`多功能数字钟的设计与制作

1、目目 录录 1 绪论.1 1.1 概述.1 1.2 设计任务.2 1.3 功能要求.2 2 电路设计.3 2.1 设计方案.3 2.2 单元电路的设计.4 2.2.1 主体电路部分.4 2.2.1.1 振荡电路.4 2.2.1.2 计数电路.7 2.2.1.3 校时电路.11 2.2.1.4 译码与显示电路.13 2.2.2 扩展功能电路的设计.14 2.2.2.1 定时控制电路.14 2.2.2.2 仿广播电台正点报时电路.16 2.2.2.3 自动报整点时数电路.17 2.2.2.4 触摸报整点时数电路.19 3 调试.20 3.1 主体电路部分.20 3.2 扩展电路部分.21 4 总结

2、.27 谢辞.28 参考文献.29 附录.30 1 绪论绪论 1.11.1 概述概述 1.21.2 设计任务设计任务 设计一种多功能数字钟，该数字钟具有基本功能基本功能和扩展功能扩展功能两部分。其中， 基本功能部分的有准确计时，以数字形式显示时、分、秒的时间和校时功能准确计时，以数字形式显示时、分、秒的时间和校时功能。扩 展功能部分则具有：定时控制、仿广播电台正点报时、自动报整点时数和触摸报定时控制、仿广播电台正点报时、自动报整点时数和触摸报 正点的功能正点的功能。数字钟的电路也是由主体电路和扩展电路两部分构成，在电路中， 基本功能部分由主体电路实现，而扩展功能部分则由扩展电路实现。这两部分都

3、 有一个共同特点就是它们都要用到振荡电路提供的 1Hz 脉冲信号。在计时出现误 差时电路还可以进行校时和校分，为了使电路简单所设计的电路不具备校秒的功 能。并且要用数码管显示时、分、秒，各位均为两为显示，扩展部分要有相应的 响应电路。 1.31.3 功能要求功能要求 基本功能基本功能 （1）时的计时要求为“12 翻 1” ，分和秒的计时要求为 60 进制 （2）准确计时，以数字形式显示时，分，秒的时间 （3）校正时间 扩展功能扩展功能 （1）定时控制； （2）仿广播电台报时功能； （3）自动报整点时数； （4）触摸报整点时数； 2 2 电路设计电路设计 2.12.1 设计方案设计方案 根据设计

4、要求首先建立了一个多功能 数字钟电路系统的组成框图，框图如 图 1 所示。 由图 1 可知，电路的工作原理是：多功能数字钟电路由主体电路和扩展电路 两大部分组成。其中主体电路完成数字钟的基本功能，扩展电路完成数字钟的扩 展功能。 振荡器产生的高脉冲信号作为数字钟的振源，再经分频器输出标准秒脉冲。 秒计数器计满 60 后向分计数器个位进位，分计数器计满 60 后向小时计数器个位 进位并且小时计数器按照“12 翻 1”的规律计数。计数器的输出经译码器送显示 器。计时出现误差时电路进行校时、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扩展功能。 触摸报时数 1s 主体电路扩展电路 图

5、 1 2.22.2 单元电路的设计单元电路的设计 数字电子钟的设计方法很多种，例如，可用中小规模集成电路组成电子钟； 也可以利用专用的电子钟芯片配以显示电路及其所需要的外围电路组成电子钟； 还可以利用单片机来实现电子钟等。 在本次设计，电路是由许多单元电路组成的，因此首先必须对各个单元电 路进行设计。 2.2.12.2.1 主体电路部分主体电路部分 主体电路部分的电路主要由振荡电路、计数电路、显示电路以及校时电路四 大部分组成。下面将对各部分电路进行设计。 2.2.1.12.2.1.1 振荡电路振荡电路 振荡电路由振荡器和分频器产生 1Hz 时钟脉冲和扩展部分所需的频率，下面 对振荡器和分频器

6、两部分进行介绍。 （1） 振荡器 数字电路中的时钟是由振荡器产生的，振荡器是数字钟的核心。振荡器的稳 定度及频率的精度决定了数字钟计时的准确程度，一般来说，振荡器的频率越高， 计时精度越高。它利用某种反馈方式产生时钟信号。对数字电路来说，振荡器的 输出的幅度范围为 0v5v 的方波信号而不是锯齿波、三角波或其他形式。典型 的振荡器是弛豫振荡器，它通过一个 RC 网络将反相器的输出反馈回来并存在一 定的工作延迟时间。基本的电路如图 2 所示。 时显示器 时译码器 时计数器 分显示器 分译码器 分计数器 秒显示器 秒译码器 秒计数器 校时电路 振荡器分频器 仿电台报时 报整点时数 定时控制 12

