数字电子钟的电路毕业设计

1、江西航空职业技术学院毕业设计说明书（论文）课题名称 数字电子钟电路的设计 专业 航空电子设备维修 班级 081331 姓名 温晓俊 学号 081331048号 指导老师 贺国灿 技术职称_2011年 4月 10 日江西航空职业技术学院毕业设计（论文）任务书学生姓名：温晓俊 班级：0813311.毕业设计（论文）题目：数字电子钟电路的设计2.毕业设计（论文）使用的原始资料数据及设计技术要求：(1)数字电子钟的逻辑框图. (2)它由石英晶体振荡器、分频器、计数器、译码器、显示器和校时电路组成.(3)石英晶体振荡器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，计数结果通过“时”、“分”、“秒

2、”译码器显示时间。3.毕业设计（论文）工作内容及完成时间：(1）设设计一个具有时、分、秒显示的电子钟。应具有校时功能；（2）用小规模集成电路组成电子钟；（3）设计显示装置。日期：自2010年12月11日至2011年4月10日指导老师评语：_ 指导老师：_ 系主任：_目录摘 要4第一章 绪论51.1 数字电子钟的背景51.2 数字电子钟的设计目的及意义61.3设计功能及要求71.4数字电子钟的应用7第二章 设计总体方案82.1设计框架图82.2总体设计方案说明8第三章 电路设计93.1 振荡电路93.1.1振荡器93.1.2 分频器113.2 计数电路设计123.2.1六十进制计数器原理123.

3、2.2二十四进制计数器原理133.3数码显示管设计13 数码显示管译码输出143.3.2 7448 BCD-七段显示译码器接口电路143.4 电源.调时按钮设15第四章 电路分析174.1 数字电子钟的工作原理174.2 元件清单174.3 电路原理图18体会心得19参考文献20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。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。一般由振

4、荡器、分频器、计数器、译码器、数码显示器等几部分组成。振荡电路：主要用来产生时间标准信号，因为时钟的精度主要取决于时间标准信号的频率及稳定度，所以采用石英晶体振荡器。分频器：因为振荡器产生的标准信号频率很高，要是要得到“秒”信号，需一定级数的分频器进行分频。计数器：有了“秒”信号，则可以根据60秒为1分，24小时为1天的进制，分别设定“时”、“分”、“秒”的计数器，分别为60进制，60进制,24进制计数器，并输出一分，一小时，一天的进位信号。译码显示：将“时”“分”“秒”显示出来。将计数器输入状态，输入到译码器，产生驱动数码显示器信号，呈现出对应的进位数字字型。由于计数的起始时间不可能与标准时

5、间（如北京时间）一致，故需要在电路上加一个校时电路可以对分和时进行校时。另外，计时过程要具有报时功能，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。为了使数字钟使用方便，在设计上使用了一个变压器和一个整流桥来实现数字钟电能的输入，使得可以方便地直接插入220V的交流电就可以正常地使用了。关键词 数字钟 振荡 计数 校正 报时第一章 绪论1.1 数字电子钟的背景 中国是世界上最早发明计时仪器的国家。有史料记载，汉武帝太初年间（纪元前104-101年）由落下闳创造了我国最早的表示天体运行的仪器浑天仪。东汉时期（公元130年）张衡创造了水运浑天仪，为世界上最早的以水为动力的观测天象的机械计

6、时器，是世界机械天文钟的先驱。盛唐时代，公元725年张遂（又称一行）和梁令瓒等人创制了水运浑天铜仪，它不但能演示天球和日、月的运动，而且立了两个木人，按时击鼓，按时打钟。第一个机械钟的灵魂擒纵器用于计时器，这是中国科学家对人类计时科学的伟大贡献。它比十四世纪欧洲出现的机械钟先行了六个世纪。 随着科学的进步，精密的电子元件不断涌现，石英钟表也开始变得小巧精致，它既是实用品，也是装饰品。它为人们的生活提供方便，更为人们的生活增添了新的色彩。 在现行情况下根据简单实用强的、走时准确进行设计。而实验证明，钟表的振荡部分采用石英晶体作为时基信号源时，走时更精确、调整更方便。钟是一种计时的器具，它的出现开

