数字电子钟.doc

辽 宁 工 学 院电子技术基础A2课程设计（论文）题目：数字电子钟院（系）：信息科学与工程学院专业班级： 学 号： 学生姓名： 指导教师： 教师职称： 起止时间： 课程设计（论文）任务及评语院（系）：信息科学与工程学院 教研室：电子信息教研室学 号 学生姓名 专业班级 课程设计（论文）题目数字电子钟课程设计（论文）任务任务和要求：1. 设计数字电子钟实现精确计时，由六位数码管分别显示“时”、“分”、“秒”；附加“星期”数码1位显示。2. 时与分与秒数字显示模块间各设置一对不同颜色发光二极管，各时间单位数字变化时闪烁一次。3. 计时误差不超过0.05s；4. 具有整点报时、手动设置修改时间功能控制功能；设计内容：1 数字电子钟总体电路设计及论证。2、分析设计要求，明确性能指标；查阅资料、设计方案分析对比。3、论证并确定合理的总体设计方案，绘制总体结构框图，分析工作原理。4、完成数字电子钟中的时基电路、计时电路及显示电路等各单元具体电路设计。包括芯片选择、计算电路元件参数，分析工作原理性能。5、完成整体电路设计及论证。6、完成课程设计说明书。指导教师评语及成绩成绩： 指导教师签字： 年 月 日目 录第1章 数字电子钟设计方案论证11.1数字电子钟的应用意义11.2数字电子钟的设计要求及技术指标11.3 设计方案论证11.4 总体设计方案框图及分析2第2章 数字电子钟各单元电路设计42.1 振荡器电路设计52.2 分频器的电路设计52.3校正电路设计52.4 扩展电路设计6第3章 数字电子钟整体电路设计73.1 整体电路图及工作原理7第4章 设计总结9参考文献10第一章 数字电子钟的设计方案论证11数字电子钟的应用意义数字钟采用数字电路实现对.时,分,秒.数字显示的计时装置, 它具有显示日、时、分、秒的功能，本设计采用时序电路制成的数码管显示的数字钟。它具有走时准确、稳定性能好和使用方便等的特点。具有快速校准时、分、秒的功能。广泛用于个人家庭,车站, 码头办公室等公共场所,成为人们日常生活中不可少的必需品,由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的广泛应用,使得数字钟的精度,运运超过老式钟表, 钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便，而且大大地扩展了钟表原先的报时功能。由于数字集成电路技术的发展和采用了先进的石英技术，使数字钟具有走时准确、性能稳定、携带方便等优点，它还用于计时、自动报时及自动控制等各个领域。诸如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、自动起闭路灯、定时开关烘箱、通断动力设备、甚至各种定时电气的自动启用等，所有这些，都是以钟表数字化为基础的。因此，研究数字钟及扩大其应用，有着非常现实的意义12数字电子钟的设计要求技术指标课程设计的内容及要求：利用自己所学过个科学文化知识，设计并制作一台数字电子钟，完成设计说明书。数字钟要完成的功能：1 数字钟的基本功能，也就是计时的功能，要保证数字钟的正常工作，正常记时；2 数字钟要有一个可以快速调整时间的电路，以防有的时间不准时可以速，高效，准确地调整数字钟的显示时间；3 要尽可能的使用我们自己所学过个电路，电子技术基础知识等，要尽量作到设计简单，制造方便，操作简单和设计人文等；4 要有基本的科学知识计算，尽量说明每个电路，电子器件的功能。设计一个数字电子钟逻辑电路。通过设计电路，提高识读大规模集成计数器芯片的能力，掌握任意进制计数器的构成方法，熟悉组合逻辑电路的特点，了解数字电子钟的计数译码显示电路，掌握数字钟的逻辑电路设计方法。课程设计的内容要求及技术指标1 设计数字电子钟来实现精确计时，由六位数码管分别显示“时”、“分”、“秒”；附加“星期”数码1位显示。以一昼夜24小时为一个计数周期。2 时与分与秒数字显示模块间各设置一对不同颜色发光二极管，各时间单位数字变化时闪烁一次。3计时准确性高，计时误差不超过0.05s；4具有整点报时的功能，在离整点定期10S时，便自动发出鸣叫，步长1S，每隔1S鸣叫一次，前4响是低音，后一响为高音，共鸣叫5次，最后1响结束时为整时，还有手动设置修改时间功能控制功能；5具有校时准确的功能，能快速校准时、分、秒的功能。13设计方案论证数字钟电路系统由主体电路和扩展电路组成。主体电路是由功能部件或单元电路组成的。在设计这些电路或选择部件时，尽量先则同类型的部件，如所有功能部件都采用TTL集成电路或都采用CMOS集成电路。整个系统所用的器件种类应尽可能少。如振荡器的选择，可以选择555振荡器和晶体振荡器，由于振荡器的要求高，所以选择晶体振荡器，而没有采及集成逻辑门与RC电路组成的时钟振荡器或由集成电路定时器555与RC电路组成的多谐的振荡器。