數(shù)字鐘(鬧鐘+秒表+整點報時+校時).doc

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總結(jié)設(shè)計報告 數(shù)字鐘 2017-3-16 自動化B 魯宇軒  設(shè)計內(nèi)容簡介 數(shù)字鐘的主要由74160計數(shù)器、7447譯碼器和顯示電路來實現(xiàn)基本功能，而校時、整點報時、秒表和鬧鐘電路實現(xiàn)其擴展功能。整個電路的秒脈沖（即1HZ）由事先封裝好的分頻電路產(chǎn)生，秒脈沖送入74160計數(shù)器，‘秒’‘分’‘時’的計數(shù)器分別送到對應(yīng)的譯碼器，然后再將信號送到顯示電路顯示時間。本次數(shù)字鐘的設(shè)計計時周期為24小時制，顯示滿刻度為23時59分59秒，星期顯示方面為周一~周六+周日。擴展功能的校時電路為自動校時，在校準(zhǔn)‘分’‘時’顯示后，可以在這個數(shù)的基礎(chǔ)上繼續(xù)運行，在整點報時功能中，當(dāng)數(shù)字鐘運行至整點前4秒時（例：23時59分56秒）即開始報時，持續(xù)5秒后停止，整點報時功能不可手動關(guān)閉。秒表功能方面，設(shè)計給定脈沖為100HZ，為4位顯示，最大設(shè)計計時為60.99秒，可以手動暫停/開始和清零。最后是鬧鐘功能，鬧鐘設(shè)計響應(yīng)時間為60秒，并且可以手動開啟/關(guān)閉鬧鐘。 設(shè)計框圖 單元模塊設(shè)計 一、‘秒’電路 秒電路由兩片74161計數(shù)器加秒脈沖來實現(xiàn)60進制的計數(shù)，再通過兩片7447譯碼 器將信號給到顯示模塊來實現(xiàn)秒的功能。 二、‘分’電路 ‘分’電路和秒電路一樣為60進制，由兩片74160計數(shù)器和秒進位脈沖來實現(xiàn)分功能，再由7447譯碼器將信號給至顯示電路 三、‘時’電路 ‘時’電路和‘秒’‘分’電路有所不同，‘時’電路為24進制，可由兩片74160計數(shù)器和分進位脈沖實現(xiàn)‘時’功能，再由譯碼器將信號給顯示電路。 四、星期電路 基本功能中星期顯示最為復(fù)雜，因為計數(shù)器默認初始值為0，可能導(dǎo)致下載至實驗箱初始星期顯示為0，另外根據(jù)要求需顯示星期一、二、三、四、五、六、日，又加大了星期電路的設(shè)計難度，為解決上述問題，此處采用邏輯門通過一些邏輯關(guān)系來實現(xiàn)星期功能。 QD QC QB QA D C B A (0) 0 0 0 0 0 0 0 1 (1) (1) 0 0 0 1 0 0 1 0 (2) (2) 0 0 1 0 0 0 1 1 (3) (3) 0 0 1 1 0 1 0 0 (4) (4) 0 1 0 0 0 1 0 1 (5) (5) 0 1 0 1 0 1 1 0 (6) (6) 0 1 1 0 1 0 0 0 (8) 通過真值表對應(yīng)的關(guān)系，畫出卡諾圖，化簡得到A、B、C、D與QA、QB、QC、QD對應(yīng)的邏輯關(guān)系，雖然邏輯電路比較復(fù)雜，但是很好的解決了計數(shù)器默認初始值為0導(dǎo)致星期顯示存在0的情況，并且實現(xiàn)了周六到周日到周一的完美跳轉(zhuǎn)。 五、校時功能 當(dāng)重新接通電源或走時出現(xiàn)誤差時都需要進行校正，本次校時電路采用的是自動校時，校準(zhǔn)對象為‘分’‘時’‘星期’。 初始QN端口數(shù)據(jù)為1 在沒有進位脈沖和校時需求的情況下，校時取非（位0）再與1與非為1，校時（為1）與進位端（為0）取與非為1，兩個1信號再取與非后為0，輸出信號給到低位的置數(shù)端，此時0信號使其既不計數(shù)也不校時。 而在有進位脈沖而沒有校時需求的情況下，校時端取非（為0）再和1與非為1，校時（為1）與進位端（為1）取與非為0, 此后1再與0取與非得到1，此時1信號使其計數(shù)直到進位脈沖消失（即計數(shù)一個脈沖）。 