電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)自動報(bào)時(shí)數(shù)字鐘

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1、電子技術(shù)課程設(shè)計(jì) ——自動報(bào)時(shí)數(shù)字鐘 學(xué)院: 專業(yè)、班級: 姓名: 學(xué)號: 同組者： 指導(dǎo)老師: 目??????錄 一．課程設(shè)計(jì)的基本任務(wù)…………………………………1 二．課程設(shè)計(jì)的基本要求…………………………………1 三．總體框圖………………………………………………1 四．選擇器件………………………………………………2 五．設(shè)計(jì)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(bào)時(shí)數(shù)字鐘 一、 設(shè)計(jì)任

2、務(wù)與要求 1. 用數(shù)字顯示時(shí),分,秒.12小時(shí)循環(huán)一次 2. 可以在任意時(shí)刻校準(zhǔn)時(shí)間,只用一只按扭開關(guān)實(shí)現(xiàn),要求可靠方便. 3. 能以音響自動正點(diǎn)報(bào)時(shí),12小時(shí)循環(huán)一次.要求第一響為正點(diǎn),以后每隔一秒或半秒響一下,幾點(diǎn)鐘就響幾聲. 4. 秒信號不必考慮時(shí)間精度,可利用實(shí)驗(yàn)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(jì)數(shù)電路、譯碼電路、顯示器。系統(tǒng)采用了555定時(shí)器來實(shí)現(xiàn)振蕩，再通過由74LS290異步清零同步預(yù)置四位二進(jìn)制遞增計(jì)數(shù)器組成的分頻電路產(chǎn)生1Hz的矩形脈沖波。計(jì)數(shù)功能全部用74LS290集成電路實(shí)現(xiàn)，分為60進(jìn)制計(jì)數(shù)和12進(jìn)制計(jì)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(shí)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(zhì)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(jì)數(shù)譯碼顯示 秒分時(shí)分別為60，60和12進(jìn)制計(jì)數(shù)器。秒分為六十進(jìn)制，即顯示00—59，它們的個(gè)位為十進(jìn)制，十位為六進(jìn)制。時(shí)為十二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，顯示為00—11，個(gè)位仍為十進(jìn)制，而十位為一進(jìn)制，但當(dāng)十進(jìn)位計(jì)到1，而個(gè)位計(jì)到2時(shí)清零，就為十二進(jìn)制了。 所有計(jì)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(jī)接通電源時(shí)，由于秒分時(shí)為任意值，所以，要進(jìn)行調(diào)整。置開關(guān)在手動位置，分別對其進(jìn)行單獨(dú)計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)脈沖由單次脈沖或聯(lián)系脈沖輸入。 4. 整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路 當(dāng)時(shí)計(jì)數(shù)器在每次計(jì)到整點(diǎn)前六秒時(shí)，需要報(bào)時(shí)，這可用譯碼電路來解決。既當(dāng)分為59時(shí)，則秒在計(jì)數(shù)計(jì)到54時(shí)，輸出一延時(shí)高電平，直至秒計(jì)數(shù)器計(jì)到58時(shí)，結(jié)束這高電平脈沖去打開低音與門，使報(bào)時(shí)聲按500赫茲頻率鳴叫5聲，而秒計(jì)到59時(shí)，則去驅(qū)動高音1K赫茲頻率輸出而鳴叫1聲。 三、 選擇器件 1. 時(shí)、分、秒計(jì)數(shù)器 ?? ⑴.六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器 ??? 可以由兩塊中規(guī)模集成計(jì)數(shù)

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

6、2. 譯碼顯示電路 選用器件時(shí)應(yīng)當(dāng)注意譯碼器和顯示器件的相互配合。一是驅(qū)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(shí)，則應(yīng)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(yīng)選用功率門或OC門。可以使用顯示譯碼器為74LS49、74LS249。 對于“時(shí)”十位的譯碼顯示，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意：一是在顯示1點(diǎn)至9點(diǎn)時(shí)，“時(shí)”的十位均是0，此時(shí)應(yīng)使“時(shí)”十位上的“0”熄滅而不顯示；二是“時(shí)”的十位實(shí)際上只是顯示“0”（熄滅）和“1”（亮）良種狀態(tài)，此時(shí)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(shè)

7、計(jì)電路以驅(qū)動LED數(shù)碼管，該驅(qū)動電路必須考慮驅(qū)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(shí)器 555 定時(shí)器真值表 555定時(shí)器功能表 輸入 輸出 TH（uI1） （uI2） uO VTD狀態(tài) 0 × × 低 導(dǎo)通 1 VCC 不變 不變 1 >VCC >VCC 低 導(dǎo)通 555 定時(shí)器是一種模擬和數(shù)字功能相結(jié)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(shí)器外，還有對應(yīng)的雙定時(shí)器 5

8、56/7556。555 定時(shí)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(qū)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(shí)器成本低，性能可靠，只需要外接幾個(gè)電阻、電容，就可以實(shí)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(shí)器廣泛應(yīng)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(shí)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(gè)電壓比較器，三個(gè)等值串聯(lián)電阻，一個(gè) RS 觸發(fā)器，一個(gè)放電管 T 及功率輸出級。它提供兩個(gè)