7、A 7404 12 A 7404 R2 R1 C 图 2 在上述电路中，RI-C 网络由第一个反相器驱动，具有 RC 特性曲线的响应信 号被反馈给反相器的输入。当电容上的电压达到施密特触发器输入反相器的门限 电压的时候，反相器的状态发生改变，并输出一个新的电压值。这个输出电压经 过一定的延迟时间再次通过 RIC 反馈回来，直到电容电压再次达到门限电压为 止。 用施密特触发器输入器件（如 74HC04） ，但是由于电容的参考电压在每个临 界点都要发生变化，所以施密特触发器不是必需的。由于电容与输出相连，每次 状态改变时，电容的充电电压会超过 5V。从这一点来说，输出电压会改变电容的 充电电压，直

8、到电容两端的电压变为 74HC04 的门限电压（2.5V）为止。振荡器 输出状态的改变发生在电容上的电压达到 2.5V 时。 弛豫振荡器对许多低成本而精度要求又不高的场所非常适合，但是并不推荐 在任何有精度要求的实际应用电路采用它。 如果想要获得高的精度，就应该在振荡电路中使用石英晶体作振源。在数字 钟的设计与制作中应采用石英晶体振荡器，因为石英晶体具有压电效应，是一个 压电器件。当交流电压加在晶体两端，晶体先随电压变化产生对应的变化，然后 机械振动又使晶体表面产生交变电荷。当晶体几何尺寸和结构一定时，它本生有 一个固定的机械频率。当外加交流电压的频率等于晶体的固有频率时，晶体片的 机械振动最

9、大，晶体表面电荷量最多，外电路的交流电流最强，于是产生振荡， 因此将石英晶体按一定方位切割成片，两边傅以电极，焊上引线，再用金属或玻 璃外壳封装即构成石英晶体。石英晶体的固有频率十分稳定。另外石英晶体的振 动具有多谐性，除了基频振动外，还有奇次谐次泛音振动，对于石英晶体，既可 利用基频振动，也可利用泛音振动。前者称为基频晶体，后者称为泛音晶体，晶 片厚度与振动频率成反比，工作频率越高，要求晶片厚度越薄。将石英晶体作为 高 Q 值谐振回路元件接入反馈电路中，就组成了晶体振荡器。在设计中所用的振 荡器的电路图如图 3 所示。该电路能产生 1MHz 的方波脉冲振荡信号。 12 A 7404 12 A

10、 7404 12 A7404 1K 0.01uF 5-25pF1MHZ 图 3 （2）分频器 分频器的作用是将由石英晶体产生的高频信号分频成基时钟脉冲信号和扩展 部分所需的频率。在此电路中，分频器的功能主要有两个：一是产生标准脉冲信 号；二是功能扩展电路所需的信号，如仿电台用的 1KHz 的高频信号和 500Hz 的 低频信号等.在此电路中作为分频器的元件是:CD4518。 CD4518 可以组成二分频电路和十分频电路。用 CD4518 组成二分频的电路如 图 4；用 CD4518 组成十分频的电路如图 5；在本次设计中所用的分频器的电路图 如图 6。电路经过十分频后将晶振来的 1MHz 的振

11、荡脉冲变为 1Hz 的脉冲信号，该 信号作为计数器的计数脉冲使用。 输入 输 出 输入 输入 输 出 清零 图 4 图 5 CK 1 EN 2 CLR 7 Q0 3 Q1 4 Q2 5 Q3 6 A 4518 CK 1 EN 2 CLR 7 Q0 3 Q1 4 Q2 5 Q3 6 A 4518 CK 1 EN 2 CLR 7 Q0 3 Q1 4 Q2 5 Q3 6 A 4518 CK 1 EN 2 CLR 7 Q0 3 Q1 4 Q2 5 Q3 6 A 4518 CK 1 EN 2 CLR 7 Q0 3 Q1 4 Q2 5 Q3 6 A 4518 CK 1 EN 2 CLR 7 Q0 3 Q1

12、 4 Q2 5 Q3 6 A 4518 100KHZ 10KHZ 1KHZ 100HZ 10HZ 1HZ 1MHZ 图 6 输入 输出 CP CR EN 4Q1Q Cr CP EN 4Q Cr CP 上升沿 L H 加计数 L L 上升沿 加计数 下降沿 L X 保 X L 上升沿 上升沿 L L 持 H L 下降沿 X H X 全为 L 上表:CD4518 的功能表 振荡器和分频器两部分构成振荡电路，它的电路图如图 7 所示。 根据图 7 可知电路的工作原理是：石英晶体振荡器提供的频率为 1MHz，CD4518 组成十分频电路。并且一个 CD4518 可以组成两个十分频电路即： CD4518

