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数字电子钟逻辑电路Multisim仿真设计

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楼主
ID:652177 发表于 2020-5-18 08:47 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
数字电子钟是一种用数字显示秒、分、时、日的计时装置,与传统的机械钟相比,它具有走时准确,显示直观、无机械传动装置等优点,因而得到了广泛的应用。小到人们日常生活中的电子手表,大到车站、码头、机场等公共场所的大型数显电子钟。
数字电子钟由以下几部分组成:石英晶体振荡器和分频器组成的秒脉冲发生器;校时电路;六十进制秒、分计数器,二十四进制(或十二进制)计时计数器;秒、分、时的译码显示部分等。

用中、小规模集成电路设计一台能显示时、分、秒的数字电子钟,要求如下:                                 
  • 由晶振电路产生1Hz标准秒信号。
  • 秒、分为00~59六十进制计数器。
3. 时为00~23二十四进制计数器。
4. 可手动校时:能分别进行秒、分、时的校时。只要将开关置于手动位置,可分别对秒、分、时进行手动脉冲输入调整或连续脉冲输入的校正。
5. 整点报时。整点报时电路要求在每个整点前鸣叫五次低音(500Hz),整点时再呜叫一次高音(1000Hz)。

  • 设计方案
1.方案一
  •    数字时钟由秒信号发生器、计数器、译码器、显示器、报时器等组成.
  •    数字时钟秒信号发生器由555振荡器与分频器构成。
  •    计数器采用CD4518,CD4518是十进制同步计数器。而秒计数器采用的是60进制技术器。所以需要用两片CD4518,将低位片的RCO端接在高位片的CLK端,且低位片为6进制计数器,高位片为10进制计数器。
  •    分计数器也为60进制计数器,所以也采用60进制计数器来构成。也需要用2片CD4518。
  •    时为00--23二十四进制计数器。
  •    可手动校时:能分别进行秒、时、分校时。只要将开关置于手动位置。可分别对秒、分、时进行手动脉冲输入调整或连续脉冲的矫正。
  •    整点报时,整点报时电路要求在每个整点鸣叫低音(500HZ),整点在鸣叫一次高音(1000HZ).
  •    译码器用CD4511构成,且管脚与显示器的对应管教对应相连接。
2.方案二
1.数字时钟由秒信号发生器、计数器、译码器、显示器、报时器等组成.
2.数字时钟秒信号发生器由石英晶体振荡器产生。
3.计数器采用74Ls161,74LS161是二进制同步加法计数器,一片74ls161可以组成16进制以下的任意进制分频器。而秒计数器采用的是60进制技术器。所以需要用两片74ls161,将低位片的CO端接在高位片的CLK端,且低位片为6进制计数器,高位片为10进制计数器。
4.分计数器也为60进制计数器,所以也采用60进制计数器来构成。也需要用2片74LS161。
5. 时为00--23二十四进制计数器。
6.可手动校时:能分别进行秒、时、分校时。只要将开关置于手动位置。可分别对秒、分、时进行手动脉冲输入调整或连续脉冲的矫正。且在开关处加上2k欧的上拉电阻,可以减少脉冲抖动。
7.整点报时,整点报时电路要求在每个整点鸣叫低音(500HZ),整点在鸣叫一次高音(1000HZ).
8.译码器用CD4511构成,且管脚与显示器的对应管教对应相连接。(CD4511的5脚接地)
3.方案选则
由于元件清单所限制,选择方案一
  • 仿真调试
1.逻辑芯片选择
              本实验的核心时60进制计数器、24进制计数器。可以采用CD4518级联使用。CD4518具有计数,置数,清零等功能。一片CD4518可以组成16进制以下的任意进制分频器。
              译码器芯片如下图

            

              译码器真值表

      

              译码器芯片如下图:

      

              译码器功能表如下图:

     

