数字钟的设计.docx
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数字钟的设计
课题名称数字钟设计
所在院系机械电子工程学院
班级
学号
姓名
指导老师
时间2011年12月20日
景德镇陶瓷学院
数字电子技术课程设计任务
班级：
姓名指导教师：
2011年12月20日
设计题目：
数字钟的设计
设计任务和要求
功能要求：
1.可通过数码管同时显示小时、分钟、秒。
2.电路具有校时功能。
设计成果
设计说明书一份
电路图一份
参考资料
教研室主任签字：
年月日
目录
1、总体方案与原理说明.................................4
2、振荡器及分频器...................5
3、时、分、秒计数电路........................................6
4、译码显示电路........................................7
5、校时电路...........................8
6、整点报时电路......................................................9
7、总体电路原理相关说明..................................10
8、总体电路原理图......................................11
9、元件清单；..........................................12
10、参考文献.....................................................13
11、设计心得体会......................................14
1、总体方案与原理说明
数字时钟一般由6个部分组成，其中振荡器和分频器组成标准的秒信号发生器，由不同进制的计数器，译码器和显示器组成计时系统。
秒信号送入计数器进行计数，把累计的结果以“时”、“分”、“秒”的十进制数字显示出来。
“时”显示由二十四进制计数器、译码器和显示器构成，“分”、“秒”显示分别由六十进制计数器、译码器构成。
其原理框图如图1所示。
2、振荡器及分频器
石英晶体的振荡频率为4MHz，不能用来作为数字时钟的输入信号，必须将它变为1s的脉冲信号。
所以，还要对时钟进行分频。
由图2可知，4MHz晶振的输出送到U1芯片分频。
U1芯片选用MCI406414级二分频器，由输出端Q14得到214分频的脉冲信号，fQ14＝4MHz/214=4MHz/16384≈244.141Hz。
再经U2（仍选用MCI4060）芯片进行28分频，由输出端Q8可得到周期为1s的脉冲信号，fQ8＝244.141Hz/256≈0.594Hz，其周期为1/fQ8=1/0.594Hz≈1.048s。
可以用U1芯片的Q12、Q13端为整点报时提供频率分别为1000Hz和500Hz的信号，因为fQ12=4/212MHz=4/4096MHz=976.56Hz,fQ13=4/213MHz=4/8192MHz=488.281。
图2振荡器及分频器
3、时、分、秒计数电路
有了秒脉冲信号，则可按照60s为1min，60min为1h，24h为一天来设定时、分、秒计数电路。
分和秒计数器都是模为60的计数器，采用中规模集成电路十进制计数器至少需要两片。
“秒”个位计数器的时钟CP信号是由分频器提供的周期为1s的脉冲信号，“分”个位计数器的CP信号是由秒计数器提供的进位信号，“分”计数器的进位信号送至“时”个位计数器的CP端。
它们的个位是十进制计数器，而十位是六进制计数器，其计数规律为00—01—…—58—59—00…，当计满60时产生一个进位信号。
因此，可选用一片双重BCD加法计数器CC4518。
采用反馈清零的方法实现六十进制计数器，其电路如图3所示。
“时”计数器是二十四进制计数电路，也可选用一片CC4518采用反馈清零的方法实现二十四进制。
其电路如图4所示。
图3六十进制计数器图4二十四进制计数器
4、译码显示电路
译码显示电路的功能是将“时”、“分”、“秒”计数器输出的4位代码翻译并显示相应的十进制数的状态，通常译码器和显示器是配套使用的，如果选用共阴极发光二极管数码显示器BS201/202，则译码显示电路可采用CC4511BCD七段译码驱动器。
其引脚排列如图5所示。
图5CC4511BCD七段译码驱动器引脚排列图
5、校时电路
校时电路如图6所示。
