数字钟设计报告

1、1设计目的3 2设计任务3 3数字电子钟的电路系统设计 3 设计原理3 方案确定4 3.2.1 设计方案一 4 3.2.2设计方案二5 3.2.3两种方案的比较5 3.2.4设计方案的确定6 数字电子钟的电路设计 6 3.3.1 电源电路的设计6 3.3.2 时间计数电路的设计7 3.3.3 正点报时电路的设计 8 3.3.4校时电路的设计9 3.3.5秒信号发生器的设计9 3.3.6 译码驱动显示电路 11 3.3.7 数字电子钟的整体电路 11 设计电路的计算机模拟仿真与调试 14 4电路的装配过程15 电路模拟仿真调试15 电路焊接15 实物的实际调试15 5实验数据和误差分析15 实验

2、数据15 误差分析16 6元件清单16 7课程设计的收获、体会和建议 17 致谢19 参考文献 20 1设计目的 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。 此次设计与制作数字电子钟的目的是让学生在了解数字钟的原理的前提下，运用刚刚学 过的数电知识设计并制作数字钟，而且通过数字钟的制作进一步了解各种在制作中用到 的中小规模集成电路的作用及其使用方法。由于数字电子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，从 而实现理论与实践相结合。 总的来说，此次课程设计，有助于学生对电子线路知识的整合和电子线路设计能力

3、的训练，并为后继课程的学习和毕业设计打下一定的基础。 2设计任务 设计制作一个数字电子钟 设计指标： 1. 时间计数电路采用24进制，从00开始到23后再回到00; 2. 各用2位数码管显示时、分、秒； 3. 具有自动校时、校分功能，可以分别对时及分进行单独校时，使其校正到标准时间； 4. 计时过程具有报时功能，当时间到达整点前 10秒开始，蜂鸣器1秒响1秒停地响5 次。 5为了保证计时的稳定及准确，须由晶体振荡器提供时间基准信号。 3数字电子钟的电路系统设计 下面将详细介绍整个数字电子钟的电路系统设计过程。其中包括数字电子钟的设计 原理，设计方案的确定，数字电子钟的电路设计计算机仿真，电路的

4、设计与调试几个设 计部分。 设计原理 数字电子钟是一个对标准频率（1HZ进行计数的计数电路。它由振荡器、分配器、计数器、译码器和显示器电路组成。振荡器产生的时钟信号经过分频器形成秒脉冲信号， 秒脉冲信号输入计数器进行计数，并把累计结果以“时”、“分”、“秒”的数字显示出来。 秒计数器电路计满60后触发分计数器电路，分计数器电路计满60后触发时计数器电路， 当计满24小时后又开始下一轮的循环计数。 通过校时电路可以对分和时进行校时，且计时过程具有报时功能，当时间到达整点前10 秒开始，蜂鸣器1秒响1秒停地响5次。 方案确定 通过查找资料并展开讨论，共讨论出两个不同的设计方案，表面上看，似乎两个方

5、 案都符合要求，但经过反复深究，并将两个方案加以比较，最终确定一个既符合本设计 要求又具有比较强的可行性的方案作为此次设计的对象。 3.2.1设计方案一 方案一的设计主要是由555振荡电路，时间计数电路，校时电路和译码驱动电路组 成。而分频器采用3片集成电路计数器74LS90,每片为1/10分频，3片级联则可获得所 需的频率信号。而时间计数电路由74LS90组成，分为一个24进制电路和两个60进制电 路。校时电路则由开关组成。 设计方案一的设计原理图如图1 U6 74LS48 译码 4 时十 位计 74LS48 译码 时个 位计 74LS48 译码 分十 位计 74LS48 译码 分个 位计

6、74LS48 译码 秒个 位计 无消抖动校时，校分控制电路 三级分频电 555振荡器 图1设计方案一的设计原理图 3.2.2设计方案二 方案二的设计主要由晶体振荡电路，时间计数电路，校时电路，译码驱动电路。其 中，时间计数电路用六个74LS90组成。校时电路主要由HD74KS00F组成RS触发器，而 且加入消抖电路，达到了自动校时的效果。 设计方案二的设计原理图如下 U6 tttt 4511 译码 4511 译码 4511 译码 4511 译码 J I 1 时十 位计 时个 位计 分十 位计 分个 位计 4511 译码 4511 译码 II 秒十 位计 秒个 位计 具有消抖动的校分，校时控制电

