際問題，使我們靈活應用電路原理和電子技術的有關知識。我們通過自己動腦動手解決實際問題，鞏固和運用在“模擬電子技術”、“數(shù)字電子技術”及“電路分析”等課程中所學的理論知識和實驗技能，基本掌握慣用電子電路的普通設計辦法，提高設計能力和實驗技能，通過從原理圖的設計和仿真到具體電子系統(tǒng)的安裝和調試，全方面提高了我們的實際動手能力、安裝調試能力、科學實驗能力等方面的綜合素質，對進行畢業(yè)設計及畢業(yè)后從事電子技術方面的工作都有很大的協(xié)助。第1章設計總體方案1.1設計任務目的采用555定時器提供1HZ的定時脈沖使用數(shù)碼顯示管顯示時，分，秒使用74160來進行時間計數(shù)帶小時調時，分調時，秒調時功效要有總體復位開關；能可靠校時、校分；1.2總體設計方案闡明數(shù)字電子鐘的原理方框圖如圖1.1所示。干電路系統(tǒng)由秒信號發(fā)生器、“時、分、秒”計數(shù)器、譯碼器及顯示屏、校時電路、整點報時電路構成。秒信號產(chǎn)生器是整個系統(tǒng)的時基信號，它直接決定計時系統(tǒng)的精度，用555定時器接成的多諧振蕩器加分頻器來實現(xiàn)。將原則秒信號送入“秒計數(shù)器”，“秒計數(shù)器”采用六十進制計數(shù)器，每累計六十秒發(fā)現(xiàn)胡一種“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”也采用六十進制計數(shù)器，每累計六十分鐘，發(fā)出一種“時脈沖”信號，該信號將被送到“時計數(shù)器”?！皶r計數(shù)器”采用十二進制計時器，可實現(xiàn)對一天24小時的累計。批示器部分是由T觸發(fā)器構成的，每有一種脈沖進入T觸發(fā)器，其輸出端狀態(tài)就會發(fā)生變化，與原態(tài)相反。上下午批示燈是由十二進制計數(shù)器每一種周期產(chǎn)生一次脈沖，作為批示部分的時鐘脈沖而出現(xiàn)的批示燈交替工作的狀態(tài)。譯碼顯示電路將“時”、“分”、“秒”計數(shù)器的輸出狀態(tài)由七段顯示譯碼器譯碼，通過四位LED七段顯示屏顯示出來。校時電路時用來對“時”、“分”、“秒”顯示數(shù)字進行校對調節(jié)的。校準部分是將單次脈沖轉換為二進制代碼，再通過譯碼器對輸出端進行選擇，從而形成對電路的校準的可控制。具體流程如圖1.2.1?？蚣軋D如圖所示總共分為六個小部分：時間顯示部分，譯碼部分，分頻器部分，調時部分，穩(wěn)壓電路部分以及信號發(fā)生電路部分，此設計各部分由統(tǒng)一電源集中供電。電阻選擇時，應考慮到受溫度影響較小的固態(tài)鋁質電解電容確保定時的精確性分頻器采用74160使用方便，而其容易購置顯示部分采用LED七段數(shù)碼顯示管，含有顯示明亮，容易識別，價格便宜等優(yōu)點，調時部分采用普通的按建開關。1.3各部分電路功效的簡樸介紹1.3.1秒脈沖信號發(fā)生器秒脈沖信號發(fā)生器是數(shù)字電子鐘的核心部分，它的精度和穩(wěn)定度決定了數(shù)字鐘的質量。由振蕩器與分頻器組合產(chǎn)生秒脈沖信號。1.3.2分頻器電路分頻器:分頻器功效重要有兩個，一是產(chǎn)生原則秒脈沖信號，一是提供功效擴展電路所需要的信號1.3.3校時電路當數(shù)字鐘剛接通電源或走時出現(xiàn)誤差時，需要對其進行時間的校準，實用校時電路諸多。校時電路涉及校準小時電路、校準分鐘電路和校準秒電路，但校準信號頻率必須要大，可手動較時或脈沖校時，可用普通機械開關或由機械開關與門電路構成無抖動開關來實現(xiàn)校時。1.3.4時間計數(shù)器電路時間計數(shù)電路由秒個位和秒十位計數(shù)器,分個位和分十位計數(shù)器及時個位和時十位計數(shù)器電路構成,其中秒個位和秒十位計數(shù)器,分個位和分十位計數(shù)器為六十進制計數(shù)器,而根據(jù)設計規(guī)定,時個位和時十位計數(shù)器為十二進制計數(shù)器.1.3.5數(shù)字顯示電路計數(shù)器實現(xiàn)了對時間的累計以8421BCD碼形式輸出,選用顯示譯碼電路將計數(shù)器的輸出數(shù)碼轉換為數(shù)碼顯示屏件所需要的輸出邏輯和一定的電流,選用DCD_HEX作為顯示譯碼電路。