数字钟最终版本要点

1、iii11*i琼州学院本科生课程设计数字电子技术课程设计设计题目：数字钟digital clock专 业： 通信工程班 级：2 0 0 9>学生姓名：王威学 号：0 9 2 1 6 0 3 5起止日期：2011 、 52011、6指导教师：杨伟2011年6月数字钟摘要 ： 数字钟是一种既具有逻辑电路又具有时序电路的一种典型性的数字电路，它是用以实现时、分、秒的计时装置，它由振荡器、分频器、计数器、译码器、显示器、来达到六十进制，和二十四进制，以及整点报时的设计要求。关键词： 数字钟、进制、振荡器、分频器、计数器、译码器、显示器 校时，报时1、 设计要求 ： 时钟功能具有显示日、时、分、秒

2、的功能； 具有快速较准时、分、秒的功能；具有整点报时的功能，在离整定10s时，便自动发出鸣叫声，步长1s,每隔1s鸣叫一次，前4 响是低音，后1 响为高音，共鸣叫 5 次，最后 1 响结束时为整点； 整点报时高音为1000hz； 计时准确度每天计时误差不超过10 秒2、 数字时钟的电路系统设计：2.1 设计原理数字电子钟是一个对标准频率（1hd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，

3、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。2.2 整体构思数字钟是用计数器、译码器和显示器等集成电路实现“时”、“分”、“秒”按照数字方式显示的计数装置，主要由振荡器、分频器、校时电路、整点报时电路、计数器、译 码器和显示器六部分组成； 荡器电路：555多谐震荡电路电路给数字钟提供一个频率方波信号，可保证数字 钟的走时稳定。分频器电路：分频器电路将高频方波信号经分频后得到低频的方波信号供秒计数 器进行计数。分频器实际上也就是计数器。时间计数

4、器电路：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，时个位和时十位计数器为24进制计数器。译码驱动电路：译码驱动电路将计数器输出的4511b叩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。整点报时电路：一般时钟都应具备整点报时电路功能，即在时间出现整点前数秒内 数字钟会自动报时，以示提醒.其作用方式是发出连续的或有节奏的音频声波。数字钟总体框架图（1）3、数字钟各部分电路的设计3.1 振荡器电路振荡器是数字钟的核心。振荡器的稳定度及频率的精

5、确度决定了数字钟计时的准确 程度，通常选用石英晶体构成振荡器电路， 也可以选择555定时器。我在这里选择的是 555定时器。555定时器是一种应用极为广泛的中规模集成电路，因集成电路内部含有3个5kq电阻而得名。该电路使用灵活、方便，只需接少量的阻容元件就可以构成施密特触发器、 单稳态触发器和多谐振荡器，且价格便宜。555定时器广泛应用于信号的产生、变换、控制与检测。表2-1 555定时器的功能表复位端r7高电平触发端u11低电平触发端u12放电三极管vtd输出端uo0xx导通01>2/3v cc>1/3v cc导通01<2/3v cc>1/3v cc不变不变1>

6、2/3v cc<1/3v cc截止11<2/3v cc<1/3v cc截止1555定时器构成的振荡电路如图0.1 uf0.1uf用555组成的脉冲产生电路：r3=r4=47kc=10p f ,则理论上555所产生的脉冲的为:f=1/ (r3+2r4 cln2=1/(47000+47000*2)*0.000001=1hz,而设计要求为 1hz,因止匕理论上其误差为0,但是在实际中有很大的不确定性。反向保存 | ext, trigger4时间通道用通道手14.357 soxoo v2.417y14359 s5.000 v2.0s1v1.572 ms5.000 v-36775 mv

7、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。§foh qoss0人<0 <<u174ls90d对于上图，74ls90芯片的弓i脚8、9、11、12分别对应qc qb qd qa四个输出端，而第5端和第10端分别接高电平和地，上图已默认，就不画出，下面的电路图凡 涉及到芯片本身就需要接高电平和地的引脚亦不画出。当分的74