7、拓了时间计量的新里程。提起时钟大家都很熟悉，它是给我们指明时间的一种计时器，并且我们每天都要用到它。二十世纪八十年代中国的钟表业经历了一场翻天覆地的大转折。其表现在三个方面：（1）从生产机械表转为石英电子表； （2）曾占据中国消费市场四十多年的大型国有企业突然被刚刚冒起的“组业”所取代，钟表生产中心转向中国南方沿海一带；（3）中国钟表业发展从以机芯为龙头改为以手表外观件为龙头。这场转折以迅雷不及掩耳的速度，冲击着传统的中国钟表工业。中国的钟表业从技术简单、零件少的石英钟机芯制造入手。最初石英钟机芯全靠从日本、德国进口，1989年开始完全自己生产，包括模具的制造加工。近十余年，逐渐提高

8、机芯质量的稳定性，同时转向对手表机芯研制与开发。目前石英钟表机芯生产主要在福建省福州、广东东莞、番禺；机械钟表机芯在上海、山东等地。1.2 数字电子钟的设计目的及意义设计一种多功能数字钟，该数字钟具有基本功能和扩展功能两部分。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。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，而扩展功能部电路实现。这两部分都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

9、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，各位均为两位显示，扩展部分要有相应的响应电路。 数字钟是采用数字电路实现对.时,分,秒.数字显示的计时装置,广泛用于个人家庭,车站, 码头办公室等公共场所,成为人们日常生活中不可少的必需品,由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的广泛应用,使得数字钟的精度,远远超过老式钟表, 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、自动起闭路灯、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

10、的。因此，研究数字钟及扩大其应用，有着非常现实的意义。1.3设计功能及要求 一设计功能 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：（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；二设计要求 采用555定时器提供1HZ的定时脉冲 使用8段数码显示管显示时，分，秒 使用74160，74ls290来进行时间计数 使用7448数码管译码器进行译码输出到数码管 带小时调时，分调试时功能 带断电保护功能1.4数字电子钟的应用 数字钟已成为人们日常生活中：必不可少的必需品

11、，广泛用于个人家庭以及车站、码头、剧场、办公室等公共场所，给人们的生活、学习、工作、娱乐带来极大的方便。由于数字集成电路技术的发展和采用了先进的石英技术，使数字钟具有走时准确、性能稳定、携带方便等优点，它还用于计时、自动报时及自动控制等各个领域。第二章 设计总体方案2.1设计框架图备用电源1HZ定时脉冲分调时时调时秒分频器分分频器时分频器主电源7448数码显示管译码器八段数码显示管图2.12.2总体设计方案说明 设计框架图如图2.1所示总共分为7小部分：时间显示部分，译码部分，分频器部分，调时部分，1HZ脉冲定时部分，主电源部分，备用电源部分本设计各部分由统一电源集中供电，外加被用电源确保主电

12、源断电时备用电源及时供电避免时间的丢失555定时器采用的分立元件才用5环高精度的电阻，以及受温度影响较小的固态铝质电解电容确保定时的精确性分频器采用74160,74LS290使用方便，而其容易购买显示部分采用LED八段数码显示管 ，具有显示明亮，容易识别，价格便宜等优点，调时部分采用普通的按建开关。第三章 电路设计 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（如北京时间）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。通常使用石英晶体振荡器电路构成数字钟。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

13、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。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。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。3.1 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两部分进行介绍。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

14、。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。555定时器可以说是模拟电路与数字电路结合的典范。两个比较器 C1和 C2各有一个输入端连接到三个电阻R组成的分压器上，比较器的输出接到RS触发器上。此外还有输出级和放电管。输出级的驱动电流可达200mA。 当接通电源后，未加负脉冲， ，而C充电， 上升，当 时，电路 输出为低电平，放电管T导通，C快速放电， 使 = 0。这样，在加负脉冲前， 为低电平， = 0，这是电路的稳态。在t = t0时刻 负跳变（ 端电平小于 ），而 = 0（TH端电平小于 ），所以输出 翻为高

15、电平，T截止，C充电。 按指数规律上升。t = t1时， 负脉冲消失。t = t2时 上升到 （此时TH端电平大于 ， 端电平大于 ）， 又自动翻为低电平。在 这段时间电路处于暂稳态。t > t2，T导通，C快速放电，电路又恢复到稳态。电容C1放电时间为：t1=R2*C1*ln2, 充电时间为：t2=(R1+R2)*CI*ln2,则其振荡频率为f=1/(t1+t2)。选择适当的R1、R2、C1值可使f1HZ。555应用电路采用的1种或多种组合起来可以组成各种实用的电子电路，如定时器、分频器、脉冲信号发生器、元件参数和电路检测电路、玩具游戏机电路、音响告警电路、电源交换电路、频率变换电路、

