整点报时数字钟课程设计.docx

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整点报时数字钟课程设计

信息工程学院

课程设计报告书

（2009/2010学年第二学期）

课程名称：

电子技术课程设计

题目：

能整点报时的电子表

专业班级：

自动化111

学生姓名：

胡义海

学号：

6100311301

指导教师：

康耀明

设计成绩：

1课程设计目的

※让学生掌握组合逻辑电路、时序逻辑电路和数字逻辑电路系统的设计、安装、测试方法；

※进一步巩固所学的理论知识，提高运用所学知识分析和解决实际问题的能力；

※提高电路布局﹑布线和检查和排除故障的能力；

※培养书写综合实验报告的能力。

2系统的方案设计

2．1简述

数字电子钟是一种用数字显示秒﹑分﹑时﹑日的记时装置，与传统的机械钟相比，他具有走时准确﹑显示直观﹑无机械传动装置等优点，因而得到了广泛的应用：

小到人们的日常生活中的电子手表，大到车站﹑码头﹑机场等公共场所的大型数显电子钟。

2．2课程设计题目描述和要求

（1）设计一个有“时”、“分”、“秒”（12小时59分59秒）显示，且有校时功能的电子钟；

（2）用中小规模集成电路组成电子钟，并在实验箱上进行组装、调试；

（3）画出框图和逻辑电路图，写出设计、实验总结报告；

（4）选做：

整点报时。

在59分50秒输出一高电平驱动鸣声器发生。

2.3数字电子钟基本原理

2.3.1数字电子钟的逻辑图如图1所示由振荡电路、分频器、计数器、显示器和校时电路组成。

振构成的振荡电路产生的信号经过分频器作为秒脉冲，秒脉冲送入秒计数器，秒计数结果通过秒译码器译码并且通过显示器显示出来，当达到60时向分位进位，分位和十位也是如此。

2.3.2可手动校正：

能分别进行秒﹑分﹑时﹑日的校正。

只要将开关置于手动位置，可分别对秒﹑分﹑时﹑日进行手动脉冲输入调整或连续脉冲输入的校正。

2.3.3整点报时。

整点报时电路要求在每个整点前鸣叫。

图1数字钟逻辑电路图

3系统的详细设计

3.1脉冲产生和分频电路

3.1.1脉冲产生和分频电路的设计

石英晶体振荡器的特点是振荡频率准确、电路结构简单、频率易调整。

它还具有压电效应，在晶体某一方向加一电场，则在与此垂直的方向产生机械振动，有了机械振动，就会在相应的垂直面上产生电场，从而机械振动和电场互为因果，这种循环过程一直持续到晶体的机械强度限止时，才达到最后稳定。

这用压电谐振的频率即为晶体振荡器的固有频率。

石英振荡电路图如图2所示。

图2石英振荡电路图

3.1.2馆建器件74LS74的介绍

在晶振产生震荡进行第二次分频时用到分频器件74LS74。

其引脚图如图3所示。

图374LS74引脚图

3.1.3关键器件CD4060的介绍

秒脉冲发生器是数字钟的核心部分，它的精度和稳度决定了数字钟的质量，通常用晶体振荡器发出的脉冲经过整形﹑分频获得1Hz的秒脉冲。

如晶振为32768Hz，通过15次二分频后可获得1Hz的脉冲输出。

CD4060引脚图和真值表如图4所示，连接方式如图5所示。

图4CD4060引脚图和真值表

图5CD4060连接方式

3.2计时电路

3.2.1分，秒计时电路的设计

秒﹑分﹑为60﹑60进制计数器。

秒﹑分﹑均为60进制，即显示00—59，它们的各位为十进制，十位为六进制。

数字钟采用计数器使用的是CD4510加减计数器，数字钟采用的是加计数功能。

其

其连接图如图6。

整个系统由脉冲电流从CLK端输入，驱动计数器CD4510计数，CD4510以8421BCD码进行十进制计数，并接把结果传输给译码器CD4511，CD4511将其译码驱动共阴极数码管显示出数字。