8、ls90芯片的进位输入端11端的脉冲进位信号传到时的脉冲输入端时，时 便计数一次，并且其十位和个位的进位关系与分（秒）的十位和个位的进位关系一样， 此处不再重述。24进制电路图如图5lvto rd qijfo r c q lvt9 ru474ls90dr bqblvto rd qijfo r c q lvt9 ru374ls90d2723图53.3 整点报时电路的设计当分和秒计数器计到 59分50秒时，“分”十位 qdqcqbqa=0101分”个位 qdqcqbqa=1001 秒”十位 qdqcqbqa=0101 秒”个位 qdqcqbqa=0000 59 分 50 秒到60分0秒（0分0秒）

9、，只有“秒”个位在计数，最后到整点时全部置“ 0”，从图 中可以看出在59分50秒到59分59秒，门2的输入全为高电平，门3输入除“秒”个 位qa外也是高电平，那么当秒个位 qa=1（qa=0时门3输出高电平，这个时间正对应 是50秒、52秒、54秒、56秒、58秒。在这几个时间上，500hz的振荡信号可以通过 门1,再经过门4送出音响电路，发出五次音响。而当时间达到整点时，门3输出为0,500hz的信号不能通过门1。此刻在分十位有一个反馈归零信号 qcqb把它引来触发由门6、门7构成的基本rs触发器并使门6的输出为高电平“1”，这时1khz振荡信号可以通过门5,再经门4,送入音响电路，在整点

10、时，报出最后一响。触发器的状态保持1s时间后被“秒”个位qa乍用回到零，整个电路结束报时。报时所需的 500hz和1khz 信号可以从分频电路中取出。图63.4 校时电路的设计数字种启动后，每当数字钟显示与实际时间不符进，需要根据标准时间进行校时。由 于秒钟误差比较的小，在这里不进行“秒”校时，校“分”、“时”的原理比较简单，采 用加速校时，即用外开关通过与非门开通电路的脉冲通道使其进入“时”或者“分”的 cloc输入端，作为计数脉冲进行校时。74ls0o,如图所示，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

11、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。与非门可选非门则可用与非门2个输入端并接来代替节省芯片因此实际使用时，须对开关的状态3.5 分频器的设计在数字电路中，分频器是一种可以进行频率变换的电路， 其输入、输出信号是频率 不同的脉冲序列。输入、输出信号频率的比值称为分频比。分频器是用于产生标准的“秒” 计时信号，在本项设计中需要1khz 500hz、1hz的脉冲信号。我们知道把555定时器 产生的1khz的时间标准信号，经过103分频，即需要经过3级十分频得到1hz的“秒” 计时信号。再经2分频获得500hz脉冲信号，因此我们用三块74ls90来实现3级十分图8

12、3.6 译码驱动显示电路译码电路的功能是将“秒”、“分”、“时”计数器的输出代码进行翻译，变成相应的数字。用于驱动led七段数码管的译码器常用的有 4511bd 4511bd bcd-7段译码器/ 驱动器，具具有bcd专换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的 cmosi路能提供 较大的拉电流。可直接驱动 led显示器，专用于驱动led七段共阳极显示数码管。由4511bd和led七段共阳数码管组成的一位数码显示电路如图所示。若将“秒”、“分”、“时”计数器的每位输出分别接到相应七段译码器的输入端，便可进行不同数字的显示。u7iau® ： 4611bp_6vvgc7u2七0o a a

13、n a sie i=0中qq中.图94、整体电路图设计图10本次设计后的方案分电源电路、时间计数电路、正点报时电路、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multisimio中中进行模拟调试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）0000: 00: 0003000: 00: 30060.0100: 01: 000.019000: 01: 30012000: 02: 000150.0200: 02: 300.02180.0300: 03: 000.035、误差

14、分析从表1可看出，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、原件清单;表2元器件清单一览表元器件数量sn74ls90n9cd4511be6数码显示管674ls00410k滑动变阻器10.1uf电容25.1k 电阻12k电阻1555 定时器4蜂鸣器10-50欧电阻674ls082单刀双掷开关2电感47、实验心得体会1、加强了团队合作精神。很

15、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。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、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。4、做到理论联系实际。刚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， 而此次课程设计恰恰提供了一个好机会， 让我们从实践中悟出电子技术的深奥之处。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，检察后我们请老师帮我们检察了电路，知道了是电路导线坏了，于是改正了错误。