数字钟

前言电子技术是21世纪发展最为迅速的领域之一，这主要得益于集成电路和计算机技术的迅速发展。这两项技术既是电子技术发展的产物，又是电子技术持续发展的推动力。集成电路和计算机技术的飞速发展，将人类社会带入信息时代，在这样的时代背景下，掌握电子技术对我们来说是非常重要的。要掌握一门技术，不仅要具有理论的知识，还要经过不断实践，而课程设计对我们来说就是一种很好的实践方法。本报告就是对这次课程设计的总结。主要包含了以下内容：简单介绍了系统设计思路和方案，详细介绍各单元电路的原理，介绍了在调试过程中碰到的问题和解决方法，总结了课程设计的收获和体会。本次课程设计的题目是设计一个数字钟，要求具有以下功能：显示时、分、秒（如23：52：45）；可实现手动或自动的对时、分进行校正；计时过程具有报时功能，当时间到达整点前10秒进行报时。为了很好的完成本次课程设计，对题目进行了详细的分析，同时参考了很多有关的书籍，并且和同学进行了讨论，同时考虑到实验室能提供的设备，确定了初步的设计方案，并将所需的元件及对应的参数和设计图提交给指导老师审查，经过老师的指导下，进一步完善了设计方案，并确定了最终的设计方案。之后根据方案进行安装调试，运用电子仪表检查，测量电路的工作状态，排除电路中的故障，调整元件的参数，改进电路的性能，使之达到设计的指标和要求，做出成品。在这次课程设计过程中，得到了很多同学的帮忙，还得到了实验室指导老师的精心指导，在此表示深切的谢意。由于本人的水平有限，在报告中难免有不完整的地方，恳请老师批评指正。目录第一章系统概述-21.1系统设计思路与总体方案-21.2总体工作过程-21.3各功能块的划分和组成-3第二章单元电路设计与分析-42.1秒信号的发生电路-42.2时、分、秒计数电路-42.3校正时、分电路-62.4整点报时电路-7第三章电路的安装与调试-83.1安装调试的步骤-83.2遇到的主要的问题-9第四章结束语-9附录1元器件明细表-10附录2总原理接线图-10参考文献-11第一章 系统概述1.1系统设计思路与总体方案一个最简单的数字钟由秒信号发生电路，时、分、秒计数电路，译码显示电路组成，要求有校正时、分和整点报时功能，故要加入校时电路和报时电路。因此其原理可由如下的框图表示出来。显示电路时计数器分计数器秒计数器校时电路报时电路振荡电路分频电路图1-11.2总体工作过程一、时间的前进和显示的实现首先由秒信号产生电路生产秒信号，将此信号接到秒计数器的信号输入端。接着，在这个秒信号的驱动下，秒计数器向分计数器进位，分计数器向时计数器进位，最后通过译码器将计数器中的状态以时间的形式显示出来，这样就实现了时间的前进和显示功能。二、整点报时的实现在时、分计数器的输出端接收整点的信号，既驱动音响的频率信号，在将此信号通过功率放大电路进行放大，从而推动执行部件（喇叭）的工作。三、校正时、分的实现在秒向分进位的路径中加入一条用手动产生信号的路径，并通过数据选择器来选择接通两条中的手动信号，从而实现对分的校正。对时的校正的方法与此相同。1.3各功能块的划分和组成一、秒信号产生电路这部分电路由石英晶体振荡器和分频器组成。石英晶体的振荡频率为215HZ极为稳定，因而用它构成的多谐振荡器产生的波形的稳定性很高。同时由于石英晶体产生的振荡频率很高，需要用分频器进行分频处理。这里用CC4060分频器处理，从Q14端口输出的频率为2秒，要生成1秒的信号，还需要加一个双D触发器进行2分频。所以分频电路由CC4060分频器和双D触发器组成。二、时、分、秒计数电路及译码、显示电路这部分电路包括6个BCD码计数器，其中两组接成60进制，剩下一组接成24进制，及相应的译码显示器。之所以要用BCD码计数器，是因为时、分、秒都是要用两位十进制数表示的，因而时、分、秒的个位和十位所对应的计数器饿状态输出都应该是BCD码。