譯碼、顯示譯碼、顯示譯碼、顯示譯碼、顯示譯碼、顯示譯碼、顯示上下午顯示12進制計數(shù)器60進制計數(shù)器60進制計數(shù)器上下午顯示12進制計數(shù)器60進制計數(shù)器60進制計數(shù)器校秒校分校時校秒校分校時分頻器振蕩器電路分頻器振蕩器電路校時控制校時控制穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路圖1.圖1.1數(shù)字電子時鐘系統(tǒng)框圖第2章具體設計2.1數(shù)碼顯示管設計部分圖2.1數(shù)碼顯示部分采用六塊共陰極七段數(shù)碼顯示管分別對時，分，秒進行顯示。芯片如上圖所示，其有四個引腳，從左往右優(yōu)先級依次減少。該芯片是集顯示譯碼器、顯示屏為一體的數(shù)碼顯示管，方便使用。2.2校時電路校時電路是數(shù)字鐘不可缺少的部分，每當數(shù)字鐘與實際時間不符時，需要根據(jù)原則時間進行校時。S1、S2分別是時校正、分校正開關。不校正時，S1、S2開關是閉和的。當校正時位時，把S1開關閉合一次，則選擇對秒的校對，閉合兩次則選擇對分的校對，閉合三次是對時的校對，閉合四次回到初態(tài)，即電路處在正常工作狀態(tài)。當選擇校對時，用手撥動S2開關，來回撥動一次，就能使時位增加一。在初態(tài)時，即正常工作時，S2撥動無效。根據(jù)需要去撥動開關的次數(shù)，校正完畢后把S1開關接到低電平上。其電路圖以下圖2.2下列校準電路是由三部分構成，即計數(shù)部分、譯碼部分和控制部分。計數(shù)部分是由兩個JK觸發(fā)器組合而成，U36的輸出端分別接在U35的JK端和二—四譯碼器的優(yōu)先級較低端，其JK端接高電平。U35的輸出端接在二—四譯碼器的優(yōu)先級較高端。U35、U36的清零和設立端都接低電平。這樣是為了將單次脈沖轉換為二進制代碼，其輸出如表2.1表2.1脈沖Q35Q36100201310411500對應以上輸入74LS139的輸出如表2.2表2.2Q35Q361Y31Y11Y21Y0001110011101101011110111此時，如圖2.2當為原態(tài)時，A、B、C輸出為高電平，G為低電平時鐘信號正常輸入，D、E端不導通，F(xiàn)為時鐘信號。S1開關閉合一次，A、B為低電平，C為高電平，G端為圖2.2校時電路連接圖高電平U32不導通U34導通，則D、E、F端為S2觸發(fā)信號。當閉合兩次時，A、C為低電平，B為高電平，G端為高電平U32不導通U34導通，則D、E、F端為S2觸發(fā)信號。當閉合三次時，B、C為低電平，A為高電平，G端為高電平U32不導通U34導通，則D、E、F端為S2觸發(fā)信號。通過以上的邏輯電路，能夠實現(xiàn)對時、分、秒進位端的控制，從而達成對時鐘的校準。2.3六十、十二分頻器設計2.3.1分頻器原理分頻器重要對555定時器發(fā)來的1s脈沖按照時分秒的規(guī)律進行計數(shù)實現(xiàn)電子鐘的計數(shù)規(guī)定，由于市場沒有現(xiàn)成的六十、十二進制計數(shù)器因此只能用74LS160實現(xiàn)六十、十二進制計數(shù)需要74LS160和74LS00構成六十進制的秒計數(shù)器和工作原理74LS160工作原理如表2.3用2塊74ls160實現(xiàn)六十進制計數(shù)第一塊正常計數(shù)計數(shù)滿十，c引腳輸出一種計數(shù)脈沖并置U4的11,12,13,14引腳為0，當?shù)诙煊嫈?shù)滿六時c引腳輸出一種計數(shù)脈沖并置U3的11，12，13，14腳為0其中L低電平，H為高電平。