電子技術(shù)課程設(shè)計自動報時數(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)計的基本任務(wù)1二課程設(shè)計的基本要求1三總體框圖1四選擇器件2五設(shè)計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自動報時數(shù)字鐘一、 設(shè)計任務(wù)與要求1. 用數(shù)字顯示時,分,秒.12小時循環(huán)一次2. 可以在任意時刻校準(zhǔn)時間,只用一只按扭開關(guān)實現(xiàn),要求可靠方便.3. 能以音響自動正點報時,12小時循環(huán)一次.要求第一響為正點,以后每隔一秒或半秒響一下,幾點鐘就響幾聲.4. 秒信號不必考慮時間精度,可利用實驗儀上所提供的連續(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、計數(shù)電路、譯碼電路、顯示器。系統(tǒng)采用了555定時器來實現(xiàn)振蕩，再通過由74LS290異步清零同步預(yù)置四位二進制遞增計數(shù)器組成的分頻電路產(chǎn)生1Hz的矩形脈沖波。計數(shù)功能全部用74LS290集成電路實現(xiàn)，分為60進制計數(shù)和12進制計數(shù)。與非門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計數(shù)譯碼顯示秒分時分別為60，60和12進制計數(shù)器。秒分為六十進制，即顯示0059，它們的個位為十進制，十位為六進制。時為十二進制計數(shù)器，顯示為0011，個位仍為十進制，而十位為一進制，但當(dāng)十進位計到1，而個位計到2時清零，就為十二進制了。所有計數(shù)器的譯碼顯示采用BCD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接通電源時，由于秒分時為任意值，所以，要進行調(diào)整。置開關(guān)在手動位置，分別對其進行單獨計數(shù)，計數(shù)脈沖由單次脈沖或聯(lián)系脈沖輸入。4. 整點報時電路當(dāng)時計數(shù)器在每次計到整點前六秒時，需要報時，這可用譯碼電路來解決。既當(dāng)分為59時，則秒在計數(shù)計到54時，輸出一延時高電平，直至秒計數(shù)器計到58時，結(jié)束這高電平脈沖去打開低音與門，使報時聲按500赫茲頻率鳴叫5聲，而秒計到59時，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、分、秒計數(shù)器   .六十進制計數(shù)器    可以由兩塊中規(guī)模集成計數(shù)器構(gòu)成,一塊組成十進制，另一塊組成六進制，組合起來就構(gòu)成六十進制計數(shù)器。  .十二進制計數(shù)器    用脈沖反饋法。由兩片中規(guī)模集成計數(shù)器（或一片中規(guī)模集成計數(shù)器、一片小規(guī)模集成觸發(fā)器）構(gòu)成，低位仍構(gòu)成十進制計數(shù)器，當(dāng)高位出現(xiàn)0001狀態(tài)，低位為0011狀態(tài)，即計到第13個來自“分”計數(shù)器的進位信號時，通過外加的控制電路輸出一個信號（注意：該信號的電平應(yīng)視計數(shù)器的功能而定，有時需高電平，有時需低電平），將“時”計數(shù)器的十位計數(shù)器強制置為0000狀態(tài)，同時，將“時”的個位計數(shù)器強制置為0001狀態(tài)，從而實現(xiàn)從1201的十二進制計數(shù)。時、分、秒的電路，我們用74LS290來實現(xiàn)。2. 譯碼顯示電路 選用器件時應(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，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?？梢允褂蔑@示譯碼器為74LS49、74LS249。 對于“時”十位的譯碼顯示，在設(shè)計時應(yīng)注意：一是在顯示1點至9點時，“時”的十位均是0，此時應(yīng)使“時”十位上的“0”熄滅而不顯示；二是“時”的十位實際上只是顯示“0”（熄滅）和“1”（亮）良種狀態(tài)，此時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)計電路以驅(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 定時器555 定時器真值表 555定時器功能表輸入輸出TH（uI1）（uI2）uOVTD狀態(tài)0××低導(dǎo)通1<VCC<VCC高截止1<VCC>VCC不變不變1>VCC>VCC低導(dǎo)通555 定時器是一種模擬和數(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，除單定時器外，還有對應(yīng)的雙定時器 556/7556。