電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)--多功能數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　1 概述</b></p><p>　　多功能數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)要求</p><p>　　能夠準(zhǔn)確顯示時(shí)、分、秒時(shí)間信號(hào)，具有校時(shí)功能和鬧鐘功能。</p><p>　　要實(shí)現(xiàn)校時(shí)功能需要分別針對(duì)時(shí)分秒的校時(shí)電路，要實(shí)現(xiàn)1Hz的秒鐘計(jì)數(shù)需要時(shí)鐘振蕩電路，所以數(shù)字鐘電路一般由數(shù)碼顯示器、計(jì)數(shù)器、時(shí)鐘振蕩器和校時(shí)電路等幾個(gè)部分組

2、成。</p><p>　　2. 設(shè)計(jì)方案原理構(gòu)思</p><p>　　2.1 設(shè)計(jì)主要原理</p><p>　　該設(shè)計(jì)主要由以下幾部分組成:振蕩器、分頻器、秒計(jì)數(shù)器、分計(jì)數(shù)器、時(shí)計(jì)數(shù)器、DCD-HEN七段顯示數(shù)碼管、時(shí)間校準(zhǔn)電路、整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路還有鬧鐘電路。數(shù)字鐘數(shù)字顯示部分由BCD-HEN七段顯示數(shù)碼管即時(shí)鐘顯示。要完成顯示需要6個(gè)數(shù)碼管，七段的數(shù)碼管需要譯碼器才能

3、正常顯示，然后要實(shí)現(xiàn)時(shí)、分、秒的計(jì)時(shí)需要60進(jìn)制計(jì)數(shù)器和24進(jìn)制計(jì)數(shù)器。60進(jìn)制可能由10進(jìn)制和6進(jìn)制的計(jì)數(shù)器串聯(lián)而成，頻率振蕩器可以由晶體振蕩器分頻來(lái)提供，也可以由555定時(shí)來(lái)產(chǎn)生脈沖（或分頻為）1Hz。計(jì)數(shù)器的輸出分別送倒顯示器顯示。計(jì)時(shí)出現(xiàn)誤差時(shí),可以用校時(shí)電路校時(shí)、校分。整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路利用邏輯門，使當(dāng)各計(jì)數(shù)器輸出滿足整點(diǎn)時(shí)，蜂鳴器導(dǎo)通。</p><p>　　鬧鐘電路通過(guò)比較器比較當(dāng)前時(shí)間與設(shè)計(jì)的鬧鐘時(shí)間，相

4、等時(shí)同樣蜂鳴器導(dǎo)通。</p><p><b>　　2.2原理圖</b></p><p><b>　　3.各模塊電路分析</b></p><p>　　3.1 500Hz標(biāo)準(zhǔn)脈沖發(fā)生器</p><p>　　振蕩器可由晶振組成，也可以由555與RC組成的多諧振蕩器。由555定時(shí)器得到500Hz的脈沖，功能

5、主要是產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖信號(hào)和提供功能擴(kuò)展電路所需要的信號(hào)。多諧振蕩器也稱無(wú)穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，它沒(méi)有穩(wěn)定狀態(tài)，同時(shí)無(wú)需外加觸發(fā)脈沖，就能輸出一定頻率的矩形脈沖（自激振蕩）。用555集成電路實(shí)現(xiàn)多諧振蕩，需要外接電阻R1、R2和電容C，并外接+5V的直流電源。</p><p>　　脈沖頻率為：F=1/[（45+2*50）*0.7*18*10-6]=550hz</p><p>　　下圖為標(biāo)準(zhǔn)脈沖發(fā)生器電

6、路圖： </p><p>　　3.2計(jì)數(shù)器顯示電路</p><p>　　在數(shù)字鐘的控制電路中，分和秒的控制都是一樣的，都是由一個(gè)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器和一個(gè)六進(jìn)制計(jì)數(shù)器串聯(lián)而成的。在此次電路的設(shè)計(jì)中采用的是統(tǒng)一的器件74LS161N的反饋置數(shù)法來(lái)實(shí)現(xiàn)十進(jìn)制功能和六進(jìn)制功能，根據(jù)74LS161的結(jié)構(gòu)把輸出端的0101（十進(jìn)制為5）用一個(gè)與非門74LS00引到Load端便可置0，這樣

7、就實(shí)現(xiàn)了六進(jìn)制計(jì)數(shù)。同樣，在輸出端的1001（十進(jìn)制為9）用一個(gè)與非門74LS00引到Load端便可置0，這樣就實(shí)現(xiàn)了十進(jìn)制計(jì)數(shù)。在分和秒的進(jìn)位時(shí)，用秒計(jì)數(shù)器的Load端接分計(jì)數(shù)器的CLK控制時(shí)鐘脈沖，脈沖在上升沿來(lái)時(shí)計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù)。</p><p>　　時(shí)計(jì)數(shù)器可由兩個(gè)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器串接并通過(guò)反饋接成二十四制計(jì)數(shù)器。</p><p><b>　　3.3時(shí)鐘校時(shí)電路</b&g

8、t;</p><p>　　時(shí)鐘出現(xiàn)誤差時(shí)，需校準(zhǔn)。當(dāng)數(shù)字鐘接通電源或者計(jì)時(shí)出現(xiàn)誤差時(shí)，需要校正時(shí)間。校時(shí)是數(shù)字鐘應(yīng)具備的基本功能。對(duì)校時(shí)電路的要求是，在小時(shí)校正時(shí)不影響分和秒的正常計(jì)數(shù)；在分校正時(shí)不影響秒和小時(shí)的正常計(jì)數(shù)。校時(shí)方式有快校時(shí)和慢校時(shí)兩種，快校時(shí)是，通過(guò)開(kāi)關(guān)控制，使計(jì)數(shù)器對(duì)1Hz的校時(shí)脈沖計(jì)數(shù)。慢校時(shí)是用手動(dòng)產(chǎn)生單脈沖作校時(shí)脈沖下圖所示為校時(shí)電路和校分電路。其中J1是校分用的控制開(kāi)關(guān)，J2為校時(shí)用的控

