多功能数字电子钟

贵州大学 明德至善 博学笃行 一、设计题目 多功能数字电子钟 二、设计目的 1、掌握数字电路中计数、分频、译码、显示及时钟脉冲振荡器等组合逻辑电路与时序逻辑电路的综合应用。 2、掌握多功能数字钟电路设计方法、装调技术及数字钟的扩展应用。 三、设计内容及要求 1、基本要求 a)准确计时，以数字形式显示时、分、秒的时间； b)小时以24进制，分和秒为60进制； c)具有校时电路 2、设计数字钟的整体电路并画出电路图 3、组装、调试单元电路及整体电路 四、设计过程 1、 查阅资料，了解数字钟电路的基本原理并画出原理框图 数字钟电路系统主要由主体电路和扩展电路两大部分组成，其中主体电路完成数字钟的基本功能，扩展电路完成数字钟的扩展功能。振荡器、分频器、计时电路、译码显示电路与校时电路五大部分组成数字钟的整体电路。其中计时电路即为时间的计时，校时电路主要是在时间不准确时调节时间到准确的时间点上。系统组成原理框图如下图1.1所示。 图1.1 数字电子钟原理框图 由以上的原理图可知，本电路主要由振荡器和分频器产生1HZ（即1秒）的秒脉冲，用秒脉冲驱动计数器开始计时。因为每分钟60秒，每小时60分钟，所以应该有24进制的“时计数器”、60进制的“分计数器”、60进制的“秒计数器”。当“秒计数器”计数到59后，下一个脉冲到达时“分计数器”就进1，“分计数器”计数到59后，再来一个脉冲“时计数器”就进1。把秒计数器的输出进行译码、显示时钟秒。分计数器的输出经译码、显示时钟分。时计数器的输出经译码、显示时钟时。例如，当计时到20:59:59时，再来一个脉冲后，就会显示21:00:00。 60进制计数器 其中，“秒”和“分”的计数器都是60进制计数器，由一级十进制计数器和一级六进制计数器级联组成。十进制计数器的复位方法我们平常已经熟悉了（即用74LS90组成：其中R0(1)=R0(2)=R1(1)=R1(2)=0），6进制计数器的复位方法是：当CP输入端输入第六个脉冲时，它的四个触发器输出的状态为“0110”，这时QbQc均为高电平“1”。将它们相“与”（用两级“与非”门，保证复位信号为高电平）后，送到计数器的清除端Cr，使计数器复“0”，从而实现60进制计数。原理图见图1.2。 图1.2 60进制计数器 24进制计数器 24进制计数器由两级十进制计数器级联、“与非门”和“非门”共同组成。原理为：当“时”计数器个位输入端CP脉冲到来第十个触发脉冲时，“时”的个位计数器复“0”，并向“时”的十位进位，在第24个触发脉冲到来时，“时”的个位计数器的四级触发器状态为“0100”，而“时”的十位计数器的状态为“0010”，这时“时”的个位计数器的Qc和“时”的十位计数器的Qb输出为“1”，把它们相“与”经两级反相器反相后，送到“时”计数器的清除端Cr，使计数器复“0”。使计数器复“0”。从而实现了24进制计数。原理图如图1.3所示。 图1.3 24进制计数器 2、各单元电路的基本原理 ①、振荡器 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，故本实验中选用石英晶体振荡器来构成振荡器电路。一般来说，振荡器的频率越高，计时精度越高，但耗电量增大。本振荡器采用CD4060，CD4060内部有一个振荡器和的分频器，晶体振荡器采用32768HZ，经分频后从CD4060的3脚输出频率为2HZ的信号，再经74LS74组成的2分频器，输出1HZ的时钟秒脉冲。电路见下图1.4。 图1.4 振荡器及分频器 ②、分频器 分频器的功能：分频器的主要功能有两个：一是产生标准秒脉冲信号。利用74LS74能再次进行二分频，将2HZ分为1HZ送进电子钟电路，如上图1.4所示；二是提供功能扩展电路所需的信号，如仿电台报时电路用的1000Hz的高音频信号和500Hz的低音频信号等。选用中规模集成电路计数器74LS90可完成上述功能。 ③、时分秒计数器 计数器采用74LS90来组成，根据前面所述的60进制、24进制计数器的构造原理，可以构成时分秒计数器。74LS90的引脚如下图1.5所示。