555 定時器的電源電壓范圍寬，可在 4.5V16V 工作，7555 可在 318V 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 定時器成本低，性能可靠，只需要外接幾個電阻、電容，就可以實現(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)部包括兩個電壓比較器，三個等值串聯(lián)電阻，一個 RS 觸發(fā)器，一個放電管 T 及功率輸出級。它提供兩個基準(zhǔn)電壓VCC /3 和 2VCC /3 555 定時器的功能主要由兩個比較器決定。兩個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，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 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)計課題中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鐘走時出現(xiàn)誤差時，則需要進行時間的校準(zhǔn)。通?？梢栽谡c時刻和利用電臺或電視臺的信號進行校準(zhǔn)，也可以在其他時刻利用別的時間標(biāo)準(zhǔn)進行校對。校對時間總是在我們選定的標(biāo)準(zhǔn)時間到來之前進行的，一般來說，分四個步驟：首先把小時計數(shù)器置到所需的數(shù)字；然后再將分計數(shù)器置到所需數(shù)字；在此同時或之后，應(yīng)將秒計數(shù)器清零，時鐘暫停計數(shù)，處于等待啟動階段；當(dāng)選定的標(biāo)準(zhǔn)時刻到達的瞬間，按起動按鈕，電路則從所預(yù)置時間開始計數(shù)。由此可知，校時電路應(yīng)具有預(yù)置小時，預(yù)置分、等待啟動、計時四個階段，因此，在設(shè)計校對電路時，應(yīng)能方便、可靠地實現(xiàn)這四個階段所要求的功能。必須注意，增加校對電路不能影響時鐘的正常計時。（2） 兩種校時方案    利用與或門，原理見圖一。    當(dāng)Q=1,Q=0，輸入的預(yù)置信號可以傳到時計數(shù)器的CP端，進行校時工作；而分進位信號被封鎖。2. 自動報時原理     經(jīng)過分析我們知道，要實現(xiàn)整點自動報時，應(yīng)當(dāng)在產(chǎn)生分進位信號（整點到）時，響第一聲，但究竟響幾下，則要由時計數(shù)的狀態(tài)來確定。由于時計數(shù)器為12進制，報時要求12小時循環(huán)一次，所以需要一個12進制計數(shù)器來計響聲的次數(shù)，由分進位信號來控制報時的開始，每響一次讓響聲計數(shù)器計一個數(shù)，將小時計數(shù)器與響聲計數(shù)器的狀態(tài)進行比較，當(dāng)它們的狀態(tài)相同時，比較電路則發(fā)出停止報時的信號。圖五所示為以上自動報時原理的方框圖。   當(dāng)時鐘計數(shù)器計到2點正時，應(yīng)發(fā)出兩聲報時。從波形可以看出，當(dāng)分進位信號產(chǎn)生負脈沖時，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。由于此時的小時計數(shù)器的狀態(tài)為“2“，當(dāng)響了第二聲之后，響聲計數(shù)器也計到“2”的狀態(tài)，經(jīng)電路比較后，輸出一負脈沖信號加至RS觸發(fā)器的控制端，使RS觸發(fā)器變?yōu)?狀態(tài)，即Q=0，停止報時。   幾種自動報時方案比較（1）直接利用小時計數(shù)器輸出狀態(tài)與響聲計數(shù)器的狀態(tài)加以比較，來控制音響電路。由于小時計數(shù)器是由十位和個位計數(shù)器組成，且十位計數(shù)器為二進制計數(shù)器，個位計數(shù)器為十進制計數(shù)器，其輸出狀態(tài)為五位二進制數(shù)，因此這時響聲計數(shù)器也應(yīng)為與此相對應(yīng)的五位二進制計數(shù)器（同樣由十位和個位計數(shù)器構(gòu)成），然后將其狀態(tài)與時計數(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)成四位十二進制的響聲計數(shù)器。那么在小時計數(shù)器與響聲計數(shù)器的狀態(tài)進行比較時，必須注意，這時的響聲計數(shù)器為四位計數(shù)器，而小時計數(shù)器為五位計數(shù)器，兩者不能直接加以比較，應(yīng)先將五位的小時計數(shù)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的四位狀態(tài)，然后再與響聲計數(shù)器的狀態(tài)相比較。如圖八所示。    （3）響聲計數(shù)器采用減法計數(shù)器。當(dāng)分進位信號到來的同時，將小時計數(shù)器的新狀態(tài)分別置入響聲計數(shù)器（五位）的十位和個位，然后每響一聲響聲計數(shù)器減一，當(dāng)其十位和個位均減至0時，輸出一控制信號，使觸發(fā)器的狀態(tài)Q為0，以便封鎖報時通路。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)打到上端時電路進入校準(zhǔn)功能,當(dāng)開關(guān)打到下端時電路進入正常計時功能。2. 自動報時電路音頻振蕩器3. 自動報時電路六、總體設(shè)計電路圖總仿真圖 總電路圖