电子数字钟的设计与仿真.docVIP

电子数字钟的设计与仿真 1 设计任务与要求 1.1设计+5V稳压电源； 1.2用LED管显示时、分、秒； 1.3具有校时功能具有整点报时功能具有闹钟功能 2 方案设计与论证 该设计主要由以下几部分组成:震荡器、秒计数器、分计数器、时计数器、BCD-七段显示译码/驱动器、LED七段显示数码管、时间校准电路[3]。 数字钟数字显示部分，采用译码与二极管串联电路，将译码器、七段数码管连接起来，组成十进制数码显示电路，即时钟显示。要完成显示需要6个数码管，八段的数码管需要译码器械才能显示，然后要实现时、分、秒的计时需要60进制计数器和24进制计数器，在在仿真软件中发生信号可以用函数发生器仿真，频率可以随意调整。60进制可能由10进制和6进制的计数器串联而成，频率振荡器可以由晶体振荡器分频来提供，也可以由555定时来产生脉冲并分频为1Hz。计数器的输出分别经译码器送显示器显示。计时出现误差时,可以用校时电路校时、校分如图1 图2 电子数字钟总原理图 3.2 工作原理 3.2.1直流稳压电源 串联型直流稳压电源的设计，该系统是由整流、滤波和稳压三部分组成，桥式整流电路加上电容滤波后，使输出的波形更平滑，稳压部分，一般有四个环节：调整环节、基准电压、比较放大器和取样电路。当电网电压或负载变动引起输出电压Uo变化时，取样电路将输出电压Uo的一部分馈送给比较放大器与基准电压进行比较，产生的误差电压经放大后去控制调整管的基极电流，自动地改变调整管的集一射极间电压，补偿Uo的变化，从而维持输出电压不变 图3 直流稳压电源关键点电压测量仿真 图4 整流滤波后电压的波形和稳压输出电压的波形仿真 图5 整流滤波后电压的波形和稳压输出电压的波形 3.2.2 1Hz标准脉冲发生器555与RC组成的多谐振荡器功能主要产生标准秒脉冲信号提供功能扩展电路所需要的信号计数设计 译码驱动电路将计数器输出的8421BCD码转换为数码管需要的逻辑状态，并且为保证数码管正常工作提供足够的工作电流。4511是一个用于驱动共阴极 LED （数码管）显示器的 BCD 码—七段码译码器，特点如下：具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的CMOS电路能提供较大的拉电流。可直接驱动LED显示器。 时钟出现误差时，需校准。对校时电路的要求是，在小时校正时不影响分和秒的正常计数；在分校正时不影响秒和小时的正常计数。校时方式有快校时和慢校时两种，快校时是，通过开关控制，使计数器对1Hz的校时脉冲计数。慢校时是用手动产生单脉冲作校时脉冲下图所示为校时电路和校分电路。其中S1是校分用的控制开关，S2为校时用的控制开关，它们的控制功能下表所示。校时脉冲采用分频器输出的1Hz脉冲，当S1或S2分别为0时可进行快校时。如果校时脉冲由单脉冲产生器提供，则可以进行慢校时。[2] Multisim仿真软件校时的具体设计方法是：用一个单刀双掷开关切换计数功能与校时功能，另一端接计数器的脉冲输入端，开关置于函数发生器这一端便可以校时，置于计数器的进位端便是计时。不校正时间时开关都应打在与非门的那一端。 图6 开关接校时电路时 图7 开关接计数电路时 3.2.6闹时电路 在指定的时刻发出信号，或驱动音响电路“闹时”；或对某装置的电源进行接通或断开“控制”。不管时闹时还是控制，都要求时间准确，即信号的开始时刻与持续时间必须满足规定的要求。 例如：要求上午7时59分发出闹时信号，持续时间为1分钟。7分59分对应数字钟的时个位计数器的状态为（Q3Q2Q1Q0）HI=0111，分十位计数器的状态为（Q3Q2Q1Q0）M2=0101, 分个位计数器的状态为（Q3Q2Q1Q0）M1=1001。若将上述计数器输出为“1”的所有输出端经过与门电路去控制音响电路，可以使音响电路正好在7点59分响，持续1分钟后（8点）停响。所以闹时控制信号z的表达式为Z=(Q2Q1Q0)HI*(Q2Q0)M2*(Q3Q0)M1*M,其中M为上午的信号输出，要求M=1。 用与非门实现可将Z进行变换，即Z=其逻辑电路如图，74LS20为4输入二与非门，74LS03为集成电路开路（OC门）的2输入四与非门，因OC门的输出端可以进行“线与”，使用时在它们的输出端与电源+5V端之间应接一电阻RL=3.3Ω。由图可知在上午7点59分时，音响电路的晶体管导通，则扬声器发出1KHz的声音。持续1分钟到8点整，晶体管因输入端为0而截止，电路停闹。[2] 图8 闹时电路及仿真 3.2.7 整点报时 整点报时的功能要求时，每当数字钟计时快到整点时发出声响。 图9 整点报时蜂鸣器仿真图 图 10 非整点报时蜂鸣器仿真图 4仿真调试 Multisim8是一个电路原理设计、电路功能测试的虚拟仿真软件，其元器件库提供数千种电路元器件供实验选用，同