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摘要
數(shù)字電子鐘是一種用數(shù)字顯示秒、分、時的記時裝置，與傳統(tǒng)的機械時鐘相比，它一般具有走時準確、顯示直觀、無機械傳勁裝置等優(yōu)點，因而得到了廣泛的應用。數(shù)字電子鐘的設計方法有許多種,例如可用中小規(guī)模集成電路組成電子鐘:也可以利用專用的電子鐘芯片配以顯示電路及其所需要的外圍電路組成電子鐘:還可以利用單片機來實現(xiàn)電子鐘等等。本課程設計采用的是中小規(guī)模集成電路法，時鐘信號發(fā)生器用555定時器做多諧振蕩器，產(chǎn)生1Hz時鐘脈沖;用74LS160設計兩個六十進制的計數(shù)器對“分”“秒”信號記數(shù)，二十四進制計數(shù)器對“時”信號記數(shù)、再通過“時”“分”校正電路進行時間的校正，實現(xiàn)數(shù)字電子鐘的功能。
1、設計題目
1.1設計指標及要求
2、整機電路框圖
2.1整機電路工作原理
3、基本元器件的選擇與原理
3.1 555定時器
3.2 計數(shù)器設計
3.2.1 分、秒位實現(xiàn)六十進制
3.2. 2 小時位實現(xiàn)二十四進制
3.3譯碼顯示電路
3.4校時電路
3.4.1 時時間校準電路
3.4.2 分時間校準電路
3.4.3 秒時間校準電路
4、致謝
5、設計總結
6、參考文獻
1、設計題目
數(shù)字鐘設計
1.1設計指標及要求
要求：
1.設計一個具有“時”、“分”、“秒”的十進制顯示計時器,要求為24小時循環(huán)。
2.具有校時、校分、校秒功能。
3.用集成電路組件實現(xiàn)；
給定條件
（1）直流電源任意
（2）晶振頻率100KHZ或32768HZ 。
選作：
※整點報時。在59分51秒、53秒、55秒、57秒、輸出750Hz音頻信號，在59分59秒時輸出1000Hz信號，音響持續(xù)1秒，在1000Hz音響結束時刻為整點。
2、整機電路框圖
2.1整機電路工作原理
電子鐘由信號發(fā)生器、“時、分、秒”計數(shù)器、譯碼器及顯示器、校時電路、整點報時電路等組成。秒信號產(chǎn)生器是整個系統(tǒng)的時基信號，它直接決定計時系統(tǒng)的精度，將標準秒脈沖信號送入“秒計數(shù)器”，該計數(shù)器采用60進制計數(shù)器，每累計60秒發(fā)出一個“分脈沖”信號，該信號將作為“分計數(shù)器”的時鐘脈沖。“分計數(shù)器”也采用60進制計數(shù)器，每累計60分發(fā)出一個“時脈沖”信號，該信號將被送到“時計數(shù)器”。“時計數(shù)器”采用24進制計數(shù)器，可以實現(xiàn)一天24h的累計。譯碼顯示電路將“時、分、秒”計數(shù)器的輸出狀態(tài)經(jīng)七段顯示譯碼器譯碼，通過六位LED顯示器顯示出來。整點報時電路是根據(jù)計時系統(tǒng)的輸出狀態(tài)產(chǎn)生-個脈沖信號，然后去觸發(fā)音頻發(fā)生器實現(xiàn)報時。校時電路是來對“時、分”顯示數(shù)字進行校對調整。
3、單元電路選擇與原理
3.1 秒脈沖
用555定時器制成多諧振蕩器產(chǎn)生1s的脈沖信號。
秒信號的發(fā)生電路
秒信號發(fā)生電路由集成電路555定時器與RC組成的多諧振蕩器構成。需要的芯片有集成電路555定時器，還有電阻和電容。下圖為其電路圖：
振蕩電路是數(shù)字鐘的核心部分，它的頻率和穩(wěn)定性直接關系到表的精度。因此選擇555定時器構成的多諧振蕩器，其中電容C1為47微法，C2為0.01微法，兩個電阻R1=R2=10K歐姆。此時在電路的輸出端就得到了一個周期性的矩形波，其振蕩頻率為： f=1.43/[(R1+2R2)C] 由公式（3-1）代入R1 ，R2和C的值得，f=1Hz。即其輸出頻率為1Hz的矩形波信號
