简单数显电子钟 课程设计正文Word下载.docx
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直流稳压电路主要是通过变压器完成高压到低压的转换；
整流部分运用了四个二极管组成的桥式整流器完成整流的功能；
运用滤波电容进行滤波；
当稳压器距离整流滤波电路比较远时，必须接入电容器C3，以抵消电路电感效应，防止产生自激振荡；
运用三端集成稳压器进行电压固定；
最后输出端电容用于滤除输出端的高频信号，改变电路的暂态效应。
其电路如图所示：
图3.11直流稳压电路图
3.2秒脉冲发生器
晶体振荡器电路晶体振荡器是构成数字式时钟的核心，它保证了时钟的走时准确及稳定。
图3-2所示电路通过CMOS非门构成的输出为方波的数字式晶体振荡电路，这个电路中，晶体、电容和电阻构成晶体振荡器电路，U2实现整形功能，将振荡器输出的近似于正弦波的波形转换为较理想的方波。
输出反馈电阻R1为非门提供偏置，使电路工作于放大区域，即非门的功能近似于一个高增益的反相放大器。
电容C1、C2与晶体构成一个谐振型网络，完成对振荡频率的控制功能，同时提供了一个180度相移，从而和非门构成一个正反馈网络，实现了振荡器的功能。
由于晶体具有较高的频率稳定性及准确性，从而保证了输出频率的稳定和准确。
晶体振荡器的频率选为32768HZ。
该元件专为数字钟电路而设计，其频率较低，有利于减少分频器级数。
从有关手册中，可查得C1、C2均为30pF。
当要求频率准确度和稳定度更高时，还可接入校正电容并采取温度补偿措施。
数字钟的晶体振荡器输出频率较高，为了得到1Hz的秒信号输入，需要对振荡器的输出信号进行分频。
通常实现分频器的电路是计数器电路，一般采用多级2进制计数器来实现。
例如，将32768Hz的振荡信号分频为1HZ的分频倍数为32768（215），即实现该分频功能的计数器相当于15极2进制计数器。
常用的2进制计数器有74HC393等。
本实验中采用CD4060来构成分频电路。
CD4060在数字集成电路中可实现的分频次数最高，而且CD4060还包含振荡电路所需的非门，使用更为方便。
CD4060计数为14级2进制计数器，可以将32768HZ的信号分频为2HZ，CD4060的时钟输入端两个串接的非门，因此可以直接实现振荡和分频的功能。
最后在加一个D触发器即可实现得到1HZ的频率。
图3.2.1秒脉冲发生器电路图
3.3分·
秒·
时计数器电路设计
3.3.1单片161构成10进制计数器：
可以用单片161构成10进制计数器。
此设计中利用计数芯片161的清零反馈功能，将
、
连一个二输入与非门后接清零端。
这样连接后，当
均为高电平时，计数器便自动清零，输出0000。
此时，计数器输出状态为：
0000—1001。
转换成十进制后为：
0—9。
电路图如图3.3.12所示。
图3.3.1174LS161引脚排列图
图3.3.12单片161构成10进制计数器工作电路图
3.3.2两片161构成60进制计
清0
预置
控制
时钟
预置数据输入
输出
Rd
Ld
EP
ET
CP
A3
A2
A1
A0
Q3
Q2
Q1
Q0
×
0
1
↑
d3
d2
d1
d0
1
保持
计数
图3.3.1374LS161引脚功能
3.3.2六十进制计数器：
可以用两片161构成60进制计数器。
此设计中低位计数161与单片161构成十进制计数功能原理相同。
为利用计数芯片161的清零反馈功能，将
但其将
连一个二输入与门后接高位CP端，做高位的激励脉冲。
而高位将
均为高电平时，计数器便自动清零。
0000—0101。
0—5。
这样便实现了6进制计数。
这样连接后，该电路便构成了秒计数功能。
电路图如图3.3.21所示。
状态图如3.3.22
图3.3.21单片161构成60进制秒计数器工作电路图
图3.3.22状态图
3.3.3分·
将秒，分，时电路联系起来，其总的计时电路图如图3.3.31
图3.3.31总的计时电路图
3.4.译码显示电路