13、 的引脚 2 与引脚 6 组成一个十分频电路而引脚 10 与引脚 14 组成另一个十 分频电路。晶振的输出接入第一块 CD4518 的输入引脚 2，经过一次十分频，频率 变为 100KHz。输出引脚 6 接入同一块 CD4518 的引脚 10 经第二次分频，频率变为 10KHz。输出引脚接人第二块 CD4518 的输入引脚 2 再经一次分频，频率变为 1KHz。这样经过六次分频最后可以得到 1Hz 的频率。 12 A 7404 12 A 7404 12 A7404 1K 0.01uF 5-25pF1MHZ CK 1 EN 2 CLR 7 Q0 3 Q1 4 Q2 5 Q3 6 A 4518 C

14、K 1 EN 2 CLR 7 Q0 3 Q1 4 Q2 5 Q3 6 A 4518 CK 1 EN 2 CLR 7 Q0 3 Q1 4 Q2 5 Q3 6 A 4518 CK 1 EN 2 CLR 7 Q0 3 Q1 4 Q2 5 Q3 6 A 4518 CK 1 EN 2 CLR 7 Q0 3 Q1 4 Q2 5 Q3 6 A 4518 CK 1 EN 2 CLR 7 Q0 3 Q1 4 Q2 5 Q3 6 A 4518 100KHZ 10KHZ 1KHZ 100HZ 10HZ 1HZ 图 7 2.2.1.22.2.1.2 计数电路计数电路 计数器是一种计算输入脉冲的时序逻辑网络，被计数的输

15、入信号就是时序网 络的时钟脉冲，它不仅可以计数而且还可以用来完成其他特定的逻辑功能，如测 量、定时控制、数字运算等等。 数字钟的计数电路是用两个六十进制计数电路和“12 翻 1”计数电路实现的。 数字钟的计数电路的设计可以用反馈清零法。当计数器正常计数时，反馈门不起 作用，只有当进位脉冲到来时，反馈信号将计数电路清零，实现相应模的循环计 数。以六十进制为例，当计数器从 00，01，02，59 计数时，反馈门不起 作用，只有当第 60 个秒脉冲到来时，反馈信号随即将计数电路清零，实现模为 60 的循环计数。 下面将分别介绍 60 进制计数器和“12 翻 1”小时计数器。 （一）60 进制计数器

16、电路如图 8 所示 R0(1) 6 R0(2) 7 CKA 14 QA 12 CKB 1 QB 11 QC 9 QD 8 74LS92_2 R0(1) 2 R0(2) 3 R9(1) 6 R9(2) 7 CKA 14 QA 12 CKB 1 QB 9 QC 8 QD 11 74LS90_5 GND GND+5V +5V 图 8 电路中，74LS90 作为十位计数器，在电路中采用六进制计数；74LS90 作为 个位计数器在电路中采用十进制计数。当 74LS90 的 14 脚接振荡电路的输出脉冲 1Hz 时 74LS90 开始工作，它计时到 10 时向十位计数器 74LS92 进位。下面对电路 中

17、所用的主要元件及功能介绍。 十进制计数器 74LS90 74LS90 是二五十进制计数器，它有两个时钟输入端 CPA 和 CPB。其中， CPA 和组成一位二进制计数器；CPB 和组成五进制计数器；若将与0Q321Q Q Q0Q 相连接，时钟脉冲从输入，则构成了 8421BCD 码十进制计数器。74LS90BCPACP 有两个清零端 R0（1） 、R0（2） ，两个置 9 端 R9（1）和 R9（2） ，其 BCD 码十进制 计数时序如表 1，二五混合进制计数时序如表 2，74LS90 的管脚图如图 9。 R0(1) 2 R0(2) 3 R9(1) 6 R9(2) 7 CKA 14 QA 12

18、 CKB 1 QB 9 QC 8 QD 11 74LS90 图 9 表 1 BCD 码十进制计数时序 表 2 二五混合进制计数时序 CP CP DQCQBQAQAQBQCQDQ 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 0 1 2 0 0 1 0 2 0 0 1 0 3 0 0 1 1 3 0 0 1 1 4 0 1 0 0 4 0 1 0 0 5 0 1 0 1 5 1 0 0 0 6 0 1 1 0 6 1 0 0 1 7 0 1 1 1 7 1 0 1 0 8 1 0 0 0 8 1 0 1 1 9 1 0 0 1 9 1 1 0 0 异步计数器 74LS9

