数字钟的电路设计.docx
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数字钟的电路设计
电工电子技术课程设计
题目_________数字钟的设计___________
班级_______机设12（4）班____________
学号___________201210310422_________
姓名___________卞旺武_______________
指导____________鲁老师______________
时间__________2014.6.16--2014.6.19____
景德镇陶瓷学院
电工电子技术课程设计任务书
姓名卞旺武班级12机设（4）班指导老师鲁老师
设计课题：
数字钟的电路设计
设计任务与要求
1、设计的数字钟须满足以下要求：
由晶振电路产生1HZ标准秒信号；秒、分为六十进制计数器；时为二十四进制计数器准确计时，以数字形式显示时、分、秒。
2、分析数字钟电路由几个部分组成，并用方框图对它进行整体描述；
3、对电路的每个部分分别进行单独说明，画出对应的单元电路，分析电路原理、元件参数、所起的作用、以及与其他部分电路的关系等等；
4、对整体电路原理进行完整功能描述；
5、列出标准的元件清单；
设计步骤
1、查阅相关资料，开始撰写设计说明书；
2、先给出总体方案并对工作原理进行大致的说明；
3、依次对各部分分别给出单元电路，并进行相应的原理、参数分析计算、功能以及与其他部分电路的关系等等说明；
4、列出标准的元件清单；
5、总体电路的绘制及总体电路原理相关说明；
6、列出设计中所涉及的所有参考文献资料。
参考文献
【1】陈耀华，周永明.脉冲与数宇技术实验及应用[M].重庆:
科学技术文献出版社，1989.
【2】李大友.数宇电路逻辑设计[M].北京:
清华大学出版社，1997.
【3】肖冰.数宇电路逻辑设训一实验技术[Ml.北京:
北京邮电人学出版社，2000.
【4】标准集成电路数据于册（T'I'L电路）[州.电子工业出版社，1994.
【5】康华光.电子技术基础一数宇部分（第四版）fMl.北京:
高等教育出版社，1998.
【6】阎石.数宇电子电路[M].北京:
中央广播电视大学出版社.
1、数字钟的总体方案与原理说明.................................1
2、555定时器构成的多谐振荡器电路图...................a
3、秒、时计数器电路图........................................b
4、译码器芯片与逻辑符号图........................................c
5、秒、分、时校时电路原理图...........................d
6、总体电路原理相关说明..................................e
7、总体电路原理图......................................f
8、元件清单；..........................................g
9、参考文献........................................h
10、设计心得体会......................................i
1、
总体方案与原理说明
设计一个数字钟的电路图，让大家能够了解并熟悉其工作原理及流程，同时此设计须满足以下要求：
1.数字钟能够自己产生一个秒脉冲源，能够显示零时零分零秒到二十三时五十九分五十九秒，并包含校时功能和报时功能。
2.准确计时，以数字形式显示时、分、秒的时间。
3.小时的计时要求为“24翻1”，分和秒的计时要求为60进位。
4.矫正时间。
总体方案：
运用555定时器构成的多谐振荡器，时分秒译码器，计数器，校时电路，分频器等设计出一个满足任务要求的数字钟。
以下是数字钟电路系统原理组成框图：
其中秒脉冲信号发生器由555定时器构成5OHZ多谐振荡器，用74LS90构成50分频电路，产生秒脉冲信号;计数电路分别由两片74LS160构成24进制计数器，作为时计数电路，再把秒、分、时电路级联;译码显示电路分别用两位数码管显示，每组都由两片74LS247和两个共阳极数码管构成;分时校正电路74LS00与非门电路的控制作用构成。
2、555定时器构成的多谐振荡器
555定时器是一种模拟电路和数字电路相结合的集成器件，它性能优良，适用范围很广，外部加接少量的阻容元件可以很方便地组成多谐振荡器。
用555实现多谐振荡，需要外接电阻R1,R2和电容C，并外接+5V的直流电源。
