数字时钟设计报告总结

数字时钟课程设计第1页共18页

目录一、引言……………2二．设计指标………………………21．指标要求……………………22．设计要求……………………2三．原理设计………………………31．总体方案设计………………32．单元电路设计………………41)时间计数单元……………42)时间计数单元……………63)校时控制电路单元………74)555定时振荡电路………75）整点报时电路……………83．总体电路……………………10四．仿真调试………………………10五．调试及制作……………………111．检查电路……………………112.数码管引脚对应的电位图…………………123.按功能模块分别调试………12六．总结……………13附录…………………15参考文献……………18

数字时钟设计引言随着人类科技文明的发展，人们对于时钟的要求在不断地提高。时钟已不仅仅被看成一种用来显示时间的工具，在很多实际应用中它还需要能够实现更多其它的功能。高精度、多功能、小体积、低功耗，是现代时钟发展的趋势。在这种趋势下，时钟的数字化、多功能化已经成为现代时钟生产研究的主导设计方向。本实验要求设计一个数字计时器，可以完成0分00秒~23小时59分59秒的计时功能，并在控制电路的作用下有开机清零、快速校分，具有整点报时功能。设计指标1、指标要求=1\*GB3①.显示时、分、秒。=2\*GB3②采用24小时制，小时计数器按“23翻00”规律计数。.=3\*GB3③具有校时功能，可以对小时、分和秒单独校时，对分和秒校时的时候，停止分向时进位。校时时钟源可以手动输入或借用电路中的时钟。=4\*GB3④为了保证计时准确、稳定，由555多谐振荡器提供标准时间的基准信号。=5\*GB3⑤可实现整点报时功能。2、设计要求画出电路原理图（或仿真电路图）；元器件及参数选择；电路仿真与调试；连接实物图，并调试；写出报告，并做总结；原理设计总体方案设计：a.数字钟的构成总体方案（框图）数字钟组成框图数字钟实际上是一个对标准频率（1HZ）进行计数的计数电路。在其进位计数的基本功能上，通过设置添加一个校时电路，实现对分、时的校正功能。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。b.数字钟的结构组成：1）晶体振荡器电路2）分频器电路3）时间计数单元4）译码驱动及显示单元5）校时控制电路6)整点报时电路2．单元电路设计：1)时间计数单元秒个与十位的电路连线图当给计数器的秒个位CKA端施加脉冲信号时，开始计数，输出端QA～QD将结果输出给译码器。当秒个位输出结果是1001时，输送给秒十位的计数器CKA端，实现进位，并驱动秒十位计数器工作。另一方面QB,QC的高电平经过与门的结果1反馈给RO1,RO2端，同时向十位进位的目的。同理于秒十位，当其输出端结果为0110时，其QB,QC的结果经过与门实现自动清零。此时数码显示器的秒个位的数字从0变化到9，十进制状态；秒十位在个位的进位下从0变化到5，六进制状态。同理于分个位与分十位。时个位与十位的电路连线图时个位是十进制，而十位是三进制，所以当个位90的输出端结果分别是1010，个位向十位进位，同时十位为0010，个位为0100时，十位的QB端和个位的QC端经过与门、，结果输给十位和个位的RO1,RO2端而清零，实现24小时的功能。2）译码驱动及显示单元译码驱动及显示器在LT=RBI=1的条件下，及使能输入BI/BRO=1时，锁存器不工作，译码器的输出随输入码的变化而变化。而七段数字显示器共阴极，输入高电平有效，发光二极管导通发亮。3）校时控制电路单元·校时控制电路（时部分）——图右下部分该校时控制电路能实现对时部分的校时工作，当按BUTTON时，相当于人为的给计数器脉冲信号。其中或门的作用较为关键，无论是否有校时，都不影响分对时的进位。4）555定时振荡电路用555定时器构成多谐振荡器，输出稳定的调频脉冲，作为时间基准。振荡器是计时器的核心，其作用是产生一个标准频率的脉冲信号。振荡频率的精度和稳定度决定了数字钟的质量。图采用集成电路555定时器与RC组成T=1ms的多谐振荡器。输出的脉冲频率为f=1kHZ,周期。555定时振荡电路振荡器是数字钟的核心。振荡器的稳定度及频率的精确的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。一般来说，振荡器的频率越高，计数精度越高。常取晶振的频率为32768HZ，因其内部有15集2分频集成电路，所以输出端正好可得到1HZ的标准脉冲。5）整点报时电路电路应在整点前10秒钟内开始整点报时，即当时间在59分50秒到59分59秒期间时，报时电路报时控制信号，即发光二极管发光。当时间在59分50秒到59分59秒期间时，分十位、分个位和秒十位均保持不变，分别为5、9和5，因此可将分计数器十位的QＣ和QＡ、个位的QＤ和QＡ及秒计数器十位的QＣ和QＡ相与，从而产生报时控制信号，红色发光二极管发出红光。整点报时电路图如下：3.总体电路图总体电路图此电路由芯片数码显示器7SEG、译码器74LS48，计数器74161（依次从上而下），两个校正电路（分别能单独地对分和时校时），一个555定时器组成的谐振振荡电路（产生1HZ信号），4个与非门，11个与门，3个非门，4个或门。