又因为时的显示方式是24进制的，故3个计数器分别要接成24、60、60进制的。三、时、分的校正电路这部分电路由产生调节信号的装置和数据选择器组成。四、整点报时电路这部分电路由控制音响的频率信号采集电路、功率放大元件和喇叭组成。第二章单元电路的设计和分析2.1秒信号的发生电路由第一章知道，秒信号发生电路由石英晶体振荡器、CC4060分频器和双D触发器组成。需要的芯片有74LS74，CC4060，还有电阻、电容和晶振。下面来讨论这些器件是怎样产生秒信号的。下图为其电路图：图2-174LS741HZ2HZCC4060振荡电路是数字钟的核心部分，它的频率和稳定性直接关系到表的精度。因此选择石英晶体作为振荡器，为了得到频率更加准确的频率信号，加入了电容和电阻，其中电容为20微法，电阻为20M欧姆。有因为石英晶体产生的频率为2的15次方赫兹，要得到1HZ的信号需要对它进行分频，故选用了CC4060分频器，但是CC4060最多能得到2HZ的信号，所以需再加一个双D触发器再分一次频得到1HZ的脉冲。CC4060可以得到不同频率的信号，其中512HZ和1024HZ这两种信号可以用在驱动喇叭发声上。2.2时、分、秒计数电路显然，这部分电路可分成三小块组成，分别为秒部分、分部分和时部分，在将这三部分进行一定的连接就可得到完整的时、分、秒计数电路。一、秒部分该部分的实质是一个60进制的计数器，它的CP脉冲是前面生成的秒信号，它的清零信号可以作为向分进位的进位信号。它需要的元件有74LS90，74LS08。下面是电路连接图：74LS9074LS90图2-2二、分部分这部分电路与秒部分电路很相似，只是它的输入的CP是秒部分电路产生的进位信号，它的清零信号作为向时进位时的进位信号。需要元件和电路图也一样，如下：74LS9074LS9074LS9074LS90图2-3三、时部分这部分电路实际上是一个24进制的计数器，它的输入CP为分部分的进位信号，需要的元件与秒、分电路一致。电路图如下：74LS9074LS90 图2-42.3校正时、分电路一、校分电路实现分的校准的基本思路是：断开原来正常的分输入信号即秒电路的进位信号，把频率可以认为控制的手动脉冲接入，从而实现快速的人为的分计数，当到达准确的数值后再接入正常的计数脉冲，进行正常的前进。很显然，为了实现这一功能，可以选用数据选择器74LS151，通过输入不同的地址信号来选择接入分的输入信号的是正常的秒进位信号还是手动脉冲，从而实现对分的校正。用这种方法还有一个好初，就是当对分校正时，因为正常的秒进位信号已经不能输入进来了，所以秒的前进不会对分产生任何的影响。而且需要的芯片只有74LS151一种，当然接线也变的容易。以下为接线图：74LS151图2-5可以用下表来表示它的工作情况：电键状态A0D0/D1选择的输入信号电路的工作状态打开（接1）1D1为1手动脉冲校正状态断开（接0）0D0为1秒进位脉冲正常计数状态二、校时电路该电路与校正分的思路完全一致，只是它的正常输入信号是分的进位信号而已。以下为电路图：74LS151图2-52.4整点报时电路这部分电路的要求是：在距离整点还有10秒的时候可是每隔一秒鸣叫一次的想声，声音共叫五次，每次持续时间为一秒。其中前四声为低音，可取频率为512HZ，后一声为高音，可取频率为1024HZ。其电路包括控制门电路部分和音响电路部分。其中控制门电路的功能是从时、分、秒计数电路中取出频率信号，输给音响电路。音响电路是根据控制门电路得到的频率信号驱动喇叭发声的电路。以下为电路图：控制门电路部分：因为每当“分”和“秒”计数器到59分50秒时，QA3QA2QA1QA0=0101，QB3QB2QB1QB0=1001，QC3QC2QC1QC0=0101，QD3QD2QD1QD0=0000。