数电课设-多功能电子钟设计--宋峰

1、2045089715电子技术综合训练设计报告题目：多功能电子钟姓名：宋 峰学号：10230126班级：控制工程1班同组成员：杜 鹏指导教师：杨新华日期：2012年12月目录摘 要 3一设计任务和要求 41.1 设计任务 41.2 设计要求 4二系统设计 52.1 系统要求 52.2 方案设计 5三单元电路设计 63.1 振荡电路63.2 分频电路73.3 时间计数电路83.4 显示电路113.5 校时电路11四电路仿真 13五 电路安装、调试与测试 15六 元器件列表16七参考文献 16八总结17摘要本次课程设计的主题是数字电子钟。由振荡电路（秒信号产生器）、分频电路、时间 计数电路、 显示电

2、路和校时电路构成。 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，这里用多谐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”计数器的输出状态经 CD4511 译码后送到七段显示译码器译码，通过七位LED七段显示器显示出来。关键词：数字电子钟；

3、设计；时分秒；进制、 设计内容和要求：1 1 设计任务：设计一个多功能电子钟1.2 设计要求：1、数字形式显示时、分、秒，在分和秒之间显示“：”，并按 1 次/ 秒的速度闪烁；2、每日以 24 小时为一个记时周期；3、有校正功能，能够在任何时刻对电子钟进行方便的校正；4、电源： 220V/50HZ 的工频交流电供电； （注：直流电源部分仅完成设计即可，不需制作，用实验室提供的稳压电源调试，但要 求设计的直流电源能够满足电路要求）5、按照以上技术要 求设计 电路，绘制电 路图，对 设计的 电路用 Multisim 或 OrCAD/PspiceAD9.2 进行仿真，用万用板焊接元器件，制作电路，完

4、成调试、测试，撰写设 计报告。发挥部分：1、有定时闹叫功能， 能够按照任意预先设置的时间闹叫， 驱动小型扬声器工作，并要求 在闹叫状态能够手动消除闹叫；2、整点时刻通过扬声器给出提示。1.3 设计思路设计振荡电路，分频后得到1Hz的时钟脉冲信号；设计 60进制分秒计数器，24进制小时计数器， 通过译码器连接数码管显示计数数值， 校时电路通过两个开关实现手动校时分、 时。基本芯片：555定时器、74IS160计数器、74ls00等逻辑门电路、CD4511译码器、共阴 极数码管。二、系统设计2.1系统设计要想构成数字钟，首先应选择一个时钟脉冲信号一一能自动地产生稳定的标准时间脉冲信号。而脉冲源产生

5、的脉冲信号地频率较高，因此，需要进行分频，使得高频脉冲信号变成适合于计时的低频脉冲信号，即“秒脉冲信号”（频率为1Hz）。经过分频器输出的秒脉冲信号到计数器中进行计数。由于计时的规律是：60秒=1分，60分=1小时，24小时=1天,就需要分别设计60进制，24进制计数器，并发出驱动信号。各计数器输出信号经译码器、 驱动器到数字显示器，是“时”、“分”、“秒”得以数字显示出来。2.2方案设计三、单元设计3.1振荡电路可用555定时器构成多谐振荡器再经过分频得到1Hz的时钟脉冲信号，也可直接选用石英晶体振荡器，由数电所学知识知道555定时器简单实用，故选用 555构成多谐振荡器。用555定时器构成

6、的多谐振荡器电路如图：图中电容C、电阻R2和R4作为振荡器的定时元件，决定着输出矩形波正、负脉冲的宽度。定时器的触发输入端（2脚）和阀值输入端（ 6脚）与电容相连；集电极开路输出端（7脚）接R1、R2相连处，用以控制电容 C的充、 放电；外界控制输入端（5脚）通过0.01u电容接地。VCC5VA1VCCR1 49k QR2120k QRST OUTDISTHRTRICONGND555 VIRTUALC1 100nFC2丰1 pF4，1通过仿真，示波器 XSC1输出所示波形，可知周期近似为20msn丽时间aif_a5.00C 537 ms0,000 VT2-T119.961ms5.000 V时间

7、轴比例 10 ms/Div苣道a比例s w通追日m 5伽边召fTi.v m可丽555定时器组成的多谐振荡器产生频率为50Hz的方波，再用74LS160计数器50分频得到1Hz的脉冲信号。由TRi 2R2 ln2 0.02 s可得Ri 2R2 149K故 取电阻分别为 R1 49k , R2 120k ，C3 100nf , C4 10nf因此其输出频率为1H乙可以作为电子时钟电路的秒脉冲信号。3.2分频器电路分频器是由两个74160N组成的 分成1Hz的频率输出，实现分频效果。50进制计数器。则输出端的频率则是将原来的50HzVCC5V2p NE T NED AOL R LC 1 11 901

8、1 76D CB A174160N74160N0 DR QB AU19p NET NED AOL 分频后波形如下图示，可知频率为0 DCR Q QB A Q Q14U18U17AI 丨川 4049BT_5VC BQQCP永冲1Hz时间袖通适心魁发比例 500 Es/Div比例§忡比例5忡_边沿qsqmu卜部Mifi aY&S 0丫位畫0电平门V3.3时间计数电路3.3.1十进制计数器74160计数器是对CP脉冲进行计数的时序逻辑电路。如果组成计数器中的各个触发器的CP不是同一信号，这样的计数器称异步计数器。本次设计采用6片十进制同步计数器 74160组成两个六十进制的计数器（

