【2017年整理】多功能数字钟.doc

目录 一、设计任务 二、 1.数字钟的功能要求 2.数字钟电路组成系统及其框图 3.主体电路的设计 三、设计实现 五、参考书目 六、实验心得 74LS00　4片 74LS90　2片 74LS03（OC）　2片 74LS92　　2片 74LS04　2片 74LS93　2片 74LS20　　 2片 74LS191　 2片 74LS48　4片 74LS74　2片 数码显示器BS202　4只 555　　 2片 数字钟的功能要求： ①基本功能 以数字形式显示时、分、秒的时间，为节省器件，其中秒的个位用发光二极管指示，小时的十位亦用发光二极管指示，灯亮为“1”，灯灭为“0”。小时计数器的计时要求为“12翻1”。要求手动快速校时、校分或慢校时、慢校分。 ②扩展功能 定时控制，其时间自定；仿广播电台整点报时；触摸报整点时数或自动报整点时数。 2.设计步骤与要求 ①拟定数字钟电路的组成框图，要求设计优化，电路功能多，器件少，成本低。 ②设计并安装各单元电路，要求布线整齐、美观，便于级联与调试。 ③测试数字钟系统的逻辑功能，使满足设计功能的要求。 ④画出数字钟系统的整机逻辑电路图。 ⑤写出课程设计实验报告。 二、分析及设计过程 本课题是数字电路中计数、分频、译码、显示及时钟振荡器等组合逻辑电路与时序逻辑电路的综合应用。通过学习，要求掌握多功能数字钟电路的设计方法、装调技术及数字钟的扩展应用。 1.数字钟的功能要求 （1）基本功能 ①准确计时，以数字形式显示时、分、秒的时间； ②小时的计时要求为“12翻1”12进制，分和秒的计时要求为60进位； ③校正时间。 2.数字钟电路系统的组成框图 如图S1-1所示，数字钟电路系统由主体电路和扩展电路两大部分所组成。其中主体电路完成数字钟的基本功能，扩展电路完成数字钟的扩展功能。 系统的工作原理是：振荡器产生的稳定的高频脉冲信号，作为数字钟的时间基准，然后经分频器输出标准秒脉冲。秒计数器计满60后向分计数器进位，分计数器计满60后向小时计数器进位，小时计数器按照“12翻1”规律计数。计数器的输出分别经译码器送显示器显示。计时出现误差时可以用校时电路校时、校分、校秒。各扩展电路必须在主体电路正常运行的情况下才能进行功能扩展。 图S1-1　　多功能数字钟系统组成框图 3.主体电路的设计 主体电路是由功能部件或单元电路组成的。在设计这些电路或选择部件时，尽量选用同类型的器件，如所有功能部件都采用TTL集成电路或都采用CMOS集成电路。整个系统所用的器件种类应尽可能少。下面介绍各功能部件或电路的设计。 （1）振荡器 振荡器是数字钟的核心，振荡器的稳定度和频率的精准度决定了数字钟计时的准确程度，所以通常选用石英晶体来构成振荡器电路。一般来说，振荡器的频率越高，计时的精度就越高，但耗电量将增大。如图S1-2所示电路为电子手表集成电路（如5C702）中的晶体振荡器电路，常取晶振的频率为32768Hz，因其内部有15级2分频集成电路，所以输出端正好得到1Hz的标准脉冲。 如果精度要求不高也可以采用由集成逻辑门与RC组成的时钟源振荡器或由集成电路定时器555与RC组成的多谐振荡器。这里选用555构成的多谐振荡器，设振荡器频率fO=103Hz，电路参数如图S1-3所示，其中10KΩ电位器RP可微调振荡器的输出频率fO。 （2）分频器 分频器的功能主要有两个：一是产生标准秒脉冲信号；二是可提供功能扩展电路所需要的信号，如仿电台报时用的103Hz的高音频信号和500Hz的低音频信号等。选用中规模集成电路计数器74LS90可以完成上述功能。如图S1-4所示，将3片74LS90进行级联，因每片为1/10分频器，3片级联正好获得1Hz的标准秒脉冲。由74LS90的功能表可得，当它接成BCD十进制计数器时，QA的输出是输入脉冲CP的2分频，所以第1片74LS90的QA输出脉冲的频率为500Hz。 图S1-2　晶体振荡器　　　　　　　　 　图S1-3　555振荡器 图S1-4　振荡器与分频器电路 （3）时分秒计数器 分和秒计数器都是模M=60的计数器，采用中规模集成电路十进制计数器至少需要2片，因为10M100。它们的个位都是十进制计数器，而十位则是六进制计数器，其计数规律为00—01—…—58—59—00…。选用74LS92作为十位位计数器，74LS90作个位位计数器，再将它们进行级联组成模数M=60的计数器。 时计数器是一个“12翻1”的特殊进制计数器，即当数字钟的计时器运行到12时59分59秒时，秒的个位计数器再输入一个秒脉冲时，数字钟应自动显示为01时00分00秒，实现日常生活中习惯用的计时规律。由此可见，时计数器的个位有0~9