数字钟.docx

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数字钟

物理与电气工程学院课程设计报告

数字时钟设计

姓名　***

学号121104***

专　　业12电气工程及其自动化

指导教师　　***　　

成绩

日　　期　2014.4.25

基于555的数字时钟显示

***（安阳师范学院物理与电气工程学院河南安阳455000）

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，具有更更长的使用寿命，因此得到了广泛的使用。

数字钟从原理上讲是一种典型的数字电路，通过555定时器改装的多谐震荡器发出的脉冲频率具有一定的准确性。

在这次设计中对计数器、译码器和显示器进行研究编译，并完成了各种器件的编译工作，实现数字钟的功能。

有准确计时，以数字形式显示分、秒的时间和校分功能。

秒和校分功能都有一个共同特点就是它们都要用到振荡电路提供的1Hz脉冲信号。

在计分出现误差时电路还可以进行校分，为了使电路简单所设计的电路不具备校秒的功能。

并且要用数码管显示分、秒，各位均为两位显示。

关键字：

555定时器；译码器；数码管；数字时钟

1引言

随着科技的快速发展，数字电子钟在实际生活中的应用越来越广泛，小到普通的电子表，大到航天器等高科技电子产品中的计时设备。

数字钟是一个将“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，另外应有整点报时附加功能。

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

作为自动化的一名学生掌握并能够独立自主设计一个数字电子钟是必要和必须的，既可以加深对课本上理论知识的理解又能锻炼自己的思考和解决问题的能力。

于是，经过查阅许多相关书籍和浏览许多网络资源，我做了一款最简单的数字电子钟的设计——没有小时只有分和秒的数字钟。

2方案设计

2.1原理设计和功能描述

2.1.1数字计时器的设计思想

要想构成数字钟，首先应选择一个脉冲源——能自动地产生稳定的标准时间脉冲信号。

而脉冲源产生的脉冲信号地频率较高，因此，需要进行分频，使得高频脉冲信号变成适合于计时的低频脉冲信号，即“秒脉冲信号”（频率为1Hz）。

经过分频器输出的秒脉冲信号到计数器中进行计数。

由于计时的规律是：

60秒=1分，60分=1小时，24小时=1天，就需要分别设计60进制，12进制计数器，并发出驱动信号。

各计数器输出信号经译码器、驱动器到数字显示器，是“时”、“分”、“秒”得以数字显示出来。

2.2单元电路的设计

2.2.1振荡电路

数字电路中的时钟是由振荡器产生的，振荡器是数字钟的核心。

振荡器的稳定度及频率的精度决定了数字钟计时的准确程度，一般来说，振荡器的频率越高，计时精度越高。

方案:

555定时器

此设计万全的基于我们大一所学的数电（阎石主编）教材P497例题10.5.1的555震荡原理

振荡电路由555构成的自激多谐振荡器直接产生1000Hz时钟脉冲频率。

图3555定时器

注:

