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基于数字电路的电子钟的设计与仿真

时间:2016-09-05来源: 作者: 点击: 234次


The design and simulation of Electronic clock Based on the digital circuit

张婷

(山西大学商务学院  太原  030001)

【摘要】数字电子时钟是一种具有实际应用价值的电子设备,在日常生活中应用广泛。数字电子钟一般由振荡器、分频器、计数器、译码器、显示器等几部分电路组成。本文应用数字电路中常见的元器件设计了时间可调、带声光报时、运行简单的电子时钟,并用充分应用protues仿真软件对其进行了仿真,验证了本设计的可行性。

【关键字】数字电路,可调式,电子钟

中图分类号:TP393                         文献标识码:A

ABSTRACT:Digital electronic clock is a kind of practical application value of electronic equipment, is widely used in daily life. It generally consists of oscillator, frequency divider, counter, decoder, display several parts. In this paper, the application use common digital circuit, design the electronic clock time is adjustable, with sound and light prompt time, simple operation, and protues simulation software was applied to the simulation, test the feasibility of this design.

KEYWORDS:Digital circuit,The adjustable,Electronic clock


1 引言

数字电子时钟被广泛的应用在家庭,办公室,商场等公共场所,是人们日常生活的必需品。由于数字集成电路的发展和石英石晶体振荡器的广发应用,使得数字钟的精度及应用大大超过了老式机械钟表。并且在功能上趋向多样化,扩展了定时报时、声光报时等功能。是市场需求十分广发的一种电子仪器。另外,计算机的发展极大的促进了虚拟仪器的发展。虚拟仪器可以直接利用计算机搭建与现实环境相差无几的仿真环境来模拟实际应用,极大的提高开发效率。本文就利用protues软件对设计的电子时钟进行了基本功能仿真,验证了涉及可行性,极大地缩短了研发周期,并且可以为后期更灵活的改进设计服务。

2 电子钟基本模块分析

数字电子钟由振荡器、分频器、计数器、译码器、显示器、声光报时电路等几个模块组成。系统的结构框图如图1所示。图中由石英晶体振荡器产生时钟标准信号,并由分频器产生1HZ的信号。送给调时电路再送给时、分、秒计数电路。时分秒计数电路再分别通过译码器将数据送给相应的显示电路。分秒电路还将数据送给报时电路,从而进行整点声光报时。


图1 电子钟结构框图

3 电子钟各个模块设计

3.1 晶振电路

脉冲发生器数字钟的核心部分,它的精度和稳定度决定了数字钟的质量,通常用晶体振荡器发出的脉冲通过整形、分频获得1HZ的秒脉冲。本设计采用石英晶振CD4060作为振荡器,CD4060由一振荡器和14级二进制串行计数位组成,为32768HZ,通过15次二分频后可获得1HZ的脉冲输出。由于CD4060只能实现14分频,所以通过CD4013双D触发器来实现外加的一级分频。实际连接电路如图2所示。

图2 振荡器及分频电路

3.2 调时电路

当系统刚接通电源或者长时间运行出现误差时,需要对电路进行校准调时。由于机械触点会发生抖动现象,所以采用了RS触发器。调时电路如图3所示。当开关置于“运行”位置时,电子时钟正常工作。当开关置于“调时”位置时,电子时钟可以对时、分进行调节。此电路连接到相应计数器的ENP和ENT引脚即可进行时间设置。当开关与上面闭合则正常计时,当开关与下面闭合则进去调时状态。

图3 去抖动调时电路

3.3 计数电路

本设计采用了74LS161二进制计数器作为基础元器件设计计时电路。由于二进制异步清零信号持续时间极短,随着计数器清零立即消失,电路可靠性不高。所以本设计采用同步计数器的方法对计数器进行设计。

分、秒计数电路连接为六十进制计数器。时计数电路连接为24进制计数电路。如图4所示为秒六十进制计数器连接电路。电路由两片74LS161二进制计数器以及一些门电路组成。该电路采用了预置数的功能,预置数为0000。当第一片74LS161计数到1001时,

图4 六十进制计数器连接电路

经过与非门送到该芯片的预置数控制端LOAD,使得LOAD=0,在下一个脉冲到来时使得该片74LS161完成了一个十进制计数的循环,作为秒计数的个位。并将第一片74LS161计数到1001时的信号通过非门送给第二片74LS161的ENP和ENT引脚从而使第二片74LS161开始计数。当第二片74LS161计数到0101并且第一片74LS161计数到1001时,经过与非门送到第二片74LS161的预置数端,使得下一个脉冲到来时第二片计数器完成了一个6进制计数的循环,作为秒计数的十位。从而两片74LS161组合成为一个六十进制计数电路。分计数电路与秒计数电路原理相同。

如图5所示为二十四进制计数器连接电路。电路同样由两片74LS161二进制计数器以及一些门电路组成。当U10计数到1001时,经过与非门送到该芯片的预置数控制端LOAD,使得LOAD=0,在下一个脉冲到来时使得该片74LS161完成了一个十进制计数的循环,作为时计数的个位。并将U10计数到1001时的信号通过非门送给U5的ENP和ENT引脚从而使U5开始计数。当U5计数到0010并且U10计数到0011时,同时将两片74LS161预置数为0000。从而两片74LS161组合成为一个二十四进制计数电路。从而和分、秒电路一起组成一个24小时计时电路。

图5 二十四进制计数器连接电路

3.4 整点声光报时电路

该设计的整点报时电路当分为59且秒为51,53,55,57时蜂鸣器发出500HZ的声音,在59分59秒时发出1KHZ的声音并且点亮灯光。报时电路如图6所示。

图6 整点报时电路

根据整点报时的要求可以得出分、秒十位和个位的真值表,通过逻辑门电路设计出如图6电路。当分的十位为0101,分的个位为1001,秒的十位为0101及秒的个位m1,m4位为01时,蜂鸣器发出频率为500HZ的声音。当分的十位为0101,分的个位为1001,秒的十位为0101及秒的个位m1,m4位为11时,蜂鸣器发出频率为1KHZ的声音。

3.5 译码电路和显示电路

译码电路和显示电路如图7所示。该电路采用74LS47作为译码驱动电路,采用8段共阳数码管作为显示电路。一共采用6组,从而分别显示时、分、秒的十位及个位。

图7 译码及显示电路

4 protues仿真

Protues软件是一种混合电路仿真软件,包括模电、数电和单片机及其外围电路的仿真等。根据该系统设计的电路在ptotues中画出仿真电路图。

仿真电路中通过按下SW1和SW2可以分别调节分和时。通过按下SW1调节分为59,当秒计时到51,53,55,57,59时蜂鸣器发出声音进行整点报时。验证了电路设计的正确性。

5 结论

本文通过数字电路的常用元器件设计了可以进行声光报时并时间可调的电子时钟。该设计的电子钟结构简单,成本低具有一定的实用性。并用Protues软件验证的该设计的可行性。

 

参考文献

[1] 阎石,数字电子技术基础[M],北京:高等教育出版社,1998。

[2] 周润景, Protues入门实用教程[M],北京:机械工业出版社,2012。

[3] 黄智伟,全国大学生电子设计竞赛系统设计[M],北京:北京航空航天大学出版社,2011。

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