电子技术课程设计数字时钟.doc

目 录目 录1前言2内容摘要2设计要求2第一章 方案设计3第二章 硬件设计及仿真42.1振荡器的设计42.2分频器的设计52.3时间计数器的设计62.3.1六十进制计数器62.3.2二十四进制计数器82.4译码器与显示器的设计92.5校时电路9第三章 电路的总体设计11第四章 元器件清单及部分芯片介绍134.1元器件清单134.2部分芯片功能介绍144.2.1 74LS90N144.2.2 55515第五章 总结17附录 参考文献19前言内容摘要数字钟是一个将“时”，“分”，“秒”显示于人的视觉器官的计时装置。它的计时周期为24小时，显示满刻度为23时59分59秒。一个基本的数字钟电路主要由秒信号发生器、“时、分、秒、”计数器、译码器及显示器组成。由于采用纯数字硬件设计制作，与传统的机械表相比，它具有走时准，显示直观，无机械传动装置等特点。本设计中的数字时钟采用数字电路实现对“时” 、“分”、“秒”的显示和调整。通过采用各种集成数字芯片搭建电路来实现相应的功能。具体用到了555震荡器，74LS90及与非，异或等门集成芯片等。该电路具有计时和校时的功能。在对整个模块进行分析和画出总体电路图后，对各模块进行仿真并记录仿真所观察到的结果。实验证明该设计电路基本上能够符合设计要求！设计要求（1）、 时钟的“时”要求用两位显示并用二十四小时制显示；（2）、 时钟的“分”、“秒”要求各用两位显示；（3）、 整个系统要有校时部分（可以手动，也可以自动），校时时不能产生进位。第一章 方案设计由上图可以看出，振荡器产生的信号经过分频器作为产生秒脉冲，秒脉冲送入计数器，计数结果经过“时”、“分”、“秒”，译码器，显示器显示时间。其中振荡器和分频器组成标准秒脉冲信号发生器，由不同进制的计数器，译码器和显示电路组成计时系统。秒信号送入计数器进行计数，把累计的结果以“时”，“分”、“秒”的数字显示出来。“时”显示由二十四进制计数器，译码器，显示器构成；“分”、“秒”显示分别由六十进制的计数器，译码器，显示器构成；校时电路实现对时，分，秒的校准。第二章 硬件设计及仿真2.1振荡器的设计振荡器是数字钟的核心。振荡器的稳定度及频率的精确度决定了数字钟计时的准确程度，通常选用石英晶体构成振荡器电路。一般来说，振荡器的频率越高，计时器的精度越高。在本设计中振荡器采用的是由集成电路555与RC组成的多谐振荡器。其电路图如下图2-1-1：接通电源后，电容C1被充电， 上升，当上升到大于2/3时，触发器被复位，放电管T导通，此时为低电平，电容C1通过和T放电，使下降。当下降到小于1/3时，触发器被复位，反转为高电平。电容器C1放点结束，所需时间为：当C1放点结束时，T截止，VCC将通过R1、R2向电容器C1充电，vC由1/3VCC上升到2/3VCC所需的时为：当vC上升到2/3VCC时，触发器又被复位发生翻转，如此周而复始，在输出端就得到一个周期性的方波，其频率为本设计中，由电路图和f的公式可以算出，微调R3=60k左右，其输出的频率为f=1000Hz.2.2分频器的设计通常，数字钟的晶体振荡器输出频率较高，为了得到1z的秒信号输入，需要对振荡器的输出信号进行分频。分频器的功能主要有两个：一个是产生标准脉冲信号；二是提供功能扩展电路所需要的信号。本设计中，由于振荡器产生的信号频率太高，要得到标准的秒信号，就需要对所得的信号进行分频。这里所采用的分频电路也是3个中规模计数器74LS90N来构成的3级1/10分频。其电路如下图2-2-1所示：由上图可以看出，由振荡器的1000Hz高频信号从U0的14端输入，经过三片74LS90N的三级1/10分频，就能从U2的11端输出得到标准的秒脉冲信号。2.3时间计数器的设计由图1-1的方框图可以清楚的看到，显示“时”、“分”、“秒”需要六片中规模计数器；其中“秒”、“分”各为60进制计数，“时”为24进制计数。在本设计中均用74LS90N来实现：2.3.1六十进制计数器“秒”计数器电路与“分”计数器电路都是六十进制，它由一级十进制计数器和一级六进制计数器连接构成，如图2-3-1所示，是采用两片中规模集成电路74LS90N串联起来构成的“秒”、“分”计数器。由上图可知，U2是十进制计数器，U2的QD作为十进制的进位信号，74LS90N计数器是十进制异步计数器，是反馈清零法来实现十进制计数，U1和与非门组成六进制计数。74LS90N是在CP信号的下降沿触发下进行计数，U1的QA和QC相与0101的作为“分（时）”计数器的输入信号。U1的输出0110高电平1分别送到计数器的R01、R02端清零，74LS90N内部的R01、R02与非后清零而使计数器归零，完成六进制计数。由此可见U1和U2串接实现了六十进制计数。2.3.2二十四进制计数器“时”计数为二十四进制。在本设计中二十四进制的计数电路也是由两个74LS90N组成的二十四进制计数电路，如图2-3-2所示。