电路中R3为一可调电阻，我们可以通过调节R3的阻值获得所需的1000Hz的秒脉冲，采用分频电路来得到1HZ的秒脉冲。

2.2.2计数电路

数字钟的计数电路是用两个六十进制计数电路和一个十二进制计数电路实现的。

数字钟的计数电路的设计可以用反馈清零法。

当计数器正常计数时，反馈门不起作用，只有当进位脉冲到来时，反馈信号将计数电路清零，实现相应模的循环计数。

以六十进制为例，当计数器从00，01，02，……，59计数时，反馈门不起作用，只有当第60个秒脉冲到来时，反馈信号随即将计数电路清零，实现模为60的循环计数。

方案：

数字钟的计数电路是用两个六十进制计数电路和一个十二进制计数电路实现的，但是考虑到对74LS90比较熟悉，觉得用两个74LS90来分别控制秒和分的十位和个位。

个位采用十进制，十位采用六进制就能完美解决六十进制的秒计数。

图490十进制计数器

具体的关于90各个引脚的功能与组合详细介绍我也是参考《电子设计与实验》（李艾华主编）实验部分P244

2.2.3译码与显示电路

图7

译码是编码的相反过程，译码器是将输入的二进制代码翻译成相应的输出信号以表示编码时所赋予原意的电路。

a.译码器4511

译码器是一个多输入、多输出的组合逻辑电路。

它的工作是把给定的代码进行“翻译”，变成相应的状态，使输出通道中相应的一路有信号输出。

译码器在数字系统中有广泛的用途，不仅用于代码的转换、终端的数字显示，还用于数字分配，存储器寻址和组合控制信号等。

译码器可以分为通用译码器和显示译码器两大类。

在电路中用的译码器是4511用4511输入的8421BCD码ABCD译成七段输出a-g，再由七段数码管显示相应的数。

图8

b.显示器

在此电路图中所用的显示器是共阴极形式，阴极必须接地。

图9显示器

2.2.4校时电路

数字钟应具有分校正和时校正功能，因此，应截断分个位和时个位的直接计数通路，并采用正常计时信号与校正信号可以随时切换的电路接入其中。

用与或非门实现的时或分校时电路，校正信号可直接取自分频器产生的1HZ信号；输出端则与分或时个位计时输入端相连。

当开关不动时，正常输入信号可以顺利通过与或门，故校时电路处于正常计时状态；当开关按下时，情况正好与上述相反，这时校时电路处于校时状态。

图10

3电路原理图，PCB图和实物调试

3.1电路原理图

图12

3.2电路PCB图

图13

3.3实物调试

图14

图15

3.4经验总结

3.4.1总结：

本数字电子钟的设计是由振荡器、计数器、译码器、显示器所组成。

但本设计电路的缺点是：

没有整点报时电路，即据该方案进行生产得到的产品并无报时功能。

该设计方案的优点是：

采用北京时间计时，直接将时间以数字形式表现出来、精确度较高、走时稳定、使用方便。

3.4.2心得经验：

通过本次简单的设计我感觉自己就算大一的数电和模电特别的差劲，但是不影响我对产品设计的兴趣，与自己的小伙伴们相比用最短的时间很早地成功结束了自己的设计，这一点感觉很自豪，也增加了我对自己专业的兴趣与热爱。

此次设计过程中遇到了各种麻烦，真是基础差了困难重重，在此要感谢那些我所咨询的所有小伙伴们。

首先在设计电路原理图时，根本一无所知的自己一听说是自己动手的赶紧去问宋子辉同学最简单的数字进位原理，他给做了一下午的指导后开始了自己的设计，当然也包括自己在网上寻找视屏文档解释资源，proteus仿真耗时了3天，按原理已经没有问题了（这时还没有加调时电路呢）兴奋的我赶紧将protel99se的原理图熬夜做了出来，虽然通宵到第二天6点了但是还是非常的兴奋呢。

休息了一周后老师又提到这个设计后，又勾起了我的欲望，马上将线布置好，又过了一周才找老师签字的，第一次李老师正好不在，就向一位大四正在做毕业设计的学长指点了一番，他提出：

1、线太细，系里的PCB制作要求最差劲也要0.8mm

2、焊盘太小，打孔可能脱落，一旦出现焊错直接脱落

3、USB一般不用贴片封装

4、做课程设计一般板子大小为10*10大小（他特别强调不怕你不听吃一次亏就什么都知道了）

回来后直接重新布线，又过了一个星期了，大家的版基本都去打出来了，我就加快节奏了。

第二块版就是现在的了。

板子出来打好孔直接全焊接上——什么也不显示，我就不服气了，接下来的几天内我连夜看，真是一步一个坑，总结下来：

1、555最基本的脉冲发生接线都没接对，4-8接vcc接47k，2-6接47k末端10uf前段（就这个搞了三节课才明白）2014.4.3

2、7404的一半的封装居然封装错了（Vcc侧进出接反）2014.4.10

3、包地就是错误的选择，最容易将一些元器件封死，无法接地（最大教训）2014.4.18

4、“十位”数码管“F”段无法亮2014.4.18

5、清零功能不正常

将前三个解决了后剩下的问题去问李老师李老师又不在不过丁老师在，丁老师给做了一些简单的指导后让去跟学霸王道磊咨询，果然是牛人，他跟我讲了很多这方面的知识，然后告诉我怎么测试数码管是否烧坏（感谢）

就这样我的简易数字钟就完工了，不过并没有完，后来学到的一招更牛：

乔辰的数字钟秒震荡不稳，0-9显示不够，还有任二伟和彭康平的也是这样，都是缺数，然后被一次偶然的用一个小电容并在555的2-6段或2-3端，居然就这样给解决了，太神奇了，到现在都无法解释这是什么原因，不过权当这次的一个最大经验发现了吧。

附：

经验便签图

经验便签图

4结语

通过这次对数字电子钟的课程设计，我觉着最大的收获就是增强了自己独立收集资料的能力，锻炼了自己独立思考、独立解决问题的能力。

虽然我们至此已经完成了电子技术课程（模电部分和数电部分）的学习，但在本次课设的实际应用当中仍然遇到了很多未曾想到的问题。

实际操作是我们的目的，而理论知识是我们实际操作的基础，这使我更加体会到了理论联系实际的重要性，同时也增加了自己解决实际问题的能力，对独立设计电路的过程、对各个分块电路的工作原理和功能的实现过程都有了更加清楚的了解。

同时对所学到的理论知识有了更近一部的理解（尤其是计数器部分）。

此外，通过这次的课程设计，使得我对word等应用软件的应用能力有了更进一步的提高，为以后的工作和日常生活中的应用打下了结实的基础。

参考文献

1阎石，数字电子技术基础，第四版，北京：

高等教育出版社，1998；

2李艾华，电子技术及实验，呼和浩特：

内蒙古大学出版社，2005；