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文檔簡介
1、<p><b> 摘要</b></p><p> 數字鐘是一個將“ 時”,“分”,“秒”顯示于人的視覺器官的計時裝置。它的計時周期為24小時,顯示滿刻度為23時59分59秒。一個基本的數字鐘電路主要由秒信號發(fā)生器、“時、分、秒、”計數器、譯碼器及顯示器組成。由于采用純數字硬件設計制作,與傳統(tǒng)的機械表相比,它具有走時準,顯示直觀,無機械傳動裝置等特點。</p>
2、;<p> 本設計中的數字時鐘采用數字電路實現對“時” 、“分”、“秒”的顯示和調整。通過采用各種集成數字芯片搭建電路來實現相應的功能。具體用到了555震蕩器,74LS90及與非,異或等門集成芯片等。該電路具有計時和校時的功能。</p><p> 在對整個模塊進行分析和畫出總體電路圖后,對各模塊進行仿真并記錄仿真所觀察到的結果。</p><p> 實驗證明該設計電路基本
3、上能夠符合設計要求!</p><p> 關鍵詞 振蕩器、 計數器 、譯碼顯示器、Multisim2001</p><p><b> 目錄</b></p><p> 第一節(jié) 系統(tǒng)概述--------------------------------------------------------------------
4、---3</p><p> 1.1 系統(tǒng)設計思路與總體方案------------------------------------------------------3</p><p> 第二節(jié) 單元電路設計與分析-------------------------------------------------- 4</p><p> 2.1 振蕩器---
5、---------------------------------------------------------------------------4</p><p> 2.2 分頻器------------------------------------------------------------------------------6</p><p> 2.3 計數器-----
6、-------------------------------------------------------------------------6</p><p> 2.4 顯示器------------------------------------------------------------------------------8</p><p> 2.5 校時電路------
7、---------------------------------------------------------------------9</p><p> 第三節(jié) 電路的總體設計與調試--------------------------------------------10</p><p> 第四節(jié) 設計總結----------------------------------
8、---------------------------------12</p><p> 附錄----------------------------------------------------------------------------------------------13</p><p> 參考文獻-------------------------------------
9、-------------------------------------------------17</p><p><b> 第一節(jié) 系統(tǒng)概述</b></p><p> 數字電子鐘是由多塊數字集成電路構成的,其中有振蕩器,分頻器,校時電路,計數器,譯碼器和顯示器六部分組成。振蕩器和分頻器組成標準秒信號發(fā)生器,不同進制的計數器產生計數,譯碼器和顯示器進
