多功能電子時鐘顯示電路

多功能電子時鐘的設計一、設計任務及技術指標時鐘以24小時為一代數(shù)周期。具有“時”、“分”校時功能。設計一臺具有顯示“時”“分”“秒”十進制數(shù)的數(shù)字鐘。整點報時功能。要求報時聲音四低一高，最后一響為整點。二、設計步驟和方法原理了解，清楚設計內容。方案設計：畫出原理草圖。教師檢查通過原理設計。原理及連線圖繪制，仿真結果正確。安裝實際電路。調試，功能實現(xiàn)。教師檢查及辯論。完成設計報告。三、根本原理說明數(shù)字電子鐘要想最終設計成功必須要有精確而穩(wěn)定的秒信號產生，通常先用石英晶體振蕩器產生32768Hz的脈沖，經過整形、分頻產生1Hz的秒脈沖。分頻用CD4060分出2Hz的脈沖，再用74LS74分出1Hz的脈沖。然后1Hz脈沖送到秒計數(shù)器的個位，秒計數(shù)器是由兩塊CD4518組成的六十進制計數(shù)器。校時電路的秒十位接分計數(shù)器的個位，分計數(shù)器也是由兩塊CD4518組成的六十進制計數(shù)器。校時電路的分計數(shù)器的十位接入時計數(shù)器的個位，時計數(shù)器也是由兩塊CD4518組成的二十四進制計數(shù)器。校時電路的S1、S2控制“校時”和“校分”。各個計數(shù)器分別接譯碼器，各個譯碼器分別接顯示器。電子時鐘電路實際上是對1kz的標準頻率進行計數(shù)的計數(shù)電路。多功能電子時鐘是采用數(shù)字電路實現(xiàn)“時”、“分”、“秒”數(shù)字顯示的計數(shù)裝置，具體實現(xiàn)為：用石英晶體振蕩器產生1秒的標準“秒”信號：設計60進制計數(shù)器，即60秒累計1分;60分累計1小時，并以24小時為一計時周期；各自引到顯示器能顯示“時”、“分”、“秒”；具有整點報時功能，要求報時聲音四低一高，最后一響為整點；由于計數(shù)的起始時間不可能與標準時間一致，故需要在電路上加一個校時電路，同時標準的1HZ時間信號必須做到準確穩(wěn)定。數(shù)字鐘課程設計方框圖如下：1.振蕩器及分頻器CC4060和74HC74組成的脈沖產生電路及分頻電路數(shù)字電子鐘要想最終設計成功必須要有精確而穩(wěn)定的秒信號產生，通常先用石英晶體振蕩器產生32768Hz的脈沖，經過整形、分頻產生1Hz的秒脈沖。CD4060分出2Hz的脈沖，再用74HC74分出1Hz的脈沖。電路圖如下所示2.計數(shù)器時間計數(shù)單元有“是”計數(shù)，“分”計數(shù)和“秒”計數(shù)三個局部組成?！胺帧庇嫈?shù)和“秒”計數(shù)單元為60進制計數(shù)器，需要兩位十進制計數(shù)器，可以先級聯(lián)100進制，再找出歸零信號實現(xiàn)60進制?？梢灾苯佑脷w零信號作為“秒”向“分”或者“分”向“時”的進位信息?！皶r”計數(shù)單元應為24進制計數(shù)器，和“分”計數(shù)和“秒”計數(shù)一樣，都是按各自然狀態(tài)計數(shù)，所以組成“時”計數(shù)器的兩個十進制計數(shù)器必須先級聯(lián)為100進制，再找出歸零信號實現(xiàn)24進制。用兩片CD4518級聯(lián)構成二十四進制計數(shù)器電路，第一片的進位信號作為第二片的時鐘脈沖，當計數(shù)器為二十四時反應給清零使能端清零。運用EWB軟件仿真來檢測電路的功能CD4518構成24進制EWB仿真圖用兩片CD4518級聯(lián)構成二十四進制計數(shù)器電路，第一片的進位信號作為第二片的時鐘脈沖，當計數(shù)器為六十時反應給清零使能端清零。運用EWB軟件仿真來檢測電路的功能CD4518構成60進制EWB仿真圖3.譯碼顯示電路“時”“分”“秒”計數(shù)器的輸出信號，需要經過譯碼顯示電路。用CC4511實現(xiàn)譯碼；用LG5011AH共陰數(shù)碼管實現(xiàn)顯示電路。CC4511管腳圖及LG5011AH數(shù)碼管管腳圖如下功能說明：〔1〕燈測試功能：LT可檢查七段顯示器各字段是否能正常發(fā)光。當LT=0時，不管Q0－Q3狀態(tài)如何，七段全部顯示，以檢查各字段的好壞?！?〕消隱功能：當BI=0時，輸出a－b都為低電平，各字段熄滅?！?〕數(shù)碼顯示：當BI=1LT=1LE=0，譯碼器工作，當Ｑ3Ｑ2Ｑ1Ｑ0端輸入8421BCD碼時，譯碼器對應的輸出端輸出高電平1，數(shù)碼顯示相應的數(shù)字。〔4〕鎖存：在LE從“0”轉換到“1”時，輸出顯示由輸入的BCD碼決定。譯碼和數(shù)碼顯示電路是將數(shù)字鐘和計時狀態(tài)直觀清晰地反映出來，被人們的視覺器官所接受。顯示器件選用LED七段數(shù)碼管。在譯碼顯示電路輸出的驅動下，顯示出清晰、直觀的數(shù)字符號。本設計所選用的是半導體數(shù)碼管，是用發(fā)光二極管〔簡稱LED〕組成的字形來顯示數(shù)字，七個條形發(fā)光二極管排列成七段組合字形，便構成了半導體數(shù)碼管。半導體數(shù)碼管有共陽極和共陰極兩種類型。共陽極數(shù)碼管的七個發(fā)光二極管的陽極接在一起，而七個陰極那么是獨立的。共陰極數(shù)碼管與共陽極數(shù)碼管相反，七個發(fā)光二極管的陰極接在一起，而陽極是獨立的。