555定时器组成的多谐振荡电路原理图如下。
工作时，555构成的多谐振荡器产生稳定的脉冲信号，经过若干次分频，得到秒脉冲信号。
3、秒、时计数器电路图
计数是一种最简单基本的运算，计数器就是实现这种运算的逻辑电路，计数器在数字系统中主要是对脉冲的个数进行计数，以实现测量、计数和控制的功能，同时兼有分频功能，计数器是由基本的计数单元和一些控制门所组成，计数单元则由一系列具有存储信息功能的各类触发器构成，这些触发器有RS触发器、T触发器、D触发器及JK触发器等。
在数字钟中使用到的就有秒计数器，分计数器以及时计数器。
要实现秒计数，须先设计一个60进制的秒计数器;同样要实现分计数，需要设计一个60进制分计数器。
对于实现时计数要设计一个二十四进制计数器。
74LS290是二一五一十进制计数器，所以设计一个60进制分或秒计数器要用两个74LS290，当计数状态一到01100000时立即清零。
因为74LS290有反馈清零端，所以用反馈清零法。
秒计数器原理电路图如下：
74LS290是异步十进制计数器。
其逻辑图和外引线排例图如图所示。
它由一个一位二进制计数器和一个异步五进制计数器组成。
如果计数脉冲由端CP0输入，输出由Q0端引出，即得二进制计数器；如果计数脉冲由CP1端输入，输出由Q1，Q2，Q3引出，即是五进制计数器；如果将Q0与CP1相连，计数脉冲由CP0输入，输出由Q3Q2Q1Q0引出，即得8421码十进制计数器。
因此，又称此电路为二-五-十进制计数器。
时计数器采用24进制，每当时计数器数值达到24便会归零以达到24小时循环的目的。
时计数器的电路原理图如下：
4、译码器芯片及逻辑符号图
在数字测量仪表和各种数字系统中，都需要将数字直观地显示出来，一方面供人们直接读取测量和运算的结果；另一方面用于监视数字系统的工作情况。
因此，数字显示电路是许多数字设备不可缺少的部分。
在计算机系统中想要在数码管上显示出十进制数就需要使用译码器。
由于计算机输出的为BCD码，所以本课程设计中使用的时芯片为74LS48-BCD的译码器。
其具体芯片图以及逻辑符号图如下：
5、校时电路
校时电路的意义在于当数字钟的时间不准确时能够方便快捷地调整时间，在校正“时”时不影响“分”和“秒”的正常计数，相应的在校正“分”或者“秒”时也不会影响其他两项的正常计数。
以下是校时电路的电路图：
如图所示，S1为时校正开关，S2为分校正开关，当不需要校正时，开关S1，S2是断开的。
当进行“时”校正时闭合开关S2用以切断分进位脉冲信号与“时”计数器的联系，校时电路将由1Hz的校时脉冲自动校正“时”计时器，校正完毕后将开关S2断开。
同理，当进行“分”校正时闭合开关S1用以切断脉冲信号与“分”计数器之间的联系，校时电路将由1Hz的校时脉冲自动校正“分”计时器，校正完毕后将开关S1断开。
6、总体电路原理相关说明
数字钟是为了满足随着人们生活，工作节奏加快对钟表的使用及重视程度的加强而设计出来的，它的使命不仅仅是能够精准的计时，还要能够满足人们日常生活中对定时，闹钟提醒等的需求。
当然它还必须能够拥有极为方便地手动及自动校准时间的功能，只有这样才能够与以往的老式钟表的使用性能拉开差距。
本文中所设计的数字钟是由时，分，秒显示器，七段数码管，译码器，60进制计数器、24进制计数器、以及修正电路、多谐振荡器、分频器、扩展电路组成。
通以直流电后，由555定时器改造的多谐振荡器组成的信号发生器产生秒脉冲信号，计数电路接收秒脉冲信号后开始计数，译码器接收计数电路的数据分别将时，分，秒计数器的数据转化为电信号通过七段数码管显示出具体的时，分，秒。
而扩展电路连接分频器与计数电路，可以实现报时，定时控制等功能。
振荡器产生稳定的高频脉冲信号，作为数字钟的时间基准，然后经过分频器输出标准秒脉冲。
秒计数器满60后向分计数器进位，分计数器满60后向小时计数器进位，小时计数器按照“24翻1”规律计数。
计数器的输出分别经译码器送显示器显示。
计时出现误差时，可以用校时电路校时、校分。
其总体电路原理图如下：
7、总体电路原理图
8、元件清单
器材
型号规格
数量
单位
集成芯片
555
1
片
74LS00
3
74LS290
2
74LS247
6
74LS02
1
74LS153
1
74LS160
6
电阻
300Ω
45
个
100KΩ
1
个
电容
103
1
个
104
1
个
数码管
共阳极
6
个
万能板
18*30CM
1
片
导线
0.1mm
0.2mm
开关按钮
按键开关
2
个
参考文献
【1】陈耀华，周永明.脉冲与数宇技术实验及应用[M].重庆:
科学技术文献出版社，1989.