19、2 所谓异步计数器是指计数器内各触发器的时钟信号不是来自于同一外接输入 时钟信号，因而触发器不是同时翻转。这种计数器的计数速度慢。一异步计数器 74LS92 是 二六十二进制计数器，即和组成二进制计数器，和ACP0QBCP 在 74LS92 中为六进制计数器。当和相连，时钟脉冲从输入，321Q Q QBCP0QACP 74LS92 构成十六进制计数器。74LS92 的管脚图如图 10。 R0(1) 6 R0(2) 7 CKA 14 QA 12 CKB 1 QB 11 QC 9 QD 8 74LS92 图 10 （二）（二） “12“12 翻翻 1”1”小时计数器电路小时计数器电路 （1 1）

20、电路如图电路如图 1111 所所 示示 CLK 3 D 2 SD 4 CD 1 Q 5 Q 6 74LS74A P0 15 P1 1 P2 10 P3 9 Q0 3 Q1 2 Q2 6 Q3 7 RC 13 TC 12 CLK 14 CE 4 U/D 5 PL 11 74LS191 4 5 6 U9B74LS00 1 2 3 U9A 74LS00 11 12 13 U10D 74LS00 GND R1 3.3K +5V 89 U8D 74LS04 +5v CP 图 11 “12 翻 1”小时 计数器是按照“010203040506070809 10111201”规律计数的，计数器的计数状态转换

21、表如表 3 所示。 表 3“12 翻 1”小时计时时序 十位 个位十位 个位 CPQ10Q03 Q02 Q01 Q00CP Q10Q03 Q02 Q01 Q00 0 1 2 3 4 5 6 7 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 8 9 10 11 12 13 0 0 0 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 （二）电路的工作原理（二）电路的工作原理 由表 4 可知：个位计数器由 4

22、 位二进制同步可逆计数器 74LS191 构成，十位 计数器由双 D 触发器 74LS74 构成 ，将它们组成 “12 翻 1”小时计数器。计数 器的状态要发生两次跳跃：一是计数器计到 9，即个位计数器的状态为 =1001 后，在下一计数脉冲的作用下计数器进入暂态 1010，利用暂03020100Q Q Q Q 态的两个 1 即使个位异步置 0，同时向十位计数器进位使 =1；二是计0301Q Q10Q 数到 12 后，在第 13 个计数脉冲作用下个位计数器的状态应为 03020100Q Q Q Q =0001，十位计数器的 =0。第二次跳跃的十位清“0”和个位置“1”的输出10Q 端、来产生。

23、对电路中所用的主要元件及功能介绍。10Q01Q00Q D 触发器 74LS74 在电路中用到了 D 触发器 74LS74，74LS74 的管脚图如图 12。 D 2 Q 5 Q 6 CLK 3 41 PRE CLR A 74LS74 图 12 计数器 74LS191 74LS191 的管脚图如图 13 CTEN 4 D/U 5 CLK 14 LD 11 MAX/MIN 12 RCO 13 A 15 QA 3 B 1 QB 2 C 10 QC 6 D 9 QD 7 74LS191 图 13 2.2.1.32.2.1.3 校时电校时电路路 （一）电路如图（一）电路如图 1414 所示所示 8 9

24、10 U10C 74LS00 1 2 3 U11A 74LS00 11 12 13 U10D 74LS00 R3 3.3kC1 0.01uF S1 GND 1011 U8E 74LS04 1HZ S2/M2 Q2 +5V 图 14 （二）电路的工作原理（二）电路的工作原理 校时电路的作用是：当数字钟接通电源或者出现误差时，校正时间。校时是 数字钟应具有的基本功能。一般电子表都具有时、分、秒等校时功能。为了使电 路简单，在此设计中只进行分和小时的校时。校时有“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 校时脉冲计数。 “慢校时”是用 手动产生单脉冲作校时脉冲。图中

25、 S1 校分用的控制开关，S2 为校秒用的控制开 关，它们的控制功能如表 4 所示，校时脉冲采用分频器输出的 1Hz 脉冲，当 S1 或 S2 分别为“0”时可以进行“快校时” 。如果校时脉冲由单次脉冲产生器提供， 则可以进行“慢校时” 。 表 4 校时开关的功能 S1 S2 功 能 1 1 计数 1 0 校分 0 1 校时 （三）对电路中所用的主要元件及功能介绍（三）对电路中所用的主要元件及功能介绍 2.2.1.42.2.1.4 译码与显示电路译码与显示电路 2.2.22.2.2 扩展功能电路的设计扩展功能电路的设计 2.2.2.12.2.2.1 定时控制电路定时控制电路 数字钟在指定的时刻