D1，D2，D3，D4為輸入端，Q0，Q1，Q2，Q3輸出端CR為清零端，LD為置數(shù)端，P、T為允許端，CP為脈沖輸入端。U3、U4共同構成秒計數(shù)器，它由兩個74LS160構成六--十進制的計數(shù)器，如圖2.3。U4作為秒個位十進制計數(shù)器，它的復位輸入RD、和置位輸入LD都接低電平，秒信號脈沖作為計數(shù)脈沖輸入到CP1端，輸出端C控制U3秒十位計數(shù)器的計數(shù)脈沖輸入。Q1、Q2、Q3、Q4作為秒個位的計時值送至秒個位七段顯示譯碼。U3作為秒十位六進制計數(shù)器，它的計數(shù)脈沖輸入受到秒個位U4的控制，其計數(shù)器使能端CLK與U4的輸出端C相連接。當U3計數(shù)器計到0110，即清零信號到復位輸入端時，Q1、Q2、Q3、Q4輸出的都是零。Q1、Q2、Q3、Q4作為秒十位的計時值送至秒十位七段顯示譯碼。U6、U5分別構成分個位十進制和分十位六進制計數(shù)器，如圖2.4。U5、U3與U6、U4的連接辦法相似。當計數(shù)器輸出為01100000狀態(tài)，U5、U6的RD端同時為“0”，使計數(shù)器立刻返回到00000000狀態(tài)。這樣就構成了六十進制計數(shù)器。U5、U6共同構成時計數(shù)器，它由兩個74LS160構成六十進制的計數(shù)器。如圖2.5，U10作為時十位計數(shù)器，它的復位輸入RD、和置位輸入LD都接低電平，時信號脈沖作為計數(shù)脈沖輸入到CP1端，輸出端C控制U9秒十位計數(shù)器的計數(shù)脈沖輸入。Q1、Q2、Q3、Q4作為秒個位的計時值送至秒個位七段顯示譯碼。當計數(shù)器輸出為10000100狀態(tài)，U9、U10的LD端同時為“0”，使計數(shù)器立刻返回到00000001狀態(tài)。這樣就構成了十二進制計數(shù)器。圖2.3六十進制秒計數(shù)器圖2.4六十進制分計數(shù)器圖2.5十二進制時計數(shù)器表2.374LS160工作原理表輸

入輸

出CRCPLDEPETD3D2D1D0Q3Q2Q1Q00＃＃＃＃＃＃＃＃00001↑0＃＃dcbadcba1↑10＃＃＃＃＃Q3Q2Q1Q01↑1＃0＃＃＃＃Q3Q2Q1Q01↑111＃＃＃＃狀態(tài)碼加12.4上下午批示燈原理上下午批示燈電路是由JK觸發(fā)器構成的T觸發(fā)器和批示燈構成，當觸發(fā)器時鐘端每進入一次脈沖時，其輸出端狀態(tài)就會發(fā)生一次變化，輸出狀態(tài)與原態(tài)相反，從而使指圖2.6批示燈電路示燈狀態(tài)來回變化。工作電路如圖2.6，觸發(fā)器功效如表2.4.表2.4T觸發(fā)器功效表JKQQ*00000011110111102.5直流穩(wěn)壓電源原理直流穩(wěn)壓電源電路的構成，是由220V，50HZ交流電電源、交流變壓器、橋式整流電路、濾波、穩(wěn)壓幾個部分構成。220V交流電經(jīng)變壓器變?yōu)?V交流電，后經(jīng)整流（全波整流）、濾波（0.33mF電容）、穩(wěn)壓（W7805）輸出+5V直流電。工作原理圖如圖2.7。圖2.7直流穩(wěn)壓電源工作原理圖2.6555定時器設計部分2.6.1用555定時器構成的多諧振蕩器原理振蕩器由555定時器構成。在555定時器的外部接適宜的電阻和電容元件構成多諧振蕩器，再選擇元件參數(shù)使其發(fā)出原則頻率信號。555定時器的功效重要由上、下兩個比較器Ｃ1、Ｃ2的工作狀況決定。上比較器Ｃ1的反相端“-”加上的參考電壓為2/3ＶＣＣ,下比較器Ｃ2的同相端“+”加上的參考電壓為1/3ＶＣＣ。若觸發(fā)端Ｓ的輸入電壓Ｖ2≤1/3ＶＣＣ,下比較器Ｃ2輸出為“1”電平,ＳＲ觸發(fā)器的Ｓ輸入端接受“1”信號,可使觸發(fā)器輸出端Ｑ為“1”,從而使整個555電路輸出為“1”;555內部構造涉及兩個電壓比較器C1和C2，一種基本RS觸發(fā)器和一種集電極開路的放電三極管TD三部分構成。當>，>時，比較器輸出=0，=1，觸發(fā)器置0，使得定時器輸出=0，同時TD導通。