多功能时钟设计.docx

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多功能时钟设计

课程设计

课程名称：

数字电子技术课程设计

题目：

多功能时钟的设计、安装、调试

学院：

专业：

电子信息工程

姓名：

学号：

年级：

任课教师：

2013年12月19日

电子信息学院

课程设计任务书

课题名称：

多功能数字钟的设计、安装、调试

专业、班级:

电信（111班）

指导教师：

牛鸣德王愉节宋静怡

2013年12月2日至2013年12月13日共2周

指导教师签名：

教研室主任签名：

分管院长签名：

课程设计内容

数字钟是数字电路的典型应用之一，本次设计要求完成时钟的基本功能外，也要具有一定的扩展功能。

基本功能如下

（1）准确计时，以数字形式显示时、分、秒的时间。

（2）小时的计时要求为12翻1，分和秒的计时要求为60进制进位。

（3）时和分校正。

扩展功能如下

（1）定时闹钟控制。

（2）报整点时数。

二课程设计应完成的工作

⑴根据提供的功能要求，独立设计相应的电路。

⑵提供元器件清单和实验器材。

⑶安装实验电路并调试。

⑷独立撰写设计说明书一本。

三课程设计进程安排

序号

课程设计各阶段名称

日期、周次

1

资料收集和设计方案论证

12月2日14周

2

单元电路设计

12月3日—4日14周

3

总体电路设计

12月5日14周

4

提交元器件清单及领取实验器材

12月6日14周

5

安装实验电路

12月9日15周

6

实验电路调试

12月10日—11日15周

7

撰写设计文本和绘制电原理图

12月12日15周

8

完成和提交设计文本

12月12日15周

四指定收集的资料及参考文献

电子技术基础《康华光主编》：

电子技术实验指导《王愉节主编》：

目录

摘要...........................................................................5

1、前言.......................................................................6

（一）课程设计设计目的意义.................................................6

（二）达到的的技术要求.....................................................6

2、本论.......................................................................7

（一）基本原理与电路设计....................................................7

（二）电路设计.............................................................8

1、振荡器..............................................................8

2、分频器...............................................................9

3、时间计数电路..........................................................9

4、译码器与显示单元....................................................11

（三）、附加功能................................................................12

1、校时电路..............................................................12

2、定时闹钟控制...........................................................14

3、整点报时电路..........................................................14

三、结论.......................................................................16

四、参考文献...................................................................16

五、致谢.......................................................................17

六、附录......................................................................18

设计电路..................................................................18

实物连接图................................................................19

各元件功能表及引脚图......................................................20

摘要:

数字钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置，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，具有更长的使用寿命。

因此得到了更加广泛的使用。

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和时序电路。

在这次设计中，我们用1KHz的555定时器构成多谐振荡器产生振荡脉冲，用十进制计数器74LS90分别实现分频和时间计数单元的计数功能，用CD4511作为显示译码电路，采用LED数码管显示时、分、秒，以24小时计时方式，根据数码管动态显示原理来进行显示，最终实现定时器计数，多功能数字时钟还可以实现数字电子时钟功能，校时功能，定时闹钟功能，整点报时功能。

关键词：

时钟，时序电路，逻辑电路

前言

一．课程设计的目的及意义：

数字电子技术是一门实践性很强的课程，加强工程训练，特别是技能的培养，对于培养工程人员的素质和能力具有十分重要的作用。

　电子技术课程设计是一个重要的实践环节，它包括选择课题、电子电路设计、组装、调试和编写总结报告等实践内容。

通过课程设计要实现以下两个目标：

第一，让学生初步掌握电子线路的试验、设计方法。

即学生根据设计要求和性能参数，查阅文献资料，收集、分析类似电路的性能，并通过组装调试等实践活动，使电路达到性能指标；第二，课程设计为后续的毕业设计打好基础。

毕业设计是系统的工程设计实践，而课程设计的着眼点是让学生开始从理论学习的轨道上逐渐引向实际运用，从已学过的定性分析、定量计算的方法，逐步掌握工程设计的步骤和方法，了解科学实验的程序和实施方法，同时，课程设计报告的书写，为今后从事技术工作撰写科技报告和技术资料打下基础。

