电子技术课程设计说明书数字钟设计.docx

电子技术课程设计说明书 题 目： 系 部： 专 业： 班 级： 学生姓名: 学 号: 指导教师: 年 月 日目 录一、1 设计目的数字钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置，与机械式时钟相比具有更高的准确性和直观性，且无机械装置，具有更更长的使用寿命，因此得到了广泛的使用。数字钟从原理上讲是一种典型的数字电路，其中包括了组合逻辑电路和时序电路。因此，我们此次设计与制做数字钟就是为了了解数字钟的原理，从而学会制作数字钟.而且通过数字钟的制作进一步的了解各种在制作中用到的中小规模集成电路的作用及实用方法.且由于数字钟包括组合逻辑电路和时叙电路.通过它可以进一步学习与掌握各种组合逻辑电路与时序电路的原理与使用方法.2 设计任务及要求（1）设计指标 时间以12小时为一个周期； 显示时、分、秒； 具有校时功能，可以分别对时及分进行单独校时，使其校正到标准时间； 计时过程具有报时功能，当时间到达整点前10秒进行蜂鸣报时； 为了保证计时的稳定及准确须由晶体振荡器提供表针时间基准信号。（2）设计要求 画出电路原理图（或仿真电路图）； 元器件及参数选择； 电路仿真与调试； PCB文件生成与打印输出。（3）制作要求 自行装配和调试，并能发现问题和解决问题。（4）编写设计报告 写出设计与制作的全过程，附上有关资料和图纸，有心得体会。3 原理框图3.1 数字钟的构成数字钟实际上是一个对标准频率（1HZ）进行计数的计数电路。由于计数的起始时间不可能与标准时间（如北京时间）一致，故需要在电路上加一个校时电路，同时标准的1HZ时间信号必须做到准确稳定。通常使用石英晶体振荡器电路构成数字钟。（a） 数字钟组成框图3.2元器件1四连面包板1块（编号A45）2镊子1把3剪刀1把4共阴八段数码管6个5网络线2米/人6CD4511集成块6块7CD4060集成块1块874HC390集成块3块974HC51集成块1块1074HC00集成块4块1174HC30集成块1块1210M电阻5个13500电阻14个1430p电容2个1532.768k时钟晶体1个16蜂鸣器10个（每班）4 硬件设计4.1 晶体振荡器电路晶体振荡器电路给数字钟提供一个频率稳定准确的32768z的方波信号，可保证数字钟的走时准确及稳定。不管是指针式的电子钟还是数字显示的电子钟都使用了晶体振荡器电路。一般输出为方波的数字式晶体振荡器电路通常有两类，一类是用门电路构成；另一类是通过非门构成的电路，本次设计采用了后一种。如图（b）所示，由非门与晶体、电容和电阻构成晶体振荡器电路，实现整形功能，将振荡器输出的近似于正弦波的波形转换为较理想的方波。输出反馈电阻为非门提供偏置，使电路工作于放大区域，即非门的功能近似于一个高增益的反相放大器。电容、与晶体构成一个谐振型网络，完成对振荡频率的控制功能，同时提供了一个度相移，从而和非门构成一个正反馈网络，实现了振荡器的功能。由于晶体具有较高的频率稳定性及准确性，从而保证了输出频率的稳定和准确。 （b） CMOS 晶体振荡器（仿真电路）4.2 时间记数电路一般采用10进制计数器如74HC290、74HC390等来实现时间计数单元的计数功能。本次设计中选择74HC390。由其内部逻辑框图可知，其为双2-5-10异步计数器，并每一计数器均有一个异步清零端（高电平有效）。秒个位计数单元为进制计数器，无 需进制转换，只需将与（下降沿有效）相连即可。（下降没效）与Z秒 输入信号相连，可作为向上的进位信号与十位计数单元的相连。秒十位计数单元为进制计数器，需要进制转换。将进制计数器转换为进制计数器的电路连接方法如图.所示，其中可作为向上的进位信号与分个位的计数单元的相连。 十进制-六进制转换电路分个位和分十位计数单元电路结构分别与秒个位和秒十位计数单元完全相同，只不过分个位计数单元的作为向上的进位信号应与分十位计数单元的相连，分十位计数单元的作为向上的进位信号应与时个位计数单元的相连。时个位计数单元电路结构仍与秒或个位计数单元相同，但是要求，整个时计数单元应为进制计数器，不是的整数倍，因此需将个位和十位计数单元合并为一个整体才能进行进制转换。利用片实现进制计数功能的电路如图（d）所示。 （d）十二进制电路另外，图（d）所示电路中，尚余进制计数单元，正好可作为分频器Z输出信号转化为Z信号之用。4.3 译码驱动及显示单元电路选择作为显示译码电路；选择数码管作为显示单元电路。由CD4511把输进来的二进制信号翻译成十进制数字，再由数码管显示出来。这里的LED数码管是采用共阴的方法连接的。计数器实现了对时间的累计并以8421BCD码的形式输送到CD4511芯片，再由4511芯片把BCD码转变为十进制数码送到数码管中显示出来。4.4校时电路数字钟应具有分校正和时校正功能，因此，应截断分个位和时个位的直接计数通路，并采用正常计时信号与校正信号可以随时切换的电路接入其中。即为用COMS与或非门实现的时或分校时电路，In1端与低位的进位信号相连；In2端与校正信号相连，校正信号可直接取自分频器产生的1HZ或2HZ（不可太高或太低）信号；输出端则与分或时个位计时输入端相连。当开关打向下时，因为校正信号和0相与的输出为0，而开关的另一端接高电平，正常输入信号可以顺利通过与或门，故校时电路处于正常计时状态；当开关打向上时，情况正好与上述相反，这时校时电路处于校时状态。实际使用时，因为电路开关存在抖动问题，所以一般会接一个RS触发器构成开关消抖动电路，所以整个较时电路就如图（f）。 （f）带有消抖电路的校正电路4.5 整点报时电路电路应在整点前10秒钟内开始整点报时，即当时间在59分50秒到59分59秒期间时，报时电路报时控制信号。当时间在59分50秒到59分59秒期间时，分十位、分个位和秒十位均保持不变，分别为5、9和5，因此可将分计数器十位的Q和Q 、个位的Q和Q及秒计数器十位的Q和Q相与，从而产生报时控制信号。报时电路可选74HC30来构成。74HC30为8输入与非门。4.6芯片连接图1)74HC00D 2)CD4511 3)74HC390D 4)74HC51D4.7 面包板的介绍面包板一块总共由五部分组成，一竖四横，面包板本身就是一种免焊电板。面包板的样式是：面包板的注意事项：a.面包板旁一般附有香蕉插座，用来输入电压、信号及接地。b.上图中连着的黑线表示插孔是相通的。c.拉线时，尽量将线紧贴面包板，把线成直角，避免交叉，也不要跨越元件。d.面包板使用久后，有时插孔间连接铜线会发生脱落现象，此时要将此排插孔做记号。并不再使用。4.8 六进制电路由74HC390、7400、数码管与4511组成，电路如图一。（一） 十进制电路由74HC390、7400、数码管与4511组成，电路如图二。4.9 六十进制电路由两个数码管、两4511、一个74HC390与一个7400芯片组成，电路如图三。4.10 双六十进制电路由2个六十进制连接而成，把分个位的输入信号与秒十位的Qc相连，使其产生进位，电路图如图四。4.11 时间计数电路由1个十二进制电路、2个六十进制电路组成，因上面已有一个双六十电路，只要把它与十二进制电路相连即可，详细电路见图五。4.12 校正电路由74CH51D、74HC00D与电阻组成，校正电路有分校正和时校正两部分， 电路如图六。4.13晶体振荡电路由晶体与2个30pF电容、1个4060、一个10兆的电阻组成，芯片3脚输出2Hz的方波信号，电路如图七。4.14 整点报时电路由74HC30D和蜂鸣器组成，当时间在59:50到59:59时，蜂鸣报时，电路如图八。5 软件设计5.1主程序流程图如图1-1所示。 秒计时程序。秒计时由定时器T0完成，流程图如图1-2所示。 秒表、调时指示程序。秒表、调时由定时器T1完成，其流程图如图1-3所示。5.2系统参考代码LED_SEG EQU 0FAFFHLED_SEL EQU 0FBFFHORG 0000HLJMP MAINORG 001BH ;T1中断服务入口SERVE: PUSH PSW ;保护现场 PUSH ACC MOV TH1,#3CH ;重新给计数器赋初值 MOV TL1,#0B0H DJNZ 20H,EXIT ;判断是否够1秒 MOV 20H,#14H ;重新给20H单元赋值 INC 32H ;秒计数器加1 MOV A,32H CJNE A,#60,EXIT ;判断秒计数器是否满60 MOV 32H,#0 ;秒计数器归零 INC 31H ;分计数器加1 MOV A,31H CJNE