當共陽極數(shù)碼管的某一陰極接低電平時，相應的二極管發(fā)光，可根據字形使某幾段二極管發(fā)光，所以共陽極數(shù)碼管需要輸出低電平有效的譯碼器去驅動。共陰極數(shù)碼管那么需輸出高電平有效的譯碼器去驅動。四、校時電路數(shù)字電子鐘開機時并不能立即顯示當前時間，所以需要一個校時電路來調整到所需要的時間。采用自動實現(xiàn)對時和分的校時，其主要原理是：先截斷正常的計數(shù)通路，然后再將頻率為2Hz的方波信號加到需要校正的計數(shù)單元的輸入端，校正好后，再轉入正常計時狀態(tài)即可。根據要求，數(shù)字鐘應具有自動分校正和時校正功能，因此，應截斷分個位和時個位的直接計數(shù)通路，并采用正常計時信號與校正信號可以隨時切換的電路接入其中。其電路圖如下。校時和校分電路五、整點報時電路電路應在整點前10秒鐘內開始整點報時，即是當時間在59分50秒到59分59秒期間時，報時電路報時控制信號。當時間在59分50秒到59分59秒期間時，分十位、分個位和秒十位均保持不變，分別為5、9和5，因此可將分計數(shù)器十位的QＣ和QＡ、個位的QＤ和QＡ及秒計數(shù)器十位的QＣ和QＡ相與，從而產生報時控制信號。數(shù)字鐘要求在差10s為整點時開始產生每隔1s鳴叫一次的響聲，共鳴五次，每次持續(xù)時間為1s。報時電路電子時鐘顯示整點時能及時報時，每當“分”和“秒”計數(shù)器計數(shù)到59分51秒時，驅動音箱電路，在十秒鐘內自動發(fā)出5次鳴叫聲，要求每一秒鳴叫一次，每次叫聲持續(xù)一秒，而且前四聲低最后一聲高，以最后一次高音結束的時刻為整點時刻。設4聲低音〔500Hz〕分別發(fā)生在59分51秒、53秒、55秒及57秒。最后一聲高音〔約1KHz〕發(fā)生在59分59秒，他們的持續(xù)時間為1秒。CP(秒)Q3s1Q2s1Q1s1Q0s1功能500000510001鳴低音520010停530011鳴低音540100停550101鳴低音560110停570111鳴低音581000停591001鳴高音600000停四、安裝與調試1．系統(tǒng)安裝在裝配電路的時候，一定要認真仔細，保證連線正確和接觸良好，防止虛接，短接，以免人為故障。1要根據芯片引腳原理圖，分功能安裝，并根據接線順序分步驟驗證。2防止接觸不良故障3接線時確?？煽康碾娫春徒拥亍?注意芯片的控制引腳必須接正確。5.插線要細心，防止接觸不良現(xiàn)象。2.系統(tǒng)調試1、在按系統(tǒng)原理圖連線完成后，對系統(tǒng)連線進行了檢查，并排除了由于連線產生的錯誤。2、用萬能表進一步檢測電源正負極、上下電平以及每個芯片的電源和地、每個使能端的連接是否正確。3、通電調試，通過調試各局部電路連接，并排出錯誤，使系統(tǒng)具有正常的數(shù)字時鐘的功能。4、增加一局部發(fā)揮局部的電路設計。3.系統(tǒng)設計結果通過接線和調試，根本實現(xiàn)了要求的功能：1、能夠準確計時，并以十進制形式顯示“時”、“分”、“秒”；2、小時為24進制，分和秒均為60進制；3、能整點報時。報時為四低一高，最后一下為整點報時。五、設計總結在課程設計過程中，不僅鍛煉了我的動手能力和對于電子技術下知識的掌握及運用能力，而且提高了我的協(xié)作能力和獨立分析問題和解決問題的能力以及創(chuàng)新能力和創(chuàng)新思維。通過這次數(shù)字電子鐘的課程設計，我們才把學到的東西與實踐相結合。從中對我們學的知識有了更進一步的理解，而且更進一步地熟悉了芯片的結構及掌握了各芯片的工作原理和其具體的使用方法。也鍛煉了自己獨立思考問題的能力和通過查看相關資料來解決問題的習慣。雖然這只是一次簡單的課程設計，但通過這次課程設計我們了解了課程設計的一般步驟，和設計中應注意的問題。設計本身并不是有很重要的意義，而是同學們對待問題時的態(tài)度和處理事情的能力。各個芯片能夠完成什么樣的功能，使用芯片時應該注意那些要點。同一個電路可以用那些芯片實現(xiàn)，各個芯片實現(xiàn)同一個功能的區(qū)別。六、主要參考文獻康華光電子技術根底數(shù)字局部(第五版)北京高等教育出版社，2006；數(shù)字電子技術實驗指導書，中原工學院電子技術課程組自編，2012附錄：附錄一工具清單工具數(shù)量鑷子1斜口鉗1萬用表15V直流穩(wěn)壓電源1導線假設干面包板1附錄2元器件清單序號功能器件類型、型號及參數(shù)數(shù)量1振蕩器局部CC406012晶振(32768Hz)13電阻：22M14電容：20pF15可變電容：3~20pF16分頻電路74HC7417計數(shù)電路74HC451838譯碼電路74HC451169顯示電路數(shù)碼管(共陰極)(包括限流電阻)610校時和校分電路74HC0031174