基准数字时钟电路设计.docx
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1、湖南文理学院课程设计报告 评阅意见: 评阅教师 日期 基准数字时钟电路设计1.设计任务和基本要求 1.1设计任务 用中小规模集成电路设计一台能显示时、分、秒的数字时钟。 1.2基本要求 时钟功能:6位数字(时、分、秒)显示。 校时功能:能快速校准“时” 、“分” 、“秒”的功能。可以分别对时及分进行单独校时,使其校正到标准时间。 整时报时功能:设计要求具有整时报时功能,当时间到达整点前10秒进行蜂鸣报时,要求报时声为4底1高。 画出电路原理图。 进行电路的仿真与调试。2.工作原理 2.1设计要点 设计一个精确的秒脉冲信号产生电路。 设计60进制、24进制的计数器。 设计操作方便的校时电路。 设
2、计整点报时电路。 2.2工作原理数字电子钟由信号发生器、“时、分、秒”计数器、译码器及显示器、校时电路、整点报时电路等组成。秒信号产生器是整个系统的时基信号,它直接决定计时系统的精度,一般用555构成的振荡器加分频器来实现。将标准秒脉冲信号送入“秒计数器”,该计数器采用60进制计数器,每累计60秒发出一个“分脉冲”信号,该信号将作为“分计数器”的时钟脉冲。“分计数器”也采用60进制计数器,每累计60分,发出一个“时脉冲”信号,该信号将被送到“时计数器”。“时计数器”采用24进制计数器,可以实现一天24h的累计。译码显示电路将“时、分、秒”计数器的输出状态经七段显示译码器译码,通过六位LED显示
3、器显示出来。整点报时电路是根据计时系统的输出状态产生一个脉冲信号,然后去触发音频发生器实现报时。校时电路是来对“时、分、秒”显示数字进行校对调整。其数字电子钟系统框图如下:图1 数字电子钟系统框图2.2.1振荡器石英晶体振荡器的特点是振荡频率准确、电路结构简单、频率易调整。它还具有压电效应,在晶体某一方向加一电场,则在与此垂直的方向产生机械振动,有了机械振动,就会在相应的垂直面上产生电场,从而机械振动和电场互为因果,这种循环过程一直持续到晶体的机械强度限止时,才达到最后稳定。这用压电谐振的频率即为晶体振荡器的固有频率。一般来说,振荡器的频率越高,计时精度越高,但耗电量将增大。如果精度要求不高也
4、可以采用由集成电路定时器555与RC组成的多谐振荡器。2.2.2分频器由于振荡器产生的频率很高,要得到秒脉冲,需要分屏电路。本实验由集成电路定时器555与RC组成的多谐振荡器,产生1KHz的脉冲信号。一是产生标准秒脉冲信号,一是提供功能扩电路所需要的信号。2.2.3计数器 根据计数周期分别组成两个60进制(秒、分)和一个24进制(时)的计数器,把它们适当连接旧可以构成秒、分、时的计数,实现计时功能。2.2.4译码和数码显示电路译码和数码显示电路是将数字钟的计时状态直观清晰地反映出来。可被人们的视觉器官所接受。显示器件选用LED七段数码管。在译码显示电路输出信号的驱动下,显示出清晰直观的数字符号
5、。2.2.5校时电路数字钟电路由于秒信号的精确性和稳定性不可能做到完全准确无误,又因为电路中其他的原因数字钟总会产生走时误差的现象。所以,电路中就应该有校准时间功能的电路。2.2.6报时电路当数字钟显示整点时,应能报时。要求当数字钟的“分”和“秒”计数器计到59分50秒时,驱动音响电路,要求每隔一秒音响电路鸣叫一次,每次叫声的时间持续1秒,10秒中内自动发出5声鸣叫,并且前4声低,最后一声高,正好报整点。3.电路设计 3.1秒、分、时计数器电路设计 3.3.1秒计数器的设计及安装秒信号发生器是数字电子钟的核心部分,它的精度和稳定度决定了时信号发生器和分信号发生器的精度。通常用晶体振荡器产生的脉
6、冲,经过整行、分频获得1Hz的秒脉冲。常用的典型电路入图所示:常用的典型电路入图所示: 图2 秒信号发生电路图 秒计数器为60进制计数器,实现此模数的计数器是由两片中规模集成计数器74LS90构成。首先将两片74LS90设置成10进制加法计数器。将两片的74LS90的置数端s1和s0都接地,将“CP1” 接到Q0端,以Q3为位进位端,则构成了10进制加法计数器。再将其中一片(以下都称片1)74LS90计数器的进位输出端Q3接到另一片(以下都称片2)74LS90的进位输入端CP0,如此,两片计数器最大的即可实现100进制的计数器。接下来,利用74LS90的“反馈置零”的方法实现60进制。74LS
7、90属于一步置数,所以计数器输出“2Q32Q22Q12Q0、1Q31Q21Q11Q0=0110、0000时,通过置数脉冲使计数器清零,也就是此时Q2,Q1发出置数脉冲松脂清零端R1,R0使计数器清零。 3.1.2分计数器的设计及安装分计数器也是60进制计数器。同秒计数器一样是由两片中规模集成计数器74LS90构成。将两片74LS90按同秒计数器的方法接成10进制加法计数器,再按同秒计数器的方法接成可实现100进制的计数器。再用同秒计数器的方法实现60进制。 图3 分信号发生电路图3.1.3时计数器的设计及安装时计数器是24进制计数器。实现此模数的计数器是由两片中规模集成计数器74LS90构成。
8、同分、秒计数器一样,先将两片计数器74LS90连接成10进制的加法计数器,再把两片计数器74LS90用秒计数器的方法接成可实现100进制的计数器.当计数器状态为2Q32Q22Q12Q0、1Q31Q21Q11Q0=0010、0100时,要求计数器归零.通过2Q1、1Q2送出的指数脉冲使两片计数器74LS90同时归零,这样就构成了24进制计数器。图4 时信号发生电路图3.2实现进位 将秒计数器的第14个管脚与分显示器个位上的C相连接,将分计数器的第14个管脚与时显示器个位上的C相连接,即可实现秒计数器的脉冲打入分显示器,分计数器的脉冲打入时显示器.可达到进位的目的。3.3译码显示电路图5译码电路的
9、功能是将“秒”“分”“时”计数器的输出代码进行编译,变成相应的数字。用于驱动LED七段译码器常用的有74LS47.74LS47是BCD-7段译码器/驱动器,其输出是OC门输出且低电平有效,专用于驱动LED七段共阳极显示数码管。由74LS47和LED七段共阳数码管组成的一位数码显示电路。若将“秒”“分”“时”计数器的每位输出分别接到相应七段译码器的输入端,便可进行不同数字显示。在译码器输出与数码管之间串联的R为限流电阻。当数字钟的计数器在CP脉冲的作用下,按60秒为一分,60分为一小时,24小时为1天的计数规律计数时,就应将其状态显示成清晰的数字符号,需要将计数器的状态进行译码并将其显示出来。
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