仿真调试软件仿真环境：Protues软件学习使用Protues软件，学会从该软件上找到所需的芯片及元器件，由秒向时部分依次进行设计并逐步仿真，从而发现问题能及时解决。按原理电路图在软件上接好电路，进行仿真，从而发现电路的问题并进行解决。仿真结果图如下：仿真结果图调试及制作1、检查电路对照电路图检查电路器件是否连接正确，器件引脚、电容极性、电源线、地线是否对接，连接是否牢靠，电源的数值与方向是否符合设计要求。2、数码管引脚对应的电位图引脚电位图引脚电位图对应的是数字时钟的秒表的个位所对应的数码管各个引脚的电位时序图，秒表的十位的，分、时所对应的时序图预知一致，只是在每个电位状态所保持的时间不一样（十秒位每个电位保持10秒，分所对对应的是60秒，分、时与之类似）。3、按功能模块分别调试按单元电路，把每一部分单元电路调试得正常工作，才把它们连接成整机，然后在进行整体调试。将仿真后得到的结果通过实物表现出来，按照原理图进行实物连接，连接过程当中逐步调试，以确保作品存在的问题能及时发现，并得到解决。安装过程中，刚开始阶段，由于对图纸以及个元件的不了解。秒的个位及十位在调试过程中出现了数字显示不全的现象，不过在同组同学配合以及仔细检查后，克服了困难找到了问题的所在，在连接六进制的过程中，发现电路只能4、5的跳动，后经发现是由于接到与非门的引脚接错一根所至，经纠正后能正常显示。在连接六进制、十进制、六十进制的进位及十二进制的接法中，要熟悉逻辑电路及其芯片各引脚的功能，那么在电路出错时便能准确地找出错误所在并及时纠正了。本次实验中还发现一块坏的LED数码管，经更换后均能正常显示。通过安装以及调试过程，最后连接出了可正常显示秒，分，时并能实现整点报时功能的电子钟。总结1、实验过程中遇到的问题及解决方法面包板测试测试面包板各触点是否接通。七段显示器与七段译码器的测量把显示器与CD4511相连，第一次接时，数码管完全没有显示数字，检查后发现是数码管未接地而造成的，接地后发现还是无法正确显示数字，用万用表检测后，发现是因芯片引脚有些接触不良而造成的，所以确认芯片是否接触良好是非常重要的一件事。时间计数电路的连接与测试六进制、十进制都没有什么大的问题，只是芯片引脚的老问题，只要重新插过芯片就可以解决了。但在六十进制时，按图接线后发现，显示器上的数字总是100进制的，而不是六十进制，检测后发现无论是线路的连通还是芯片的接触都没有问题。最后，在重对连线时发现是线路接错引脚造成的，改过之后，显示就正常了。校正电路因上面程因引脚接错而造成错误，所以校正电路是完全按照仿真图所连的，在测试时，开始进行时校时时，没有出现问题，但当进行到分校时时，发现计数电路的秒电路开始乱跳出错。因此，电路一定是有地方出错了，在反复对照后，发现是因为在接入校正电路时忘了把秒十位和分个位之间的连线拿掉而造成的，因此，在接线时一定要注意把不要的多余的线拿掉。2、设计心得体会本次实验其实电路不是很难，原理很清楚，但是遇到问题却比想象中多，任何一点小错误都会让努力白费，所以细心，耐心是一定要的。数字电路复杂,因此需要我们连接时要有好的布局和合理的布线规则,如将电源线,地线,传输线,暂时产生的线分别开来，用不同的颜色,或者以单元电路的形式分开,为以后查错或改进带来极大的方便.在连接每一根线时，既要注意剥线的长短要适中，走线时要成直线直角，使电路板连线清晰美观，最重要的是检查时特别方便。经过两星期的辛勤工作,让我们知道了许多的东西,也让我们了解了许多在书本上所学不到的知识和技能,这为我们在以后的工作起了非常重要的作用.通过这次也让我对数字钟的设计与制作，了解了设计电路的程序，也让我了解了关于数字钟的原理与设计理念，要设计一个电路总要先用仿真仿真成功之后才实际接线的。但是最后的成品却不一定与仿真时完全一样，因为，再实际接线中有着各种各样的条件制约着。而且，在仿真中无法成功的电路接法，在实际中因为芯片本身的特性而能够成功。所以，在设计时应考虑两者的差异，从中找出最适合的设计方法。通过这次学习，让我对各种电路都有了大概的了解，所以说，坐而言不如立而行，对于这些电路还是应该自己动手实际操作才会有深刻理解。附录：1.元器件种类及个数芯片数码显示器7SEG6个译码器74LS486个计数器741616个芯片74LS031个芯片74LS041个芯片74LS083个芯片74LS321个电阻R4.7M2个电阻R1K4个电容C100nF2个按键3个万能板2块导线若干2.部分芯片的引脚图1．译码器（74ls48）输入输出LEDCBAgfedcba字符测灯0XXXXXX11111118灭零10X00000000000消隐锁存111XXXX显示LE=0→1时数据译码1100000011111101100001000111011100010101001121100011100111131100100110111041100101110110151100110111110061100111000111171101000111111181101001110111192．计数器（74ls161）74ls161引脚图输入输出CPDCBA清零X0XXXXXXX00000送数↑10XXdcbadcba0-1计数↑1111XXXX二进制计数保持X1101X