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數字電子鐘邏輯電路Multisim仿真設計

[復制鏈接]
ID:652177 發表于 2020-5-18 08:47 | 顯示全部樓層 |閱讀模式
數字電子鐘是一種用數字顯示秒、分、時、日的計時裝置,與傳統的機械鐘相比,它具有走時準確,顯示直觀、無機械傳動裝置等優點,因而得到了廣泛的應用。小到人們日常生活中的電子手表,大到車站、碼頭、機場等公共場所的大型數顯電子鐘。
數字電子鐘由以下幾部分組成:石英晶體振蕩器和分頻器組成的秒脈沖發生器;校時電路;六十進制秒、分計數器,二十四進制(或十二進制)計時計數器;秒、分、時的譯碼顯示部分等。
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用中、小規模集成電路設計一臺能顯示時、分、秒的數字電子鐘,要求如下:                                 
  • 由晶振電路產生1Hz標準秒信號。
  • 秒、分為00~59六十進制計數器。
3. 時為00~23二十四進制計數器。
4. 可手動校時:能分別進行秒、分、時的校時。只要將開關置于手動位置,可分別對秒、分、時進行手動脈沖輸入調整或連續脈沖輸入的校正。
5. 整點報時。整點報時電路要求在每個整點前鳴叫五次低音(500Hz),整點時再嗚叫一次高音(1000Hz)。

  • 設計方案
1.方案一
  •    數字時鐘由秒信號發生器、計數器、譯碼器、顯示器、報時器等組成.
  •    數字時鐘秒信號發生器由555振蕩器與分頻器構成。
  •    計數器采用CD4518,CD4518是十進制同步計數器。而秒計數器采用的是60進制技術器。所以需要用兩片CD4518,將低位片的RCO端接在高位片的CLK端,且低位片為6進制計數器,高位片為10進制計數器。
  •    分計數器也為60進制計數器,所以也采用60進制計數器來構成。也需要用2片CD4518。
  •    時為00--23二十四進制計數器。
  •    可手動校時:能分別進行秒、時、分校時。只要將開關置于手動位置。可分別對秒、分、時進行手動脈沖輸入調整或連續脈沖的矯正。
  •    整點報時,整點報時電路要求在每個整點鳴叫低音(500HZ),整點在鳴叫一次高音(1000HZ).
  •    譯碼器用CD4511構成,且管腳與顯示器的對應管教對應相連接。
2.方案二
1.數字時鐘由秒信號發生器、計數器、譯碼器、顯示器、報時器等組成.
2.數字時鐘秒信號發生器由石英晶體振蕩器產生。
3.計數器采用74Ls161,74LS161是二進制同步加法計數器,一片74ls161可以組成16進制以下的任意進制分頻器。而秒計數器采用的是60進制技術器。所以需要用兩片74ls161,將低位片的CO端接在高位片的CLK端,且低位片為6進制計數器,高位片為10進制計數器。
4.分計數器也為60進制計數器,所以也采用60進制計數器來構成。也需要用2片74LS161。
5. 時為00--23二十四進制計數器。
6.可手動校時:能分別進行秒、時、分校時。只要將開關置于手動位置。可分別對秒、分、時進行手動脈沖輸入調整或連續脈沖的矯正。且在開關處加上2k歐的上拉電阻,可以減少脈沖抖動。
7.整點報時,整點報時電路要求在每個整點鳴叫低音(500HZ),整點在鳴叫一次高音(1000HZ).
8.譯碼器用CD4511構成,且管腳與顯示器的對應管教對應相連接。(CD4511的5腳接地)
3.方案選則
由于元件清單所限制,選擇方案一
  • 仿真調試
1.邏輯芯片選擇
              本實驗的核心時60進制計數器、24進制計數器。可以采用CD4518級聯使用。CD4518具有計數,置數,清零等功能。一片CD4518可以組成16進制以下的任意進制分頻器。
              譯碼器芯片如下圖

            

              譯碼器真值表

      

              譯碼器芯片如下圖:

      

              譯碼器功能表如下圖:

     