3个控制开关S1、S2、S3分别用来实现“时”、“分”、“秒”的校准。
开关处于正常位置时，分别接高电平，门3、门6、门8被封锁，校准信号不能通过3个门，所以“时”、“分”、“秒”的计数器按正常计数。
当按下S1至“校时”位置时，S1闭合，门3打开，由分频器CC4060送来0.5s的脉冲信号直接进入“时”计数器，使小时指示每0.5s计一个字，达到快速校时的目的，同时0.5s的脉冲信号送入“分”计数器的置0端，使“分”置0。
“时”校准后，放开开关S1。
图6校时电路
6、整点报时电路
整点报时电路如图7所示，包括控制门电路和音响电路两部分。
第一部分为控制门电路部分。
当“分”和“秒”计数器计到59分50秒时，从59分50秒到59分59秒之间，只有“秒”个位在计数，而“秒”的十位，“分”的个位，“分”的十位中C＝QC4=QA4=QD3=QA3=QC2=QA2=1不变。
将它们相与，即C＝QC4QA4QD3QA3QC2QA2作为控信号，去控制门15和门16。
在每小时的最后10s内C＝1。
门15输入端加有频率2048Hz的信号B（可取自分频器CC4060的Q4端），同时又受QD1和QA1的控制，即C在59s时，QD1QA1C＝1，门16被关闭，门15打开，B信号通过门15；门16输入端加有频率1024Hz的信号A（可取自分频器Q5端），同时又受QD1和QA1控制，即C在51s、53s、55s、57s时，QD1/QA1C＝1,门15被关闭，门16打开，A信号通过门16。
则Z＝QD1QA1CB+QD1/QA1CA，即可实现前四响为1024Hz的低音，后一响为2048Hz的高音，最后一响完毕正好整点。
图7整点报时电路
7、总体电路原理相关说明
1.要求学生根据原理和芯片引脚图，分功能设计原理图，并根据接线顺序分步骤验证。
2.容易出现故障为接触不良。
a）集成块引脚方向预先弯好对准面包板的金属孔，再小心插入。
b）导线的剥线长度与面包板的厚度相适应（比板的厚度稍短）。
c）导线的裸线部分不要露在板的上面，以防短路。
d）导线要插入金属孔中央。
3.按照原理图接线时首先确保可靠的电源和接地。
4.注意芯片的控制引脚必须正确接好。
5.检查故障时除测试输入、输出信号外，要注意电源、接地和控制引脚。
6.要注意芯片引脚上的信号与面包板上插座上信号是否一致（集成块引脚与面包板常接触不良）。
7.为了便于测试，可将2Hz信号直接输入到各级计数器。
8.接校时电路时可接模拟信号输入（如1Hz和2Hz）测试输出信号的切换正确后，再将秒进位和分进位信号接到校时电路，再接校时电路输出到分计数器和时计数器。
从较时电路接入信号时，必须将原进位信号拔掉。
8、总体电路原理图
9、元件清单
元件名称
型号,参数
数目
石英晶体振荡器
32768Hz
1
十进制计数器
CC4518
3
共阴极七段译码驱动器
CC4511
6
四2输入与非门
74LS00
6
双4输入与非门
74LS20
2
14位二进制计数器/分频器和振荡器
CC4060
1
双D边沿触发器
74LS74
1
数码管
BS201
6
三极管
3DG4
1
电阻
100KΩ、200KΩ
1、48
扬声器
1
开关
3
参考文献
[1].彭介华主编：
《电子技术课程指导》，高教出版社，2007年出版。
[2].吉祥主编：
《电子技术基础实验与课程设计》，电子工业出版社，2005年版。
[3].谢自美主编：
《电子线路实验.设计.测试》第三版.武汉：
华中科技大学出版社，2000.7。
[4].大钦主编：
《电子技术基础实验－电子电路实验、设计、仿真》，高教出版社。
[5].孙丽霞主编：
《电子技术实践及仿真》，高教出版社，2005年版。
[6].王传新主编：
《电子技术基础实验－分析、调试、统合设计》，高教出版社，2006年版。
设计心得体会
通过这次数字钟的制作，给我最大的体会是对一个程序整体的把握和控制，只有将子程序有效的结合起来，才能完成设计的目的。
另外，在程序的调试过程中，我也遇到了很多意想不到的困难，在老师的帮助和自己的不懈努力下，将困难一一克服，使程序编译成功，仿真实现。
同时通过这十几天的课程设计，使我们重新学习了模电和数电知识，学会了将理论与实践结合了起来。
感觉到知道的搜集和综合的必要性。
除此之外，还特别学会了protel画图软件。
当然仅仅通过这几天的学习还远远不够的，现在学的只是个入门，但我对它已经有了浓厚的兴趣，可以肯定的是今后我会进一步深入去学习它，达到应用实践的目的。
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