16、自动控制电路等。故本设计是采用555定时器的电路。555定时器的设计电路图如下图所示。图3.13.1.2 分频器 分频器主要对555定时器发来的1s脉冲按照时分秒的规律进行计数实现电子钟的计数要求，由于市场没有现成的60、24进制计数器所以只能用74160，74ls290实现60、24进制计数需要。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:74160。3.2 计数电路设计计数器是一种计

17、算输入脉冲的时序逻辑网络，被计数的输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。3.2.1六十进制计数器原理用2块74160实现60进制计数第一块正常计数计数满十，

18、c引脚输出一个计数脉冲并置1,2,3,4引脚为0，当第二快计数满六时c引脚输出一个计数脉冲并置1，2，3，4脚为0。六十进制计数器整体设计如下图所示。3.2.2二十四进制计数器原理 采用两块74ls290二五十进制异步计数器来实现二十四进制计数器第一块用做个位计数，第一块用做是为计数第二块设为三进制计数器，第一块当第二块为0,1时采用十进制计数，当第二块为2时采用4进制计数，从而实现24进制的计数。图3.324进制计数器整体设计如下图所示。图3.2.23.3数码显示管设计数码显示部分采用六块共阴极八段数码显示管分别对时，分，秒进行显示。将第二块第四块dp引脚接正显示小数点将时，分，秒隔开，便于

19、读时。3.3.1数码显示管译码输出 7448 BCD-七段显示译码器编码规则。数码显示管译码输出显示采用7448 BCD-七段显示译码器将分频器发送过来的BCD编码的时间信息转换成数码管可显示的字符。BCD-七段数码显示管的真值表如下：表格 1：输入输出数字A1 A2 A3 A4Ya Yb Yc Yd Ye Yf Yg 字 形01234567890 0 0 00 0 0 10 0 1 00 0 1 10 1 0 00 1 0 10 1 1 00 1 1 11 0 0 01 0 0 11 1 1 1 1 1 00 1 1 0 0 0 01 1 0 1 1 0 11 1 1 1 0 0 00 1

20、1 0 0 1 11 0 1 1 0 1 10 0 1 1 1 1 11 1 1 0 0 0 01 1 1 1 1 1 11 1 1 0 0 1 101234567891011121314151 0 1 01 0 1 11 1 0 01 1 0 11 1 1 01 1 1 1 0 0 0 1 1 0 10 0 1 1 0 0 10 1 0 0 0 1 11 0 0 1 0 1 10 0 0 1 1 1 10 0 0 0 0 0 03.3.2 7448 BCD-七段显示译码器接口电路7448 BCD-七段显示译码器具有16引脚。a,b,c,d,e,f,g接数码显示管a,b,c,d,e,f,g引脚

21、16引脚接5v电源，8引脚接地，LT,RBI,BI/RBO引脚接5v电源，这里5v电源代表逻辑1。7,1,2,6引脚(对应BCD码的1,2,4,8位)叫BCD码的输入端。译码是编码的相反过程，译码器是将输入的二进制代码翻译成相应的输出信号以表示编码时所赋予原意的电路。常用的集成译码器有二进制译码器、二十制译码器和BCD7段译码器、显示模块用来显示计时模块输出的结果。7448的接法如下图所示。BI/RBO4RBI5LT3A7B1C2D6a13b12c11d10e9f15g1474LS48abfcgdeDPYLEDgn1234567abcdefgDPY_7-SEG图3.3.23.4 电源.调时按钮

22、设 （1）本电源的纹波电流很小，为很小，为0.001V,有时甚至为0V。满足需要。能向总体电路提供电源。电源按钮的设计部分如下图所示。 （2）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S1校分用的控制开关，S2（总图）为校时用的控制开关，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

23、校时脉冲由单次脉冲产生器提供，则可以进行“慢校时”。 表2校时开关的功能：S1S2功能11计数10校分00校时图3.4.2第四章 电路分析4.1 数字电子钟的工作原理电路的工作原理是：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。数字钟实际上是一个对标准频率（1Hz）进行计数的计数电路。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。由于计数的起始时间不可能与标准时间（如北京时间）一致，故需要在电路上加一个调时电路可以对分和时进行校时。4.2 元件清单 元件清单如下表所示。表3：名称数量数值电池15v固态电容 10.01uF固态电容 110uF二极管14007电源接口1CON2精密电阻410k精密电阻247k精密电阻12k按钮2共阴数码显示管6BCD数码显示