译码显示电路的功能是将秒、分、时计数器的输出代码进行翻译，变成相应的数字。
用与驱动LED七段数码管的译码器常用的有CD4511。
CD4511是BCD-7段译码器/驱动器，输出高电平有效，专用于驱动LED七段共阴极显示数码管。
若将秒、分、时计数器的每位输出分别送到相应七段译吗管的输入端，便可以进行不同数字的显示。
CD4511的功能表如图4.1,。
译码显示电路如图3.4.2
图3.4.1CD4511的管脚图
图3.4.2译码显示器电路
3.5校时电路
该部分为本次设计的一大特色。
在本次设计中，主要考虑的将置数这样过程变得简便、直观、易操作。
应该对每片161分别进行置数。
而不是如传统时钟对时、分、秒分别进行置数。
本设计中，置数功能用1片161来实现。
利用计数芯片161的清零反馈功能，将
这样便实现了置数功能。
电路图如图3.5.1.所示。
图3.5.1.单片161构成置数工作电路图
有了置数，但还得对进行计数的6片161进行片选才行。
为了实现此功能，使用了一片138来实现片选功能。
电路图如图3.5.2所示。
图5.1.2单片138构成片选工作电路图
当置数161与片选138连接在一起，便构成了具有片选功能的置数电路。
这样便能用1组此电路控制6片计数161的功能。
结果简单，操作简便，节约了成本。
电路图如图3.5.3所示。
图3.5.3具有片选功能的置数工作电路图
通过以上的设计便实现了电子时钟的置数功能
6.整点报时电路，闹钟功能
整点报时电路主要是单稳态触发器，占空比可调的多谐振荡器，二极管，蜂鸣器，电阻电容组合而成。
当分到时的脉冲信号到来时，单稳态触发器的脉冲宽度Tw=1.1RC,当R=1.82M,C=10UF时,Tw=20s，是报时时间长度为20s其具有20秒脉冲宽度的脉冲通过R端输入到多谐振荡器。
多谐振荡器的频率为f=Tph+Tpl=1/0.7（R2+2R3）,但是在占空比可调的多谐振荡器中Tph=0.7R3,Tpl=0.7R2，当R2=5K,R3=5K时占空比相同。
最后的效果就是在整点的时候发出声音频率相同10次声响，每次持续1秒，间隔1秒。
在实现闹钟功能的电路中，原理相同。
当计数器计时达到预置时间时，其脉冲信号输入单稳态触发器，通过单稳态触发器将脉冲宽度设置为30s，再通过R端输入到占空比可调的多谐振荡器，由于Tph=0.7R3C,Tpl=0.7R2C.,高低电平之比为2。
最后的效果是当时间与设置时间相同时发出10次声响，每次持续2秒，间隔1秒。
其整点报时电路如图3.6.1.，闹钟功能电路如图3.6.2，3.6.3
图3.6.1整点报时电路
图3.6.2闹钟功能电路图
也可以用以下电路实现此功能
图3.6.3闹钟功能电路图
4.特殊电气器件介绍
4.1LM7805简介
三端稳压集成电路lm7805 电子产品中，常见的三端稳压集成电路有正电压输出的lm78×
×
系列和负电压输出的lm79×
系列。
顾名思义，三端IC是指这种稳压用的集成电路，只有三条引脚输出，分别是1输入端、2接地端和3输出端。
用lm78/lm79系列三端稳压IC来组成稳压电源所需的外围元件极少，电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠、方便，而且价格便宜。
该系列集成稳压IC型号中的lm78或lm79后面的数字代表该三端集成稳压电路的输出电压，如lm7806表示输出电压为正6V，lm7909表示输出电压为负9V。
因为三端固定集成稳压电路的使用方便，LM7805用于产生+5Vz直流稳压电源，在我们电子制作中经常采用也非实用，如图4.1.1。
图4.1.1LM7805
4.2占空比可调的多谐振荡器
一般说来，由555定时器组成的多谐振荡器的Tph≠TPL，而且占空比固定不变。
要实现占空比可调，必须加入二极管。
由于二极管的D1，D2的单向导电特性，是电容器C的充放回路分开，调节电位器，可以调节多谐振荡器的占空比。