3.2 計數(shù)器設計
獲得秒脈沖信號后，可根據(jù)60秒為1分，60 分為1小時，24小時為1天的規(guī)律計數(shù)。因此，計數(shù)器由“秒”計數(shù)器電路、“分”計數(shù)器電路和“時”計數(shù)器電路組成，“秒"、 “分”計數(shù)器為六十進制加法計數(shù)器，時計數(shù)器為二十四進制加法計數(shù)器。
3.2.1 分、秒位實現(xiàn)六十進制
六十進制加法計數(shù)器采用兩片中規(guī)模集成電路74L5160組成六十進制加法計數(shù)，可利用 7415160異步清零端通過反饋歸零的方法來實現(xiàn)，也可以利用7415160同步置數(shù)端用置數(shù)法來實現(xiàn)。
本設計由兩個741.5160 和74Ls00四2輸人與非門組成六十進制“秒”計數(shù)器，其中個位計數(shù)器接成十進制形式。十位計數(shù)器選擇Q1與Q2做反饋端，經(jīng)與非門輸出控制清零端CR非,接成六進制計數(shù)形式。個位與十位計數(shù)器之間采用同步級聯(lián)方式，將個位計數(shù)器的進位輸出控制端(CO)接至十位計數(shù)器的計數(shù)容許端P，完成個位對十位計數(shù)器的進位控制。秒信號脈沖作為計數(shù)脈沖輸人到CP端。同理，由兩個741S160 和741S00四2輸入與非門，組成六十進制“分"計數(shù)器電路。
3.2. 2 小時位實現(xiàn)二十四進制
二十四進制加法計數(shù)器。由兩個74LS160 ( IC8、IC9 )和74LS00四2輸人與非門組成二十四進制“時”計數(shù)器，個位與十位計數(shù)器均采用同步級聯(lián)方式。選擇十位計數(shù)器的輸出端Q1和個位計數(shù)器的輸出端Q2通過與非門控制兩片計數(shù)器的清零端，可實現(xiàn)二十四進制遞增計數(shù)。
3.3譯碼顯示電路
譯碼是將給定的代碼進行翻譯。計數(shù)器采用的碼制不同，譯碼電路也不同。用七段發(fā)光二極管來顯示譯碼器輸出的數(shù)字，顯示器有兩種:共陽極或共陰極顯示。譯碼和顯示電路是將“秒”、“分”、“時”計數(shù)器中每塊集成電路的輸出狀態(tài)(8421 代碼)翻譯成七段數(shù)碼管能顯示十進制數(shù)所要求的電信號，然后經(jīng)數(shù)碼管，把相應的數(shù)字顯示出來。譯碼器有多個型號可供選擇，如74LS248 (可驅動共陰極數(shù)碼管)、74LS247 (可驅動共陽極數(shù)碼管)、CD4511等。
本設計譯碼和顯示電路由74LS248和七段數(shù)碼管組成。此電路共需要六個7415248和六個七段數(shù)碼管。六個七段數(shù)碼管，隨著秒計數(shù)脈沖不斷的輸入和計時的變化，連續(xù)地進行時、分、秒計時顯示。一個741S248和一個七段數(shù)碼管組成的電路如圖4.26所示。
74LS248的譯碼輸出端通過限流電阻(9歐姆)與數(shù)碼管相連，以防電流過大燒壞發(fā)光二極管。改變限流電阻的大小，可以改變發(fā)光二極管的亮度。
3.4校時電路
校時電路的作用是當計時器剛接通電源或走時出現(xiàn)誤差時，實現(xiàn)對“時”，“分”，“秒” 的校準。在電路中設有正常計時和校時位置。校時電路可以采用手動校準或者自動校時。例如，自動校時以校分為例，當把開關打到校分時，分計數(shù)器的計數(shù)脈沖CP不是接到六十進制秒計數(shù)器的輸出，而是直接接到分頻電路的輸出的標準的秒信號上，使得分計數(shù)器進行快速的計數(shù)，而達到自動校分的目的。可用門電路或觸發(fā)器實現(xiàn)。