14整体方框图和设计方案数字钟是一个简单的时序组合逻辑电路，数字钟的电路系统主要包括主体电路系统和扩展电路两大部分所组成，其中，主体电路完成数字钟的基本功能，包括振荡器、分频器、计数器、译码器、显示器等几个部分组成，这些都是数字电路中常用的电路。它主要是用来完成时分秒的计数功能。一般来说，一个数字钟要有振荡器来产生脉冲，分频器来完成标准秒脉冲的生成，计数器的计数功能，译码器的译码和显示器的显示功能，当然，一个手表也少不了调时间的功能。这是一个数字钟必须有的功能扩展电路完成的扩展功能。所以，其逻辑原理可以从七部分来说明，原理图如下：日显示器定 时 控 制秒显示器分显示器时显示器日译码器日计数器时译码器分译码器秒译码器整点报时时时计数器分计数器秒计数器手动校 时 电 路分频器振荡器该系统的工作原理是：振荡器产生的稳定的高频脉冲信号，作为数字钟的时间表基准，它将时标信号送到分频器，再经过分频器输出标准秒脉冲，即将时标信号分成每秒一次的方波信号。秒信号送入计数器进行计数，秒计数计满60后向分计数器进位，分计数器计满60后向小时计数器进位，小时计数器按照二十四进制规律计数，计数器的输出经译码器送显示器。所有的计时结果由7位数码管显示。计时出现误差时可以用校时电路进行校时、校分、校秒。扩展电路必须在主体电路正常运行的情况下才能进行功能扩展。第二章 数字电子钟各功能的设计21振荡器的设计2K+5v振荡器是数字钟的核心，数字电子钟应有标准的时间源，用它产生频率稳定的1HZ脉冲信号秒脉冲，用它产生标准的频率信号，再由分频器分成秒时间脉冲，振荡器振荡频率的精度及频率的精确度决定了数字钟的计时的准确程度，通常说，振荡器的频率越高，计时精度越高，振荡电路是由石英晶体、微调电容与集成反相器等元件构成，原理如图所示。图中1门、2门是反相器，1门用于振荡，2门用于缓冲整形，为反馈电阻，反馈电阻的作用是为反相器提供偏置，使其工作在放大状态，反电阻的值选取太大，会使放大器偏置不稳甚至不能正常工作；值太小又会使反网络负担加重。图中，是频率微调电容，一般取535PF，是温度特性校正电容，一般取消040PF，与电容与晶体共同构成网络，以控制振荡频率，并使输入输出移相180。555V0R1RPR2C1C210K0.01uF0.1uF5628435.1K1ms石英晶体振荡器的振荡频率稳定，输出波形近似正弦波，可用反相器整形而得到矩形脉冲输出。 第二种方案可以由两个与非门与电阻电容组成基本多谐振荡器，如图所示，电路中R1、R2的值应小于与非门的关门电阻ROFF，振荡器的周期取决于RC数值的大小，一般用改变电容C粗调频率，电阻R作细调元件。但这种方案精度不高，故很少采用。22分频器的设计时间标准信号的频率很高，要得到秒脉冲，需要分频电路，分频器的功能主要有两个：一是产生标准的秒脉冲信号；二是提供功能扩展电路所需要的信号，目前多数的石英电子不的振荡频率为32768HZ，用15位二进制的计数器进行分频后可得到1HZ的秒脉冲信号。2.3时分秒计数器的设计74LS16074LS160&六十进制计数器a）六十进制计数。秒计数器的电路形式很多，大部分由一级十进制计器和一级六进制计数器组成，；图中所示是用两块中规模集成电路74LS160按反置零法串接而成，秒计器的十位和个位，输出脉冲除用作自身清零个，同时还作为“分”计数器的输入信号，分计数电路与秒计器相同。CP74LS16074LS160分计数器进位信号&1112131412QaQbQcQdQcQbQaQd12CP二十四进制计数器B）二十四进制计数。图为二十四进制小时计数器，是用两片74LS160组成的，也可用两片中规模集成电路74LS160和与非门构成。译码和显示的电路译码就是把给定的代码进行翻译，变成相应的状态，用于驱动LED数码管，只要在它的输入端输入8421码，数码管就能显示十进制的数字。23校时电路的设计实际的数字钟表电路由于秒信号的精确性不可能做到完全（绝对）准确无误，加之电路中其它原因，数字钟总会产生走时误差的现象。因此，电路中就应该有校准时间功能的电路当数字钟接通电源或者计时出现误差的时候，需要校正时间（或称校时），校时是数字钟应具备的基本功能，对校时电路的要求是因小时校正时不影响分和秒的正常计数；在分校正时不影响秒和小时的正常计数，校时方式有“快校时”和“慢校时”两种，“快校时”是通过开关控制，使计数器对1HZ的校时脉冲计数。