7、路 32768晶体振 分频电路 (74LS74) 1Hz CD4060分频器 图2设计方案二的设计原理图 3.2.3两种方案的比较 1、在数字电路设计中，两种方案采用了不同的元器件，但都达到了数字时钟功能。 2、 第一个方案采用了简单的开关形式进行校时，而第二个方案则采用了由RS触发 器组成的具有消抖动的消抖校时电路，消除了输入脉冲的不稳定性，使得在校时过程中 不影响计数。 3、 第一个方案采用了 74LS48的译码芯片，而第二个方案则采用了MCI 4511D译码 芯片，显然，前者价格昂贵，后者经济实惠。 4、第一个方案采用了 555振荡器，输出脉冲既不精确也不够稳定，而第二个方案则 采用了晶

8、体振荡电路，其输出脉冲较精确，稳定。 5、第一个方案采用了 3片74LS90作为分频器，而第二个方案则采用了 1片74LS74 作为二级分频器，电路较前者简单 3.2.4设计方案的确定 鉴于第一种方案有比较多的局限性，而方案二则比较方便实用，再根据本次设计的 具体要求与所学的知识，确定方案二为本次设计采用的方案。 数字电子钟的电路设计 下面将介绍第二个设计方案的设计电路。其中包括电源电路的设计、时间计数电路 的设计、正点报时电路的设计、校时电路的设计、秒信号发生器的设计、译码驱动显示 电路的设计几个部分。 3.3.1电源电路的设计 由于本设计所用芯片的数目较多，而且数字钟需要比较稳定的电压才能

9、使得计数正 常、稳定、精确。所以采用 L7805CV稳压集成块做稳压电路，并为了更好的消除电压谐 波，所以采用了 2000卩f的滤波电容，以此得到稳定的电压。 电源电路：用7805集成块做稳压电路。如图3 U1 3.3.2时间计数电路的设计 时间计数电路由秒个位和秒十位计数器、分个位和分十位计数器及时个位和时十位 计数器电路构成，其中秒个位和秒十位计数器、分个位和分十位计数器为60进制计数器, 而根据设计要求，小时计数器为 24进制计数器。 用6个74LS90组成两个60进制和一个24进制计数器。分别如图4和5。 U2 UA U1 74LS 1Q 1CLR 5 6 3 74LS74D 图9晶体

10、振荡电路 3.3.6 译码驱动显示电路 译码驱动电路将计数器输出的 8421BCD码转换为数码管需要的逻辑状态，并且为保 证数码管正常工作提供足够的工作电流。本设计采用MCI 4511译码器和LED数码管。译 码驱动显示电路如图10。 U1 SEVEN_SEG_DISPLAY 图10译码驱动显示电路 3.3.7数字电子钟的整体电路 图11为数字电子钟的整体电路主模块部分，图12，图13，图14为数字电子钟的整 体电路副模块部分。 图11电路主模块部分 图12晶体振荡电路 十住 的A fifr胆和a 图14正点报时电路 设计电路的计算机模拟仿真与调试 本次设计后的方案分电源电路、时间计数电路、正

11、点报时电路、校时电路、秒信号 发生器电路和译码驱动显示电路等几个模块，设计后分别送到计算机模拟软件 Multisim2001中进行模拟调试。此次模拟仿真调试是在实物调试前展开的，可以及时发 现设计方案中存在的问题并进行分析与修正，方便购买器件，也为下一步的实物调试和 线路板制作提供正确可行的电路模块。 例如时间计数电路的仿真模拟调试如图 15。 图15时间计数电路的仿真模拟调试图 又如晶振电路的仿真波形图如图16 h |i I* 1) i1 1I I1 11) 1li 1p 1li |i - I) h 1) II _ _ _ . F * * f *-*T I |i ai 1|i II 1 i|

12、 Ji i|i giii |ii ii ai: in ;.n :.r i III卜口匚 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 | 1 | 1 11 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1li ii ii 1 | 1 | 1 ni 11 11 ii = 1 1 1 | i| * 1 II1 1l ii 1li 一广八十 11 1l ii 1H 图16晶振电路的仿真波形图 4电路的装配过程 经过电路的模拟仿真调试后，进入实际组装配置过程。其中包括电路模拟仿真调试、 电路焊接和实物的实际调试三个阶段。 电路模拟仿真调试 经过电路的电脑模拟仿真调试后，将芯片插入实验室的实验箱再一次进行调试，首