2.模块介绍

              1.秒60进制计数器
                                          低位片QA、QD构成十进制计数器,高位片接在QB、QC构成6进制计数器。两个芯片级联构成60进制计数器。

   

  •    分 60进制计数器

低位片QA、QD构成十进制计数器,高位片接在QB、QC构成6进制计数器。两个芯片级联构成60进制计数器。

   

  •    时 24进制计数器

低位片QA、QD构成十进制计数器,高位片接在QB、低位片接QC构成3进制计数器。两个芯片级联构成23清零计数器。

  

  •    方波发生器

采用555振荡器,调节R、C的大小,使其频率为1HZ,用555组成的电路如下图所示。接通电源后,电容C被充电,当Vc上升到2Vcc/3时,使V0为低电平,同时放电。此时电容C通过R2放电,VC下降,当VC下降到1/3时。V0变为高电平。

所以振荡周期为   T=T1+T2=0.7(R1+2R2)C

      

  •    显示器

译码器与显示器对应管脚相连接即可。

   

  •    整点报时系统
用蜂鸣器构成,整点报时电路要求在每个整点鸣叫低音(500HZ),整点在鸣叫一次高音(1000HZ).因软件原因,将蜂鸣器换成led灯,其中led1代表低音,led2代表高音。其中led1在59分51s,52s,55s,57s,59s会闪烁,led2在0,分0s时会闪烁。

   

  •    矫正电路
通过对时钟频率的改变来实现校准功能
下图:s2接上一级进位端,s5接555的信号输出端,以分钟为例:因为上一级的进位时间为60s,所以当s5断开,s2连接时,分钟部分要1min才加一,但是将s2断开,s5连接时,cd4518的信号由60s,加速为1s,这样极大的加快了cd4518 cp端脉冲的速度,从而实现自动校准功能。

3.仿真总结

电路图总仿真见附录1。
仿真电路能够完美的完成实验的问题。当通电时,电路启动,电路初始化11:11:11,通过对每个模块下的开关进行操作,可以改变数码管的数字,从而达到自动控制的状态,这样能够设置任意时间,当分钟数为59时,秒针为51s时,时钟开始led灯开始闪烁(代表蜂鸣器鸣叫),在此之后led灯每隔1s闪烁一次。到整点时,led灯闪烁最后一次,代表整点开始。若想加快时钟的进度,可将555震荡电路跟换电阻R1,R2,电容Cf即可,将频率提高就可以更快的完成数码管的显示。

四、硬件搭建及调试

1.安装图

电脑绘制:附录2

手绘:附录3

五、设计总结

再前期设计电路图的时候,我们出现了很多问题,不了解芯片,错误的连接管脚,导致仿真错误,用CD4518的时候,我们错误的理解管脚意思,连错了线。通过查阅,理解了该芯片,并且应用到了该电路图中来。在555振荡器的电路中,我们通过一步一步的查阅以及验证最终让RC的值使其频率为1HZ.数码管我们最开始用的四角的,因为提供材料原因,所以我们选用了CD4511译码管作为媒介,实现数字的转化。在多次修改仿真之后,最终将仿真图搭建完成。
在画安装图时,先采用手绘得方法来绘制电路图,结果效果不佳,因为电路图跳线太多,不能很好的用手绘得方法展示出来,于是,便用软件来绘制,绘制过程虽然枯燥,但是软件绘出来的图就是好,人眼能够清晰分辨出来条线的地方,对焊接有哦巨大的帮助,但是,由于时间原因,没能把实物进行焊接,这也留下了些许遗憾。



全部资料51hei下载地址 Multisim仿真文件:
数字时钟.zip (1.2 MB, 下载次数: 225)

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沙发
ID:767859 发表于 2020-6-2 21:21 | 只看该作者
计数不是从00时00分00秒进行的
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板凳
ID:1057962 发表于 2022-12-28 19:52 | 只看该作者
不错,
曾经玩过,
只是不会使用仿真工具,
学习了。
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