可见从59分50秒到59分59秒之间，只有秒个位在计数，即QA2= QA0= QB3= QB0= QC2= QC0=1不变。把他们相与作为控制信号，去控制门A和门B。在门A输入端加有1024HZ的信号，同时还受到QE3QE0的控制，只有当59秒的时候输出才为1，可驱动喇叭发出一声高音，门B输入端加有512HZ的信号，同时还受到QE3QE0信号的控制，当51秒、53秒、55秒、57秒时输出为1，可驱动喇叭发出四声低音，其他时候门C输出都为0，喇叭不发出任何声音。第三章电路的安装与调试3.1安装调试的步骤首先布置芯片在面包板上的位置并对各个芯片进行功能检测以确定是好的。由于总电路的各个组成电路之间是相互独立的，因此将各个电路所需的芯片布置在一起，一简化接线。接着是接线并调试，因为各个电路的独立性，可以对各个单位电路进行单独的安装和调试，可以降低调试的难度。具体做法是：接秒、分电路部分的60进制、接时电路部分的24进制，同时接上相应的译码和显示电路，并进行测试，测试方法为给各部分电路一个手动的CP，通过观察显示管的视数来确定电路是否正确，若不正确，就对电路进行检查接线，直到正确为止。再接着就是接校时电路，并对起功能进行检验，检验方法为调节电键为不同的状态，观察能否完成手动校时和正常的计数功能，反复的检验和修改接线，直到正确完成指定功能为止。再接报时电路，并进行测试，测试的方法为将时间调到59分，观察当秒钟走到50秒时是否开始报时，在59秒时是否是高音，并且为了改善音响的效果，还要适当的调整频率信号和音响电路中的元件参数。当所有的接线都完成后，实验所有的功能，看是否符合要求。方法是：将时间调到23时59分，秒跟着秒信号走，观察能否准确的报时，进位等。最后还要为接线进行完善，尽量减少跨接的线和过长的线。达到工艺上的要求。3.2遇到的主要的问题在接好某部分电路后，不能显示正确的结果。产生的原因有电路的接线存在问题，芯片存在问题，解决的步骤是：对着电路图检查接线，确认无误后，再进行测试，若还不正确就是芯片的问题，因此只要换上完好的芯片即可。通过这个步骤条理清晰，可以很容易的改正电路。限于面包板的尺度，不可避免的存在一些跨线。在开机时数码管显示的是乱码。第四章结束语本次课程设计基本达到了预期的目的，做的成品不仅在功能上达到了设计的要求，而且在工艺上也已经尽可能的做到美观，经济。当然，还是有些地方可以改进的。首先可以根据时、分校时的方法增加校秒的电路。或者，好可以在秒部分加一个手动的清铃信号，作为另一种校秒的方法。其次，可以用74LS160来替代74LS90，这样通过对74LS160的DDDD端口，不仅可以避免开机时显示乱码的情况，而且可以设置开机时的显示时间。最后可以改用尺寸更大的面包板，就可以达到更高的工艺要求。通过这次课程设计，得到了很多收获和体会。第一，巩固和加深了对电子线路基本知识和理解，提高了综合运用所学知识的能力。第二，增强了根据课程需要选学参考资料，查阅手册，图表和文献资料的自学能力。通过独立思考，深入研究有关问题，学会自己分析解决问题的方法。第三，通过实际电路方案的分析比较，设计计算，元件选取，安装调试等环节，初步掌握了简单实用电路的分析方法和工程设计方法。第四，掌握了比较常用的仪器的使用方法，提高了动手能力。第五，培养了严谨的工作作风和科学态度。附录1 元器件明细表序号名称型号参数数量备注1石英晶振CC406012八段数码管LS5466共阳极3BCD码七段译码器74LS476共阳极4 二五十进制计数器74LS906异步计数器5数据选择器74LS15126与门（2输入）74LS0827与门（4输入）74LS2028反向器74LS0419双D触发器74LS74110电容20微法211电阻20M欧姆112电阻10K欧姆113三极管114喇叭1附录2总原理接线图（见图纸）参考文献1 郑步生，刘方，崔晓平。现代电子技