数字式电子钟设计.doc

辽宁工程技术大学电子技术课程设计课程设计名称： 电子技术课程设计 题 目： 数字式电子钟设计 专 业： 班 级： 姓 名： 学 号： 3课 程 设 计 成 绩 评 定 表学期姓名专业自动化班级课程名称数字电子课程设计设计题目数字式电子钟设计评定标准评定指标分值得分知识创新性2019理论正确性2019内容难易性1513结合实际性1008知识掌握程度1514书写规范性1010工作量1010总成绩10093评语：任课教师时间 年 月 日备 注课程任务设计书一、设计题目 数字式电子钟设计二、设计任务 设计数字式电子钟，基本要求如下：1.设计一个时分秒计数器，并具有译码显示。其中时为24进制，分秒为60进制。2.实现整点报时功能三、设计计划电子课程设计共一周第1天：查找资料，方案论证第2-3天：设计单元电路第4天：设计单元电路第5：撰写设计说明书四、设计要求1系统工作原理说明。2画出整个系统电路原理图。3电路图必须电脑绘制，图形符号符合国家标准。4心得体会，发展方向。5设计说明书符合格式规范。指导教师： 时间： 年 月 日 摘要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，所以通常使用石英晶体振荡器电路构成数字钟。本次设计的电子钟使用了分频器，计数器，译码器，校时器。具有时、分、秒计时功能和显示时间功能；具有校时、整点报时等功能。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.通过74LS90计数器做成分频器用74LS92和74LS90构成六十进制计数器，用74LS290构成二十四进制计数器，用555信号发生器作为电源，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。关键词： 数字钟；时、分、秒；校时；报时；目录1 综述 . . . . . .12 方案设计与分析 . . . . . . . . . 22.1设计方案. . . . . . . .22.2设计概要. . . . . . . .23电路各部分功能描述. . . . . . .33.1振荡器功能. . . . . . . .33.2分频器功能. . . . . . . .33.3计数器功能. . . . . . .33.4校时器功能. . . . . . . .33.5报时器功能. . . . . . .34 电路各部分原理设计及参数计算. . . . . .44.1振荡器. . . . . . . .44.2分频器. . . . . . .54.3计数器. . . . . . .64.4译码器. . . . . . . .64.5校时器. . . . . . . .74.6整点报时. . . . . . . . .85 调试及最终电路原理图. . . . . .106 课程设计体会. . .117.使用元件. . . . . . .131 综述20世纪末，电子技术获得了飞速的发展，在其推动下，现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，同时也使现代电子产品性能进一步提高，产品更新换代的节奏也越来越快。 时间对人们来说总是那么宝贵，工作的忙碌性和繁杂性容易使人忘记当前的时间。忘记了要做的事情，当事情不是很重要的时候，这种遗忘无伤大雅。但是，一旦重要事情，一时的耽误可能酿成大祸。例如，许多火灾都是由于人们一时忘记了关闭煤气或是忘记充电时间。尤其在医院，每次护士都会给病人作皮试，测试病人是否对药物过敏。注射后，一般等待5分钟，一旦超时，所作的皮试试验就会无效。手表当然是一个好的选择，但是，随着接受皮试的人数增加，到底是哪个人的皮试到时间却难以判断。所以，要制作一个定时系统。随时提醒这些容易忘记时间的人。 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。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、定时启闭电路、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。本次数字电路课程设计内容是数字电子钟，数字电子钟是采用数字电路实现对.时,分,秒.数字显示的计时装置,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逻辑电路。