當<，<時，比較器輸出=1，=0，觸發(fā)器置1，使得定時器輸出=1，同時TD截止。當<；>時，比較器輸出=1，=1，觸發(fā)器維持原狀態(tài)不變。根據(jù)以上分析，可得到555集成定時器功效狀態(tài)表，如表2.5所示。表2.5555定時器控制功效表表2.5555定時器控制功效表輸入輸出THVODis×<VCC<VCC>VCC×<VCC>VCC×LHHHLH不變L導通截止不變導通2.6.2秒信號輸出部分圖2.8秒信號發(fā)生原理圖用555定時器做秒信號發(fā)生器，其原理如圖2.8，555定時器產(chǎn)生1KHZ的信號，再通過三個分頻器將1KHZ轉換為1HZ秒信號。這樣做的因素，是由于直接由555定時器產(chǎn)生1HZ秒信號是不穩(wěn)定的，受外界條件影響較大。而產(chǎn)生較大頻率時外界干擾較小，從而選擇了分頻這一電路。2.7調時按鈕設計調時按鈕如圖2.9，開關S1在高低電平之間來回撥動一次，產(chǎn)生一次時鐘脈沖。從而達成對電路的控制。圖2.9調時按鈕開關原理圖第3章整體設計電路圖方案3.1設計原理圖圖3.1從總的原理圖來看如圖3.1，電路電源是由穩(wěn)壓源電路輸出提供的+5V直流電壓。由開關S1，S2控制時鐘的校準。當電路正常工作時，開關S1,S2接地，此時校時電路的由兩個JK觸發(fā)器構成的四進制計數(shù)器輸出端輸出為0，0，再通過二四譯碼器74LS139譯碼。74LS139輸出端Y0端輸出為低電平，經(jīng)反相器后變?yōu)楦唠娖剑藭r時、分、秒的EP、ET端都為高電平，Y1、Y2、Y3都為高電平經(jīng)反相器后變?yōu)榈碗娖?，由于Y1、Y2、Y3接在或門上，或門輸出端為低電平。此時，在S2端的高電平有效三態(tài)門不導通，而秒信號源、秒信號進位端和分信號進位端的低電平有效三態(tài)門正常導通，電路正常工作。當開關S1在高低電平來回撥動一次時，此時校時電路的由兩個JK觸發(fā)器構成的四進制計數(shù)器輸出端輸出為0，1，再通過二四譯碼器74LS139譯碼。74LS139輸出端Y1端輸出為低電平，經(jīng)反相器后變?yōu)楦唠娖?，此時，時、分的EP、ET端都為低電平，不工作。秒的EP、ET端都為高電平，Y0、Y2、Y3都為高電平經(jīng)反相器后變?yōu)榈碗娖?，由于Y1、Y2、Y3接在或門上，或門輸出端為高電平。此時，在S2端的高電平有效三態(tài)門導通，而秒信號源、秒信號進位端和分信號進位端的低電平有效三態(tài)門不導通，S2來回撥動一次，秒電路數(shù)值就會對應加一，電路處在秒校準狀態(tài)。當開關S1在高低電平來回撥動二次時，此時校時電路的由兩個JK觸發(fā)器構成的四進制計數(shù)器輸出端輸出為1，0，再通過二四譯碼器74LS139譯碼。74LS139輸出端Y2端輸出為低電平，經(jīng)反相器后變?yōu)楦唠娖?，此時，時、秒的EP、ET端都為低電平，不工作。分的EP、ET端都為高電平，Y0、Y1、Y3都為低電平經(jīng)反相器后變?yōu)榈碗娖剑捎赮1、Y2、Y3接在或門上，或門輸出端為高電平。此時，在S2端的高電平有效三態(tài)門導通，而秒信號源、秒信號進位端和分信號進位端的低電平有效三態(tài)門不導通，S2來回撥動一次，分電路數(shù)值就會對應加一，電路處在分校準狀態(tài)。當開關S1在高低電平來回撥動三次時，此時校時電路的由兩個JK觸發(fā)器構成的四進制計數(shù)器輸出端輸出為1，1，再通過二四譯碼器74LS139譯碼。74LS139輸出端Y3端輸出為低電平，經(jīng)反相器后變?yōu)楦唠娖?，此時，分、秒的EP、ET端都為低電平，不工作。時的EP、ET端都為高電平，Y0、Y1、Y2都為高電平經(jīng)反相器后變?yōu)榈碗娖?，由于Y1、Y2、Y3接在或門上，或門輸出端為高電平。此時，在S2端的高電平有效三態(tài)門導通，而秒信號源、秒信號進位端和分信號進位端的低電平有效三態(tài)門不導通，S2來回撥動一次，時電路數(shù)值就會對應加一，電路處在時校準狀態(tài)。