《专业训练课程设计》报告 数字钟的设计.doc

电子信息与通信工程专业训练课程设计报告数字钟的设计 学生姓名： 指导教师： 所在学院： 专 业： 中国2010 年 6 月信息技术学院课 程 设 计 任 务 书 一、课程设计课题： 数字钟的设计二、课程设计工作日自 年 月 日至 年 月 日三、课程设计进行地点： 四、 程设计任务要求： (详细内容见课程设计文档)1. 课题来源: 数字钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置。2. 目的意义: 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在制作中用到的各种中小规模集成 电路的作用及实用方法。3. 基本要求: 设计一个数字时钟，数字钟是一个将“时” ”分” “秒”显示人的视 觉器官的计时装置。它的计时周期为24小时，显示满刻度为23小时59 分59秒。指导教师评语：成绩： 签字： 日期： 课程设计评审表目 录一、设计目的1二、设计要求1三、原理框图1四、元器件4五、各功能块电路图9六、总接线元件布局13七、电路原理总图13八、总 结15九、 致 谢16十、参考资料17一、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，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在制作中用到的各种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序电路.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.二、设计要求 1 24小时数字时钟，可以显示时、分、秒；2 具有校时功能，可以对小时和分单独校时；3 具有整点报时功能，整点前10秒进行蜂鸣报时；4 为了保证计时准确、稳定，由晶体振荡器提供标准时间的基准信号。三、原理框图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。图12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（2）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。图23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。（下降沿有效）与Z秒输入信号相连，D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3所示，其中C可作为向上的进位信号与分个位的计数单元的相连。图3图4 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D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C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24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24进制转换。利用片实现24进制计数功能的电路如图（4）所示。图5二十四进制电路 另外，图（5）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译码驱动及显示单元电路 选择74LS47作为显示译码电路；选择数码管作为显示单元电路。由74LS47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数码管是采用共阳的方法连接的。 计数器实现了对时间的累计并以8421BCD码的形式输送到74LS47芯片，再由74LS47芯片把BCD码转变为十进制数码送到数码管中显示出来。5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。当开关打向上时，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；当开关打向下时，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（7）。 图6 带有消抖电路的校正电路图76 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，发出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。四、元器件 1四连面包板1块 2共阳七段数码管6个 3网络线2米/人474LS47集成块6块5CD4060集成块1块674HC390集成块3块774HC51集成块1块874HC00集成块2块974LS08集成块1块1010M电阻5个11300电阻6个1230p电容2个1332.768k时钟晶体1个芯片连接图1)74HC00D 图82)74LS08图93)74HC390D 图104)74HC51D 图114) CD4060图125)74LS74图136)74LS47图142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：图15面包板的注意事项：1 面包板旁一般附有香蕉插座，用来输入电压、信号及接地。2 上图中连着的黑线表示插孔是相通的。3 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。4 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。五、各功能块电路图 数字钟从原理上讲是一种典型的数字电路，可以由许多中小规模集成电路组成，所以可以分成许多独立的电路。（一） 六进制电路 由74HC390、7400、数码管与74LS47组成，电路如图16。图16（二） 十进制电路 由74HC390、7400、数码管与74LS47组成，电路如图17。图17（三） 六十进制电路 由两个数码管、两74LS47、一个74HC390与一个7400芯片组成，电路如图18。74LS4774LS47图18（四） 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。（五） 时间计数电路 由1个二十四进制电路、2个六十进制电路组成，因上面已有一个双六十电路，只要把它与二十四进制电路相连即可，详细电路见图19。图19（六） 校正电路 由74HC51D、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20。图20（七） 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21。图21（八） 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22。图22六、总接线元件布局整个数字钟由时间计数电路、晶体振荡电路、校正电路、整点报时电路组成。其中以校正电路代替时间计数电路中的时、分、秒之间的进位，当校时电路处于正常输入信号时，时间计数电路正常计时，但当分校正时，其不会产生向时进位，而分与时的校位是分开的，而校正电路也是一个独立的电路。电路的信号输入由晶振电路产生，并输入各电路。七、电路原理总图在原有的简图的基础上，按实际布局画了这张按实际芯片布局的接线图，如图23：图23八、总 结1 实验过程中遇到的问题及解决方法 面包板测试,未遇问题。 七段显示器与七段译码器的测量时，有时有些数字显示断开、不完整。原因可能是数码管引脚接触不良，或者是数码管某些引脚坏。在接电路时译码管的电源和接地的没接，直接导致译码管无法工作，数码管无数字显示。 时间计数电路的连接与测试 仔细的连接电路是非常重要的，不要忘了电源和接地的引脚连接线。测试时秒 计数显示无法进位、跳动还较快，无法进位是因为在74LS08D集成管的输入输出弄错引脚，跳动较快是因为把4060BP和74LS74D的接线引脚接在了4060BP的2引脚。经检查发现接线错误调整后，时间秒显示正常。 校正电路 校正时有时单独校正分，时会跟着调动，原因是分与时的进位接线没断开。2 设计体会 学贵以致用，通过几天的数字钟设计过程，将从书本上学到的知识应用于实践，学会了初步的电子电路仿真设计,虽然过程中遇到了一些困难，但是在解决这些问题的过程无疑也是对自己自身专业素质的一种提高。当最终调试成功的时候也是对自己的一种肯定。在当前金融危机大的社会背景下，能够增加自身砝码的不仅仅是一纸文凭证书，更为重要的是毕业生是否能够适应社会大潮流的需要，契合企业的要求即又较硬的动手操作及设计能力。此次的设计作业不仅增强了自己在专业设计方面的信心，鼓舞了自己，更是一次兴趣的培养，为自己以后的学习方向的明确了重点。 另外在这次实验中我们遇到了不少的问题针对不同的问题我们采取不同的解决方法，最终一一解决设计中遇到的问题。还有在实验设计中我们曾遇到多块芯片以及数码管损坏的情况造成了数字钟的显示没有达到预期的效果，或是根本不显示，通过错误排除最终确认是元件问题，并向老师咨询跟换元件最终的到解决。在我们曾经遇到不懂的问题时，利用网上的资源，搜索查找得到需要的信息。3 对设计的建议 此次的数字钟设计重在于仿真和接线,虽然能把电路图接出来,并能正常显示,但对于电路本身的原理并不是十分熟悉.总的来说,通过这次的设计实验更进一步地增强了实验的动手能力. 9、 致 谢经过长时间的构思与设计，在老师的精心指导和安排下，数字时钟已经设计完毕。其使用功能基本符合在实际工作的需要，具有一定的实用性。但是由于时间比较仓促，加上本人设计经验的不足。因此，在分析问题、解决问题时显得不够严密、完善，还需要在以后的工作中不断地改进和完善。在本次毕业设计的过程中，我的指导老师老师们给了我很大的指导和帮助。不仅使我在规定的时间内完成了数字时钟的设计，同时还使我学到了很多有益的经验。这些宝贵的经验会一直伴随着我在生活的各个方面，是我生活前进和努力的动力，是我人生道路上一笔重要的财富