通过这次设计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 方案设计与分析2.1 设计方案（1）时钟具有有“时”、“分”、“秒”显示功能；（2）具有快速校时功能；（3）具有整点报时功能。在59分51秒、53秒、55秒、57秒输出500Hz音频信号，在59分59秒时输出1000Hz信号，音频持续1s，在1000Hz荧屏结束时刻为整点。2.2设计概要数字钟是一个将“ 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一些显示星期、报时、停电查看时间等附加功能。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秒发出一个“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”、计数器的输出状态送到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。3 电路各部分功能描述3.1振荡器功能设计一个振荡器，能产生提供方波信号一般采用石英晶体振荡器经过分频得到这一信号。也可采用由门电路或555定时器构成的多谐振荡器作为时间标准信号源。3.2分频器功能 把振荡器产生的方波信号转换成稳定的输出信号，从而得到秒脉冲3.3计数器功能有了时间标准“秒”信号后，就可以根据60秒为1分、60分为1小时、24小时为1天的计数周期，分别组成两个六十进制(秒、分)、一个二十四进制(时)的计数器。将这些计数器适当连接，就可以构成秒、分、时的计数，实现计时功能3.4校时器功能 随着时间变化，电路会产生不稳定，加上外界其他因素，会使钟表产生偏差，所以要用到校时器校正电路。3.5报时器功能 钟表要具有整点报时功能，应具有当数字钟的“分”和“秒”计数器计到59分50秒时，驱动音响电路，要求每隔一秒音响电路呜叫一次，每次叫声的时间持续1秒，10秒钟内自动发出五声呜叫，且前四声低，最后一声高，正好报整点4 电路各部分原理设计及参数计算数字电子钟的逻辑框图如图4-1所示。它由555集成芯片构成的振荡电路、分频器、计数器、显示器和校时电路组成。555集成芯片构成的振荡电路产生的信号经过分频器作为秒脉冲，秒脉冲送入计数器，计数结果通过“时”、“分”、“秒”译码器显示时间。 图4-14.1振荡器 图4-1-1晶体振荡器电路给数字钟提供一个频率稳定准确的32768Hz的方波信号，此外还有一校正电容可以对温度进行补偿，以提高频率准确度和稳定度，使稳定度优于10-4，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。一般来说，振荡器的频率越高，计时精度越高，但耗电量将增大。如果精度要求不高也可以采用由集成电路定时器555与RC组成的多谐振荡器。如图4-1-1所示。设振荡频率f=1KHz，R为可调电阻，微调R1可以调出1KHz输出。4.2分频器 图4-2-1由于振荡器产生的频率很高，要得到秒脉冲，需要分屏电路。本实验由集成电路定时器555与RC组成的多谐振荡器，产生1KHz的脉冲信号。故采用3片中规模集成电路计数器74LS90来实现，得到需要的秒脉冲信号。如图4-2-1 74LS90 可以获得对称的十分频计数，办法是将QD 输出接到A 输入端，并把输入计数脉冲加到B 输入端，在QA 输出端处产生对称的十分频方波。74LS90引脚图如下： 图4-2-24.3计数器秒脉冲信号经过6级计数器，分别得到“秒”个位、十位、“分”个位、十位以及“时”个位、十位的计时。“秒”“分”计数器为六十进制，小时为二十四进制。4.3.1六十进制计数由分频器来的秒脉冲信号，首先送到“秒”计数器进行累加计数，秒计数器应完成一分钟之内秒数目的累加，并达到60秒时产生一个进位信号，所以，选用一片74LS90和一片74LS92组成六十进制计数器，采用反馈归零的方法来实现六十进制计数。其中，“秒”十位是六进制，“秒”个位是十进制。如图4-3-1所示 图4-3-14.3.2二十四进制计数 图4-3-2在百进制基础上，采用反馈归零法即可组成二十四进制计数器。计数范围为023，24为过渡状态，当高位计数至2、低位计数至4时，计数器归零。将Q20和Q11直接与R0A和R0B连接，即组成二十四进制计数器。电路如图4-3-2所示。4.4译码器：用74LS48 四线-七段译码器 译码是指把给定的代码进行翻译的过程。计数器采用的码制不同，译码电路也不同。74LS48驱动器是与8421BCD编码计数器配合用的七段译码驱动器。