电子钟课程设计 数电Word文件下载.docx

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三.原理框图,原理的简述及元器件清单…………………4

3.1数字钟的构成………………………………………………………………4

3.2晶体振荡器电路………………………………………………………………5

3.3时间记数电路………………………………………………………………6

3.4译码驱动及显示单元电路……………………………………………………8

3.5校时电路………………………………………………………………………9

3.6整点报时电路………………………………………………………………　10

四．原理图及元器件清单……………………………………11

4.1元件清单………………………………………………………………………11

4.2主要元件的简介………………………………………………………………11

五、安装与调试………………………………………………12

六、性能测试与分析………………………………….…….12

七.个人心得体会……………………………………………12

八．参考文献……………………………………………….13

题目数字电子时钟的设计

设计者蔡白洁张振山

指导教师侯桂成

摘要

数字电子时钟是一个对标准频率（1HZ）进行计数的计数电路。

通常使用石英晶体振荡器电路构成数字钟，以保证其频率的稳定。

以10进制计数器74HC390来实现时间计数单元的计数功能。

采用CD4511作为显示译码电路。

选择ＬＥＤ数码管作为显示单元电路。

由CD4511把输进来的二进制信号翻译成十进制数字，再由数码管显示出来。

用COMS与或非门实现的时或分校时电路。

该电路还有在整点前10秒钟内开始整点报时的功能。

报时电路可选74HC30来构成。

时间以24为一个周期。

关键词

数字钟；

石英晶体振荡器；

计数；

校时电路

引言

数字钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置，通过计时精度很高的石英晶振，采用相应进制的计数器，转化为二进制数，经过译码和显示电路准确地将时间“时”“分”“秒”用数字的方式显示出来。

与传统的机械与机械式时钟相比具有更高的准确性和直观性，且无机械装置，具有更更长的使用寿命，因此得到了广泛的使用。

它广泛用于电子表、车站、码头、广场等公共场所的大型远距离时间显示电子钟。

数字钟从原理上讲是一种典型的数字电路，其中包括了组合逻辑电路和时序电路。

此次设计与制做数字钟就是为了了解数字钟的原理，从而学会制作数字钟.而且通过数字钟的制作进一步的了解各种在制作中用到的中小规模集成电路的作用及实用方法.且由于数字钟包括组合逻辑电路和时叙电路.通过它可以进一步学习与掌握各种组合逻辑电路与时序电路的原理与使用方法。

一.设计要求

1．1指标要求：

设计一个数字电子时钟，要求满足以下性能指标：

1．时制式为24小时制。

2．采用LED数码管显示时、分，秒采用数字显示。

3．具有方便的时间调校功能。

4．计时稳定度好，可精确校正计时精度。

5.其它附加功能（报时、停电查看时间等）。

1．2设计要求

1.学习基本理论在实践中的综合运用的初步经验，掌握数字电路设计的基本方法，设计步骤，培养综合设计与调试的能力。

2.掌握数字电子钟的设计方法以及各单元电路的作用与原理。

3.广泛查阅相关资料，掌握各元器件性能及参数选择。

4.编写设计报告，写出设计与制作的全过程，并总结个人心得体会。

二.方案设计与论证

本次设计是运用所学的数字电子技术的相关知识，连成组合逻辑电路与时序逻辑电路，来制作一个能将“时”、“分”、“秒”、显示于人的视觉器官的计时装置，其干电路系统主要组成单元有：

信号发生器，“时”、“分”、“秒”、计数器，译码器，显示器，校时电路，整点报时电路。

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，一般用石英晶体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”、“星期”计数器的输出状态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。

整点报时电路时根据计时系统的输出状态产生一脉冲信号，然后去触发一音频发生器实现报时。

校时电路时用来对“时”、“分”、“秒”、“星期”显示数字进行校对调整的。

三.原理框图,原理的简述及元器件清单

3．1数字钟的构成

数字时钟的总接线布局如下：

整个数字时钟由晶体振荡电路，分频器电路，时间计数电路，译码驱动电路，校正电路，整点报时电路组成。

晶体振荡电路和分频器电路用以产生整个系统的时间基准信号，时间计数电路完成对“时”、“分”、“秒”的计数，译码驱动电路将输进来的二进制码翻译成十进制数字，再由显示器显示于人的视觉器官。