其中：R01和R02是清零端，当R01=R02=1时，计数器清零；R91和R92是置9端，当R91=R92=1时，计数器置9. 图1.5 74LS90的引脚图 ④、译码显示电路 选择共阳型译码器74LS47驱动数码显示管进行当前时间的显示。 ⑤、校时电路 当数字电子钟接通电源或者计时出现误差时，均需要校正时间，校时电路是数字钟的基本功能。对校时电路的基本要求：在进行小时校正时不影响分和秒的正常计数，同理，在进行分校正时不影响秒的正常计数。校正时间的方式有“快校时”和“慢校时”两种，其中“快校时”是通过校时开关的控制，使校时脉冲进入校时电路，则计数器对校时脉冲进行计数，当计到需要校正的时间时，再使计数器转入正常计数。“慢校时”是用单脉冲发生器的输出作校时脉冲，通过校时开关的控制，每触发一次输出一个单脉冲，则计数器加1，当计到需要校正的时间时，再使计数器转入正常计数。由此可见，两种校时方式的电路基本相同，不同的是校时脉冲的产生与控制方式有所区别。校时电路如下图1.6所示。 图1.6 校时电路 图6中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，必要时还应将其改为抖动开关电路。 校时开关的功能表（1-1） S2 S1 功能 1 1 计数 1 0 校分 0 1 校时 至时个位计数器 至分个位计数器 3、连接整个系统并上机仿真 按照图1.1所示原理框图，实现设计要求的具体电路。在MULTISIM开发软件上，将整个电路连接完整，如下图1.7所示。 图1.7 实验电路 4、组装电路并调试出结果 在面包板上分级安装电路，逐级进行调试。 注：因考虑到面包板上的面积有限，故在搭建电路时只是搭建了时与分的部分；另外，因为一分钟60秒，速度很慢，不易于观察。故将分看成秒，时看成分。所以，在搭建过程中只涉及到24进制和60进制。电路搭建成功后，虽然接线有点乱，但是实现了显示时间与校时的功能。 五、实验结果展示 图1.8 校时前（显示时间为2:00） 图1.9 校时后（显示时间为7:32） 六、实验器材统计 器件 清单 安全隐患排查清单下载最新工程量清单计量规则下载程序清单下载家私清单下载送货清单下载 器件名称 数量 器件名称 数量 74LS47 4 LED 1 74LS90 4 电阻、电容、导线 若干 74LS08 1 32768Hz晶振 1 74LS00 2 74LS74 1 CD4060 1 面包板 1 七、实验 总结 初级经济法重点总结下载党员个人总结TXt高中句型全总结.doc高中句型全总结.doc理论力学知识点总结pdf 通过这次多功能数字电子钟的设计，还是发现了自身对于数字电路的设计、安装与调试方面存在的不少问题，也总结了一些经验，值得在今后的工作、学习中加以借鉴。首先，对于一项新的设计要求，不要盲目的急于进行仿真及硬件实现。应该先将实现设计要求的各种 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 进行分析、比较和论证，对于原理要掌握扎实、透彻，结合实验实际情况，最终确定设计方案。其次，在设计过程中，一定要先将基本功能实现，基本模块功能正确之后，才进行电路的总体布局，联合仿真。 在搭建电路时一定要细心，不能心急。首先应该搞清楚各个芯片的引脚，例如芯片的哪一个引脚接电源，哪个脚接地。在具体的电路中，应该要弄清楚到底需要几个门。电路的搭建要清楚，连线应尽量避免混乱，这样会给后面的调试提供很大方便。最后，在调试过程中经常会遇见各种未知的因素导致电路不能正常工作，这时一定要耐下心来，仔细的检查各个功能模块的电路工作是否正确。实际电路会出现诸如驱动不够、线路连接错误、器件之间电平的兼容问题、电路的分部电容过大产生的干扰问题、电路布局不合理导致连线困难等等一系列的问题都突显出来，这就要求在学习基本的电路理论和调试理论的基础之上，结合实践不断的积累丰富的经验。总之，学习基础理论的同时，一定要结合相关的实践环节，才能更好的将理论与实践相结合，从而扎实的掌握所学理论和积累丰富的实践经验。 本次实验加深了我对数字电子钟各个模块的构成及工作原理等方面的了解，使我获益良多。 6