每當時顯示電路循環(huán)一種周期時，上下午批示燈狀態(tài)變換一次。因此，能夠通過增加時的進位信號達成調校上下午批示燈的效果。結論通過這次課程設計，加強了我們動手、思考和解決問題的能力。通過兩周的努力，基本上完畢了課題，在完畢課題過程中，同時我們的實踐能力增強了許多，并且在理論上也有了更深的認識。實習的過程事實上就是能力提高的過程。我沉得做課程設計同時也是對課本知識的鞏固和加強，由于課本上的知識太多，平時課間的學習并不能較好的理解和運用各個元件的功效，并且考試內容有限，因此在這次課程設計過程中，我們理解了諸多元件的功效，并且對于其在電路中的使用有了更多的認識。平時看課本時，有時問題老是弄不懂，做完課程設計，那些問題就迎刃而解了。并且還能夠記住諸多東西。例如某些芯片的功效，平時看課本，這次看了，下次就忘了，通過動手實踐讓我們對各個元件映象深刻。認識來源于實踐，實踐是認識的動力和最后目的，實踐是檢查真理的唯一原則。因此這個期末測試之后的課程設計對我們的作用是非常大的。剛開始設計時，我們覺得無從下手，在通過一番資料查找與討論后，我們發(fā)現(xiàn)它其實并不是很難懂，只是還不會靈活運用。這次課程設計我們學會了一種設計的思想。把問題分成多個模塊，一一拆解開來。再逐個加以分析，最后解決問題?；仡^看看我們的設計，還存在某些問題，本次實習中，實習老師只對我們進行了宏觀的基本的指導，在實習過程中，完全放手讓我們自己搞。這樣對我們來說是一種極大的考驗，也是我們最佳的鍛煉自己單獨解決問題的能力的時候！針對老師提出的課程設計問題，自己獨立進行設計。通過動腦動手及查閱圖書資料文獻等多個途徑解決問題，鞏固和運用了在“模擬電子技術”、“數(shù)字電子技術”及“電路分析”等課程中所學的理論知識和實驗技能，基本掌握了慣用電子電路的普通設計辦法，提高了設計能力和實驗技能，為后來從事電子電路設計、研制電子產(chǎn)品打下了基礎。這種經(jīng)歷對我們來說，無疑是非常貴重的！與其它課題相比較，這個課題中接線較為復雜，因此可就更能考驗全局布線的統(tǒng)籌觀。電路的接線工藝是本設計能夠實現(xiàn)的很重要的因數(shù)。由于接線較為復雜，因此更能體現(xiàn)實踐課程的特色。在報告制作中，電路圖的繪制也是一中鍛煉，我們?yōu)榇擞謱W習了繪圖軟件的使用方法與操作。在整個實習工程中，我們同窗之間進行了大量的技術交流與合作。一起攻克難題，又增進了大家的友情。也培養(yǎng)出了我們同窗之間的這種合作精神。通過這種合作，大家一起討論解決問題，共同查閱資料。合作雙方能否融洽的合作其實也是考核的一種很重要的方面。生活就是這樣，汗水預示著成果也見證著收獲。勞動是人類生存生活永恒不變的話題。通過實習，我才真正領略到“艱辛奮斗”這一詞的真正含義，我才意識到老一輩電子設計為我們的社會付出。我想說，設計確實有些辛苦，但苦中也有樂，在如今單一的理論學習中，極少有機會能有實踐的機會，但我們能夠，并且設計也是一種團體的任務，一起的工作能夠讓我們有說有笑，互相協(xié)助，配合默契，多少人間歡樂在這里灑下，大學里兩年的相處還趕不上這十來天的合作，我感覺我和同窗們之間的距離更加近了；我想說，確實很累，但當我們看到自己所做的成果時，心中也不免產(chǎn)生興奮；正所謂“三百六十行，行行出狀元”。我們同樣可覺得社會作出我們應當做的一切，這有什么不好？我們不停的反問自己?？赡苡腥瞬幌矚g這類的工作，可能有人認為設計的工作有些枯燥，但我們認為無論干什么，只要人生活的故意義就可。社會需要我們，我們也可覺得社會而工作。既然如此，那尚有什么必要失落呢？于是我們決定沿著自己的路，執(zhí)著的走下去。對我們而言，知識上的收獲重要，精神上的豐收更加可喜。挫折是一份財富，經(jīng)歷是一份擁有。這次課程設計必將成為我人生旅途上一種非常美妙的回想！

致謝在本次數(shù)字電路課程設計完畢之際，謹向我的指導老師某某某老師致予衷心的感謝。本次課程設計得到了高老師細心指導，給我很大的