3.2晶体振荡器电路

数字钟实际上是由一个对标准频率（1HZ）进行计数的计数电路为主要部分构成的。

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来构成数字钟的标准时间基准信号。

晶体振荡器电路给数字钟提供一个频率稳定准确的32768Ｈz的方波信号，它可以保证数字钟的走时准确及稳定。

不管是指针式的电子钟还是数字显示的电子钟都使用了晶体振荡器电路。

一般输出为方波的数字式晶体振荡器电路通常有两类，一类是用ＴＴＬ门电路构成；

另一类是通过ＣＭＯＳ非门构成的电路，本次设计采用了后一种。

如图（b）所示，由ＣＭＯＳ非门Ｕ１与晶体、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。

CMOS晶体振荡器的图形如下

本次所用的石英晶体振荡电路是由晶体与2个30pF电容、1个4060、一个10兆的电阻组成，芯片3脚输出2Hz的方波信号。

本电路采用外接32768Hz的晶振来组成晶体振荡器，其振荡信号经CD4060内部14次二分频后，在Q9端输出准确的2Hz频率信号（32768Hz÷

214＝2Hz）。

3.3时间计数电路1.六进制电路

2.十进制电路

由74HC390、7400、数码管与4511组成，电路如下图。

3.六十进制电路由两个数码管、两4511、一个74HC390与一个7400芯片组成，电路如下图。

4.双六十进制电路

由2个六十进制连接而成，把分个位的输入信号与秒十位的Qc相连，使其产生进位，当秒的十位达到6的时候，向分个位进一。

电路图如附图1。

5.时间计数电路

由1个十二进制电路、2个六十进制电路组成，因上面已有一个双六十电路，只要把它与十二进制电路相连即可，详细电路见附图2。

3.4译码驱动及显示单元电路

选择CD4511作为显示译码电路（数字钟论文）；

这里的LED数码管是采用共阴的方法连接的。

计数器实现了对时间的累计并以8421BCD码的形式输送到CD4511芯片，再由CD4511芯片把BCD码转变为十进制数码送到数码管中显示出来。

3.5校时电路

数字钟应具有分校正和时校正功能，因此，应截断分个位和时个位的直接计数通路，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。

即用COMS与或非门实现的时或分校时电路，In1端与低位的进位信号相连；

In2端与校正信号相连，校正信号可直接取自分频器产生的1HZ或2HZ（不可太高或太低）信号；

输出端则与分或时个位计时输入端相连。

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际使用时，因为电路开关存在抖动问题，所以一般会接一个RS触发器构成开关消抖动电路，所以整个较时电路就如下图：