10、行顯示,通過校時電路實現對時,分的校準。</p><p> 1.1 系統(tǒng)設計思路與總體方案</p><p> 數字時鐘基本原理的邏輯框圖如下所示:</p><p> 由上圖可以看出,振蕩器產生的信號經過分頻器作為產生秒脈沖,秒脈沖送入計數器,計數結果經過“時”、“分”、“秒”,譯碼器,顯示器顯示時間。其中振蕩器和分頻器組成標準秒脈沖信號發(fā)生器,由不同進制的計
11、數器,譯碼器和顯示電路組成計時系統(tǒng)。秒信號送入計數器進行計數,把累計的結果以“時”,“分”、“秒”的數字顯示出來。“時”顯示由二十四進制計數器,譯碼器,顯示器構成;“分”、“秒”顯示分別由六十進制的計數器,譯碼器,顯示器構成;校時電路實現對時,分的校準。</p><p> 第二節(jié) 單元電路設計與分析</p><p> 由圖1的系統(tǒng)圖知其由振蕩器、分頻器、計數器、譯碼器、
12、60;顯示器、校正電路組成。</p><p><b> 振蕩器</b></p><p><b> 2.1.1</b></p><p> 秒發(fā)生電路---振蕩器是計時器的核心,振蕩器的穩(wěn)定度和頻率的精確度決定了計時器的準確度。一般來說,振蕩器的頻率越高,計時精度就越高,但耗電量將越大。所以,在設計電路時要根據需要而設計
13、出最佳電路。</p><p> 在本設計中,采用的是精度不高的,由集成電路555與RC組成的多諧振蕩器。其具體電路如下圖2所示;</p><p> 接通電源后,電容C1被充電,vC上升,當vC上升到大于2/3VCC時,觸發(fā)器被復位,放電管T導通,此時v0為低電平,電容C1通過R2和T放電,使vC下降。當vC下降到小于1/3VCC時,觸發(fā)器被置位,v0翻轉為高電平。電容器C1放電結束,所
14、需的時間為 : </p><p> 當C1放電結束時,T截止,VCC將通過R1、R2向電容器C1充電,vC由1/3VCC上升到2/3VCC所需的時為:</p><p> 當vC上升到2/3VCC時,觸發(fā)器又被復位發(fā)生翻轉,如此周而復始,在輸出端就得到一個周期性的
15、方波,其頻率為 </p><p><b> 。 </b></p><p> 本設計中,由電路圖和f的公式可以算出,微調R3=60k左右,其輸出的頻率為f=1000Hz.</p><p><b> 2.1.2</b></p><p> 振蕩器,除
16、了可以由上一節(jié)介紹的除外,如果對精度有較高要求的話,還可以用石英晶體構成的振蕩器,這里簡單介紹一下:</p><p><b> 如下電路圖3所示;</b></p><p> 電路振蕩頻率為100KHz,把石英晶體串接在由非門2,3組成的振蕩反饋電路中,非門4是振蕩器整形緩沖級。憑借與石英晶體串聯的微調電容,可以對振蕩器的頻率作微量的調節(jié)。</p>&
17、lt;p><b> 2 .2 分頻器</b></p><p> 分頻器的功能主要有兩個:一個是產生標準秒脈沖信號;二是提供功能擴展電路所需要的信號,如仿電臺報時用的1000Hz的高音頻信號和500Hz的低音頻信號等。</p><p> 本設計中,由于振蕩器產生的信號頻率太高,要得到標準的秒信號,就需要對所得的信號進行分頻。這里所采用的分頻電路是由3個總規(guī)模
18、計數器74LS90來構成的3級1/10分頻。</p><p> 其電路圖如下圖4所示:</p><p><b> 圖4</b></p><p> 從圖4可以看出,由振蕩器的1000Hz高頻信號從U1的14端輸入,經過3片74LS90的三級1/10分頻,就能從U3的11端輸出得到標準的秒脈沖信號。相應的如果輸入的是100KHz時,就需要5片
19、進行5級分頻,電路圖畫法和上圖4一樣,同理依次類推。</p><p><b> 2.3計數器</b></p><p> 由圖1的方框圖可以清楚的看到,顯示“時”、“分”、“秒”需要6片中規(guī)模計數器;其中“秒”、“分”各為60進制計數,“時”為24進制計數。在本設計中均用74LS90來實現:</p><p> 2.3.1 六十進制計數器&l
20、t;/p><p> “秒”計數器電路與“分”計數器電路都是六十進制,它由一級十進制計數器和一級六進制計數器連接構成,如圖5所示,是采用兩片中規(guī)模集成電路74LS90串接起來構成的“秒”,“分”計數器。</p><p><b> 圖5</b></p><p> 由圖5可知,U1是十進制計數器,U1的QD作為十進制的進位信號,74LS90N計數器
