数字电子钟逻辑测试教材.docx

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数字电子钟逻辑测试教材

课程设计名称：

电子技术课程设计

题目：

数字电子钟逻辑电路设计

学期：

2013-2014学年第2学期

专业：

班级：

姓名：

学号：

指导教师：

辽宁工程技术大学

课程设计成绩评定表

评

定

标

准

评定指标

标准

评定

合格

不合格

单元电路及

整体设计方案

合理性

正确性

创新性

仿真或实践

是否进行仿真

或实践

技术指标或性能符合设计要求

有完成结果

设计报告

格式正确

内容充实

语言流畅

标准说明：

以上三大项指标中，每大项中有两小项或三小项合格，视为总成绩合格。

总成绩

日期

年月日

课程设计任务书

一、设计题目

数字电子钟逻辑电路设计

二、设计任务

用中、小规模集成电路设计一台能显示日、时、分、秒的数字电子钟，要求如下：

1.由晶振电路产生1Hz标准秒信号。

2.秒、分为00～59六十进制计数器。

3.时为00～23二十四进制计数器。

4.周显示从1～日为七进制计数器。

5.可手动校时：

能分别进行秒、分、时、日的校时。

6.有整点报时功能。

三、设计计划

电子技术课程设计共1周。

第1天：

查找相关资料；

第2天：

确定总体方案；

第3天：

器件选择；

第4天：

设计硬件电路；

第5天：

整理报告。

四、设计要求

1．确定原理方框图。

2．画出整个系统电路原理图。

3．对所设计的电路进行分析。

4．心得体会。

指导教师：

曹媛

时间：

2014年6月24日

摘要

数字钟计时的标准信号应该是频率相当稳定的1HZ秒脉冲，所以要设置标准时间源。

数字钟计时周期是24小时，因此必须设置24小时计数器，应由模为60的秒计数器和分计数器及模为24的时计数器组成，秒、分、时由七段数码管显示。

为使数字钟走时与标准时间一致，校时电路是必不可少的。

设计中采用开关控制校时直接用秒脉冲先后对“时”，“分”计数器进行校时操作。

能进行整点报时，在从59分50秒开始，每隔2秒钟发出一次“嘟”的信号，连续五次，此信号结束即达到正点。

数字电子钟在我们日常生活中是必不可缺少的，他为我们日常的生活生产提供了极大的方便。

它的作用是十分巨大的，因此我们一定要保证它的准确性。

它的准确才能保证我们生产生活有条不紊的进行，才能让我们过上更加美好的生活。

并且具有整点报时的功能，更加人性化。

电子钟主要用到CD4060,计数器，JK触发器CD4027，74LS90计数器等

关键字振荡器;分频器;译码器;计数器;校时电路;报时电路;

综述..........................................................1

1数字电子钟的构成............................................2

2数字电子钟系统设计...........................................3

2.1CD4060外接晶振的振荡电路..................................3

2.2时间计数器电路............................................3

2.3译码器驱动电路.............................................3

2.4数码管.....................................................3

3数字电子钟电路设计...........................................4

3.1用CD4060外接晶振的振荡电路................................4

3.2时间计数器电路.............................................4

3.3译码显示电路...............................................6

3.4校时电路..................................................6

3.5整点报时电路...............................................7

心得体会......................................................8

结论..........................................................9

参考文献......................................................10

综述

现代电子技术的飞跃发展，各类智能化产品相应而出，数字电路具有电路简单、可靠性高、成本低等优点，本设计就以数字电路为核心设计智能电子钟。

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,运运超过老式钟表,钟表的数字化给人们生产生活带来了因此，研究数字钟及扩大其应用，有着非常现实的意义。

本设计电路由计时电路、动态显示电路、控制电路、显示电路等部分组成，在数码管上显示24小时计时的时刻，具有清零、保持、校时、报时的功能，并在此基础上增加了星期显示的功能。

现如今，人们对于时间的精确度的要求越来越高，在军事，医学，教育等等各个领域时间的准确都起着至关重要的作用，本实验所设计的数字电子钟是以数字电子技术为基础，因此能够有效地提高时间的准确性，并且具有整点报时功能，因此说本实验所设计的数字电子钟是一项非常实用的电路。

本实验先通过外接CD4060计数器的晶振电路完成标准秒信号的发生。

再接入六十进制，二十四进制和七进制计数器完成适中的技术功能。

同时接有校时电路和整点报时电路完成其相应的功能。

1数字电子钟的构成

数字电子钟由基准频率源、分频器、计数器、译码显示驱动器、数字显示器和校准电路等六部分组成。

如图1.1所示。

图1.1数字钟的组成框图

2数字电子钟系统设计

2.1CD4060外接晶振的振荡电路

由晶体振荡器产生2HZ的标准信号，再接入CD4060计数器进行二分频即可得到1HZ的标准秒信号。

2.2时间计数器电路

时间计数电路由秒个位和秒十位计数器、分个位和分十位计数器、时个位和时十位计数器及星期计数器电路构成，其中秒个位和秒十位计数器、分个位和分十位计数器为60进制计数器，时个位和时十位计数器为24进制计数器，星期计数器为7进制计数器。