9、基準(zhǔn)電壓VCC /3 和 2VCC /3 555 定時(shí)器的功能主要由兩個(gè)比較器決定。兩個(gè)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(dāng) 5 腳懸空時(shí)，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(shí) 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(shè)計(jì)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(shí)鐘走時(shí)出現(xiàn)誤差時(shí)，則需要進(jìn)行時(shí)間的校準(zhǔn)。通?？梢栽谡c(diǎn)時(shí)刻和利用電臺或電視臺的信號進(jìn)行校準(zhǔn)，也可以在其他時(shí)刻利用別的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行校對。校對時(shí)間總是在我們選定的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間到來之前進(jìn)行的，一般來說，分四個(gè)步驟：首先把小時(shí)計(jì)數(shù)器置到所需的數(shù)字；然后再將分計(jì)數(shù)器置到所需數(shù)字；在此同時(shí)或之后，應(yīng)將秒計(jì)數(shù)器清零，時(shí)鐘暫停計(jì)數(shù)，處于等待啟動階段；當(dāng)選定的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)刻到達(dá)的瞬間，按起動按鈕，電路則從所預(yù)置時(shí)間開始計(jì)數(shù)。由此可知，校時(shí)電路應(yīng)具有預(yù)置小時(shí)，預(yù)置分、等待啟動、計(jì)時(shí)四個(gè)階段，因此，在設(shè)計(jì)校對電路時(shí)，應(yīng)能方便、可靠地實(shí)現(xiàn)

11、這四個(gè)階段所要求的功能。必須注意，增加校對電路不能影響時(shí)鐘的正常計(jì)時(shí)。 （2） 兩種校時(shí)方案 ??? ①利用與或門，原理見圖一。 ??? 當(dāng)Q=1,Q=0，輸入的預(yù)置信號可以傳到時(shí)計(jì)數(shù)器的CP端，進(jìn)行校時(shí)工作；而分進(jìn)位信號被封鎖。 2. 自動報(bào)時(shí)原理 ????經(jīng)過分析我們知道，要實(shí)現(xiàn)整點(diǎn)自動報(bào)時(shí)，應(yīng)當(dāng)在產(chǎn)生分進(jìn)位信號（整點(diǎn)到）時(shí)，響第一聲，但究竟響幾下，則要由時(shí)計(jì)數(shù)的狀態(tài)來確定。由于時(shí)計(jì)數(shù)器為12進(jìn)制，報(bào)時(shí)要求12小時(shí)循環(huán)一次，所以需要一個(gè)12進(jìn)制計(jì)數(shù)器來計(jì)響聲的次數(shù)，由分進(jìn)位信號來控制報(bào)時(shí)的開始，每響一次讓響聲計(jì)數(shù)器計(jì)一個(gè)數(shù)，將小時(shí)計(jì)數(shù)器與響聲計(jì)數(shù)器的狀態(tài)進(jìn)行

12、比較，當(dāng)它們的狀態(tài)相同時(shí)，比較電路則發(fā)出停止報(bào)時(shí)的信號。圖五所示為以上自動報(bào)時(shí)原理的方框圖。 ???當(dāng)時(shí)鐘計(jì)數(shù)器計(jì)到2點(diǎn)正時(shí)，應(yīng)發(fā)出兩聲報(bào)時(shí)。從波形可以看出，當(dāng)分進(jìn)位信號產(chǎn)生負(fù)脈沖時(shí)，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(shí)的小時(shí)計(jì)數(shù)器的狀態(tài)為“2“，當(dāng)響了第二聲之后，響聲計(jì)數(shù)器也計(jì)到“2”的狀態(tài)，經(jīng)電路比較后，輸出一負(fù)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(bào)時(shí)。 ???幾種自動報(bào)時(shí)方案比較 （1）直接利用小時(shí)計(jì)數(shù)器輸出狀態(tài)與響聲計(jì)數(shù)器的狀態(tài)加以比較，來控制音響電路。由于小時(shí)計(jì)數(shù)器是由十位和個(gè)位計(jì)數(shù)器組成，且十位計(jì)數(shù)器為二進(jìn)制計(jì)

13、數(shù)器，個(gè)位計(jì)數(shù)器為十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，其輸出狀態(tài)為五位二進(jìn)制數(shù)，因此這時(shí)響聲計(jì)數(shù)器也應(yīng)為與此相對應(yīng)的五位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器（同樣由十位和個(gè)位計(jì)數(shù)器構(gòu)成），然后將其狀態(tài)與時(shí)計(jì)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(gòu)成四位十二進(jìn)制的響聲計(jì)數(shù)器。那么在小時(shí)計(jì)數(shù)器與響聲計(jì)數(shù)器的狀態(tài)進(jìn)行比較時(shí)，必須注意，這時(shí)的響聲計(jì)數(shù)器為四位計(jì)數(shù)器，而小時(shí)計(jì)數(shù)器為五位計(jì)數(shù)器，兩者不能直接加以比較，應(yīng)先將五位的小時(shí)計(jì)數(shù)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的四位狀態(tài)，然后再與響聲計(jì)數(shù)器的狀態(tài)相比較。如圖八所示。 ??? （3）響聲計(jì)數(shù)器采用減法計(jì)數(shù)器。當(dāng)分進(jìn)位信號到來的同時(shí)，將小時(shí)計(jì)數(shù)器的新狀態(tài)分別置入響聲計(jì)數(shù)器（五位）的十位和個(gè)位，然后每響一聲響聲計(jì)數(shù)器減一，當(dāng)其十位和個(gè)位均減至0時(shí)，輸出一控制信號，使觸發(fā)器的狀態(tài)Q為0，以便封鎖報(bào)時(shí)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(dāng)開關(guān)打到上端時(shí)電路進(jìn)入校準(zhǔn)功能,當(dāng)開關(guān)打到下端時(shí)電路進(jìn)入正常計(jì)時(shí)功能。 2. 自動報(bào)時(shí)電路 音頻振蕩器 3. 自動報(bào)時(shí)電路 六、總體設(shè)計(jì)電路圖 總仿真圖 總電路圖