9、制開(kāi)關(guān)，它的</p><p>　　控制功能下表所示。校時(shí)脈沖采用分頻器輸出的1Hz脈沖，當(dāng)J1或J2分別為0時(shí)</p><p>　　可進(jìn)行快校時(shí)。如果校時(shí)脈沖由單脈沖產(chǎn)生器提供，則可以進(jìn)行慢校時(shí)。</p><p><b>　　3.4鬧鐘電路</b></p><p>　　在指定的時(shí)刻發(fā)出信號(hào)，或驅(qū)動(dòng)音響電路“鬧時(shí)”；或?qū)δ?/p>

10、裝置的電源進(jìn)行接通或斷開(kāi)“控制”。不管時(shí)鬧時(shí)還是控制，都要求時(shí)間準(zhǔn)確，即信號(hào)的開(kāi)始時(shí)刻與持續(xù)時(shí)間必須滿足規(guī)定的要求。</p><p>　　在本數(shù)字鐘設(shè)計(jì)中，選用了四片74LS85三位比較器實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　下表是74LS85的邏輯功能表：</p><p>　　74LS85比較器的一對(duì)輸入接小時(shí)和分鐘時(shí)計(jì)數(shù)器的輸出，另外一對(duì)接四位撥碼開(kāi)關(guān)，當(dāng)小時(shí)和分鐘計(jì)數(shù)器

11、的輸出與撥碼開(kāi)關(guān)的值完全相等時(shí)，四片比較器輸出都為高電平，經(jīng)四位與非門后輸出到蜂鳴器，在一分鐘內(nèi)蜂鳴器導(dǎo)通。</p><p><b>　　3.5整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路</b></p><p>　　整點(diǎn)報(bào)時(shí)的功能要求是，每當(dāng)數(shù)字鐘計(jì)時(shí)快到整點(diǎn)時(shí)發(fā)出聲響。當(dāng)時(shí)鐘還有十秒到整點(diǎn)時(shí)，蜂鳴器開(kāi)始響，持續(xù)時(shí)間為十秒。</p><p>　　此電路是通過(guò)五個(gè)與門和一個(gè)蜂

12、鳴器來(lái)實(shí)現(xiàn)的，每當(dāng)分鐘的十位為5，個(gè)位為9，并且秒鐘的十位為5時(shí)，蜂鳴器接高電平，開(kāi)始工作，直到到達(dá)整點(diǎn)停止。</p><p><b>　　4.仿真原理</b></p><p>　　4.1仿真調(diào)試原理圖</p><p>　　開(kāi)始仿真后，秒鐘部分開(kāi)始以1s為周期開(kāi)始遞增，并能向分鐘和時(shí)鐘部分進(jìn)位，完成數(shù)字鐘的基本功能。</p>&l

13、t;p>　　4. 2 鬧鐘電路仿真調(diào)試</p><p>　　將撥碼開(kāi)關(guān)調(diào)至如圖狀態(tài)，即將鬧鐘定為00：01，則開(kāi)始仿真。</p><p>　　當(dāng)時(shí)鐘與分鐘到達(dá)00：01時(shí)，在此一分鐘內(nèi)，探針亮，即鬧鐘響，過(guò)了此時(shí)間后，鬧鐘停。</p><p>　　鬧鐘響時(shí)的電路仿真如下圖所示：</p><p>　　4. 3 整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路仿真調(diào)試<

14、/p><p>　　當(dāng)數(shù)字鐘離整點(diǎn)還差10秒以上時(shí)間時(shí)，探針不亮，蜂鳴器無(wú)反應(yīng)。</p><p>　　當(dāng)數(shù)字鐘離整點(diǎn)差10秒時(shí)，探針亮起，蜂鳴器響，如此持續(xù)10秒，過(guò)了整點(diǎn)后停止。</p><p>　　整點(diǎn)報(bào)時(shí)的電路仿真如下圖所示：</p><p>　　5. 遇到問(wèn)題及解決方法</p><p>　　開(kāi)始仿真時(shí)，發(fā)現(xiàn)探針一直是

15、亮的狀態(tài)，不符合理論分析結(jié)果。</p><p>　　解決方法：忘了在鬧鐘電路與蜂鳴器之間加上一個(gè)非門，使鬧鐘電路出現(xiàn)反效果。加上非門后問(wèn)題解決。</p><p>　　調(diào)動(dòng)撥碼開(kāi)關(guān)定時(shí)后，發(fā)現(xiàn)鬧鐘不能在指定時(shí)刻響起。</p><p>　　解決方法：弄錯(cuò)了撥碼開(kāi)關(guān)與時(shí)間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，即撥碼開(kāi)關(guān)表示的時(shí)間與自己所想的 時(shí)間不對(duì)應(yīng)。理解后，重新調(diào)試可以成功。</p>

16、;<p>　　一直無(wú)法使蜂鳴器發(fā)出聲音，不能實(shí)現(xiàn)鬧鐘與報(bào)時(shí)提醒功能。</p><p>　　解決方法：在蜂鳴器那里接上一個(gè)指示探針，探針亮即表示蜂鳴器響，探針不亮即蜂 鳴器不響。</p><p><b>　　6 元件清單</b></p><p><b>　　7.參考文獻(xiàn)</b></p><p