3.4.1 時時間校準電路
“時” 時間校準電路如圖4-2-7所示
由741LS08 四2輸人與門、74LS32 四2輸人或門、741LS02 四2輸入或非門組成。當校時開關處于校時位置，即接0電平，秒脈沖
信號經(jīng)或非門輸出，再到或門輸出接時計數(shù)器的計數(shù)脈沖CP,控制時計數(shù)器計時，每秒加1，當時計數(shù)器顯示出校準的小時數(shù)字時將開關置于5V電源，或非門輸出為低電平，時計數(shù)器的計數(shù)脈沖CP接分計數(shù)器的進位信號，恢復時計數(shù)器正常計數(shù)。
3.4.2 分時間校準電路
由741LS08 四2輸人與門、74LS32 四2輸人或門、741LS02 四2輸入或非門組成。當校時開關處于校時位置，即接0電平，分脈沖
信號經(jīng)或非門輸出，再到或門輸出接時計數(shù)器的計數(shù)脈沖CP,控制時計數(shù)器計時，每秒加1，當分計數(shù)器顯示出校準的分鐘數(shù)字時將開關置于5V電源，或非門輸出為低電平，分計數(shù)器的計數(shù)脈沖CP接分計數(shù)器的進位信號，恢復分計數(shù)器正常計數(shù)。
3.4.3 秒時間校準電路
秒時間校準電路如圖4-2-8所示
當校秒開關處于校秒位置時，即接0電平，與門741S08 的輸出為0電平，秒計數(shù)器停止計數(shù)，當秒計數(shù)顯示的時間與標準的秒時間相同時，將校秒開關置于高電平，秒信號脈沖通過與門74LS08的輸出作為計數(shù)脈沖輸人，恢復秒計數(shù)器正常的計數(shù)。
4、致謝
在學習中，老師嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度、豐富淵博的知識、精益求精的工作態(tài)度以及侮人不倦的師者風范是我終生學習的楷模,老師們的高深精湛的造詣與嚴謹求實的治學精神,將永遠激勵著我。這三年中還得到眾多老師的關心支持和幫助。在此，謹向老師們致以衷心的感謝和崇高的敬意!另外，感謝校方給予我這樣一次機會,能夠獨立地完成一個課程設計，并在這個過程當中,給予我們各種方便,使我們在這學期快要結束的時候,能夠將學到的知識應用到實踐中，增強了我們實踐操作和動手應用能力, 提高了獨立思考的能力。
感謝所有任課老師和所有同學在這三年來給自己的指導和幫助, 他們教會了我專業(yè)知識,教會了我如何學習，教會了我如何做人。正是由于他們,我才能在各方面取得顯著的進步,在此向他們表示我由衷的謝意。在這次課程設計的撰寫中，我得到 了許多人的幫助。首 先我要感謝我的老師在課程設計.上給予我的指導、提供給我的支持和幫助，這是我能順利完成這次設計的主要原因，更重要的是老師幫我解決了許多技術上的難題,讓我能把系統(tǒng)做得更加完善。在此期間,我不僅學到了許多新的知識,而且也開闊了視野,提高了自己的設計能力。其次 ，我要感謝幫助過我的同學，他們也為我解決了不少我不太明白的設計.上的難題。最后再一次感謝所有在設計中幫助過我的良師益友和同學。
5、設計總結
在進行電路的設計中，遇到了很多的問題,設計振蕩電路時，由于電源和地的選擇不正確，導致數(shù)碼管無法顯示，設計顯示電路時,沒有注意數(shù)碼管是共陰還是共陽，導致連接錯誤。設計校正電路時，剛開始的門電路選用2V的CmOS系列，導致校正電路無法發(fā)揮作用。后改用74LS系列，電路才發(fā)揮作用，通過自己親身設計，熟悉了芯片的結構及掌握了各芯片的工作原理和其具體的使用方法。也鍛煉了自己獨立思考問題的能力和通過查看相關資料來解決問題的習慣。雖然
這只是一次簡單的課程設計，但通過這次課程設計我們了解了課程設計的一般步驟，和設計中應注意的問題。
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