并且，进行课程设计，有利于基础知识的理解、有利于逻辑思维的锻炼，有利于与其他学科的整合以及有利于治学态度的培养！

　二达到的技术要求

（1）准确计时，以数字形式显示时、分、秒的时间

（2）小时的计时要求为12进1，分和秒的计时要求为60进制进位

（3）时和分校正

（4）定时闹钟控制；

（5）报整点时数

（6）根据提供的功能要求，独立设计相应的电路。

（7）供元器件清单和实验器材。

（8）安装实验电路并调试

本　　论

（一）、基本原理与电路设计

一个具有计时及校时及显示的数字钟主要由振荡器，分频器，计数器，译码器，显示器，校时电路等组成。

５５５振荡器产生的信号经过分频器得到秒脉冲，秒脉冲送入到计数器计数，计数器结果通过“时”“分”“秒”译码器译码，并通过显示器显示时间，数字钟的整体逻辑框图如下：

1．整体框图

２.所需器件：

74LS907块74LS001块

LED灯4个5551块

0.1uF电容1个0.1uF电容1个

2K欧的电阻1个5.1K欧的电阻1个

3.3K欧的电阻1个

３.完成功能

基本功能：

①、准确计时，以数字形式显示时、分、秒的时间。

②、小时的计时要求为12进1，分和秒的计时要求为60进制。

③、时和分校正。

扩展功能：

①、定时闹钟控制

②、整点报时

（二）、电路设计

1、振荡器电路

一种自激振荡电路，该电路在接通电源后无需外接触发信号就能产生一定频率和幅值的矩形脉冲波或方波。

该电路给数字钟提供一个频率稳定准确的1000Ｈz的脉冲，可保证数字钟的走时准确及稳定。

2、分频器电路

分频器电路将1000Ｈz的高频方波信号经由计数器的分频电路的分频后得到1Hz的方波信号，可以供秒计数器进行计数。

常见的十进制BCD码计数器有74LS90、74LS160、74LS162等；

4位二进制计数器有74LS161、74LS163等；

14级二进制计数器有CD4020、CD4060。

以由74LS90构成分频器为例。

74LS90是二-五-十进制计数器，555定时器产生1KHZ的信号，第一片Q3

输出100HZ，第二片Q3输出10HZ，第三片Q3输出1HZ。

经过3次1/10分频

后正好是1HZ，为标准的秒输入脉冲。

3、时间计数器电路

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，时个位和时十

位计数器设计为12进制计数器。

（1）60进制计数器电路（分、秒）

当分（秒）计数部分的个位接受计数部分的信号（秒计数接受的信号振荡器经分频后输出1HZ的标准脉冲），个位计数满10后向十位近一位，十位满6以后向前一级进一位，并该计数器清零。

计数规律为00—56—00

如：

常见的十进制BCD码计数器有74LS90、74LS160、74LS162

等，4位二进制计数器有74LS161、74LS163等，14级二进制计数

器有CD4020、CD4060。

以由74LS90构成分频器为例。

由74LS90构成的60进制计数器，将一片74LS90设计成10进制的加法计数器，另外一片设置6进制加法计数器。

两片74LS90按反馈清零法串接而成。

秒计数器的十位和各位，输出脉冲除用作自身清零外，同时还作为分计数器的输入脉冲CPI.

（2）24进制计数器电路（时）

用反馈清零法构成：

个位“4”对应“0100”，十位“2”对应

“0010”，所以将U1的Q3接U2的CKA进行级联，U1的Q2接U1

、U2的R0

（2）、R0

（1），U2的Q1接U1、U2的R0

（1）、R0

（2）.