Vcc通过R1,D1向电容C充电，充电时间为Tph=0.7R1C,电容器通过D2，R2及555向三极管放电，期时间为Tpl=0.7R2C,其频率为f=1/0.7（R1+R2）,占空比为R1/（R1+R2），其原理如图4.2.1所示：
图4.2.1占空比可调的多谐振荡器
4.3CD4060简介
CD4060由一振荡器和14级二进制串行计数器位组成，振荡器的结构可以是RC或晶振电路，CR为高电平时，计数器清零且振荡器使用无效。
所有的计数器位均为主从触发器。
在CP1（和CP0）的下降沿计数器以二进制进行计数。
在时钟脉冲线上使用施密特触发器对时钟上升和下降时间无限制。
其如图4.2.1所示
图4.2.1CD4060
4.474LS161简介
74LS161是一种典型的高性能，低功耗4位同步二进制加计数器，它可以在1.2V~3.6V典型电压范围内工作，其逻辑输入端都可直接耐受5.5V的电压。
因此在电压3.3V时可以直接接5V供电的逻辑电路。
时钟脉冲CP：
是计数脉冲输入端，也是芯片内4哥触发器的公共时钟输入端
异步清零端￣CR：
当他是低电平时，无论其他输入端是什么状态，都使片内所有触发器状态置零称为异步清零
并行置数使能￣PE：
指数控制端，只需在CP上升沿之前保持低电平，输入端的逻辑功能便在上升沿到来之前置入到4个相应触发器中
计数使能CEP:
只要在CP上升沿到来前至少一个建立时间期间内保持高电平，且CET=1，上升沿到来后，计数器就进行一次计数操作。
计数使能CET:
在信号与CEP做与运算后实现对本芯片的计数控制当CET.CEP=0,即两个计数器使能端中有0时，不管有无脉冲作用，计数器停止计数，保持原有状态
其管脚图如4.1.1，功能表如表4.1.2
图4.1.174LS161管脚图
图4.1.274LS161引脚功能
4.5CD4511简介
CD4511是是BCD七段锁存译码驱动器A.B.C.D—BCD码输入端
A.b.c.d.e.f---译码输出端，输出1有效，来驱动共阴极LED数码管
￣LT﹍测试输入端，当等于“0”译码输出全为“1”￣BI—消隐输入端，当为“0”，译码输出全为“0”LE—锁定端，当为“1”时译码器处于保持状态，其管脚图如图4.5.1，真值表如表4.5.2
图4.5.1CD4511的管脚图
输
入
出
LE
BI
LI
D
C
B
A
a
b
c
d
e
f
g
显示
X
8
消隐
2
3
4
5
6
7
9
锁
存
锁存
表4.5.2CD4511的真值表
4.6七段LED数码管
字符显示器：
分段式显示是将字符由分布在同一平面上的若干段发光笔划组成。
电子计算器，数字万用表等显示器都是显示分段式数字。
而LED数码显示器是最常见的。
通常有红、绿、黄等颜色。
LED的死区电压较高，工作电压大约1.5~3V，驱动电流为几十毫安。
图4.6.1是七段LED数码管的引线图和显示数字情况。
CD4511译码驱动器输出是高电平有效，所以，配接的数码管须采用共阴极接法。
数码管常用型号有BS201、BS202等。
图4.6.2是共阴式LED数码管的原理图，使用时，公阴极接地，7个阳极a~g由相应的BCD七段译码器来驱动。
图4.6.1引线图图4.6.2七段字形组合情况
5.系统调试
5.1调试中遇到的问题
在设计过程中，遇到的问题有三个：
一是分，秒，时计数器的设计。
因为74LS161是同步二进制计数器，不能仅用一片就实现六十进制或者二十四进制。
要想实现二十四进制和六十进制计数，必须将多片74LS161连接起来。
同时又产生一个问题，那就是怎么连接才可以实现进位和清零。
最后通过查阅资料，运用连接与非门来实现十进制，二十四进制，六十进制的清零和进位。
二是整点报时的设计。
由于需要在在整点的时候发出10次声响，每次持续1秒，间隔1秒；
那就意味着在单稳态触发器中，其脉冲宽度需为二十秒。
同时在多谐振荡器中占空比为白分之五十。
开始的时候考虑过用1HZ的脉冲信号与通过单稳态触发器脉冲宽度为20秒的分到时的进位脉冲信号通过与非门后在连接多谐振荡器，从而实现此功能。
此方案失败了。
