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1、设计题目：数字电子钟设计1 .设计任务与要求(1)时钟功能：采用数码管显示累计时间，以24小时为周期。(2)校时功能：能快速校准“时”、“分”、“秒”的功能。(3)整时报时功能：具体要求整点前鸣叫5次低音(500 Hz),整 点时再鸣叫一次高音(1 000 Hz左右)，共鸣叫6响，两次鸣叫间 隔0 .5 s 。(选做)(4)计时准确：每天计时误差不超过10 s。2 .方案设计与论证(1)工作原理数字电子钟由信号发生器、“时、分、秒”计数器、LED数码管、 校时电路、整点报时电路等组成。工作原理为时钟源用以产生稳定的 脉冲信号，作为数字种的时间基准，要求震荡频率为1HZ为标准秒脉冲。将标准秒脉冲
2、信号送入“秒计数器”，该计数器采用60进制计 数器，每累计60秒发出一个“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，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进制计数器，可以实现24小时的累计。LED数码管将 “时、分、秒”计数器的输出状态显示。校时电路是来对“时、分、秒”显示数字进行校对调整。根据题设要求，可得题设的总体设计思路框架如下：时晶不器分显示器秒显示器T时详码剧卜分详码器秒译码zzez时“数出卜分计数器秒计数器t, t ,t1同忡校准1秒d冲1方案一：利用编码器74Ls192K片对电路进行输
3、入设计。利用74LS192 对芯片1kH却输入信号进彳f分频，得到1HZ勺秒脉冲分信号。再利用 74LS192a行产生秒，分，时，最后在数码管上显示出来。方案二：利用编码器74Ls92芯片对电路进行输入设计。利用74LS92M芯 片1kHz的输入信号进彳f分频，得到1HZ勺秒脉冲分信号。再利用 74LS192a行产生秒，分，时，最后在数码管上显示出来。方案三：编程实现数字时钟。方案比较：方案电路难易程度实现成本其它方案一简单低电路简单，不易调试方案二简单低电路简单，容易实现，但无74LS92K片方案三难高需要编程，比较难综上可知:方案一是最优方案，设计思路清晰，电路简单易实现，原材料可 得；故
4、选择第一种方案。3、单元电路设计整个电路分为振荡电路部分，分频电路部分，秒计数电路部分， 分计数电路部分，小数计数部分和整点报时部分，校时电路部分七个 部分组成。(1)振荡电路部分：振荡电路部分要求产生精度较高的 1KHz的信号，可用555定时 器产生。多谐振荡器也称无稳态触发器，它没有稳定状态，同时无需 外加触发脉冲，就能输出一定频率的矩形波形(自激振荡)。用555实现多谐振荡，需要R1, R2和电容，并接+5V的直流电源。555芯片的引脚图：555 TIMER IC+VCCRESETTap View Of vletal Can PackageGROUND tTRIGGER 2OUTPUT
5、JRESET J8 *Vcc7 DISCHARGE6 THRESHOLDT1 CONTROL二J voltage8-Pin DIP口FWlHTOdSy com电路设计图如下:vcc5VR1 ：4.2kQvcc：LR2：5.1kQ ,1 T *-台THFCD?；:C1：:O/UFC2O.Q1UE：U1555 TfMER RATED振荡周期：T=0.69(R1+2R2)C;其中当 R1=5.1K, R2=4.2K, C1=0.1uF, C2=0.01uF。因为电路总存在误差，最后在实际电路中把 R1设为电位器，使其可调节。(2)分频电路部分:利用74LS192把产生1KHz的信号分频为1Hz的秒脉
6、冲信号，其原理图如下:一 一 -VCCVCC(3)秒计数电路部分:秒的个位部分为逢十进一，十位部分为逢六进一，从而共同完成 60进制计数器。当计数到59时清零并重新开始计数。秒的个位部分 的设计：利用十进制计数器 74LS192设计10进制计数器显示秒的个 位。个位计数器由0增加到9时产生进位，连在十位部计数器脉冲输 入端CP；从而实现10进制计数和进位功能。利用74LS192设计6进 制计数器显示秒的十位，当十位计数器由0增加到5时利用反馈清 零法清除，同时产生一个脉冲给分的个位。所用到的74LS192芯片为资料为:74LS192引脚图管脚及功能表74LS192是同步十迸制可逆计数器，它具有
7、双时钟输入，并具有清除和置数等功能，其引脚排列及逻辑符号如下所示：15 1Tovoc 制 质论可瓦 p2 P39丽国同向扃nn网rn_5) 二 11 14LlIIzJLULaJLaJLlILlILsJ 为 01g C?D CPu s s GMOP0P1P2P3Q0QiQ2Q3CPuCPdTCuTCd1213PLMR(a)(b)输入输出MRPl5P3P2PlPOQ3Q2QIQO1XXXXXXX000Q00XXDcBADcBA011XXXX加讨戮011XXXX踽It敷仿真电路中所使用的是74LS161芯片，其逻辑功能与74LS192几乎一样，故设计出的秒计数电路为：- vccczv/:人 U20A