“慢校时”是用手动产生的单脉冲作校时脉冲，它实质上是由基本的R-S触发器组成的脉冲发生器，如图所示，从图中可知，未按按钮SB时，与非门的一个输入端接地，基本R-S触发器处于1状态，即Q=1，这时数字正常工作，分脉冲能进入分计数器，时脉冲也能进入时计数器，按下SB时，与非门的一个输入端接地，于是基本R-S触发器翻转为0状态，Q=0，若所按的是校分的按钮，则秒脉冲可以直接进入分计数器而分脉冲被阻止进入，因而能校较快的校准分计数器的计数值，若所按的是校的时的按钮，则秒脉冲可以直接进入时计数器而时脉冲被封锁，于是就能较快的对计数器值进行校谁，则校准后，将校正的按钮放开，使其恢复原位，数字钟继续进行正常的计时工作。2.5功能扩展电路设计1定时控制电路设计时个位数字钟在指定的时刻发出信号，或驱动音响电路“闹时”；或对某装置的电源进行接通或断开“控制”，都要求时间准确，即信号的开始时刻与持续时间必须满足规定的要求分个位分十位时个位874LS0374LS20Q03DG130音响电路74LS00&3.3KQ1Q2MQ0Q2Q0Q31KHz+5V1K+5V22闹时电路如；上午7时59分发出闹时信号，持续时间为1分钟。则7时59分对应的数字钟的时个位计数器的状态为=0111，分十位计数器的状态为=0101，分个位计数器的状态为=1001。若将上述计数器输出为“1”的所有输出端经过与门电路去控制音响电路，可以使音响电路正好在7点59分响，持续1分钟后（即8点时）停响。所以闹时控制信号Z的表达式为 Z= M，式中，M为上午的信号输出，要求M=1。如果用与非门实现式所表示的逻辑功能，则可以将Z进行布尔代数变换，即Z=实现上式的逻辑电路如图所示，其中74LS20为4输入二与非门，74LS03为集电极开路（OC门）的2输入四与非门，因OC门的输出端可以进行“线与”，使用时在它们的输出端与电源+5V端之间应接一电阻，=3.3K。如果控制 1KHZ高音和驱动音响电路的两极与非门也采用OC门，则的值应重新计算。 由图可见上午7时59分时，音响电路的晶体管导通，则扬声器发出1KHZ 的声音。持续一分钟到8点整晶体管因输出端为“0”而截止，电路停闹。2仿广播电台正点报时电路的设计仿广播电台正点报时电路的功能要求是：每当数字钟计时快要到正点时发出声响，通常按照4低音1高音的顺序发出间断声响，以最后一声高音结束的时刻为正点时刻。&1111音响电路&分十位分个位秒十位秒十位秒个位Q0Q2Q0Q3Q0Q2Q01KHz50Hz仿电台报时电路设4声低音（约500Hz）分别发生在59分51秒、53秒、55秒及57秒，最后一声高音（约1kHz）发生在59分59秒，它们的持续时间均为1秒。由图可知= 当分计到59分时，将分触发器置1，而等到秒计数到54S时，将秒触发器置1，然后通过与相“与”后，再和1S标准秒信号相“与”，输出控制低音的喇叭声，直到59时，产生一个复位信号，使清零，低音声停止，同时59秒S信号的反相又和相“与”输出控制高音的喇叭声，当分、秒计数从59：59变成00：00时；鸣叫结束，完成整点报时，电路中的高、低音信号分别由CD4060分频器的输出端产生。输出频率1024HZ，高、低两种频率通过或门输出驱能三极管，让喇叭鸣叫，只有当分十位的 =11，分个位的=11及秒个位的=1时,音响电路才能工作。秒个位计数器的状态CP（秒）功能500000510001鸣低音520010停530011鸣低音540100停550101鸣低音560110停570111鸣低音581000停591001鸣高音000000停3发光二极管50K当一个脉冲到达时，发光管二极管就会闪烁一次，此发光二极管接到秒脉冲中，当秒脉冲走过一秒的时候，发光二极管就会随着闪烁一下发光二极管第三章 整体电路设计方案论证整体电路分析数字钟是一个将“ 时”，“分”，“秒”显示于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时59分59秒，另外应有校时功能和报时功能。因此，一个基本的数字钟电路主要由译码显示器、“时”，“分”，“秒”计数器、校时电路、报时电路和振荡器组成。干电路系统由秒信号发生器、“时、分、秒”计数器、译码器及显示器、校时电路、整点报时电路组成。秒信号产生器是整个系统的时基信号，它直接决定计时系统的精度，一般用石英晶体振荡器加分频器来实现。将标准秒信号送入“秒计数器”，“秒计数器”采用60进制计数器，每累计60秒发一个“分脉冲”信号，该信号将作为“分计数器”的时钟脉冲。“分计数器”也采用60进制计数器，每累计60分钟，发出一个“时脉冲”信号，该信号将被送到“时计数器”。“时计数器”采用24进制计时器，可实现对一天24小时的累计。译码显示电路将“时”、“分”、“秒”计数器的输出状态菁七段显示译码器译码，通过六位LED七段显示器显示出来。整点报时电路时根据计时系统的输出状态产生一脉冲信号，然后去触发一音频发生器实现报时。校时电路时用来对“时”、“分”、“秒”显示数字进行校对调整的。(图在后一页)第四章 设计体会近年来,随着数字电子技术的发展,收数字逻辑电路组成的数字测量系统,数字