数字钟的电路设计.docx

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数字钟的电路设计

毕业设计

题目数字钟的电路设计　　

姓名学号

院（系）电子电气工程学院

班级P08电子信息

指导教师职称教授

二O一一年六月一日

摘要

20世纪末，电子技术获得了飞速的发展，在其推动下，现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，同时也使现代电子产品性能进一步提高，产品更新换代的节奏也越来越快。

现代生活的人们越来越重视起了时间观念，可以说是时间和金钱划上了等号。

对于那些对时间把握非常严格和准确的人或事来说，时间的不准确会带来非常大的麻烦，所以以数码管为显示器的时钟比指针式的时钟表现出了很大的优势。

数码管显示的时间简单明了而且读数快、时间准确显示到秒。

而机械式的依赖于晶体震荡器，可能会导致误差。

数字钟是采用数字电路实现对“时”“分”“秒”数字显示的计时装置。

数字钟的精度、稳定度远远超过老式机械钟。

在这次设计中，我们采用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，用12MHz的晶振产生振荡脉冲，定时器计数。

在此次设计中，电路具有显示时间的其本功能，还可以实现对时间的调整。

数字钟是其小巧，价格低廉，走时精度高，使用方便，功能多，便于集成化而受广大消费的喜爱，因此得到了广泛的使用。

关键字：

数码管；数字钟；定时器

Abstract

20thcentury,electronictechnologyhasbeendevelopedrapidly,initsmodernelectronicproducts,pushedbyalmostpermeatedeveryareaofsocietyhasvigorouslypromotedsocialproductiveforcesdevelopmentandimprovementofsocialinformatizationlevel,alsomakemodernelectronicproductperformancefurtherimproved,andtherhythmofupgradeitsproductsisbecomingmoreandmorequickly.Modernlifeofpeoplepaymoreandmoreattentiontouptheconceptoftime,maysaythattimeandmoneyoffofequality.Forthoseverystricttotimeandaccurategraspthepersonorthingfor,timeisnotaccuratewillbringverybigtrouble,sotodigitalpipefortheclockdisplaythanpointertypeclockshowedalotofadvantages.Digitalpipedisplaytimesimpleandquick,timeaccuratereadingsindicatetoseconds.Andmechanicaldependentonthecrystaloscillator,maycauseerrors.

Adigitalclockisadoptingdigitalcircuittoachieve",""points","seconds"digitaldisplaytimerdevice.Adigitalclockprecision,stabilityisfarmorethanoldmechanicalclock.Inthisdesign,weadoptwhenLEDdigitalpipedisplay,minutesandseconds,with24hourstimerway,accordingtotheprincipleofdigitaltubetodynamicdisplayof12MHzthatusecrystalsproduceoscillationpulse,thetimercounting.Inthisdesign,circuithasshowtimeitsthisfunctioncanalsoachievetheadjustmentoftime.Adigitalclockisitssmall,inexpensive,high,precision,easytouseandwalking,thefunctionismuch,facilitateintegrationandlovedbyvastconsumption,soithasbeenwidelyused.

Keywords:

digitalpipe;digitalclock;timer

第一章绪论

1.1课题的背景

20世纪末，电子技术获得了飞速的发展，在其推动下，现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，同时也使现代电子产品性能进一步提高，产品更新换代的节奏也越来越快。

时间对人们来说总是那么宝贵，工作的忙碌性和繁杂性容易使人忘记当前的时间。

忘记了要做的事情，当事情不是很重要的时候，这种遗忘无伤大雅。

但是，一旦重要事情，一时的耽误可能酿成大祸。

目前，单片机正朝着高性能和多品种方向发展趋势将是进一步向着CMOS化、低功耗、小体积、大容量、高性能、低价格和外围电路内装化等几个方面发展。

下面是单片机的主要发展趋势。

单片机应用的重要意义还在于，它从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方法。

从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分功能，现在已能用单片机通过软件方法来实现了。

这种软件代替硬件的控制技术也称为微控制技术，是传统控制技术的一次革命。

单片机模块中最常见的是数字钟，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，具有更更长的使用寿命，因此得到了广泛的使用。

1.2课题的目的和意义

通过这次课程设计,了解计时器主体电路的组成及工作原理；掌握采用异步时序电路设计方法实现课题要求；熟悉集成电路及有关电子元器件的使用。

数字钟是采用数字电路实现对.时,分,秒.数字显示的计时装置,广泛用于个人家庭,车站,码头办公室等公共场所,成为人们日常生活中不可少的必需品,由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的广泛应用,使得数字钟的精度,远远超过老式钟表,钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便，而且大大地扩展了钟表原先的报时功能。

诸如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、自动起闭路灯、定时开关烘箱、通断动力设备、甚至各种定时电气的自动启用等，所有这些，都是以钟表数字化为基础的。