最后在有校時需求的情況下，由于T觸發(fā)器的作用，使校時翻轉(zhuǎn)為0，校時取非（為1）再和1與非得到0，另外無論進位信號是1還是0和校時(為0)取與非均為1,此后0再和1與非得到1，自動校時功能打開，再次給T觸發(fā)器脈沖即可關(guān)掉校時。  六、整點報時功能 一般電子鐘都具有整點報時功能，即在時間出現(xiàn)整點時，電子鐘會自動報時，以示提醒。其作用方式為秒計數(shù)的個位和十位以及分計數(shù)的個位和十位都為零時，觸發(fā)發(fā)聲器，即其全部為0000的時候，將這16位全部接到非門，將低電平轉(zhuǎn)換成高電平，然后兩兩相與，最后輸出接上發(fā)聲器，即可實現(xiàn)正點報時功能，本次報時時間延長至5秒從56秒時蜂鳴器便發(fā)出聲響直至整點。  七、秒表功能 秒表功能實現(xiàn)計時，最大計時時間為60.99秒  八、鬧鐘功能 鬧鐘功能的實現(xiàn)運用了8位數(shù)字比較器74688，來比較鬧鐘設(shè)定時間和當(dāng)前數(shù)字鐘運行時間，當(dāng)其一致時觸發(fā)蜂鳴器。 當(dāng)前鬧鐘功能和秒表均可單獨運行，但需讓其能夠在屏幕上顯示，就涉及到屏幕復(fù)用的問題，要讓屏幕能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)字鐘和鬧鐘秒表的切換，且切換至秒表鬧鐘功能后數(shù)字鐘仍在后臺運行，就要運用到8位2選一數(shù)據(jù)選擇器： 經(jīng)過鬧鐘、秒表、校時擴展功能的添加，導(dǎo)致實驗臺按鍵不足，key1、key2、key3分別校時‘分’、‘時’‘星期’，key4用來手動清零秒表，key5是開始和暫停秒表計時，key6和key7原計劃用來設(shè)定鬧鐘的時間，key8切換屏幕顯示，這樣一來鬧鐘功能就無法關(guān)閉，一旦到了設(shè)定的時間便會持續(xù)響一分鐘，這顯然是不符合常理的，所以決定添加按鍵復(fù)用，通過將key1和key8通過一些邏輯關(guān)系，實現(xiàn)了在數(shù)字鐘顯示時key1用來校準(zhǔn)‘分’電路，而當(dāng)切換至秒表和鬧鐘功能時，key1又可以用來調(diào)整鬧鐘的分鐘位，相應(yīng)的將key2和key8聯(lián)合，實現(xiàn)了在數(shù)字鐘顯示時key2為‘時’校準(zhǔn)按鍵，切換至秒表和鬧鐘功能時，key2同樣可以調(diào)整鬧鐘的‘時’，至此key6和key7按鍵空出，再將鬧鐘開啟和關(guān)閉功能賦予于key6，這樣一來鬧鐘便可以自由開啟和關(guān)閉，并且還多出一個key7按鍵，為日后增加其他擴展留下了可能。  九、總結(jié) 大二上學(xué)期，我們就學(xué)習(xí)了電子技術(shù)基礎(chǔ)（數(shù)字部分和模擬部分），光憑課本上的知識，顯得非常的枯燥無趣，并且我們也不是很清楚這個學(xué)科的具體用途，但是通過這兩周的課程設(shè)計，收獲可謂頗多，不僅讓我學(xué)習(xí)了如何通過網(wǎng)絡(luò)去查閱自己所需要的資料，還讓我深入得運用了數(shù)電的知識去獨立設(shè)計了數(shù)字鐘，不論是結(jié)果還是過程，都十分的讓人印象深刻，通過將自己所學(xué)的知識運用到現(xiàn)實生活的物件，讓我們了解到大學(xué)所學(xué)知識的用途，這樣更加激勵我們在以后的學(xué)習(xí)中投入更多的精力。 通過這次課程設(shè)計不光有收獲，而且還有一些對以后這類課程設(shè)計的反思：設(shè)計的過程中要預(yù)先給自己將來擴展留足夠的空間，否則會造成電路十分的混亂，倘若出現(xiàn)邏輯問題，就十分的難被發(fā)現(xiàn)，事先將各個模塊封裝好這樣修改電路也是個別模塊的小修小改，另外在動手連接電路之前，可以再多想想有沒有更加簡潔的邏輯，否則太過復(fù)雜的邏輯造成電路響應(yīng)時間延長，引起不必要的麻煩。