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数字钟设计 计数器.doc

发布时间：2022-06-08 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.29M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    1、多谐振荡器
    2、分频器：
    课 程 设 计 报 告 书 专 用 纸 一．摘要 数字钟是采用数字电路实现对时,分,秒。数字显示的计时装置,广泛用于个人家 庭,车站, 码头办公室等公共场所,成为人们日常生活中不可少的必需品,由于数字集 成电路的发展和石英晶体振荡器的广泛应用,使得数字钟的精度,超过老式钟表, 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。因此，研究数字钟及扩大其应用，有着非常现实的意义。 数 字 钟 计 时 的 标 准 信 号 应 该 是 频 率 相 当 稳 定 的 1HZ 秒 脉 冲 ，所 以 要 设 置 标 准 时 间 源 。 数 字 钟 计 时 周 期 是 24 小 时 ，因 此 必 须 设 置 24 小 时 计 数 器 ，应 由 模 为 60 的 秒 计 数 器 和 分 计 数 器 及 模 为 24 的 时 计 数 器 组 成 ， 秒 、 分 、 时 由 七 段 数 码 管 显 示 。 为 使 数 字 钟 走 时 与 标 准 时 间 一 致 ，校 时 电 路 是 必 不 可 少 的 。设 计 中 采 用 开 关 控 制 校 时 直 接 用 秒 脉 冲 先 后 对“ 时 ”“ 分 ”“ 秒 ”计 数 器 进 行 校 时 操 作 。 能 进 行 整 点 报 时 。在 从 59 分 50 秒 开 始 ，每 隔 2 秒 钟 发 出 一 次 低 音“ 嘟 ” 的 信 号 ，连 续 五 次 ，最 后 一 次 要 求 最 高 音“ 嘀 ”的 信 号 ，此 信 号 结 束 即 达 到 正 点 。 1.目 的 二 ． 设 计 任 务 1.掌 握 数 字 钟 的 设 计 ， 组 装 与 调 试 方 法 。 2． 熟 悉 集 成 电 路 的 使 用 方 法 。 2.内 容 及 要 求 1.设 计 一 个 具 有“ 时 ”，“ 分 ”，“ 秒 ”显 示 的 电 子 钟（ 23 小 时 59 分 59 秒 ）。 应 具 有 校 时 功 能 。 2．用 中 小 规 模 集 成 电 路 组 成 电 子 钟 ，并 在 实 验 箱 上 进 行 组 装 ，调 试 。 3.画 出 框 图 和 逻 辑 电 路 图 ， 写 出 设 计 ， 实 验 总 结 报 告 。 3.主 要 元 器 件 1.七 段 显 示 器 (共 阴 极 ) 2.74ls47 3.74ls90 4.4MHZ 石 英 晶 振 5.74ls10 6.74ls04 7.74ls74 6 片 6 片 12 片 一 片 或 5G555 定 时 器 1 片 74ls00 10 片 1 片 1 片 第 1 页 共 9 页
    课 程 设 计 报 告 书 专 用 纸 三．总 体 方 案 数字电子钟的原理方框图如图所示。干电路系统由秒信号发生器、 “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 用石英晶体振荡器加分频器来实现。将标准秒信号送入“秒计数器”，“秒 计数器”采用 60 进制计数器，每累计 60 秒发现胡一个“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 分钟，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 进制计时器，可实现对一天 24 小时的累计。 译码显示电路将“时”、“分”、“秒”计数器的输出状态由七段显示译码器 译码，通过六位 LED 七段显示器显示出来。整点报时电路时根据计时系统 的输出状态产生一脉冲信号，然后去触发一音频发生器实现报时。校时电 路时用来对“时”、“分”、“秒”显示数字进行校对调整的。 译码、显示 译码、显示 译码、显示 整点报时 24 进制计数器 60 进制计数器 60 进制计数器 校时 校分 校秒 校时控制 晶体振荡器 分频器 图 3.1 数字电子时钟系统框图 第 2 页 共 9 页
