数字电子钟课程设计.docx
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数字电子钟课程设计
数字电子钟课程设计
课程设计（综合实验）报告
（2009--2010年度第1学期）
名称：
电子技术综合实验
题目：
数字电子钟
院系：
电气与电子工程学院
班级：
电管0702
学号：
1071140224
学生姓名：
杨越
指导教师：
董宏伟
设计周数：
一周
成绩：
日期：
2010年1月20日
《电子技术》综合实验
任务书
一、目的与要求
1.目的
1.1综合实验是教学中必不可少的重要环节，通过综合实验巩固、深化和扩展学生的理论知识与初步的专业技能，提高综合运用知识的能力，逐步增强实际工程训练。
1.2注重培养学生正确的设计思想，掌握综合实验的主要内容、步骤和方法。
1.3培养学生获取信息和综合处理信息的能力、文字和语言表达能力以及协作工作能力。
1.4提高学生运用所学的理论知识和技能解决实际问题的能力及其基本工程素质。
2.要求
2.1能够根据设计任务和指标要求，综合运用电子技术课程中所学到的理论知识与实践技能独立完成一个设计课题。
2.2根据课题需要选择参考书籍，查阅手册、图表等有关文献资料。
要求通过独立思考、深入钻研综合实验中所遇到的问题，培养自己分析、解决问题的能力。
2.3进一步熟悉常用电子器件的类型和特性，掌握合理选用的原则。
2.4学会电子电路的安装与调试技能，掌握常用仪器设备的正确使用方法。
利用“观察、判断、实验、再判断”的基本方法，解决实验中出现的问题。
2.5学会撰写综合实验总结报告。
2.6通过综合实验，逐步形成严肃认真、一丝不苟、实事求是的工作作风和科学态度，培养学生树立一定的生产观点、经济观点和全局观点。
要求学生在设计过程中，坚持勤俭节约的原则，从现有条件出发，力争少损坏元件。
2.7在综合实验过程中，要做到爱护公物、遵守纪律、团结协作、注意安全。
二、主要内容
共有8个既有学习价值又有一定的实用性和趣味性的设计课题，学生根据自身情况自由选择其中之一。
1.移位寄存器型彩灯控制器
2.智力竞赛抢答器
3.电子拔河游戏机
4.交通信号灯控制器
5.数字电子钟（软件）
6.电子密码锁
7.电子秒表
8.数字电子钟（硬件）
三、进度计划
序号
设计（实验）内容
完成时间
备注
1
设计内容讲解、学习资料查找方法
半天
2
发放材料、清点材料、熟悉各种元器件
半天
3
查找资料、设计电路、绘制总体电路草图
1天
4
电路组装并调试或在Multisim上绘制电路图、仿真并调试
2天
5
验收、撰写实验报告
1天
四、设计（实验）成果要求
1.学生根据所选课题的任务、要求和条件进行总体方案的设计，通过论证与选择，确定总体方案；然后对方案中单元电路进行选择和设计计算；最后画出总体电路图。
2.预设计经指导教师审查通过后，学生即可向实验室领取所需元器件等材料，在面包板上组装、调试电路，使之达到设计指标要求。
3.在Multisim软件平台上学生可直接设计、仿真和实现，直至达到设计要求。
五、考核方式
综合以下指标评定综合实验总成绩：
优、良、中、及格和不及格。
1.设计方案的正确性与合理性；
2.实验动手能力（安装工艺水平、调试中分析解决问题的能力以及创新精神等）；
3.总结报告；
4.答辩情况（课题的论述和回答问题的情况）；
5.设计过程中的学习态度、工作作风和科学精神。
学生姓名：
杨越
指导教师：
董宏伟
2010年1月20日
课题一数字电子钟
电子钟是一种高精度的计时工具，它采用了集成电路和石英技术，因此走时精度高，稳定性能好，使用方便，且不需要经常调校。
电子钟根据显示方式不同，分为指针式电子钟和数字式电子钟。
指针式电子钟采用机械传动带动指针显示；而数字式电子钟则是采用译码电路驱动数码显示器件，以数字形式显示。
这些译码显示器件，利用集成技术可以做的非常小巧，也可以另加一定的驱动电路，推动霓红灯或白炽灯显示系统，制做成大型电子钟表。
因此，数字式电子钟用途非常广泛。
一、课程设计（综合实验）的目的与要求
设计一个具有如下功能的数字电子钟：
1．基本功能
（1）能直接显示时、分、秒；
（2）能正确计时，小时采用二十四进制，分和秒采用60进制；
（3）有校时功能，手动调整时、分；
2．扩展功能
（1）能进行24小时整点报时，要求从59分50秒开始，每2秒钟响一声，共响5次；每响一次声音持续0.5秒。
（2）要求只在6--22点之间每整点报时，23--5点之间整点不报时；
（3）具有任意几点几分均可响铃的闹钟控制电路。
响铃1分钟，可人为通过开关使响铃提前终止；
二、设计（实验）正文
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。
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，可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。
分频器电路将32768Ｈz的高频方波信号经32768（）次分频后得到1Hz的方波信号供秒计数器进行计数。
分频器实际上也就是计数器。
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及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、分个位和分十位计数器为60进制计数器，而根据设计要求，时个位和时十位计数器为24进制计数器。
1．系统原理框图如下：
2．系统原理框图说明
2.1时、分、秒计时器
时计时器为一个24进制计数器，分、秒计时器均为60进制计数器。