26、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” 。不管是闹时还是控制，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。 （一）设计电路如图（一）设计电路如图 1818 所示所示 1 2 4 5 6 UZ1A 74LS20 13 12 10 9 8 UZ1B 74LS20 4 5 6 UZ4B 74LS03 1 2 3 UZ4A 74LS03 1 2 3 UZ9A 74LS00 4 5 6 UZ9B 74LS00 RZ4 1K RZ3 22 LS1 SPEAKER Q1 3DG130 +5V SZ3 SW +5V 1KHZ RL 3.3K +5V 图

27、 18 （二）电路的工作原理（二）电路的工作原理 （三）对电路中所用的主要元件及功能介绍（三）对电路中所用的主要元件及功能介绍 2.2.2.22.2.2.2 仿广播电台正点报时电路仿广播电台正点报时电路 仿广播电台正点报时的功能要求是：每当数字钟计时快要到正点时，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。 （一）设计电路如图（一）设计电路如图 2121 所示所示 1 2 3 UZ11A 74LS00 8 9 10 UZ8C 74LS00 4 5 6 UZ8B 74LS00 1 2 3 UZ8A 74LS00 1 2 4 5 6 UZ2A 74LS20

28、 13 12 10 9 8 UZ2B 74LS20 RZ4 1K RZ3 22 LS1 SPEAKER 89 UZ6D 74LS04 12 UZ5A 74LS04 34 UZ5B 74LS04 89 UZ5D 74LS04 Q3 M2M1 Q1 3DG130 +5V SZ4 SW M2 Q0M2 Q2M1 Q0M1 Q31KHZ S1 Q3500HZ S1 Q0 S2 Q2 S2 Q0 图 21 （二）该电路图的工作原理（二）该电路图的工作原理 电路图的工作原理举例来说明；例如设 4 声低音（约 500Hz）分别 在 59 分 51 秒、53 秒、55 秒及 57 秒，最后一声高音（约 100

29、0Hz）发生在 59 秒，它们的 持续时间为 1 秒。只有当分十进位的，分个位的，秒220211MMQQ310111MMQQ 十位的及秒个位的时，音响电路才能工作。 2 20 211SSQQ0 11SQ （三）对该电路中使用的元件的介绍（三）对该电路中使用的元件的介绍 2.2.2.32.2.2.3 自动报整点时数电路自动报整点时数电路 （一）设计电路如附录图（一）设计电路如附录图 4 4 所示所示 （二）电路的工作原理（二）电路的工作原理 报整点时数电路的功能是：每当数字钟计时到整点时发出音响，并且几点响 几声。实现这一功能的电路主要有以下几个部分。 减法计数器：完成几点响几声的功能。即从小时

30、计数器的整点开始进行减法 计数，直到零为止。 编码器：将小时计数器的 5 个输出端、按照“12 翻4Q3Q2Q1Q0Q 1”的编码要求转换为减法计数器的 4 个输入端、所需要的 BCD3D2D1D0D 码。在电路图中编码器是由与非门实现的组合逻辑电路。 其中编码器是由与非门实现的组合逻辑电路，其输出端的逻辑表达式由 5 变 量的卡若图可得。 00DQ14114DQ QQQ2241DQQ Q334DQQ 分进位脉冲 小时计数器输出 减法计数器输入 CP 4Q3Q2Q1Q0Q3D2D1D0D 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 2 0 0 0 1 0 0 0 1 0 3 0 0 0 1 1 0

31、 0 1 1 4 0 0 1 0 0 0 1 0 0 5 0 0 1 0 1 0 1 0 1 6 0 0 1 1 0 0 1 1 0 7 0 0 1 1 1 0 1 1 1 8 0 1 0 0 0 1 0 0 0 9 0 1 0 0 1 1 0 0 1 10 1 0 0 0 0 1 0 1 0 11 1 0 0 0 1 1 0 1 1 12 1 0 0 1 0 1 1 0 0 编码器的真值表 逻辑控制电路 控制减法计数器的清“0”与置数，控制音响电0123D D D D 路的输入信号。 减法计数器选用 74LS191，74LS191 各控制端的作用如下。 LD 为置数端。当 LD=0 时将小时

32、计数器的输出经数据输入端的数据0123D D D D 置入，RC 为溢出负脉冲输出端.当减法计数到“0”时，RC 输出一个负脉冲。U/D 为加/减控制器。U/D=1 时减法计数。CPA为减法计数脉冲,兼作音响电路的控制脉 冲。 逻辑控制电路由 D 触发器 74LS74 与多级与非门组成。其工作原理是：接通电源 后按触发开关 S，使 D 触发器 74LS74 清0 ，即 1Q=0。该清“0”脉冲有两个作 用：一是，使 74LS191 的置数端 LD=0，即将此对应的小时计数器输出的整点时数 置入 74LS191；二是，封锁 1KHz 的音频信号，使音响电路无脉冲输入。当分十位 计数器的进位脉冲下