8、 ： VCC 7A1LK1du.Hu A(4)分计数电路部分：分的个位部分为逢十进一，十位部分为逢六进一，从而共同完成 60进制计数器。当计数到59时清零并重新开始计数。分的个位部分 的设计：利用十进制计数器 74LS192设计10进制计数器显示秒的个 位。个位计数器由0增加到9时产生进位，连在十位部计数器脉冲输 入端CP；从而实现10进制计数和进位功能。利用74LS192设计6进 制计数器显示分的十位，当十位计数器由0增加到5时利用反馈清 零法清除，同时产生一个脉冲给时的个位。设计的电路图如下：(4)时计数电路部分:来自分计数电路的进位脉冲使时的个位加， 个位计数器由0增加到9是产生进位，连
9、在十位计数器脉冲输入端 CR当十位计到2且 个位计到3是经过74LS192与门产生一个清零信号，将所有时的个位 与十位都清零。电路原理图如下：U11741(6)整点报时部分电路：当59分50秒开始，进行预报时，每当个位数为奇数时蜂鸣器响 一声，共5声。在此电路中不用常规中的报时电路那么复杂，而是巧 用74LS148芯片；把判断59分，50秒，的电平线接入到74LS148的 输入端，当达到59分50秒十秒的个位为奇数时，芯片的6湍恰好输 出低电平来判断是否该进行报时，此方法简单易懂，而且电路连接不 复杂。原理图如下：其中74LS148的相关资料如下:InputsOutputsEl0 1 2 3
10、4 5 6 7A2 A1 AOGS EOH L L L L L L L LLXXXXXXXX HHHHHHHH XXXXXXXL XXXXXXLH XXXXXLHH XXXXLHHH XXXLHHHH XXLHHHHH XLHHHHHH LHHHHHHHH H H H H H L L LL L H L H LL H H H L L H L H H H L H H HH HH L L HL HL HL H L HL H L HL H104567:12 ID E A A GCcos OV E G 3 2 1 o A(7)校时电路数字钟应具有秒校时，分校正和时校正功能，因此，应截断秒个 位，分个位和
11、时个位的直接计数通路，并采用正常计时信号与校正信 号两信号进行或后接入其中。这里利用轻触开关来实现校时功能， 轻 触开关的一端接高电平，另一端接时或分的个位，秒的个位的CR当按下轻触开关时，时或分或秒的个位就会加 1,这样就能实现校时 功能。4 .总的电路原理图如下：将设计的各个单元电路进行级联，得到数字电子钟系统电路原理图如下:材料清单:编号数量其它15551274LS1929374LS001474LS041574LS082674LS14817R115K电位器8R214.7K9C110.01uF10C210.1uF5 .调试分析及调试中所遇问题及解决方法。在按原理图连接好电路后，并不能成功的
12、工作；故进行一步一步 的调试；在调试过程中需要对电路的原理必须掌握， 在这种我遇到很 多问题，但在自己仔细琢磨和请教老师下，都一一的解决了。编号调试遇到问题分析问题解决方法问题110进制,就开始进位反馈清零信号不对不用进位信号清零，用8+2与反馈清零法问题2分频后秒脉冲较快产生的1KHz的仿号频率不准确(1)调节振荡 电路电位器(2)分频加大 模值问题3时计数部分由23直接变为04当24时，忘记清除个位添加清除个位的电路后，问题解决问题4数码管偶尔乱码电路接触不良选择较好的导线，确保每一次连线稳固在排除完电路中上述问题后，电路正常工作。打开电路时，随机产生一个时间，调节到目的时间，并按 24小
13、时时间值进行，当达到整 点时，能进行整点报时，且误差很低。综上述，电路完全符合要求。6 .心得和体会。通过这次对数字电子钟的设计作，让我了解了电路设计的基 本步骤，也让我了解了关于数字钟的原理与设计理念， 要设计一个电 路先进行软件模拟仿真再进行实际的电路制作，不能直接的去连电 路。但是最后的成品却不一定与仿真时完全一样，因为，再实际接线 中有着各种各样的条件制约着。还有我们不能直接的拿其他人的电路 来直接用，而是应该通过对数字电路的了解，和相关芯片的功能的了 解，结合自身知识，参考他人电路，设计出自己的数字电子时钟。这 次试验，让我收获很多，学到了理论之外的一些知识，提高了自己的 动手能力和分析问题处理问题的能力。最后谢谢许良凤老师在试验中给与悉心的指导。157 .参考资料 1谢自美.电子线路设计.实验.测试M,武昌：华中理工大学出版社