電子技術課程設計自動報時數(shù)字鐘

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1、電子技術課程設計 ——自動報時數(shù)字鐘 學院: 專業(yè)、班級: 姓名: 學號: 同組者： 指導老師: 目??????錄 一．課程設計的基本任務…………………………………1 二．課程設計的基本要求…………………………………1 三．總體框圖………………………………………………1 四．選擇器件………………………………………………2 五．設計課題中部分單元電路的原理說明………………6 六．功能模塊……………………………………………..10 七．總電路圖……………………………………………..13 自動報時數(shù)字鐘 一、 設計任

2、務與要求 1. 用數(shù)字顯示時,分,秒.12小時循環(huán)一次 2. 可以在任意時刻校準時間,只用一只按扭開關實現(xiàn),要求可靠方便. 3. 能以音響自動正點報時,12小時循環(huán)一次.要求第一響為正點,以后每隔一秒或半秒響一下,幾點鐘就響幾聲. 4. 秒信號不必考慮時間精度,可利用實驗儀上所提供的連續(xù)脈沖(方波) 二、 總體框圖 本數(shù)字鐘包括振蕩電路、分頻電路、計數(shù)電路、譯碼電路、顯示器。系統(tǒng)采用了555定時器來實現(xiàn)振蕩，再通過由74LS290異步清零同步預置四位二進制遞增計數(shù)器組成的分頻電路產(chǎn)生1Hz的矩形脈沖波。計數(shù)功能全部用74LS290集成電路實現(xiàn)，分為60進制計數(shù)和12進制計數(shù)。與非門

3、則采用四二輸入與非門74LS00集成電路。譯碼電路用7段顯示譯碼器7448集成電路來實現(xiàn)。 1. 秒脈沖發(fā)生器 秒脈沖發(fā)生器是數(shù)字鐘的核心部分，他的精度和穩(wěn)定度決定了數(shù)字鐘的質量，通常用晶體振蕩器發(fā)出的脈沖經(jīng)過整形、分頻獲得1赫茲的秒脈沖。如晶振為32768赫茲，通過15次二分頻后可獲得1赫茲的脈沖輸出。 2．計數(shù)譯碼顯示 秒分時分別為60，60和12進制計數(shù)器。秒分為六十進制，即顯示00—59，它們的個位為十進制，十位為六進制。時為十二進制計數(shù)器，顯示為00—11，個位仍為十進制，而十位為一進制，但當十進位計到1，而個位計到2時清零，就為十二進制了。 所有計數(shù)器的譯碼顯示采用BCD

4、—七段譯碼器，顯示器采用共陰或共陽的顯示器。 3.校正電路 在剛剛開機接通電源時，由于秒分時為任意值，所以，要進行調(diào)整。置開關在手動位置，分別對其進行單獨計數(shù)，計數(shù)脈沖由單次脈沖或聯(lián)系脈沖輸入。 4. 整點報時電路 當時計數(shù)器在每次計到整點前六秒時，需要報時，這可用譯碼電路來解決。既當分為59時，則秒在計數(shù)計到54時，輸出一延時高電平，直至秒計數(shù)器計到58時，結束這高電平脈沖去打開低音與門，使報時聲按500赫茲頻率鳴叫5聲，而秒計到59時，則去驅動高音1K赫茲頻率輸出而鳴叫1聲。 三、 選擇器件 1. 時、分、秒計數(shù)器 ?? ⑴.六十進制計數(shù)器 ??? 可以由兩塊中規(guī)模集成計數(shù)

5、器構成,一塊組成十進制，另一塊組成六進制，組合起來就構成六十進制計數(shù)器。 ??⑵.十二進制計數(shù)器 ??? 用脈沖反饋法。由兩片中規(guī)模集成計數(shù)器（或一片中規(guī)模集成計數(shù)器、一片小規(guī)模集成觸發(fā)器）構成，低位仍構成十進制計數(shù)器，當高位出現(xiàn)0001狀態(tài)，低位為0011狀態(tài)，即計到第13個來自“分”計數(shù)器的進位信號時，通過外加的控制電路輸出一個信號（注意：該信號的電平應視計數(shù)器的功能而定，有時需高電平，有時需低電平），將“時”計數(shù)器的十位計數(shù)器強制置為0000狀態(tài)，同時，將“時”的個位計數(shù)器強制置為0001狀態(tài)，從而實現(xiàn)從12→01的十二進制計數(shù)。 時、分、秒的電路，我們用74LS290來實現(xiàn)。