因此，研究数字钟及扩大其应用，有着非常现实的意义。

1.3课题研究的内容

根据数字电子钟的电路组成方框图和指定器件，完成数字电子钟主题电路设计及调试。

设计一台能直接显示“时”“分”“秒”“日”十进制数字的石英数字电路。

秒、分为00—59六十进制计数器，以24小时为一天。

周显示用七进制计数器，当计数器运行到23时59分59秒时，秒个位计数器再接收一个秒脉冲信号后，计数器自动显示为00时00分00秒。

走时精度要求每天误差小于1S，任何时候可对数字种进行校准。

在实验板上安装、调试出题目所要求的计数器。

画出逻辑电路图、时序图，并写出设计报告。

1.4国内外研究现状

单片机应用的重要意义还在于，它从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方法。

从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分功能，现在已能用单片机通过软件方法来实现了。

这种软件代替硬件的控制技术也称为微控制技术，是传统控制技术的一次革命。

单片机模块中最常见的是数字钟，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，具有更更长的使用寿命，因此得到了广泛的使用。

数字钟以成为人们常生活中数字电子钟一般由振荡器,分频器,显示器,定时器等部分组成.由于数字集成电路技术的发展和采用了先进的石英技术,使数字钟具有走时准确,性能稳定,携带方便等特点,它还用于计时,自动报时及自动控制等各个领域.尽管目前市场上以有现成数字钟集成电路芯片,价格便宜这些都是数字电路中最基本的,应用最广的电路。

随着我国电子市场的迅猛发展，与之相关的核心生产技术应用与研发必将成为业内企业关注的焦点。

技术工艺，是衡量一个企业是否具有先进性，是否具备市场竞争力，是否能不断领先于竞争者的重要指标依据。

了解国内外数字电子钟生产核心技术的研发动向、工艺设备、技术应用及趋势对于企业提升产品技术规格，提高市场竞争力十分关键。

目前市场上数字电子钟种类繁多，价格差异也很大。

那么选择一款真正适合的数字电子钟就非常重要。

第二章数字时钟的硬件系统

2.1设计原理及其框图

数字是一个将“时”，“分”，“秒”显示于人的视觉器官的计时装置。

它的计时周期为24小时，显示满刻度为23时59分59秒，另外应有校时功能和一些显示星期、报时、停电查看时间等附加功能。

因此，一个基本数字钟电路主要由译码显示器、“时”，“分”，“秒”计数器、校时电路、报时电路和振荡器组成。

设计框图如图2.1所示。

图2.1设计框图

2.2设计任务及说明

数字钟电路是一块独立构成的时钟集成电路专用芯片。

它集成了计数器、比较器、振荡器、译码器和驱动等电路，能直接驱动显示时、分、秒、日、月，具有定时、报警等多种功能，被广泛应用于自动化控制、智能化仪表等领域。

2.3单元电路设计

1.时钟信号源如图2.2所示。

图2.2时钟信号源

CD4046是带振荡驱动的14级二进制分频电路，P10、P11外接品振。

P12复位脚接地不用。

P8、P16是电源脚。

P3是Q14，即14次分频输出，16384分之一。

对震荡频率32768来说，这里输出频率2Hz。

CD4027是双JK触发器。

P3是时钟输入端。

P5、P6为J、K端，接Vdd。

P4、P7为复位、置位端，未用接地。

P8、P16是电源脚。

P1为Q输出，将P3的输入二分频，得到1Hz的信号输出。

2.调校电路

调校电路我们用两个开关就可以实现。

当我们进行调校星期、时或分时，可以把1Hz的脉冲信号通过单刀开关引到星期、时或分的CP端。

具体电路见数字电子钟整机电路图。

3.时间计数及译码显示

时间计数单元有时计数、分计数、秒计数几个部分。

时计数单元一般为24进制计数器，其输出为两位8421BCD码形式；分计数和秒计数单元为60进制计数器，其输出也为8421BCD码。

这里以秒计时为例，介绍计数器电路的工作原理。

如图2.3所示，标准秒时基信号进入CD4033（十进制记数/7段译码器集成电）1脚（记数输入端），“秒”位开始记数。

但记数有9到0时，CD40335脚输出进位脉冲，“十秒位”为变为“1”。

同时我们注意到在接通电源是CD4017的3脚（Q0）输出为高电平，当“十秒位”为，记数到“2”时，数码管的“e”跳变位高电平“1”，同时此脉冲进入CD4017的14脚进行记数，此时其2脚（Q1）变为高电平；当“十秒位”由5准备变成6时，CD4017再次进位，此时其4脚（Q2）变为高电平；此电平通过电阻对CD4017的15脚进行复位，既CD4033也被复位，显示为“0”，这样实现“59”到“00”的转换，同时进位脉冲有5脚输出。

由于CD4017被复位ｉｅ，其3脚（Q0）输出又为高电平，为下一轮的记数作好准备。

同理，我们也可以分析出“分位”电路和“时位”电路的工作原理。