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数字钟的设计与仿真（数字电子技术课程设计）.doc

发布时间：2022-06-09 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.12M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    武汉理工大学《数字电子技术》课程设计说明书 目录 1 绪论-----------------------------------------------------------------------------------------1 2 设计方案概述-------------------------------------------------------------------------2 2.1 系统设计思路与总体方案---------------------------------------------------------------2 2.2 总体工作过程------------------------------------------------------------------------------2 2.3 各功能块的划分和组成------------------------------------------------------------------3 3 单元电路设计与分析--------------------------------------------------------------3 3.1 秒信号的发生电路------------------------------------------------------------------------3 3.2 时、分、秒计数电路---------------------------------------------------------------------4 3.2.1 秒部分-----------------------------------------------------------------------------------5 3.2.2 分部分-----------------------------------------------------------------------------------5 3.2.3 时部分-----------------------------------------------------------------------------------6 3.3 校正时、分电路---------------------------------------------------------------------------7 3.3.1 校分电路--------------------------------------------------------------------------------7 3.3.2 校时电路--------------------------------------------------------------------------------8 3.4 整点报时电路------------------------------------------------------------------------------8 3.5 闹钟功能电路------------------------------------------------------------------------------9 5 电路的调试与仿真-----------------------------------------------------------------9 4 总体电路原理图---------------------------------------------------------------------11 6 元器件清单-----------------------------------------------------------------------------12 7 设计体会及心得---------------------------------------------------------------------12 参考文献------------------------------------------------------------------------------------14 I
    武汉理工大学《数字电子技术》课程设计说明书 1 绪论 电子技术是 21 世纪发展最为迅速的领域之一，这主要得益于集成电路和计算机 技术的迅速发展。这两项技术既是电子技术发展的产物，又是电子技术持续发展的 推动力。集成电路和计算机技术的飞速发展，将人类社会带入信息时代，在这样的 时代背景下，掌握电子技术对我们来说是非常重要的。要掌握一门技术，不仅要具 有理论的知识，还要经过不断实践，而课程设计对我们来说就是一种很好的实践方 法。 时间对人们来说总是那么宝贵，工作的忙碌性和繁杂性容易使人忘记当前的时 间。忘记了要做的事情，当事情不是很重要的时候，这种遗忘无伤大雅。但是，一 旦重要事情，一时的耽误可能酿成大祸。例如，许多火灾都是由于人们一时忘记了 关闭煤气或是忘记充电时间。尤其在医院，每次护士都会给病人作皮试，测试病人 是否对药物过敏。注射后，一般等待 5 分钟，一旦超时，所作的皮试试验就会无效。 手表当然是一个好的选择，但是，随着接受皮试的人数增加，到底是哪个人的皮试 到时间却难以判断。所以，要制作一个定时系统，随时提醒这些容易忘记时间的人。 钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便，而且大大地扩展了钟表原先 的报时功能。诸如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、 定时启闭电路、定时开关烘箱、通断动力设备，甚至各种定时电气的自动启用等， 所有这些，都是以钟表数字化为基础的。因此，研究数字钟及扩大其应用，有着非 常现实的意义。 本报告就是对这次课程设计的总结。主要包含了以下内容：简单介绍了系统设 计思路和方案，详细介绍各单元电路的原理，介绍了在调试过程中碰到的问题和解 决方法，总结了课程设计的收获和体会。 本次课程设计的题目是设计一个数字钟，要求具有以下功能：显示时、分、秒 （如 11：52：45）；可实现手动或自动的对时、分进行校正；计时过程具有报时功 能，当时间到达整点时进行报时；有闹钟功能，在达到闹钟时间，闹钟开始起闹并 持续一分钟。 1
    武汉理工大学《数字电子技术》课程设计说明书 2 设计方案概述 2.1 系统设计思路与总体方案 一个最简单的数字钟由秒信号发生电路，时、分、秒计数电路，译码显示电路 组成，要求有校正时、分和整点报时，闹钟功能，故要加入校时电路和报时电路， 闹钟功能电路。因此其原理可由如下的框图表示出来： 图 2-1 原理框图 2.2 总体工作过程 一、时间的前进和显示的实现 首先由秒信号产生电路生产秒信号，将此信号接到秒计数器的信号输入端。接 着，在这个秒信号的驱动下，秒计数器向分计数器进位，分计数器向时计数器进位， 最后通过译码器将计数器中的状态以时间的形式显示出来，这样就实现了时间的前 进和显示功能。 二、整点报时的实现 在时、分计数器的输出端接收整点的信号，既驱动蜂鸣器的频率信号，从而推 2
    武汉理工大学《数字电子技术》课程设计说明书 动执行部件（蜂鸣器）的工作。 三、校正时、分的实现 在秒向分进位的路径中加入一条用手动产生信号的路径，并通过开关来选择接 通两条中的手动信号，从而实现对分的校正。对时的校正的方法与此相同。 四、闹钟功能的实现 由门电路将计数电路和闹钟电路连接起来，由蜂鸣器实现闹钟功能。 2.3 各功能块的划分和组成 一、秒信号产生电路 这部分电路由集成电路 555 定时器与 RC 组成的多谐振荡器。 二、时、分、秒计数电路及译码、显示电路 这部分电路包括 6 个 BCD 码计数器，其中两组接成 60 进制，剩下一组接成 12 进制，及相应的译码显示器。之所以要用 BCD 码计数器，是因为时、分、秒都 是要用两位十进制数表示的，因而时、分、秒的个位和十位所对应的计数器的状态 输出都应该是 BCD 码。又因为时的显示方式是 12 进制的，故 3 个计数器分别要接 成 12、60、60 进制的。所用芯片都为 74ls290。 三、时、分的校正电路 这部分电路由产生调节信号的装置和数据选择器组成，用单刀双掷开关控制。 四、整点报时电路 这部分电路由控制音响的频率信号采集电路、蜂鸣器组成。 五、闹钟功能电路 这部分电路由门电路将时分秒计数电路和闹钟电路组合起来，产生的信号接到 蜂鸣器而构成闹钟电路。 3
    武汉理工大学《数字电子技术》课程设计说明书 3 单元电路的设计和分析 3.1 秒信号的发生电路 由前面介绍知道，秒信号发生电路由集成电路 555 定时器与 RC 组成的多谐振 荡器构成。需要的芯片有集成电路 555 定时器，还有电阻和电容。下图为其电路图： 图 3-1 秒信号发生电路 振荡电路是数字钟的核心部分，它的频率和稳定性直接关系到表的精度。因此选择 555 定时器构成的多谐振荡器，其中电容 C1 为 47 微法，C2 为 0.01 微法，两个电阻 R1=R2=10K 欧姆。此时在电路的输出端就得到了一个周期性的矩形波，其振荡频率 为： f=1.43/[( R1+2 R2)C] (3-1) 由公式（3-1）代入 R1 ，R2 和 C 的值得，f=1Hz。即其输出频率为 1Hz 的矩形 4
    武汉理工大学《数字电子技术》课程设计说明书 波信号。 3.2 时、分、秒计数电路 显然，这部分电路可分成三小块组成，分别为秒部分、分部分和时部分，在将 这三部分进行一定的连接就可得到完整的时、分、秒计数电路。 3.2.1、秒部分 该部分的实质是一个 60 进制的计数器，它的 CP 脉冲是前面生成的秒信号，它 的清零信号可以作为向分进位的进位信号。它需要的元件有 74LS290。下面是电路 连接图： 图 3-2-1 秒计数电路 3.2.2、分部分 这部分电路与秒部分电路很相似，只是它的输入的 CP 是秒部分电路产生的进 位信号，它的清零信号作为向时进位时的进位信号。需要元件和电路图也一样，如 下： 5
    武汉理工大学《数字电子技术》课程设计说明书 图 3-2-2 分计数电路 3.2.3、时部分 这部分电路实际上是一个 12 进制的计数器，它的输入 CP 为分部分的进位信 号，需要的元件与秒、分电路一致。电路图如下： 图 3-2-3 小时计数电路 6
    武汉理工大学《数字电子技术》课程设计说明书 3.3 校正时、分电路 3.3.1、校分电路 实现分的校准的基本思路是：断开原来正常的分输入信号即秒电路的进位信号， 把频率可以认为控制的手动脉冲接入，从而实现快速的人为的分计数，当到达准确 的数值后再接入正常的计数脉冲，进行正常的前进。很显然，为了实现这一功能， 可以选用必要的门电路，通过单刀双掷开关来选择接入分的输入信号的是正常的秒 进位信号还是手动脉冲，从而实现对分的校正。用这种方法还有一个好处，就是当 对分校正时，因为正常的秒进位信号已经不能输入进来了，所以秒的前进不会对分 产生任何的影响。以下为接线图： 图 3-3-1 校分电路 可以用下表来表示它的工作情况： 表 2 校时电路工作状态 电键状态 选择的输入信号 电路的工作状态 打开 S4（接‘1’） 断开 S4（接‘0’） 手动脉冲 校正状态 秒进位脉冲 正常计数状态 7
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