6、2. 譯碼顯示電路 選用器件時應當注意譯碼器和顯示器件的相互配合。一是驅動功率要足夠大，二是邏輯電平要匹配。采用共陰型的LED數(shù)碼管作顯示器件時，則應采用“譯中”為高電平的譯碼電路，且因數(shù)碼管工作電流較大，不能用普通TTL譯碼器，應選用功率門或OC門?？梢允褂蔑@示譯碼器為74LS49、74LS249。 對于“時”十位的譯碼顯示，在設計時應注意：一是在顯示1點至9點時，“時”的十位均是0，此時應使“時”十位上的“0”熄滅而不顯示；二是“時”的十位實際上只是顯示“0”（熄滅）和“1”（亮）良種狀態(tài)，此時可以考慮不用七段顯示譯碼電路，這樣可以節(jié)省一快中規(guī)模集成電路，但必須另設

7、計電路以驅動LED數(shù)碼管，該驅動電路必須考慮驅動能力和電平匹配的問題。 所以我們選用了七段譯碼顯示。 3. 555 定時器 555 定時器真值表 555定時器功能表 輸入 輸出 TH（uI1） （uI2） uO VTD狀態(tài) 0 × × 低 導通 1 VCC 不變 不變 1 >VCC >VCC 低 導通 555 定時器是一種模擬和數(shù)字功能相結合的中規(guī)模集成器件。一般用雙極性工藝制作的稱為 555，用 CMOS 工藝制作的稱為 7555，除單定時器外，還有對應的雙定時器 5

8、56/7556。555 定時器的電源電壓范圍寬，可在 4.5V~16V 工作，7555 可在 3~18V 工作，輸出驅動電流約為 200mA，因而其輸出可與 TTL、CMOS 或者模擬電路電平兼容。 555 定時器成本低，性能可靠，只需要外接幾個電阻、電容，就可以實現(xiàn)多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變換電路。它也常作為定時器廣泛應用于儀器儀表、家用電器、電子測量及自動控制等方面。555 定時器的內(nèi)部電路框圖和外引腳排列圖分別如圖 2.9.1 和圖 2.9.2 所示。它內(nèi)部包括兩個電壓比較器，三個等值串聯(lián)電阻，一個 RS 觸發(fā)器，一個放電管 T 及功率輸出級。它提供兩個

9、基準電壓VCC /3 和 2VCC /3 555 定時器的功能主要由兩個比較器決定。兩個比較器的輸出電壓控制 RS 觸發(fā)器和放電管的狀態(tài)。在電源與地之間加上電壓，當 5 腳懸空時，則電壓比較器 A1 的反相輸入端的電壓為 2VCC /3，A2 的同相輸入端的電壓為VCC /3。若觸發(fā)輸入端 TR 的電壓小于VCC /3，則比較器 A2 的輸出為 1，可使 RS 觸發(fā)器置 1，使輸出端 OUT=1。如果閾值輸入端 TH 的電壓大于 2VCC/3，同時 TR 端的電壓大于VCC /3，則 A1 的輸出為 1，A2 的輸出為 0，可將 RS 觸發(fā)器置 0，使輸出為 0電平。 四、設計課題中