2.3译码器驱动电路

译码驱动电路将计数器输出的8421BCD码转换为数码管需要的逻辑状态，并且为保证数码管正常工作提供足够的工作电流。

2.4数码管

数码管通常有发光二极管（LED）数码管和液晶（LCD）数码管，本设计提供的为LED数码管。

3数字电子钟电路设计

3.1用CD4060外接晶振的振荡电路

本电路主要由14位二进制串行计数器CD4060和JK触发器CD4027组成。

14位二进制计数器CD4060内部含有一个由非门电路组成的振荡器，在CD4060的10、11脚之间接上一个32.768kHz的晶体，就可以构成一个振荡器，其输出脉冲经过施密特整形电路整形后送入内部进行计数、分频，经214=16384分频，在输出端可得到2Hz（

）的标准信号。

再经一级CD4027组成的2分频电路分频，即可得到秒脉冲信号。

图2.1用晶振产生恒定脉冲电路

3.2时间计数器电路

时间计数单元有时计数、分计数、秒计数和星期计数等几个部分。

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；星期计数单元为7进制计数器，其输出也为8421BCD码形式。

（1）60进制计数：

“秒”计数器电路与“分”计数器电路都是60进制，它由一级10进制计数器和一级6进制计数器连接构成，如图2.4所示，采用两片中规模集成电路74LS90串接起来构成的“秒”、“分”计数器。

IC1是十进制计数器，QD1作为十进制的进位信号，74LS90计数器是十进制异步计数器，用反馈归零方法实现十进制计数，IC2和与非门组成六进制计数。

74LS90是在CP信号的下降沿翻转计数，QA2和QC2相与0101的下降沿，作为“分”（“时”）计数器的输入信号。

QB2和QC20110高电平1分别送到计数器的清零R0

（1），R0

（2），74LS90内部的R0

（1）和R0

（2）与非后清零而使计数器归零，完成六进制数。

由此可见IC1和IC2串联实现了六十进制计数。

至

分

（时）

计

数

器

的

CP

端

图2.2六十进制计数器

（2）24进制计数器：

小时计数电路是由IC5和IC6组成的24进制计数电路，如图2.5所示。

当“时”个位IC5计数输入端CP5来到第10个触发信号时，IC5计数器复零，进位端QD5向IC6“时”十位计数器输出进位信号，当第24个“时”（来自“分”计数器输出的进位信号）脉冲到达时，IC5计数器的状态为“0100”，IC6计数器的状态为“0010”，此时“时”个位计数器的QC5和“时”十位计数器的QB6输出为“1”。

把它们分别送到IC5和IC6计数器的清零端R0

（1）和R0

（2），通过7490内部的R0

（1）和R0

（2）与非后清零，计数器复零，完成24进制计数。

QC5

图2.324进制计数器

（3）7进制计数器：

星期计数电路是由IC7构成的7进制计数电路。

图2.47进制计数器

3.3译码显示电路

选择CD4511作为显示译码电路；选择LED数码管作为显示单元电路。

由CD4511把输进来的二进制信号翻译成十进制数字，再由数码管显示出来。

计数器实现了对时间的累计并以8421BCD码的形式输送到CD4511芯片，再由4511芯片把BCD码转变为十进制数码送到数码管中显示出来。

如图2.5所示。

图2.5二十四进制和六十进制译码显示电路

3.4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。

开关打向下时，校正信号和0相与的输出为0，而开关的另一端接高电平，校时信号可以顺利通过接通，电路处于校时状态；开关打向上时，情况正好相反，电路处于正常工作状态。

如图2.6所示。

图2.6校时电路

3.5整点报时电路

电路应在整点前10秒钟内开始整点报时，即当时间在59分50秒到59分59秒期间内，蜂鸣器响一秒停一秒的响五次，报时电路控制报时信号。

当时间在59分50秒到59分59秒期间时，分十位、分个位和秒十位均保持不变，分别为5、9和5，因此可将分计数器十位的QＣ和QＡ、个位的QＤ和QＡ，秒计数器十位的QＣ和QA和秒个位的反相相与，从而产生报时控制信号。

如图2.7所示。

图2.7整点报时电路

心得体会

结论

综上所述，数字电子钟电路共分为脉冲产生电路，计数器电路和控制电路三大部分。

脉冲产生电路和控制电路负责数字电子钟的计数和显示等主要功能，控制电路负责实现整点报时和校准的功能。

用到的芯片主要有NE555,74LS90，CD4060和与非门及或门电路等。

本实验先通过外接CD4060计数器的晶振电路完成标准秒信号的发生。

再接入六十进制，二十四进制和七进制计数器完成适中的技术功能。

同时接有校时电路和整点报时电路完成其相应的功能。

数字电子钟对于我们的生活生产有着非常重要的作用，本实验所设计的电路能够提供准确的时间并且具有整点报时功能，这对人们的生活生产会提供更大的便利，因此说本实验所设计的电路的作用是十分巨大的。

在设计的过程中虽然遇到了很多困难，但是通过询问老师与同学，去图书馆查阅资料，直到把这些问题一一解决，加深了我对数字电子中各个芯片的理解，知道了各个芯片的功能，并且能够正确且有效的运用他们，最终完成了这一设计。

参考文献

1.阎石.数字电子技术基础.[M].第五版.高等教育出版社.2006

2.康华光.电子技术基础模拟部分（第五版）.高等教育出版社，2006年

3.康华光.电子技术基础数字部分（第五版）.高等教育出版社，2006年

4.李振声.实验电子技术.国防工业出版社，2001年

5.童诗白华成英.模拟电子技术基础（第四版），高等教育出版社，2006年

6.汤山俊夫.数字电路设计，科学出版社，2006年

7.关静.数字电路应用设计，科学出版社，2009年