    课 程 设 计 报 告 书 专 用 纸 四．各部分电路原理及分析 1、多谐振荡器 该 555 多谐振荡器输出频率为 1000HZ。即：f=1.43/(R1+2R2)C， 改变电容 C1 的值可以改变输出频率（C1=100000nf 时，f=1Hz）。 图 4.1 多谐振荡器 这里将用 C1=100000nf 时 f=1Hz 的 555 多谐振荡器。当要用 C1=100nf 时就得用下面 所介绍的分频器及上面介绍的校正电路。 2、分频器： 分频器将 7490 接成 10 进制计数器，这样每过一级频率会变为原来的 1/10。 如图所示，经过 3 级分频后能得到 1HZ 的秒信号。这里也可以用 74160 接成 10 进制 计数器 图 4.2 分频器 4、秒、分、时计数器设计 秒、分计数器为 60 进制计数器，小时计数器为 24 进制计数器。实现这两种模数 的计数器采用中规模集成计数器 74LS160。74LS160 既有清零端，又有“置数”功能。 第 3 页 共 9 页
    课 程 设 计 报 告 书 专 用 纸 （1）、60 进制计数器 图 4.3 74ls160 组成的六十进制计数器 由 74LS160 构成的 60 进制计数器如图所示。采用整体置数法接成的 60 进制的计 数器。首先仍需将两片 74160 接成百进制计数器。然后将电路的 59 状态译码产生 LD`=0 信号，同时加到两片 74160 上，在下一个脉冲到达时，将 0000 置入两片 74160 中， 从而得到六十进制计数器。 （2）、24 进制计数器 由 74LS160 构成的 24 进制计数器如图所示。采用整体置数法接成的 24 进制的计 数器。首先仍需将两片 74160 接成百进制计数器。然后将电路的 23 状态译码产生 LD`=0 信号，同时加到两片 74160 上，在下一个脉冲到达时，将 0000 置入两片 74160 中， 从而得到 24 进制计数器。 第 4 页 共 9 页
    课 程 设 计 报 告 书 专 用 纸 图 4.4 74ls160 组成的二十四进制计数器 5、译码显示电路 译码电路的功能是将“秒”“分”“时”计数器的输出代码进行编译，变成相应的 数字。当输出管截止，输出为高电平时，流过发光二极管的电流由 VCC 经 2K 上拉电 阻提供的。当 VCC=5V 时，这个电流只有 2MA 左右。如果数码管需要的电流大于这个 数值时，则应在 2K 的上拉电阻上再并联适当的电阻。 第 5 页 共 9 页
    课 程 设 计 报 告 书 专 用 纸 图 4.5 译码显示电路 6、校时电路 数字时钟启动后，每当数字时钟显示与实际时间不同时，需要根据标准时间进行 较时，简单有效的较时电路图。 校秒时，采用等待校时。当进行校时时，将琴键开关 K1 按下，此时电路 G1 被封 第 6 页 共 9 页
    课 程 设 计 报 告 书 专 用 纸 锁，秒信号进入不到“秒计数器”中，此时暂停秒计时。当数字钟秒显示值与标准时 间秒数相同时，立即松开开关 K1，数字秒显示与标准时间秒计时同步运行，完成秒校 时。校“分”、“时”的原理比较简单，采用加速。例如“分”校时使用 G2、G3、G4 三个与非门，当进行“分”校时时，按下琴键开关 K2，由于门 G3 输出高电平，秒脉 冲信号直接显示与标准时间数值相符时，松开 K2 即可。当松开 K2 时，门电路 G2 封 锁秒脉冲，输出高电平，门电路 G4 接受来自秒计数器的输出进位信号，使分计数器 正常工作。同理，“时”校时电路与“分”校时电路工作原理完全相同。 图 4.6 校时电路 7、整点报时电路 当计数器在每次计时到整点前 6 秒时，开始报时。即当“分”计数器到 59，“秒” 计数器为 54 时，要求报时发出一控制信号 F1，该信号持续时间为 5 秒钟，在这 5 秒 钟内使低音信号（500HZ 左右）打开闸门，使报时声鸣叫 5 声。当计数器运行到 59 分 59 秒时，要求报时电路发出另一控制信号 F2，该信号持续时间为 1 秒钟，在这 1 秒内使高音信号（1000HZ 左右）打开闸门，使报时声鸣叫 1 声。 74LS74 是双 D 触发器，具有“置数”和“清零”功能，且高电平有效。利用 74LS74 触发器的记忆功能，可完成实现 所要求的 F1，F2 信号。当“分”计数器和“秒”计 数器输出状态为 59 分 54 秒时，与门 G3 输出一高电平，使 74LS74 的第一个触发器的 输出 1Q 被置成高电平，此时整点报时的低音信号（512HZ）与秒信号同时被引入到蜂 鸣器中，使蜂鸣器每次叫 0.5 秒。一旦“分”和“秒”计数器输出状态为 59 分 59 秒 时，与门 G6 输出高电平，使触发器的输出 1Q 变成低电平，同时将 74LS74 的第二个 触发器的输出 2Q 置数为高电平。此时 封锁报时低音信号，开启高因 5 报时信号 （1024HZ），当满 60 钟进位信号一到，触发器的输出 2 Q 被清零。故蜂鸣器高音鸣叫 一次，历时 0.5 秒。 第 7 页 共 9 页
    课 程 设 计 报 告 书 专 用 纸 五．附图 第 8 页 共 9 页
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