9、分、秒）和一个二十四进制计数器（时）。74160如图所示。74160是中规模集成的同步十进制加法计数器,有着同步预置数、异步置零和保持的功能。其功能表如表所示。表3.ABQAQB14"13"5CQC126 .DQD117ENPRCO1510ENTLOAD CLR-2_aCLKU174160N图74160十进制计数器CLKR/LDEPET工作状态X0XXX置零10XX预置数X1101保持X11X0保持（C=0）1111计数3.3 . 2时间计数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、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

10、位计数器为60进制计数器，时个位和时十位计数器为 24进制计数器。分、秒的个位部分为逢十进一，十位部分为逢六进一，从而共同完成60进制计数器。当计数到59时清零并重新开始计数。个位部分的设计：利用十进制计数器 74LS160和与非门74LS00在面包板上设计10进制计数器显示秒的个位。计数器的1脚接高电平，7脚及10脚接1。因为7脚和10脚同时为1时计数器处于计数工作状态.秒的个位和十位的2脚相接从而实现同步工作，15脚（串行进位输出端）接十位的7脚和10脚。个位计数器由Q3Q2Q1Q0 （0000） 2增加到（1001） 2时产生进位，并十位部计数器的2脚脉冲输入端 CP,从而实现10进制计

11、数和进位功能。利用74LS161和74LS00在面包板上设计 6进制计数器显示十位：7脚和10脚接个位计数器的15脚（串行进位输出端），当个位计数器由 Q3Q2Q1Q0 （ 0000） 2增加到（1001 ）2时产生进位，并十位部分开始计数，通过74LS00对Q2Q1与非接入74LS161 的1脚清零端和分个位计数器的2脚脉冲输入端CP,从而实现6进制计数器和进位功能。同样的可得到时的 24进制计数。局部电路图如下图示:5VU48y：«S»8：gDCD HEX74LSQ0D整体电路图如下图示:74L >160Q XFG1uh :冲谕入VCCCP中3.4显示电路数码管按

12、照其发光二极管的连接方式不同，可分为共阳极和共阴极两种。共阴极是指数码管中所有发光二极管的阴极连在一起接低电平，而阳极分别由a、b、c、d、e、f、g输入信号驱动，当某个输入为高电平时，相应的发光二极管点亮；共阳极数码管则相反，它的所有发光二极管的阳极连在一起接高电平，而阴极分别由a、b、c、d、e、f、g输入信号驱动，当某个输入为低电平时，相应的发光二极管点亮。由于计数器输出的是8421BC胸，数码管不能直接显示成数字，为了让数数码管显示人们能看懂的数字，就需要把计数器输出的8421BC胸转换成数码管显示的阿拉伯数字，这就需要译码器的翻译。本设计采用共阴极七段发光二极管译码显示器。译码电路选

13、用CD4511。计数器经过CD4511译码后接到数码管实现动态显示计数值的功能。3.5校时电路数字钟应具有分校正和时校正功能，因此，应截断分十位和时十位的直接计数通路，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。正常时刻，与非门U17的一端接高电平，另一端接秒十位的进位输出端，即U13。此时,若秒十位的进位输出端输出低电平，则分个位的CLK有低电平信号输入，得到进位。若秒十位的进位输出端输出高电平，则分个位的CLK有高电平信号输入，因此，无进位。当接通开关J1，与非门一端接地，即为低电平，另一端还是接到秒十位的进位输出端。此时，无论秒十位的进位输出端输出高电平还是低电平，经与非门U

14、17输出的均为高电平，经非门U19得到低电平，并输入到分个位的CLK使其得到进位，实现“分”加 1。J1为单刀双掷的跳变开关， 即按下M键开关闭合，松开 M键开关随之断开。所以， 可以通过连续按 下M键连续增加“分”。时校时与分校时同理， 连续按下H键（控制开关J2的闭合与断开） 便可连续增加“时”。因此，通过控制开关J1和J2的断开与闭合，便可得到想要校正的时刻。要强调的是，此种校时方法是可以实现进位的。即，当“分”显示为59时，再按M,“时”显示便会加1,同时“分”显示清零。但当“时”显示为23时，再按H, “时”清零， 但“分”显示会继续按原状态计数。如图所示：四、电路仿真U5-S16U

15、NAB CD3 4 5 6I壬R200 HzR3J3U17A14nniD9T4hC51D_4VI!U9'4LS160N10k Qey = Space-_4VNT Ar Cn星Avcc5C1100nFpC21(i F74LS16UNA BC D NEI ILS1604LS160N184IS160NU20BKey = SpaceR6HC51D_4V10k Q丄74HC00D.jjii«五、安装调试与实物图调试时按模块调试，首先测试振荡电路，产生50Hz的脉冲信号；再依次测试分频电路、计数电路、显示电路及校时电路模块，最终整体测试六、元器件列表十进制计数器74LS1608片六反相器

16、74LS044片四2输入与非门74LS005片七段译码器CD45116片定时器NE5551片共阴数码显示管6个8输入与非门74LS30D1个单刀双置开关3个导线若干发光二极管2个电阻510欧姆6个1K 2K 47K电容100 nf 1UF排针排母有源蜂鸣器1个七、参考文献1康华光 电子技术基础-模拟部分M 北京：高等教育出版社，2000, 72童诗白 模拟电子技术基础M 北京：高等教育出版社，2000, 103成 立 数字电子技术M 北京：机械工业出版社， 2004, 14阎 石 数字电子技术M 北京：高等教育出版社，2000, 55毕满清电子技术实验与课程设计（第三版）M 北京：机械工业出版社， 2005, 7谢自美电子线路设计实验测试（第4版）M 北京：高等教育出版社，2000, 37孙肖子 邓建国 陈 男 电子设计指南M 北京：高等教育出版社，2006, 108赵曙光 可编程器件原理、开发及应用M 西安：西安电子科技大学出版社， 2002,29潘 松 黄继业EDA技术实用教程（第