当秒计时器接受到一个秒脉冲时，秒计数器开始从1计数到60，此时秒显示器将显示00、01、02、...、59、00；每当秒计数器数到00时，就会产生一个脉冲输出送至分计时器，此时分计数器数值在原有基础上加1，其显示器将显示00、01、02、...、59、00；每当分计数器数到00时，就会产生一个脉冲输出送至时计时器，此时时计数器数值在原有基础上加1，其显示器将显示00、01、02、...、23、00。
即当数字钟运行到23点59分59秒时，当秒计时器在接受一个秒脉冲，数字钟将自动显示00点00分00秒。
2.2校时电路
当开关拨至校时档时，电子钟暂停工作，通过时、分校时开关分别对时、分进行校对，开关每按两次，与开关对应的时或分计数器加1，当调至需要的时与分时，开启运行开关，电子钟从设置的时间开始往后计时。
2.3秒信号产生电路
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，可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。
分频器电路将32768Ｈz的高频方波信号经32768（）次分频后得到1Hz的方波信号供秒计数器进行计数。
三、各部分功能及其具体实现方案
1．主体电路部分
（1）时、分、秒计时器
二十四进制计数器
简要原理说明：
24进制计数器是由两个10进制计数器74LS160级联构成，然后利用异步清零的方法实现。
二十四进制采用了异步清零的作用，因为异步清零的速度非常快，所以若是时间控制为0到23，则23所存在的时间不够一个周期，若反馈的数定为24.这样24与0共占用一个周期的时间。
在整个电路图中Io9与Io0是相连的，当达到24即00100100是，恰好有与非电路实现清零。
通过为了使后续电路简化，将24进制计数器集成为芯片：
HOUR
六十进制计数器
简单原理说明：
60进制计数器是由两个10进制计数器：
74LS160级联构成，然后利用同步置数的方法实现。
如图所示，Io8到Io5是高位的，组成100进制后，当高位为0101.即5时，低位开始进行计数。
从0000一直到1001，此时Io4为1，则经过非门后为0，也就是说在这个过程中经历了一个下降沿，这使得高位有效，即高位可以继续增加了，但Io5和Io7经过与门回到直接置数端，这样置数有效，因为接入点均接地，即为输入均为0，又开始计时了。
这样就实现了00到59的变化，因为是同步置数，所以不会出现60。
对于两种电路的设计，既运用到了同步置数，有利用了异步清零，两者协调好了，就可以灵活的工作了。
在总电路的左侧，有两个开关，可连接地或者电源，接地时，因为从这根线上有很多引出线介入各个元件的直接清零端，所以有使各个显示器为0的功用。
为了使后续电路简化，将60进制计数器集成为芯片：
MINUTE
（2）校时电源电路
当重新接通电源或走时出现误差时都需要对时间进行校正。
通常，校正时间的方法是：
首先截断正常的计数通路，然后再进行人工触发计数或将频率较高的方波信号加到需要校正的计数单元的输入端，校正好后，再转入正常计时状态即可。
根据要求，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。
校正好后再将单刀双掷开关切换到正常的计时档位，校时结束。
原理图如下：
实际电路图如下：
简要原理说明：
这个电路连接部分也实现了以上分，秒，时计数电路的连接。
在59分或者59秒时，即01011001，里面一共有4个1.分别输入与门的四个输入端，也就是说，只有59时，与门的输出才为1，当单击空格键时，电路导通，经过一个非门与时电路连接，这样就顺利的在下降沿实现增长。
所以经过一个59秒时，分钟增加一分钟，经过一个59分时，小时增加一小时。
这样一个基本的数字电子钟就完成了。
当时间显示不准确时，脱离正常计数的组合电路，而连接上电源时钟脉冲。
此时可按下空格键终止秒计数器，也可以不终止，按下1或2键可快速调节到自己想要的时间。
因为按下后，他们就可以像秒计数器一样，每隔一定的时间就有一个下降沿可以让自己工作，也就很快就可以调到正确的显示时间。
（3）信号产生电路
（4）整点报时电路
一般时钟都应具备整点报时电路功能，即在时间出现整点前数秒内，数字钟会自动报时，以示提醒。
其作用方式是发出连续的或有节奏的音频声波，较复杂的也可以是实时语音提示。
根据要求，电路应在从整点开始的10秒钟内开始整点报时，报时电路报时控制信号。
选蜂鸣器为电声器件。
设计思路：
利用一系列的组合逻辑电路，实现从22点到4点时电路不响，而从5点到21点时电路响，再通过另一组合电路实现，仅当秒计数的十位为5，即0101，分计数的十位为5，个位为9，即01011001时开始，蜂鸣器工作。
此电路可以将响铃时间准确的控制在59分50秒。
且有JK触发器的导通与闭合，可以使之只在下降沿有效，这样就2秒响一次了。
一共有10秒的时间可以响
为了使后续电路简化，简化成成为芯片：
zhengdianxiangling
（5）自定闹钟（任意闹铃）：
在任意时间均可设置闹钟，即自己设定一个时间，当经过那个时间的时候，响起。
因为不接入秒计数器，所以一共有一分钟的时间可以响，故现实中的按钮可以视为开关，可以人为的断开使时间小于一分钟。
将以上三个电路合成一下总电路形式：
为使后续电路简化，可将任意闹钟电路集成为芯片：
renyinaoling
（6）２３点到5点响铃关闭（不报时）
利用组合电路来实现，先计算好哪些小时是应该响的。
按照题意，应该是只有22时到4时不响。
把他们列表，然后求出逻辑表达式。
在用一系列的门电路实现即可，以上是一些与门和或门，非门的组合，其实可以看做是一种筛选。
6个输入端分
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