21、是十進制異步計數器,用反饋清零法來實現十進制計數,U2和與非門組成六進制計數。74LS90N是在CP信號的下降沿觸發(fā)下進行計數,U2的QA和QC相與0101的下降沿,作為“分(時)”計數器的輸入信號。U2的輸出0110高電平1分別送到計數器的R01、R02端清零,74LS90N內部的R01、R02與非后清零而使計數器歸零,完成六進制計數。由此可見,U1和U2串接實現了六十進制計數。</p><p> 2.3.2
22、 二十進制計數器</p><p> “時”計數為24進制的,在本設計中24進制的計數電路也是由兩個74LS90組成的二十四進制計數電路,如圖6所示。</p><p><b> 圖6</b></p><p> 由圖6看出,當“時”個位U4計數器輸入端A(14腳)來到第10觸發(fā)信號時,U4計數器清零,進位端QD向U3“時”十位計數器輸入進位信
23、號,當第24個“時”(來自“分”計數器輸出的進位信號脈沖到達時U3計數器的狀態(tài)位“0100”,U4計數器的狀態(tài)為“0010”,此時“時”個位計數器的QC,和“時”十位計數器的QB輸出都為“1”,相與后為“1”。把它們分別送入U3和U4計數器的清零端R01和R02,通過74LS90N內部的與非后清零,計數器復零,從而完成二十四進制計數。</p><p><b> 2.4顯示器</b><
24、/p><p> 用七段發(fā)光二極管來顯示譯碼器輸出的數字,顯示器有兩種:共陰極和共陽極顯示器。74LS48譯碼器譯碼的是高電平,所以對應的顯示器應為共陰極顯示器。在本設計中用的是解碼七段排列顯示器,即包含譯碼器的七段顯示器。其圖形管腳如下圖7所示:</p><p><b> 圖7</b></p><p> U2是一個解碼七段排列顯示器,由1、2
25、、3、4腳輸入二進制數,就可顯示數字;</p><p> 而U3是個譯碼器,和未解碼的七段顯示管U1也可以構成顯示器,連接如上面所示。</p><p><b> 2.5較時電路</b></p><p> 當剛接通電源或計時出現誤時,都需要對時間進行校正。校正電路如下圖8所示:</p><p><b>
26、圖8</b></p><p> 第三章 電路的總體設計與調試</p><p> 由第二章介紹的電路各個部分的子電路構成的各個部分的功能,再由第一章的數字時鐘的系統(tǒng)原理框圖,可以清楚的知道了總體的電路情況。下面圖9(下一頁)就時本設計的總體電路:</p><p> 由圖9可以看出和清楚的整個數字時鐘的總體工作原理和整個工作過程:</p>
27、<p> 由555和RC構成的振蕩器產生的1000Hz的高頻信號經過由3片74LS90構成的1/1000分頻的分頻器后得到標準的秒脈沖信號,進入60進制的“秒”計時,“秒”的分位進入60進制的“分”計時,最后,由分的“時”進位進入24進制的“時”計時。</p><p> 在電路中,還有由門電路和開關構成的校時電路對電路的“時”,“分”進行校時,得到正確的時間。</p><p&g
28、t; 圖2-圖7各個部分功能的電路和圖9的總體數字時鐘的電路均在電子電路計算機仿真軟件Multisim2001中進行調試和仿真二得到的。</p><p><b> 第四節(jié) 設計總結</b></p><p> 通過本次設計,使我對已學過的電路、數電、模電等電子技術的知識有了更深一步的了解,鍛煉和培養(yǎng)了自己利用已學知識來分析和解決實際問題的能力。對自己以后的學習和工
29、作有很大的幫助。</p><p> 剛開始做這個設計的時候感覺自己什么都不知道怎么下手,腦子里比較浮躁和零亂。但通過一段時間的努力,通過重溫數電,模電等電子技術的書籍,還有通過查看相關的設計技術以及一些參考文獻,再加之在老師的指導和周圍同學的幫助下,使我對自己的本設計有了熟練的掌握。</p><p> 在整個的設計過程中我充滿了激情和用心。記得在電子電工實習的時候,也是用滿腔的熱情來完
30、成各項實習任務,并在每項實習項目中都達到了優(yōu)秀的成績。 所以,我相信自己的實際動手能力,并一向的加強自己在這方面的努力。在這次的電子技術設計中亦是如此,用自己的雙手和滿腔的熱情來完成各個環(huán)節(jié),不斷的在圖書管查看相關資料和期刊文獻,特別在Internt上也收收獲了很多新鮮的東西。這次設計更讓我熟悉了一些常用集成邏輯電路和其相應芯片的使用。</p><p> 雖然,在本設計中所用的方案不是最好的,但我想其中的原理是