10、部分單元電路的原理說明 1. 校對電路 （1） 校對原理 ??? 在剛接通電源或者時鐘走時出現(xiàn)誤差時，則需要進行時間的校準。通?？梢栽谡c時刻和利用電臺或電視臺的信號進行校準，也可以在其他時刻利用別的時間標準進行校對。校對時間總是在我們選定的標準時間到來之前進行的，一般來說，分四個步驟：首先把小時計數(shù)器置到所需的數(shù)字；然后再將分計數(shù)器置到所需數(shù)字；在此同時或之后，應將秒計數(shù)器清零，時鐘暫停計數(shù)，處于等待啟動階段；當選定的標準時刻到達的瞬間，按起動按鈕，電路則從所預置時間開始計數(shù)。由此可知，校時電路應具有預置小時，預置分、等待啟動、計時四個階段，因此，在設計校對電路時，應能方便、可靠地實現(xiàn)

11、這四個階段所要求的功能。必須注意，增加校對電路不能影響時鐘的正常計時。 （2） 兩種校時方案 ??? ①利用與或門，原理見圖一。 ??? 當Q=1,Q=0，輸入的預置信號可以傳到時計數(shù)器的CP端，進行校時工作；而分進位信號被封鎖。 2. 自動報時原理 ????經(jīng)過分析我們知道，要實現(xiàn)整點自動報時，應當在產(chǎn)生分進位信號（整點到）時，響第一聲，但究竟響幾下，則要由時計數(shù)的狀態(tài)來確定。由于時計數(shù)器為12進制，報時要求12小時循環(huán)一次，所以需要一個12進制計數(shù)器來計響聲的次數(shù)，由分進位信號來控制報時的開始，每響一次讓響聲計數(shù)器計一個數(shù)，將小時計數(shù)器與響聲計數(shù)器的狀態(tài)進行

12、比較，當它們的狀態(tài)相同時，比較電路則發(fā)出停止報時的信號。圖五所示為以上自動報時原理的方框圖。 ???當時鐘計數(shù)器計到2點正時，應發(fā)出兩聲報時。從波形可以看出，當分進位信號產(chǎn)生負脈沖時，觸發(fā)器被置為1狀態(tài)，Q=1，在Vk的控制下，響一秒、停一秒。由于此時的小時計數(shù)器的狀態(tài)為“2“，當響了第二聲之后，響聲計數(shù)器也計到“2”的狀態(tài)，經(jīng)電路比較后，輸出一負脈沖信號加至RS觸發(fā)器的控制端，使RS觸發(fā)器變?yōu)?狀態(tài)，即Q=0，停止報時。 ???幾種自動報時方案比較 （1）直接利用小時計數(shù)器輸出狀態(tài)與響聲計數(shù)器的狀態(tài)加以比較，來控制音響電路。由于小時計數(shù)器是由十位和個位計數(shù)器組成，且十位計數(shù)器為二進制計

13、數(shù)器，個位計數(shù)器為十進制計數(shù)器，其輸出狀態(tài)為五位二進制數(shù)，因此這時響聲計數(shù)器也應為與此相對應的五位二進制計數(shù)器（同樣由十位和個位計數(shù)器構成），然后將其狀態(tài)與時計數(shù)器的加以比較。如圖七所示。 （2）如果利用一塊集成電路芯片構成四位十二進制的響聲計數(shù)器。那么在小時計數(shù)器與響聲計數(shù)器的狀態(tài)進行比較時，必須注意，這時的響聲計數(shù)器為四位計數(shù)器，而小時計數(shù)器為五位計數(shù)器，兩者不能直接加以比較，應先將五位的小時計數(shù)器的狀態(tài)轉換為相應的四位狀態(tài)，然后再與響聲計數(shù)器的狀態(tài)相比較。如圖八所示。 ??? （3）響聲計數(shù)器采用減法計數(shù)器。當分進位信號到來的同時，將小時計數(shù)器的新狀態(tài)分別置入響聲計數(shù)器（五位）的十位和個位，然后每響一聲響聲計數(shù)器減一，當其十位和個位均減至0時，輸出一控制信號，使觸發(fā)器的狀態(tài)Q為0，以便封鎖報時通路。如圖九所示。 五、功能模塊 1. 校正電路 校正電路,其電路如圖所示: 當開關打到上端時電路進入校準功能,當開關打到下端時電路進入正常計時功能。 2. 自動報時電路 音頻振蕩器 3. 自動報時電路 六、總體設計電路圖 總仿真圖 總電路圖