【2】李大友.数宇电路逻辑设计[M].北京:
清华大学出版社，1997.
【3】肖冰.数宇电路逻辑设训一实验技术[Ml.北京:
北京邮电人学出版社，2000.
【4】标准集成电路数据于册（T'I'L电路）[州.电子工业出版社，1994.
【5】康华光.电子技术基础一数宇部分（第四版）fMl.北京:
高等教育出版社，1998.
【6】阎石.数宇电子电路[M].北京:
中央广播电视大学出版社.
【7】刘宝琴.数宇电路与系统[M].北京:
清华大学出版社1993.
【8】3《数字电子技术及应用》土萍一北京，电子工业出版社，2011.08.
【9】张占松，蔡宣三.开关电源的原理与设计【M].北京:
电子工业出版社，1999.
【10】刘胜利.现代高频开关电源实用技术【M].北京:
电子工业出版社，2001.
【11】张军.行波管的工作电源[J].舰船电子对抗，1999,（6）:
18一19.
设计心得体会
通过此次的电工课程设计我学到了很多，首先从选题开始，老师在课题的选择方面对我们的要求比较宽松，我能理解老师的良苦用心，不在选题上面做过多的限制是为了能让我们发现自己的兴趣点所在，只有自己感兴趣的课题我们才能以最大的热情与最好的学习态度来对待自己所选择的这次课程设计。
但是看到那么多的课题的时候问题来了，我不知道原来机械也会分为很多类型。
两个看似很相近的课题等到做的时候才会发现里面所需要的知识是多么的庞杂与巧妙。
这次我选择的时数字钟的电路设计，首先是因为数字钟在我们的日常生活中很常见，我从小学三年级就开始使用电子手表，其实它的原理是跟数字钟一样的，只不过是缩小版的而已，以前我拆过数字钟，但是除了电池和显示屏其他的元器件是看不懂的，也不知道它的具体工作原理是什么。
因此我想借此次机会把萦绕在心中十几年的问题给解决了。
课程设计的题目确定了，下面需要进行的就是了解数字钟的实验原理了。
为此我通过XX，中国知网等查阅了大量的资料，看完具体的原理之后我的心情沉下去了。
因为那些具体的元器件我不知道他们的作用，当译码器，晶体振荡器，多谐振荡器，计数器，数码管，校正电路，扩展电路这些专有名词出现在我的眼前时我完全不知所措，为了搞清楚他们的作用及工作原理我又分别查阅了大量资料，在此期间我知道了分秒计数器与时计数器的区别，知道了555定时器的改装及多谐振荡器的由来......可以说这次的课程设计不仅仅时数字钟的了解而且还包含了其他许许多多的知识。
不仅如此我还第一次接触老师从未教过的软件的使用，通过查阅资料请教老师和同学我基本掌握了VISIO绘图软件的使用，每当绘图时遇到问题而被我解决的时候我的心中充满了喜悦，通过计算机绘图不仅使自己在使用VISIO软件上更加娴熟也锻炼了自己的独立学习及思考的能力。
在这个设计过程中我们花费了大量的时间和精力，收获的不仅仅是一份作业，更是将理论与实践相结合起来的经验。
在已有的原理之上加以自己的创新更是一项设计不可缺少的灵魂。
通过这次设计我也认识到了自己的电工学习中的不足，基础知识的不牢固，理解的不深刻。
在以后的学习及生活中一定会注意积累知识，生活之中处处皆学问，只要想学便一定能学到自己想要的东西。
最后，再次衷心地感谢这几天在这次课程设计中帮助我的老师及同学们！
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