31、最基本的;雖然其中可能出現的誤差會計較大些,但是是最經濟的和實用的,我想在下去的一段時間里,我會將其的實物在一個PLC板實現出來,當然也有可能做成一個成型的數字時鐘哦.</p><p> 最后,我要衷心的感謝唐老師給了我一次實踐的機會,讓我更加深刻地了解和認識到了自己的優(yōu)點和不足,通過這個課程設計我發(fā)現了我好多知識都不熟悉甚至有的東西我根本就不知道,這讓我感到了要學習的東西還有很多很多。因此使我更堅定了在以后的
32、學習中要扎實好基礎,闊廣知識面。</p><p> 附錄 部分芯片功能參數表</p><p> 5.1.1 74LS90</p><p> 74LS90的引腳圖如下圖10所示</p><p><b> 圖10</b></p><p> 74LS90的功能表</p>&l
33、t;p> 5.1.2 74LS48</p><p> 74LS48的引腳圖如下圖11所示:</p><p> 74LS48的功能表:</p><p> 5.1.3 555</p><p> 555定時器(又稱時基電路)是一個模擬與數字混合型的集成電路。555定時器是一種應用極為廣泛的中規(guī)模集成電路。該電路使用靈活、方
34、便,只需外接少量的阻容元件就可以構成單穩(wěn)、多諧和施密特觸發(fā)器。因而廣泛用于信號的產生、變換、控制與檢測。 目前生產的定時器有雙極型和CMOS兩種類型,其型號分別有NE555(或5G555)和C7555等多種。它們的結構及工作原理基本相同。通常,雙極型定時器具有較大的驅動能力,而CMOS定時器具有低功耗、輸入阻抗高等優(yōu)點。555定時器工作的電源電壓很寬,并可承受較大的負載電流。雙極型定時器電
35、源電壓范圍為5~16V,最大負載電流可達200mA;CMOS定時器電源電壓范圍為3~18V,最大負載電流在4mA以下。</p><p> 555的引腳圖如下圖12:</p><p><b> 圖12</b></p><p> 555的內部電路和功能:</p><p><b> 圖13</b>
36、;</p><p> 上面圖13 是555定時器內部組成框圖。它主要由兩個高精度電壓比較器A1、A2,一個RS觸發(fā)器,一個放電三極管和三個5KΩ電阻的分壓器而構成。</p><p> 它的各個引腳功能如下:</p><p> 1腳:外接電源負端VSS或接地,一般情況下接地。</p><p> 8腳:外接電源VCC,雙極型時基電路VCC
37、的范圍是4.5 ~ 16V,CMOS型時基電路VCC的范圍為3 ~ 18V。一般用5V。</p><p><b> 3腳:輸出端Vo</b></p><p><b> 2腳:低觸發(fā)端</b></p><p><b> 6腳:TH高觸發(fā)端</b></p><p> 4腳:
38、是直接清零端。當端接低電平,則時基電路不工作,此時不論、TH處于何電平,時基電路輸出為“0”,該端不用時應接高電平。</p><p> 5腳:VC為控制電壓端。若此端外接電壓,則可改變內部兩個比較器的基準電壓,當該端不用時,應將該端串入一只0.01μF電容接地,以防引入干擾。</p><p> 7腳:放電端。該端與放電管集電極相連,用做定時器時電容的放電。</p><
39、;p> 在1腳接地,5腳未外接電壓,兩個比較器A1、A2基準電壓分別為的情況下,其功能如下表:</p><p> 555定時器的功能表</p><p><b> 參考文獻</b></p><p> (1)康華光.電子技術基礎(第五版).北京:高等教育出版社;2005.</p><p> ?。?)閻石.數字電
40、子技術基礎(第四版). 北京:高等教育出版社,2005.</p><p> (3)黃智偉.電子電路計算機仿真設計與分析.北京:電子工業(yè)出版社,2006.</p><p> ?。?)呂思忠 施齊云.數字電路實驗與課程設計.哈爾濱:哈爾濱工程大學出版社;2001.</p><p> ?。?)毛期儉等;數字電路與邏輯設計實驗及應用.北京;人民郵電出版社;2005 .&l
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