2.模塊介紹

              1.秒60進制計數器
                                          低位片QA、QD構成十進制計數器,高位片接在QB、QC構成6進制計數器。兩個芯片級聯構成60進制計數器。

   

  •    分 60進制計數器

低位片QA、QD構成十進制計數器,高位片接在QB、QC構成6進制計數器。兩個芯片級聯構成60進制計數器。

   

  •    時 24進制計數器

低位片QA、QD構成十進制計數器,高位片接在QB、低位片接QC構成3進制計數器。兩個芯片級聯構成23清零計數器。

  

  •    方波發生器

采用555振蕩器,調節R、C的大小,使其頻率為1HZ,用555組成的電路如下圖所示。接通電源后,電容C被充電,當Vc上升到2Vcc/3時,使V0為低電平,同時放電。此時電容C通過R2放電,VC下降,當VC下降到1/3時。V0變為高電平。

所以振蕩周期為   T=T1+T2=0.7(R1+2R2)C

      

  •    顯示器

譯碼器與顯示器對應管腳相連接即可。

   

  •    整點報時系統
用蜂鳴器構成,整點報時電路要求在每個整點鳴叫低音(500HZ),整點在鳴叫一次高音(1000HZ).因軟件原因,將蜂鳴器換成led燈,其中led1代表低音,led2代表高音。其中led1在59分51s,52s,55s,57s,59s會閃爍,led2在0,分0s時會閃爍。

   

  •    矯正電路
通過對時鐘頻率的改變來實現校準功能
下圖:s2接上一級進位端,s5接555的信號輸出端,以分鐘為例:因為上一級的進位時間為60s,所以當s5斷開,s2連接時,分鐘部分要1min才加一,但是將s2斷開,s5連接時,cd4518的信號由60s,加速為1s,這樣極大的加快了cd4518 cp端脈沖的速度,從而實現自動校準功能。

3.仿真總結

電路圖總仿真見附錄1。
仿真電路能夠完美的完成實驗的問題。當通電時,電路啟動,電路初始化11:11:11,通過對每個模塊下的開關進行操作,可以改變數碼管的數字,從而達到自動控制的狀態,這樣能夠設置任意時間,當分鐘數為59時,秒針為51s時,時鐘開始led燈開始閃爍(代表蜂鳴器鳴叫),在此之后led燈每隔1s閃爍一次。到整點時,led燈閃爍最后一次,代表整點開始。若想加快時鐘的進度,可將555震蕩電路跟換電阻R1,R2,電容Cf即可,將頻率提高就可以更快的完成數碼管的顯示。

四、硬件搭建及調試

1.安裝圖

電腦繪制:附錄2

手繪:附錄3

五、設計總結

再前期設計電路圖的時候,我們出現了很多問題,不了解芯片,錯誤的連接管腳,導致仿真錯誤,用CD4518的時候,我們錯誤的理解管腳意思,連錯了線。通過查閱,理解了該芯片,并且應用到了該電路圖中來。在555振蕩器的電路中,我們通過一步一步的查閱以及驗證最終讓RC的值使其頻率為1HZ.數碼管我們最開始用的四角的,因為提供材料原因,所以我們選用了CD4511譯碼管作為媒介,實現數字的轉化。在多次修改仿真之后,最終將仿真圖搭建完成。
在畫安裝圖時,先采用手繪得方法來繪制電路圖,結果效果不佳,因為電路圖跳線太多,不能很好的用手繪得方法展示出來,于是,便用軟件來繪制,繪制過程雖然枯燥,但是軟件繪出來的圖就是好,人眼能夠清晰分辨出來條線的地方,對焊接有哦巨大的幫助,但是,由于時間原因,沒能把實物進行焊接,這也留下了些許遺憾。

51hei.png
51hei.png

全部資料51hei下載地址 Multisim仿真文件:
數字時鐘.zip (1.2 MB, 下載次數: 237)

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ID:767859 發表于 2020-6-2 21:21 | 顯示全部樓層
計數不是從00時00分00秒進行的
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ID:1057962 發表于 2022-12-28 19:52 | 顯示全部樓層
不錯,
曾經玩過,
只是不會使用仿真工具,
學習了。
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