13、先调试秒计时电路，再接着调试分计时电路，如此一步一步调试下去，一发现问题可以 及时分析并更正，并且边调试边焊接，节省了大量时间。 电路焊接 在实际组装配置即焊接电路板的过程中，对于裸露在空气中的电线或者芯片引脚， 由于受氧化，表层附有一次很薄的氧化物，会导致其导电能力大大下降，因此须用砂纸 擦去氧化层。每焊接完一部分电路，就立即进行调试，测试无误后方可进心下一阶段的 焊接。焊接时要主要布线和焊点的合理分布，尽量做到美观。实际焊接过程中，要保证 焊笔不要碰到已经焊好的线，否则焊好的线很容易脱落。 实物的实际调试 完成焊接后，即进入实物的调试阶段。实际调试中出现了不少问题，如显示不正常, 秒计时中

14、满六十后不进位等等。仔细检测后发现主要是电路的某些线脱落和自制电源的 电压谐波太大所致。后来还发现校时电路中的一个消抖电路设计出现错误，须重新设计。 经过认真的分析与纠错后，最终调试成功。 5实验数据和误差分析 实验数据 在组装器件完毕后，用实验室的秒表进行测试数字钟的精确度，测试结果如表1 表1数字钟时间与秒表时间的比较表 秒表时间（单位：秒） 数字钟时间 误差（单位：秒） 00 00: 00: 00 0 30 00: 00: 30 0 00: 01: 00 90 00: 01: 30 0 120 00: 02: 00 0 00: 02: 30 00: 03: 00 误差分析 从表1可看出，

15、误差接近于0,而且理论上，误差本来是累积的，但实际上不然，该 表的数据已显示数字钟走了 90秒和120秒时的误差与走了 60秒的误差并不相关联，亦 即误差不累积。因此易得出此误差值为人的反应时间（包括视觉反应时间和手的反应时 间），并不是数字钟本身的误差。因此，此数字钟的精确度相当高，满足设计要求。 6元件清单 本次设计所用的元器件如表2所示 表2兀器件清单一览表 元器件 数量 SN74LS90N 6 HD74KS00P 3 MCI 4511 6 CD4060 1 CD4081BE 3 74LS74 1 LM7805 1 10MQ电阻 5 1000卩F电容 4 33卩F电容 2 R145- 3

16、2晶体振荡器32768HZ 1 数字IC插座（双列直插式） 20 单刀双掷开关 2 9V-12W变压器 1 蜂鸣器（双引脚） 1 电路板 2 双引脚导线 若干 电源插头 1 数码管 6 稳压管L7805CV 1 整流桥RS207 1 7课程设计的收获、体会和建议 收获与体会： 1、加强了团队合作精神。很难想象，如果我们各人之间没有好好的配合，设计过程 将成为一团乱麻。正是由于各人做好了应该做的工作，整个过程才能一气呵成。更为可 贵的是，我们彼此鼓励，同舟共济地处理每个问题。这种团队精神将是我们美好的回忆。 2提高了对芯片的认识。为了在实验室里做好测试工作，我们必须对所用到的芯片 了解得一清二楚

17、。通过查阅手册，或者询问老师，我们终于对芯片的引脚功能熟透，这 样不但测试起来可靠，对以后的学习也是有极大的帮助。 3、加强了对元件市场的了解。为了得到我们需要的元件，我们要亲自去电子城购买 元件，看到电子应用繁荣的一面，我们对电子方面的知识更有兴趣了。 4、磨练了我们的意志力。我们花了很多心血来做这个课程设计，但凡事不是一帆风 顺的，我们遇到了许多困难。有些困难甚至看进来难于解决，确实也是打击了我们的信 心。但我们毫不气馁，认真地检查电路，检查焊接的好坏。例如在做电源这一部分时， 我们不断地修正方案，示波器也显示出了很完美的波形，但还是无法让电路正常运行。 在我们无比失望之际，我们没有放弃，

18、最后找出问题的根本，换了两个大电容，达到了 消除电压谐波，终于解决这大问题。 5、提高了我们使用电脑对电路进行仿真的能力。在这之前，我们用电脑软件完成了 自动控制的课程设计。同样地，我们又要学会新的软件 Multisim和来画电路图，并用它 进行仿真。这又让我们的知识增多了。 6、加强我们对电子器件的了解。一直以来，我们都对电路板感到神奇，对电子应用 感到好奇。这次我们亲自制作一个电子器件，虽然原理并不太复杂，但我们在这一个过 程，了解电子应用的奇妙之处。 7、加深了 “项目”这一词汇的理解。明白这类似这样的一个设计，我们其实可以把 它当成一个项目工程来看待。我们的小组长起着协调组内成员工作的作用，而每个成员 也非常配合他的安排，这就是一个项目管理的小例。 8做到理论联系实际。冈寸刚学过了数电这门课程，还没完全弄懂某些元器件的原理 和用途，而此次课程设计恰