由上图可以看出，当“时”个位U2计数器输入端A（14脚）来到第10触发信号时，U2计数器清零，进位端QD向U3“时”十位计数器输入进位信号，当第24个“时”（来自“分”计数器的状态为“0010”，此时“时”个位计数器的QC和“时”计数器的清零端R01和R02，通过74LS90N内部的与非后清零，计数器复零从而完成二十四进制计数。2.4译码器与显示器的设计用七段发光二极管来显示译码器输出的数字，显示器有两种：共阴极和共阳极显示器。74LS48译码器译码的是高电平，所以对应的显示器应为共阴极显示器。在本设计中用的是解码七段排列显示器，即包含译码器的七段显示器。其图形管脚如下图2-4-1所示图2-4-1 DCD HEX内部封装图2.5校时电路当刚接通电源或计时出现错误时，都需要对时间进行校正。校正电路如下图2-5-1所示：第三章 电路的总体设计由上面介绍的电路各个部分的子电路构成的各个部分的功能，再由第一章的数字时钟的系统原理框图，可以清楚的知道了总体的电路情况。下面图2-6-1就时本设计的总体电路：图2-6-1 总体电路的设计由图2-6-1可以看出和清楚的整个数字时钟的总体工作原理和整个工作过程：由555和RC构成的振荡器产生的1000Hz的高频信号经过由3片74LS90构成的1/1000分频的分频器后得到标准的秒脉冲信号，进入60进制的“秒”计时，“秒”的分位进入60进制的“分”计时，最后，由分的“时”进位进入24进制的“时”计时。在电路中，还有由门电路和开关构成的校时电路对电路的“时”，“分”进行校时，得到正确的时间。第四章 元器件清单及部分芯片介绍4.1元器件清单个数描述参考标识包974LS, 74LS90NU1, U2, U3, U4, U5, U6, U17, U18, U19IPC-2221A/2222NO14174STD, 7408NU13IPC-2221A/2222NO14274STD, 7486NU14, U15IPC-2221A/2222NO141TIMER, LM555CNU16IPC-2221A/2222N08E474STD, 7403NU20, U21, U22, U23IPC-2221A/2222NO14表4-1 元器件清单4.2部分芯片功能介绍4.2.1 74LS90N74LS90的引脚图如下图4-2-1所示图4-2-1 74LS90N引脚图74LS90N的功能表图4-2-2 74LS90N功能表4.2.2 555555定时器（又称时基电路）是一个模拟与数字混合型的集成电路。555定时器是一种应用极为广泛的中规模集成电路。该电路使用灵活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以构成单稳、多谐和施密特触发器。因而广泛用于信号的产生、变换、控制与检测。目前生产的定时器有双极型和CMOS两种类型，其型号分别有NE555(或5G555)和C7555等多种。它们的结构及工作原理基本相同。通常，双极型定时器具有较大的驱动能力，而CMOS定时器具有低功耗、输入阻抗高等优点。555定时器工作的电源电压很宽，并可承受较大的负载电流。双极型定时器电源电压范围为516V，最大负载电流可达200mA；CMOS定时器电源电压范围为318V，最大负载电流在4mA以下。555的引脚图如下图4-2-2：图4-2-3 555的引脚图555的内部电路和功能：图4-2-4 555内部电路图第五章 总结通过本次设计，使我对已学过的电路、数电、模电等电子技术的知识有了更深一步的了解，锻炼和培养了自己利用已学知识来分析和解决实际问题的能力。对自己以后的学习和工作有很大的帮助。刚开始做这个设计的时候感觉自己什么都不知道怎么下手，脑子里比较浮躁和零乱。但通过一段时间的努力，通过重温数电，模电等电子技术的书籍，还有通过查看相关的设计技术以及一些参考文献，再加之在老师的指导和周围同学的帮助下，使我对自己的本设计有了熟练的掌握。在整个的设计过程中我充满了激情和用心。记得在做实验的时候，也是用满腔的热情来完成各项实验任务，并在每项实验项目中都达到了优秀的成绩。 所以，我相信自己的实际动手能力，并一向的加强自己在这方面的努力。在这次的电子技术设计中亦是如此，用自己的双手和满腔的热情来完成各个环节，不断的在图书管查看相关资料和期刊文献，特别在Internt上也收收获了很多新鲜的东西。这次设计更让我熟悉了一些常用集成逻辑电路和其相应芯片的使用。虽然，在本设计中所用的方案不是最好的，但我想其中的原理是最基本的；虽然其中可能出现的误差会计较大些，但是是最经济的和实用的，我想在下去的一段时间里，我会将其的实物做出来，当然也有可能做成一个成型的数字时钟哦.最后，我要衷心的感谢老师给了我们这一次实践的机会，让我更加深刻地了解和认识到了自己的优点和不足，通过这个课程设计我发现了我好多知识都不熟悉甚至有的东西我根本就不知道，这让我感到了要学习的东西还有很多很多。因此使我更坚定了在以后的学习中要扎实好基础，阔广知识面。附录 参考文献【1】 康华光.电子技术基础