33、降沿到来时，经过 G1 反相，小时计数器加 1。新的小时数置 于 74LS191，分十位计数器的进位脉冲的下降沿到来时又使 74LS74 的状态翻转， 1Q 经 G3、G4 延时后，74LS191 进行减法计数，计数脉冲由 CP0 提供。CP0=1 时音 响电路发出 1KHz 声音，当 CP0=0 时停响。当减法计数到 0 时，使 D 触发器的 1CP=0，但是触发器的状态不改变。因为分十位计数器的进位脉冲仍为 0，CP=1， 使 D 触发器翻转复“0” ，74LS191 又回到置数状态，直到下一个分十位计数器进 位脉冲的下降沿来到。实现自动报警的功能。如果出现某些整点数不准确，其主 要原因是

34、逻辑控制电路的与非门延时时间不够,产生了竞争冒险的现象，可以适 当增加与非门的级数或接如小电容进行滤波。 2.2.2.42.2.2.4 触摸报整点时数电路触摸报整点时数电路 3 调试调试 在本设计中，为了设计的顺利进行，我在实验箱上进行了部分调试，因为电 路太复杂，在实验箱上不可能整体电路进行调试。调试后，我就自己焊接了一个 试验板进行调试。以确保最后能很好的完成其各部分功能。调试后，我就画 PCB 图，用来制印制板。因为 PCB 图先画，后经过反复考虑振荡电路部分改进了，最 后用的是 1MHZ 的晶振经过三片 CD4518 六次分频就能得到 1HZ 的频率。所以在印 制板外加了一个振荡部分电

35、路。 3.13.1 主体电路部分主体电路部分 振荡电路部分振荡电路部分 我先用的是 32768HZ 的晶振和反向器 74LS00 接两个电阻和两个电容组成的 振荡电路，产生 32768HZ 的方波信号，经过 15 级二分频后得到 1HZ 的基准脉冲。 扩展部分所需的频率可以从 5 级二分频得到 1024HZ 六级二分频得到 512HZ 但是 这样用的集成块较多，时间延迟较长。用 555 产生多谐振荡方波也可，就是精确 度和稳定度不高。后来我就用的 1MHZ 的晶振产生 1MHZ 的频率经过 74LS90 组成 的二-五-十的分频器，可很好的扩展部分所需的频率。只是要用六块 74LS90，后 来

36、我查了手册，发现 4518 有两片十进制分频器，功能与 74LS90 又基本上相同， 这样就可少用集称块，减少时间延时。 在现用电路调试中，晶振的输出频率为 1MHz，用三片 CD4518 组成了六级 十分频电路，在调试中我对每级分路进行了测试。在第一级分频后出现的脉冲信 号为 100KHz，经过第二级得到了 10KHz 的标准脉冲，这样一级级的分频，经过 六次分频后得到了标准的 1Hz 脉冲信号。 振荡部分产生 1MHZ 的方波信号为： 计数电路部分计数电路部分 （1 1）小时计数部分）小时计数部分 （2 2）秒计数电路部分）秒计数电路部分 （3 3）分计数电路部分）分计数电路部分 校时电路

37、部分校时电路部分 在整个电路的设计中，需要用到两个校时电路，两个校时电路的功能相同， 它们不同的是在电路的设计时，校分电路比校时电路少一个反相器，这是因为 74LS191 为高电平有效而 74LS90 为低电平有效。 调试的结果是：当开关断开时，分计数电路，小时计数电路正常计数，当开 关闭合时，校时电路进行校时。只是有时松开按键时，较时数会有点误变化，经 过仔细分析，确定是由于在松按键时产生了抖动，如果接上 R-S 触发器就能够消 抖。 3.23.2 扩展电路部分扩展电路部分 扩展部分的调试是在主体部分正确的情况下，才能完成的。有些也可模拟调 试。 定时控制定时控制 扩展部分的调试是在主体部分

38、正确的情况下，才能完成的。单独在实验箱上 可以调试其电路的输入就用模拟开关输入高低电平。只要在输入的变化下能够控 制风鸣器工作就行。因为这部分的电路比较简单、原理也不难。所以这部分调试 很快，一切很顺利。 仿广播电台正点报时仿广播电台正点报时 这部分也比较简单，只是有两个音频信号（1KHZ、500HZ）要发出高、底声 音。其余的就是来自主体部分的控制信号，这也用模拟开关输入高低电平，能够 使其音响电路发声，就没有问题。在调试时这部分也比较顺利。 自动报整点时数自动报整点时数 这部分电路就较复杂了，用模拟开关的电平输入来代替小时计数器的输入， 用一单次正脉冲来代替分的十位进位的反相脉冲。第一次调