后来经过查阅课本，最终发现用占空比可调的多谐振荡器与当稳态触发器可以整点报时和闹钟功能。
三是由于本次设计所用器件很多，并且我又是第一次画电路图。
用A4纸不能彻底完成画好总的电路图。
后来运用了网络标号，节约了一部分空间，但仍存在一些问题有待解决。
5.2系统调试
5.2.1时、分、秒计数部分
按照电路图焊接无误后，分别对电路中的时、分、秒各个计数部分进行调试。
对秒计数进行调试时。
可在最低位161的CP端加一频率为1Hz的晶振，为计数器钟提供稳定的时钟信号。
观察七段数码管的变化情况。
若秒位的两片161实现60进制则说明电路正常。
对分计数进行调试时。
可在分计数低位161的CP端加一频率为1Hz的晶振，为计数器钟提供稳定的时钟信号。
若分位的两片161实现60进制则说明电路正常。
对时计数进行调试时。
可在时计数低位161的CP端加一频率为1Hz的晶振，为计数器钟提供稳定的时钟信号。
若秒位的两片161位24进制则说明电路正常。
5.2.2校时电路部分
在校时计数组合电路的输出端接一带译码功能的七段数码管，给校时计数芯片161的CP端加单次脉冲，观察七段数码管是否有从0-9的连续递增变化。
若有，说明电路正常。
5.2.3报时电路部分
将一1HZ的脉冲信号直接通入当稳态触发器，再将输出信号输入多谐振荡器，观察蜂鸣器是否发声。
5.2.4脉冲信号信号发生部分
在脉冲信号发生部分的输出端接一个示波器，观察其幅度是否满足高低电平要求，观察其频率是否为1Hz。
如果满足以上条件便说明电路正常。
6.系统功能，指标参数
6.1系统功能
设计一个数字显示的电子钟，时间由6个数码管和4个发光二极管进行显示，显示方式为：
HH:
MM:
SS；
显示时间为24小时制，并且走时精度在24小时内误差不超过30秒；
整点报时：
在整点的时候以一定的频率发出10次声响，每次持续1秒，间隔1秒；
可以通过8421数码开关设置闹钟时间，当时间与设置时间相同时发出10次声响，每次持续2秒，间隔1秒。
可设置时钟的起始时间。
并通过自己设计的直流电源为整个电路供电。
6.2指标参数
．计数电路：
将电路置于计数状态，观察各个七段数码管显示的数据变化情况，看其是否满足时钟的变化规律。
各块161芯片的电源接+5V，GND接地。
各片CD4511的电源接+5V，GND接地。
．校时电路：
电路在计数状态时，置数电路置于不工作状态。
138的G1置于高电平，让138处于工作状态，便于置数时，向161的CP端给高电平电路便能进入片选状态。
以便实现先片选后置数的功能。
．报时电路：
向此电路中输入激励信号时，观察蜂鸣器发声情况，是否声音有变化。
．脉冲信号：
此电路中，R1为22MK，C1为22Pf，C2为22Pf将个元件按图连接便能得到频率为1Hz的基准信号。
7.总电路图
以上各部分电路构成了简易数显电子钟，它可以实现的功能有：
显示时间为二十四小时制的电子钟；
走时精度在二十四小时内误差不超过30秒；
在整点的时候发出10次声响，每次持续一秒，间隔一秒，声音频率自选。
总电路图如图7.1所示。
图7.1总电路图
8．总结.体会.谢辞
在本次设计过程中遇到了不少问题，在李涛老师的指导下，在实验室同学的帮助下，在与同学们的合作下才顺利的完成了我上大学以来的第一次课程设计，在此表示衷心的感谢。
你们的指点和帮助给予我的不仅是一次课程设计任务的完成，更让我的思想得到启发，能力得到培养。
学贵以致用，通过几天的数字钟设计过程，将从书本上学到的知识应用于实践，学会了初步的电子电路仿真设计,虽然过程中遇到了一些困难，但是在解决这些问题的过程无疑也是对自己自身专业素质的一种提高。
当最终调试成功的时候也是对自己的一种肯定。
另外在这次实验中我们遇到了不少的问题针对不同的问题我们采取不同的解决方法，最终一一解决设计中遇到的问题。
在我们曾经遇到不懂的问题时，利用网上的资源，搜索查找得到需要的信息。
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