74LS48配有灯测试LT、动态灭灯输入RBI，灭灯输入/动态灭灯输出BI/RBO,当LT=0时，74LS48出去全1。 图4-4-1 74LS48引脚图7段译码功能（LT=1，RBI=1）在灯测试输入端（LT）和动态灭零输入端（RBI）都接无效电平时，输入DCBA经7448译码，输出高电平有效的7段字符显示器的驱动信号，显示相应字符。除DCBA = 0000外，RBI也可以接低电平。4.5校时器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。图4-5-1 校时电路4.6整点报时仿广播电台整点报时电路：仿广播电台整点报时电路的功能要求是，每当数字钟计时快要到整点时发出声响，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整点时刻。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。如表4-6-1所示CP(秒)Q3s1Q2s1Q1s1Q0s1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鸣低音000000停图4-6 -2报时电路Q0,Q1分别接分和秒的十位;Q2,Q3分别接分和秒的个位，构成报时电路。音响器采用射极输出器，推动8的喇叭，三极管基极串接lk限流电阻，是为了防止电流过大损坏喇叭，集电极串接51限流电阻，三极管选用高频小功率管即可。当Y5端为高电平时，三极管T导通，有电流流经喇叭，使之发出鸣叫声。通过以上分析可知，当计时至59分51、53、55、57秒时，频率为500Hz的信号通过喇叭，当计时至59分59秒时，频率为1000Hz的信号通过喇叭，因而发出四低一高的声音，音响结束正好为59分60秒。5 调试及最终电路原理图图5-1由图5-1所示的数字中系统组成框图按照信号的流向分级安装，逐级级联。这里的每一级是指组成数字中的各个功能电路。级联时如果出现时序配合不同步，或剑锋脉冲干扰，引起的逻辑混乱，可以增加多级逻辑门来延时。如果显示字符变化很快，模糊不清，可能是由于电源电流的跳变引起的，可在集成电路器件的电源端Vcc加退藕滤波电容。通常用几十微法的大电容与0.01F的小电容相并联6 课程设计体会数字钟的设计涉及到模拟电子与数字电子技术。其中绝大部分是数字部分、逻辑门电路、数字逻辑表达式、计算真值表与逻辑函数间的关系、编码器、译码器显示等基本原理。数字钟是典型的时序逻辑电路，包含了计数器，二进制数，六进制数，六十进制，二十四进制，十进制数的概念。数字钟的设计与制作可以进一步加深对数字电路的了解，通过本次电子电路的设计，为数字电路的制作提供思路。我学到了很多东西，最重要的是去做好一个事情的心态，也许在你拿到题目时会觉得困难，但是只要你充满信心，一步一个脚印去实现它，就肯定会完成的。有时候画的线和其它线重要合时会看不到，有时又会明明连的是这个端点，一移动时却连到任外一个端点了，这个时候就要你有足够的耐心了。从这次设计中我觉得我学到了以下东西：对于数字逻辑一些基本知识有了更深的了解,了解很多集成门电路芯片的使用,增强了面对困难勇于面对，勇于解决的信心。以往每做一次课程设计，感觉自己的收获总会不少，这次也不例外。做课程设计是为了让我们对平时学习的理论知识与实际操作相结合，在理论和实验教学基础上进一步巩固已学基本理论及应用知识并加以综合提高，学会将知识应用于实际的方法，提高分析和解决问题的能力。通过这次对数字钟的设计与制作，让我了解了设计电路的程序，也让我了解了关数字钟的原理与设计理念，要实现电路功能总要先设计,成功之后才实际接线的。所以，在设计时应考虑两者的差异，从中找出最适合的设计方法。在做课程设计的过程中，我深深地感受到了自己所学到知识的有限，明白了只学好课本上的知识是不够的，要通过图书馆和互联网等各种渠道来扩充自己的知识。在实验过程中我们曾经遇到过问题。一个是在电路接好之后计数的显示结果不正确,经分析，检查后我们请老师帮我们检查了，知道了是电路中有些不懂的地方，改正了错误。我沉得做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。平时看课本时，有时问题老是弄不懂，做完课程设计，那些问题就迎刃而解了。而且还可以记住很多东西。比如一些芯片的功能，平时看课本，这次看了，下次就忘了，通过动手实践让我们对各个元件映象深刻。认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检