39、试时，音响电路没有 发是声，经过仔细检查，发现 74LS74 的电源和地之间被击穿，换了一个 74LS74 后，音响电路发出了声。 触摸报整点时数触摸报整点时数 这部分电路是在自动报时的功能上，增加一触发脉冲控制电路，在这里用的 是 555 集成电路组成的单稳态触发器，产生单稳态脉冲。其经过偶数 4 次反向器 延时后，用其来代替分十的进位脉冲，而触发器的触发端接 D 触发器的 RD 端。 第一次调试时，音响电路不受触摸脉冲的影响，它是一直都响，经过分析后，确 定是触发器 D 没有输出控制信号。检查发现触发器的 2（D）脚和 6（/Q）脚没有 连接好，接上后，音响就受触摸信号的控制了，说明其正常

40、。 以上的调试都是单独在实验箱上进行的。以上的调试都是单独在实验箱上进行的。 为了整体能调试成功，我焊接了个整体电路来调试，基本上也没有什么问题。 就是布线太困难了，并且很容易出错。我在焊接的时候，由于线太多了，布线是 三层，第一层，我先焊的是电源和地；第二层，焊的是主体部分的连线；第三层， 焊的是扩展部分的连线。由于线多，我用的是排线，但是排线容易断。这给完成 整体焊接电路带来了很多困难，先焊上的线，很可能在稍后就被折断了，所以布 线也不是很规范了。 焊接的调试电路图为： 焊接的调试电路接线面图 焊接的调试电路正面图 有了以上在数字实验箱的调试，在焊接电路的调试就很容易了，主体电路的 功能接

41、上电源后就能实现：能显示时、分、秒的时间；小时的计数为“12 翻 1” ， 分和秒的计时为 60 进位；能够校时、分。扩展部分：定时控制；仿广播电台正 点报时；自动报正点时数，都能实现。但是触摸报正点时数不能很好的实现，一 触摸它就不停止的响，不是在报正点时数。后经过是 D 触发器没有输出，用万用 表测试 D 触发器的 5 脚一直都为高电平，后发现 D 的 1 脚的触发开关与地之间没 有接上，接上后调试，能实现。 因为我制的印制板是前三周画出的，后经过在实验箱的具体调试和自己焊接 电路的调试，所以，电路有所调整，原设计的振源用的是 32768HZ 的晶振，它要 得到基准脉冲要经过 15 级二分

42、频，才能得到 1HZ 的脉冲。而我后采用 1MHZ 的晶 振只需用 CD4518 经过六次十分频就能得到 1HZ 的基准脉冲。这样所需的集成块 还少些，带来的时间延时也就少些。所以最后我还在印制板的外面加一小板这样 作为整个电路的振源。 所需频率产生器图 最后在我制的印制板上调试，发现其没有反应。用万用表的二极管档测试， 发现其电源没有接通，逐级测试，查出是 VCC 与+5V 的电源没有接通。当接上时 调试，一切都能够实现。下图为制的印制板图： 正面图 焊接面图 电源原理图为：电源原理图为： 1 2 3 4 + 2200uF + 220uF Vin 1 GND 2 Vout 3 7805 22

43、0V 5V 6V 本电源的纹波电流很小，为 0.001V,有时甚至为 0V。满足需要。能向总体电 路提供电源。 总体功能实现图： 能显示时、分、秒的时间；小时的计数为“12 翻 1” ，分和秒的计时为 60 进 位；能够校时、分。扩展部分：定时控制；仿广播电台正点报时；自动报正点时 数；触摸报正点时数。这些能满足设计要求。 总体实物图 4 4 总结总结 通过本次毕业设计,我明白了一个道理:无论做什么事情,都必需养成严谨,认 真,善思的工作作风.我这毕业设计由于我采用的是数字电路来实现的,所以电路 较复杂,但是容易理解.每一部分我都能理解并且能有多种设计方法. 通过这次设计,我还掌握了制 PCB

44、 的一系列步骤,在前三周的时间里,我把本 设计的整个电路图画好了,并且画好了 PCB 板图,并交孙老师检查,还在实验箱上 调试了部分电路. 由于制板时间较长,所以我在这期间自己焊接了一个整体电路,并进行调试, 由于万能板的面积有限,电路复杂,所以布线不是很美观,但是它的功能基本上都 能实现。 最后在我在制的印制板上都能很好的实现多功能数字钟的各相功能，都达到 了预期的结果，并且很美观。通过这次毕业设计，我又掌握了些元器件的用途以 及它们的参数、性能。这次设计提高了我理论和实践相结合的能力，增加了把理 论用于实践的兴趣，同时也提高了我分析问题和解决问题的能力。没有最好，只 有更好。我相信通过这一