A,#60,EXIT MOV 31H,#0 INC 30H MOV A,30H CJNE A,#24,EXIT MOV 30H,#0EXIT:POP ACC ;返回现场 POP PSW RETI ;中断返回STR_NUM:DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH ;译码表 TRANS:MOV DPTR,#STR_NUM ;将累加器中的内容变为相应数码 MOVC A,A+DPTR RET SHOW:MOV R0,#40H ;R0中存放数码缓存区地址 MOV R1,#6 ;六位数码管 MOV R2,#7FH ;R2中存放位选信息LOOP:MOV A,#0 ;熄灭八段LED MOV DPTR,#LED_SEG MOVX DPTR,A ;给出段选信号 MOV A,R2 MOV DPTR,#LED_SEL MOVX DPTR,A ;给出位选信号 MOV A,R0 ;显示数码缓存区的内容 MOV DPTR,#LED_SEG MOVX DPTR,A LCALL DELAY_MS ;调用延时子程序 INC R0 ;数码缓存区地址加1 MOV A,R2 RR A ;循环移位 MOV R2,A DJNZ R1,LOOP RET DELAY_MS:MOV R3,#100LP:DJNZ R3,LP RETMAIN:MOV TMOD,#10H ;定时器1工作于模式1 MOV TH1,#3CH MOV TL1,#0B0H ;设置计数器初值 MOV 20H,#14H ;设置中断次数 MOV 30H,#0 ;时计数器清零 MOV 31H,#0 ;分计数器清零 MOV 32H,#0 ;秒计数器清零 SETB EA ;中断允许 SETB ET1 SETB TR1 ;T1开始计时BCD: MOV B,#10 ;BCD转换,数码转换子程序 MOV A,30H ;时计数器内容的拆分 DIV AB LCALL TRANS MOV 40H,A ;时十位的数码内容放在40H单元 MOV A,B ;时个位内容的转换 LCALL TRANS ORL A,#80H ;显示小数点 MOV 41H,A ;时个位内容存放41H单元 MOV B,#10 MOV A,31H DIV AB LCALL TRANS MOV 42H,A ;分十位存放42H单元 MOV A,B LCALL TRANS ORL A,#80H MOV 43H,A ;分个位存放43H单元 MOV B,#10 MOV A,32H DIV AB LCALL TRANS MOV 44H,A ;秒十位 MOV A,B LCALL TRANS ORL A,#80H MOV 45H,A ;秒个位 LCALL SHOW ;调用显示子程序 LJMP BCD END6 电路的安装与调试根据原理和芯片引脚图，分功能设计原理图，并根据接线顺序分步骤验证。（1） 容易出现故障为接触不良。a)集成块引脚方向预先弯好对准面包板的金属孔，再小心插入。b)导线的剥线长度与面包板的厚度相适应（比板的厚度稍短）。c)导线的裸线部分不要露在板的上面，以防短路。d) 导线要插入金属孔中央。(2) 按照原理图接线时首先确保可靠的电源和接地。(3 注意芯片的控制引脚必须正确接好。（4） 检查故障时除测试输入、输出信号外，要注意电源、接地和控制引脚。(5)要注意芯片引脚上的信号与面包板上插座上信号是否一致（集成块引脚与面包板常接触不良）。(6) 接校时电路时可接模拟信号输入（如1Hz和2Hz）测试输出信号的切换正确后，再将秒进位和分进位信号接到校时电路，再接校时电路输出到分计数器和时计数器。7 总结经过以上步骤，一个简单的可校时数字钟就做成了。该数字中能够显示时、分、秒，时采用24小时进制，并且可以校时、校分钟。在秒脉冲发生电路中，通过调整可变电阻器理论上可以调出秒脉冲，实际上要调出很精确的秒脉冲也不是很简单的事情。 在数字钟设计的过程中，学会了很多东西。理论是基础，在此基础上设计电路图，必要时得查找资料，还要通过一定的仿真，焊接时要注意排版，合理的排版可以使设计优美，焊接简单，查找错误时也比较方便。 焊接电路的过程中，出现了一个小问题，前面也已经讲了，之所以会出现那样的问题，其实也是值得反思的。主要是对芯片并不