（3）12进制计数器电路（时）

“12翻1”小时计数器是按照“01—02—03—04—05—06—07—08—09—10—11—12—01”

规律计数的。

计数器的状态要发生两次跳跃：

计数器计到9，即个位计数器的状态为1001后，在下一计数脉冲的作用下计数器进入暂态1010，利用暂态的两个1即使个位异步置0，同时向十位计数器进位使十位计数器为1；

计数到12后，在第13个计数脉冲作用下个位计数器的状态应为0001，十位计数器的0。

4、译码器与显示单元

74LS47、74LS48为BCD—7段译码/驱动器。

74LS47可用来驱动共阳极的发光二极管显示器示器；

74LS48则用来驱动共阴极的发光二极管显示器

计数器实现了对时间的累计以8421BCD码形式输出。

选用显示译码电路将计数器的输出数码转换为数码显示器件所需要的输

出逻辑和一定的电流，此时，选用74HC4511作为显示译码电路，选用74HC4511七段共阴极LED数码管作为显电示单元路。

（三）、附加功能：

1、校时控制电路

时电路的要求是：

在小时校正时不影响分和秒的正常计数；

在分校正时不影响秒和小时的正常计数。

校时方式有“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的校时脉冲计数。

“慢校时”是用手动产生单脉冲作校时脉

2、定时闹钟控制

定时控制电路的设计要求：

①、数字钟在指定的时刻发出信号，或驱动音响电路报时。

②、闹时要求时间准确，即信号的开始时刻与持续时间必须满足规定的要求。

3、整点报时电路

整点报时电路的功能是：

每当数字时钟计时到整点时发出音响，且几点响几声。

整点报时电路的组成部分

①、减法计数器：

完成几点响几声的功能，即从小时计数器的整点开始进行减法计数，直到零为止。

②、编码器（普通的门电路）：

将小时计数器的5个输出端Q4、Q3、Q2、Q1、Q0按照“12翻1”的编码要求转换为减法计数器的4个输入端D3、D2、D1、D0所需的BCD码。

③、逻辑控制电路：

控制减法计数器的清“0”与置数。

控制音响电路的输入信号。

发声5次的整点报时电路

Ⅰ、用时序电路做控制

1、控制信号1来自分计数器的拾位、个位和秒计数器的拾位的输出状态组合，当时钟计数值为59分50秒至59分59秒期间，控制信号1应输出高电平，使D触发器U2A的清零端无效；

2、控制信号2来自秒计数器的个位的输出状态组合，当时钟计数为59分55秒时，控制信号2应出现由低向高的跳变，D触发器U2A的输出端由低变高，秒脉冲经U1B输出；

3、三极管Q1按1Hz频率导通5次后，控制信号1变为低电平，D触发器被清零，输出Q回到低电平。

Ⅱ、用组合电路做控制

图中D触发器的功能也可以由一个组合电路完成，当时钟计数值为59分55秒至59分59秒期间，组合电路输出高电平，秒脉冲经U1B输出；其余时间，秒脉冲禁止输出。

结论

最终设计出的数字钟电路经过测试，具备了正常走时、进位，暂停、校时功能。

各项功能都可以由导线作为简易开关进行调整，并实现硬件共用。

各个功能之间也没有冲突和影响，特别是对于闹钟的走时不会造成任何干扰，最大限度保证了其走时的精确度。

因此，可以说这个简易多功能数字钟电路的最终成果是成功的。

参考文献　　

康华光主编《电子技术基础》数字部分第五版

王愉节主编《电子技术实验指导》

致谢

课程设计是一个学习新知识、巩固加深所学课本理论知识的过程，它培养了我们综合运用知识的能力，独立思考和解决问题的能力。

它不仅加深了我对电子技术课程的理解，还让我感受到了设计电路的乐趣。

因此对我来说，这次课程设计是非常有意义的。

这次课程设计是对这学期数字逻辑课程所学内容的一次综合练习，从中不仅强化了我对教材中知识的理解和掌握。

而且也拓展了我在数字电子技术方面的知识，和对自己所学专业的认识。

课程设计更是一个把所学知识应用于实践的过程，它对我动手能力的提高不言而喻。

同时我从这次课设中知道：

知识不仅仅是写在书本上的文字和死板的理论，它更是指导我们实践的工具。

一些比较简单的逻辑器件，经过一定的理论知识分析，将它们组合在一起就构成了我们生活中普遍应用，几乎必不可少的电子时钟。

完成课程设计的任务以后，看到自己的成果感到很有成就感，从而加强了自己对本课程的兴趣，更加有利于对本课程方面知识的进一步拓展性学习。

附录：

实物连接图

设计电路

元件功能表及引脚图

1、74LS90功能表

2、74LS90引脚图

3、CD4511引脚图