课程设计多功能数钟设计.docVIP

机械与电气工程学院 《数字电子技术》 课程设计报告 姓 名： 学 号：091290346 班 级：09电自3班 指导教师：高晓红 李燕 多功能数字钟设计 1 设计任务与要求1.1 基本功能 （1）具有正常走时的基本功能； （2） 秒信号产生电路采用石英晶体构成的振荡器； （3）写出设计步骤，画出设计的逻辑电路图； （4）对设计的电路进行仿真、修改，使仿真结果达到设计要求； （5）安装并测试电路的逻辑功能。 1.2 扩展功能 （2）具有整点报时功能； （3）具有定时闹钟功能。 2 设计原理数字电子钟原理如图1所示。一个具有计时、校时、报时、显示等基本功能的数字钟主要由振荡器、分频器、计数器、译码器、显示器、校时电路、报时电路等七部分组成。该系统工作的原理是：振荡器产生的稳定的高频脉冲信号，作为数字钟的时间基准，再经分频器输出标准秒脉冲。秒计数器计满60秒后向分计数器进位，分计数器计满60秒后向小时计数器进位，小时计数器按照12小时为周期计数。计数器进位输出经译码器送入显示器。计时出现误差时可以用校时、校分、校秒。扩展电路必须在主体电路正常运行的情况下才能进行功能扩展。 图1系统原理框图 （1）晶体振荡器电路：晶体振荡器电路给数字钟提供一个频率稳定准确的32768Ｈz的方波信号，可保证数字钟的走时准确及稳定。不管是指针式的电子钟还是数字显示的电子钟都使用了晶体振荡器电路。 （2）分频器电路：分频器电路将32768HZ的高频方波信号经32768（）次分频后得到1Hz的方波信号供秒计数器进行计数。分频器实际上也就是计数器。 （3）时间计数器电路：时间计数电路由秒个位和秒十位计数器、分个位和分十位计数器及时个位和时十位计数器电路构成，其中秒个位和秒十位计数器、分个位和分十位计数器为60进制计数器，而根据设计要求，时个位和时十位计数器为12进制计数器。 （4）译码驱动电路：译码驱动电路将计数器输出的BCD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。 3电路设计采用555定时器构成的多谐振荡器，通过对电路中电阻和电容取值的设置，可使振荡器的频率为1Hz，这样就可把振荡器输出直接作为时钟脉冲信号，而不需分频器分频。为了方便仿真，采用555定时器与定时元件RC组成多谐振荡器，它的输出信号频率为f0=1.43/( R2+2R1) C1]。取R1=kΩ，R2=kΩ，C1=10uF（滤波电容C2=0.1uF ）,则电路的振荡频率为f0=1Hz,输出信号为周期为1s的脉冲信号，这样输出就可以直接用来作为数字钟计数器的输入信号。电路如图所示。 图2 秒脉冲产生电路 3.2译码及驱动显示电路设计 译码电路的功能是将秒、分、时计数器的输出代码进行翻译，变成相应的数字。 图3译码及驱动显示电路 3.3时、分、秒计数器的设计 实现任意进制计数器方法有两种：置零法（复位法）和置数法（置位法）。 (1) 用复位法获得任意进制计数器 假定已有N进制计数器，而需要得到一个M进制计数器时，只要M＜N，用复位法使计数器计数到M时置0”，即获得M进制计数器。 (2) 利用预置功能获M进制计数器 置位法与置零法不同，它是通过给计数器重复置入某个数值的的跳越N-M个状态，从而获得M进制计数器的。置数操作可以在电路的任何一个状态下进行。这种方法适用于有预置功能的计数器电路。 秒计数器电路与分计数器电路都是60进制，它由一级10进制计数器和一级6进制计数器连接构成。 图4 秒计数器电路 3.3.2 分计数器的设计 “分”计数器电路也是六十进制，可采用与“秒”计数器完全相同的结构，用一片74LS90和一片74LS92构成。如图5所示。 图5 分计数器电路 3.3.3时计数器的设计 时电路是12进制的计数器，采用的是00-01-02…11-00-01…的计数规律。设计电路采用两片异步二—五—十进制加法计数器74LS90级联构成12进制时计数器。时计数器电路图如图6所示。 图6 时计数器电路 3.3校时电路的设计 当数字钟走时出现误差时，需要校正时间。校时电路实现对“时”“分”“秒”的校准。在电路中设有正常计时和校对位置。本次实现“时”“分”的校对。对校时的要求是，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。需要注意的时，校时电路是由与非门构成的组合逻辑电路，开关S1或S2为“0”或“1”时，可能会产生抖动，为防止这一情况的发生我们接入一个由RS触发器组成的防抖动电路来控制。如图7所示。 图7 校时电路 S1? S2 功能 1 1 计数 0 1 校分 1 0 校时 要求在差10 秒为整点时产生每隔1 秒鸣叫1 次的响声：共叫5 次，每次持续1 秒，前 4 声为低音500Hz，后1 声为高