带有消抖电路的校正电路

校时电路的内部结构图如下：

由74CH51D、74HC00D与电阻组成，校正电路有分校正和时校正两部分，电路如下图。

3.6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。

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。

74HC30为8输入与非门。

四、元器件清单及主要元件的简介

4.1元件清单

1．共阴八段数码管6个

2．CD4511集成块6块

3．CD4060集成块1块

4．74HC390集成块3块

5．74HC51集成块1块

6．74HC00集成块4块

7．74HC30集成块1块

8．10MΩ电阻5个

9．500Ω电阻14个

10．30p电容2个

11．32.768k时钟晶体1个

12．蜂鸣器1个

4.2主要元件的简介

a.CD4060

CD4060是14位二进制串行计数／分频器和振荡器。

CD4060内部分为两部分，其中一部分是14级计数／分频器，其分频系数为16～16348；

另一部分既可与外接电阻和电容构成RC振荡器，又可与外接晶体构成高精度的晶体振荡器。

b.共阴八段数码管

LED显示器由8个发光二极管组成。

基中7个长条形的发光管排列成“日”字形，另一个贺点形的发光管在显示器的右下角作为显示小数点用，它能显示各种数字及部份英文字母。

LED显示器有两种不同的形式：

一种是8个发光二极管的阳极都连在一起的，称之为共阳极LED显示器；

另一种是8个发光二极管的阴极都连在一起的，称之为共阴极LED显示器。

共阴和共阳结构的LED显示器各笔划段名和安排位置是相同的。

当二极管导通时，相应的笔划段发亮，由发亮的笔划段组合而显示的各种字符。

8个笔划段hgfedcba对应于一个字节（8位）的D7D6D5D4D3D2D1D0,于是用8位二进制码就可以表示欲显示字符的字形代码。

例如，对于共阴LED显示器，当公共阴极接地（为零电平），而阳极hgfedcba各段为0111011时，显示器显示"

P"

字符，即对于共阴极LED显示器，“P”字符的字形码是73H。

如果是共阳LED显示器，公共阳极接高电平，显示“P”字符的字形代码应为10001100（8CH）。

五.安装与调试

元件的安装时要注意的问题：

元件焊接部位上锡。

所有插件装配美观、均匀、端正、整齐、不能歪斜、高矮有序，剪脚留头在焊面以上1±

0.5MM，焊点要求圆滑、光亮，防止虚焊，搭焊和散锡。

所有元气件安装位置，极性等检查无误后，即可通电调试。

校对时应注意的问题：

为了校对时间，电路将秒输入信号分别通过按钮转换开关直接引入到时个位，分个位的第14脚时钟输入端，以便时，分按秒的进度显时，当变到应显示的时，分时。

将秒输入信号切断，恢复正常运行即可，秒校正时是将秒个位复位，正好为0秒时刻松开秒校按钮即可，重新计时。

校时时，其顺序是，先校秒，再校分，最后校时。

六．性能测试与分析

在经过前面几个阶段的设计后，数字钟的各个模块已经设计完毕，根据总体设计时的方案框图，将各个子电路组合起来，接通电源，加入1Hz的时钟信号，对电路进行总体测试。

将设计的电子时钟准确校时以后，和标准的钟表进行对照，看是否正常工作。

七、个人心得体会

在为期一周的课程设计中我深深的感觉到自己专业知识的匮乏，对一些工作感到无从下手，茫然不知所措，此次的数字钟设计重在于仿真和接线,虽然能把电路图接出来,并能正常显示,但对于电路本身的原理并不是十分熟悉.总的来说,通过这次的设计实验更进一步地增强了实验的动手能力.这时才真正领悟到学无止境的含义，千里之行，始于足下。

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。

这次课程设计终于顺利完成了，虽然在设计中遇到了很多问题，但是都被我们一一克服。

同时加深了对芯片的了解及其应用。

将书本上面学到的知识和实际应用相结合，我们会发现比如说一个加法计数器的基本功能是实现两个二进制数的加法运算，但同时，我们也可以将它作为一个分频器来使用。

对于芯片的使用，我们应该在了解它的各项功能的前提条件下，灵活巧妙地运用。

具体的芯片资料和图片我们通过查阅相关的书籍，在网上能够很方便的查找。

通过这次学习，让我对各种电路都有了大概的了解，但是由于时间方面的原因，我们没有完全按照最初的要求严格来做，因而还有很多问题我们没有发现，也还有很多知识我们没有接触到。

这对我们来说也是一个遗憾把。

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。

这次课程设计中让我深有体会的是，我明白了理论知识和实践不能混为一谈，要想具备纯熟的动手技能，理论知识是必不可少的，反过来，具备了理论知识并不等价于你就能顺理成章，独立的完成一次课题设计。

所以说，平时对专业理论知识不可以死记硬背，要学以致用，在牢固的理论知识的基础上，提高自己实践动手分析问题，解决问题的能力。

八．参考文献

[1]康华光 

电子技术基础（数字部分）。

北京：

高等教育出版社，2000（数字钟论文）

[3]康华光.电子技术基础数字部分（第五版）.高等教育出版社，2006年

[4] 

梁延贵 

现代集成电路实用手册（编码器、译码器、数据选择器、电子开关、电源分册）

北京：

科学技术文献出版社，2002。

[5]任为民.电子技术基础课程设计.中央广播电视大学出版社，1997年