其中秒的各位直接向十位进位，其进位信号直接输给十位的CLK端。

秒的十位为六进制计数器，只要将其输出的11.14角接入与门回送到RST端即可。

仅为连接图如图7分位其功能和秒位类似，在此就不一一列出了，不过，其各位的脉冲信号要接秒十位的进位信号，其他都一样。

图6CD4510连接图

图7秒分进位连接图

3.2.2小时计时电路的设计

小时为24进制计数器。

小时为24进制，即显示00—23，它们的各位为十进制，十位为2进制。

数字钟采用计数器使用的是CD4510加减计数器，数字钟采用的是加计数功能。

其连接方法是十位的11角和个位的14角接入一个与门回送到十位和个位的RST端，其连接图如图8。

图8小时进位连接图

3.2.3关键器件CD4510的介绍

表一十进制同步加减计数器CC4511

3.3显示译码电路

3.3.1显示译码电路的设计

CD4510与CD4511相连，CD4511的连接方式为3.4角接电源。

5角接地。

7.1.2.6角分别接计数器来的信号。

9到15分别接显示器的各角。

其连接图如图9。

图9CD4511连接图

本系统用七段发光二极管来显示译码器输出的数字，显示器有两种：

共阳极显示器或共阴极显示器。

连接图如图10所示。

图10CD4511以显示管连接图

3.3.2关键器件CD4511和数码管的介绍

CD4511是一组用来作为BCD对共阴极LED七段显示器译码的包装。

其引脚图如图11所示。

图11CD4511引脚图

在CD4511中LT：

做灯泡测试用，当LT=0，则不论其它输入状态为何，其输出abcdefg=1111111，使七段显示器全亮，即显示8，以便观测七段显示器是否正常。

当LT=1，则正常*。

BI：

空白输入控制，当BI=0（LT为1时）则不论DCBA之输入为何，其输出abcdefg皆为0，即七段显示器完全不亮，此脚可供使用者控制仅对有效数据译码，避免在无意义的数据输入时显示出

来造成字型的系乱。

CD4511和数码管的链接原理图如图12

图12CD4511和数码管的链接原理图

LE：

数据栓锁致能控制；在CD4511中，不但具译码功能，更具有数据栓锁的记忆功能。

当LE=0时（LT=1且BI=1），DCBA数据会被送入IC的缓存器中保存，以供译码器码；当LE=1时，则IC中的暂存器会关闭，仅保存原来在LE=0时的DCBA数据供译码器译码。

换句话说当LE=1时，不论DCBA的输入数据为何，皆不影响其输出，其输出abcdefg仍保留原来在LE由0转为1以

前的资料。

3.4校时电路

3.4.1校时的电路的详细设计

在刚刚开机接通电源时，由于时﹑分﹑秒均为任意值，所以，需进行调整。

置开关在手动位置，分别对时﹑分﹑秒﹑日进行单独计数，计数脉冲由单次脉冲或连续脉冲输入。

在数字钟中采用了一个74LS00和74LS08两个集成电路块，用到了其内部两个与非门和两个与门。

其连接方法如图14：

图14校时电路图

其中，当正常计时时S1、S2、S3都打向右侧。

让进位信号能够正常进位，当需要调整时，只需将要调整的位的开关打向左侧然后控制S4即可。

3.4.2关键器件RS触发器的详细介绍

在开关S4后加一个有两个与非门构成的RS触发器，其目的是消除因操纵开关而产生的抖动，防止干扰。

电路结构

　　把两个与非门G1、G2的输入、输出端交叉连接，即可构成基本RS触发器，其逻辑电路如图15所示。

它有两个输入端R、S和两个输出端Q、Q。

工作原理

图15RS触发器

　　基本RS触发器的逻辑方程为：

　　根据上述两个式子得到它的四种输入与输出的关系:

　　1.当R=1、S=0时，则Q=0,Q=1,触发器置1。

2.当R=0、S=1时，则Q=1,Q=0,触发器置0。

如上所述，当触发器的两个输入端加入不同逻辑电平时，它的两个输出端Q和Q有两种互补的稳定状态。

一般规定触发器Q端的状态作为触发器的状态。

通常称触发器处于某种状态，实际是指它的Q端的状态。

Q=1、Q=0时，称触发器处于1态，反之触发器处于0态。

S=0,R=1使触发器置1，或称置位。

因置位的决定条件是S=0,故称S端为置1端。

R=0,S=1时，使触发器置0，或称复位。

　　同理，称R端为置0端或复位端。

若触发器原来为1态，欲使之变为0态，必须令R端的电平由1变0，S端的电平由0变1。

这里所加的输入信号（低电平）称为触发信号，由它们导致的转换过程称为翻转。

由于这里的触发信号是电平,因此这种触发器称为电平控制触发器。

从功能方面看，它只能在S和R的作用下置0和置1，所以又称为置0置1触发器，或称为置位复位触发器。

其逻辑符号如图7.2.1（b）所示。

由于置0或置1都是触发信号低电平有效，因此，S端和R端都画有小圆圈。

　　3.当R=S=1时，触发器状态保持不变。

　　触发器保持状态时，输入端都加非有效电平（高电平），需要触发翻转时，要求在某一输入端加一负脉冲，例如在S端加负脉冲使触发器置1，该脉冲信号回到高电平后，触发器仍维持1状态不变，相当于把S端某一时刻的电平信号存储起来，这体现了触发器具有记忆功能。

　　4.当R=S=0时，触发器状态不确定

　　在此条件下，两个与非门的输出端Q和Q全为1，在两个输入信号都同时撤去（回到1）后，由于两个与非门的延迟时间无法确定，触发器的状态不能确定是1还是0,因此称这种情况为不定状态，这种情况应当避免。

从另外一个角度来说，正因为R端和S端完成置0、置1都是低电平有效，所以二者不能同时为0。

3.5整点报警电路

当时计数器在每次计到整点前十秒时，需要报时，这可用译码电路来解决，即当分为59时，则秒在计数到50时，输出一延时高电平，直至秒计数器计到60时，结束这高电平脉冲，输出的高电平驱动鸣声器鸣叫。

在数字钟采用鸣声器作为发声器件，由于与门输出电压太小所以接一三极管放大电流驱动鸣声器。

报时电路开头分别将秒的十位的6、14角接入与门分的个位2、6角十位的6、14角分别接入与门，并且将其输出全部接入一与门，之后连一电阻减小电流输入到三极管，最后由三极管组成的放大电路驱动鸣声器。

其电路图16、17所示。

图16报时电路1

图17报时电路2

图18电路原理图

图19电路pcb版图

4心得体会

我的课程设计是“具有整点报时功能的数字钟”，通过本次设计我乐在其中。

数字钟的硬件设计是数字电子技术课程设计传统的课题之一，其生命力就在于知识的综合化。

数字钟的设计课题虽然是一个很小的课题，但是它确是一个完整的系统，所谓“麻雀虽小，五脏俱全”。

我重点研究的是振荡、分频、校正和整点报时四部分，其它的计数、译码和显示三部分则由我的同组人某某同学完成。

首先是振荡部分，它是数字钟设计中非常重要的一部分。

我使用的芯片是555定时器，它的功能很强大，可以构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器。

它产生的1KHz的信号作为分频器的输入信号，其他芯片协同工作。

其次是分频部分，它是用两块双二—十进制同步计数器CC4518完成的，它提供整个电路所使用的频率，如，校正所用的2Hz以和整点报时所用的500Hz和1KHz。

再有就是校正部分和整点报时部分，校正使数字钟在实际工作中更加的准确，而报时是数字钟中最常见的功能。

对于数字钟的设计，各个功能的实现都使用的是硬件，它对于每个人的动手能力是一次巨大的考验。

设计时，发现还有许多不足的地方需要改进。

虽然简单的功能都能实现，但它在使用上还不够人性化，比如，不能实现定点报时的功能，闹铃的声音需要设置成人们喜欢的类型，人们在使用时经常需要定闹铃，这给人们带来了不便。

在做课程设计的过程中，我深深地感受到了自己所学到知识的有限，明白了只学好课本上的知识是不够的，要通过图书馆和互联网等各种渠道来扩充自己的知识。

所有的这些心得会对我以后的学习和工作有帮助作用。

非常感谢同学给予的帮助，使我能够顺利的完成课程设计。

在这个过程中我所学到的知识将使我终身受用。

5参考文献

[1]赵广林《看图快速学Protel99SE电路设计与制版》电子工业出版社

[2]康华光《电子技术基础数字部分》高等教育出版社

[3]康华光《电子技术基础模拟部分》高等教育出版社

[4]赵保经，CMOS集成电路[M]. 北京国防工业出版社， 1996

[5]《电子线路设计·实验·测试》第三版，谢自美主编，华中科技大学出版社

课程设计

评语

课程设计

成绩

指导教师

（签字）

年月日

注：

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