45、次的毕业设计之后，我以后会更加努力，用严谨的科学 态度去面对一切。克服困难，战胜自我，超越自我。 参考文献参考文献 1康华光.电子技术基础.数字部分 北京:高等教育出版社,2000 2顾永杰.电工电子技术实训教程.上海:上海交通大学出版社,1999 3陈小虎.电工实习（I）.北京:中国电力出版社，1996 4焦辎厚.电子工艺实习教程.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,1993 5陈 坚.电力电子学M.北京:高等教育出版社,2002 6宋春荣.通用集成电路速查手册.山东科学技术出版社,1995 7高吉祥.电子技术基础实验与课程设计.电子工业出版社,2002 8吕思忠.数子电路实验与课程设计.哈尔滨工

46、业大学出版社,2001 9谢自美.电子线路设计、实验、测试.华中理工大学出版社,2000 10王琉银.脉冲与数字电路.高等教育出版，1985 11美M.Morris Mano.Digital Design.北京:高等教育出版社,2002 12美 JohnM Yarbrough .DIGITAL LOGIC APPLICATIONS AND DESIGN.北京: 机械工业出版社，2002 附录附录 A 7 B 1 C 2 D 6 LT 3 BI/RBO 4 RBI 5 a 13 b 12 c 11 d 10 e 9 f 15 g 14 U2 74LS48 A 7 B 1 C 2 D 6 LT 3

47、 BI/RBO 4 RBI 5 a 13 b 12 c 11 d 10 e 9 f 15 g 14 U4 74LS48 A 7 B 1 C 2 D 6 LT 3 BI/RBO 4 RBI 5 a 13 b 12 c 11 d 10 e 9 f 15 g 14 U3 74LS48 A 7 B 1 C 2 D 6 LT 3 BI/RBO 4 RBI 5 a 13 b 12 c 11 d 10 e 9 f 15 g 14 U5 74LS48 A 7 B 1 C 2 D 6 LT 3 BI/RBO 4 RBI 5 a 13 b 12 c 11 d 10 e 9 f 15 g 14 U1 74LS48

48、A 7 B 1 C 2 D 6 LT 3 BI/RBO 4 RBI 5 a 13 b 12 c 11 d 10 e 9 f 15 g 14 U6 74LS48 R0(1) 2 R0(2) 3 R9(1) 6 R9(2) 7 CKA 14 QA 12 CKB 1 QB 9 QC 8 QD 11 74LS90_4 R0(1) 6 R0(2) 7 CKA 14 QA 12 CKB 1 QB 11 QC 9 QD 8 74LS92_2 R0(1) 6 R0(2) 7 CKA 14 QA 12 CKB 1 QB 11 QC 9 QD 8 74LS92_1 R0(1) 2 R0(2) 3 R9(1) 6

49、R9(2) 7 CKA 14 QA 12 CKB 1 QB 9 QC 8 QD 11 74LS90_5 CLK 3 D 2 SD 4 CD 1 Q 5 Q 6 74LS74A P0 15 P1 1 P2 10 P3 9 Q0 3 Q1 2 Q2 6 Q3 7 RC 13 TC 12 CLK 14 CE 4 U/D 5 PL 11 74LS191 8 9 10 U9C 74LS00 8 9 10 U10C 74LS00 4 5 6 U10B 74LS00 1 2 3 U10A 74LS00 11 12 13 U9D 74LS00 4 5 6 U9B74LS00 1 2 3 U9A 74LS00

50、1 2 3 U11A 74LS00 11 12 13 U10D 74LS00 GND GND GND GND GND GNDGND R1 3.3K +5V R2 3.3k R3 3.3k C2 0.01uF C1 0.01uF S3 S1 GND GND+5V GND GND R6 150K R5 22M JT 32768HZ C7 20p C3 3/22pF GNDGND a bf c g d e DPY 7 6 4 2 1 9 10 a b c d e f g 8 h 3 h 5 DS1 BS202 a bf c g d e DPY 7 6 4 2 1 9 10 a b c d e f g 8 h 3 h 5 DS2 BS202 a bf c g d e DPY 7 6 4 2 1 9 10 a b c d e f g 8 h 3 h 5 DS3 BS202 a bf c g d e DPY 7 6 4 2 1 9 10 a b c d e f g 8 h 3 h 5 DS4 BS202 a bf c g d e DP