数字电子钟设计报告很全面.docx
《数字电子钟设计报告很全面.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数字电子钟设计报告很全面.docx（26页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
数字电子钟设计报告很全面
课题名称数字电子钟设计
数字电子钟的设计
Adesignofdigitalelectronicclock
【摘要】
本系统由晶体振荡器、分频器、计数器、译码器、七段译码显示器和校准、报时电路组成，采用了CMOS或TTL系列（双列直插式）中小规模集成芯片。
总体方案设计由主体电路和扩展电路两大部分组成。
其中主体电路完成数字钟的基本功能，扩展电路完成数字钟的扩展功能，进行了各单元电路设计，总体安装、制作及调试。
数字钟是一种计时装置，不仅能替代指针式钟表，还可以运用到定时控制、自动计时及时间程序控制等方面，应用广泛。
【关键词】
石英晶振、分频器、计数器、译码器、七段译码显示器、校准、整点报时。
第1章数字电子钟总体方案
1.1数字电子钟总体方案的确定
数字电子钟组成一般由振荡器、分频器、计数器、译码器及显示器等几部分组成。
石英振荡器产生的时标信号送到分频器，分频电路将时标信号分成秒脉冲，秒脉冲送入计数器进行计数，并把累计结果以“时”、“分”、“秒”的数字显示出来。
“秒”的显示由两级计数器和译码器组成的六十进制计数器电路实现，“分“的显示电路与“秒”相同。
“时”的显示由两极计数器和译码器组成的二十四进制计数器电路实现。
秒信号产生器是整个系统的时基信号，它直接决定计时系统的精度，一般用石英晶体振荡器加分频器来实现。
将标准秒信号送入“秒计数器”，“秒计数器”采用60进制计数器，每累计60秒发一个“分脉冲”信号，该信号将作为“分计数器”的时钟脉冲。
“分计数器”也采用60进制计数器，每累计60分钟，发出一个“时脉冲”信号，该信号将被送到“时计数器”。
“时计数器”采用24进制计时器，可实现对一天24小时的累计。
译码显示电路将“时”、“分”、“秒”计数器的输出状态0进行七段显示译码器译码，通过六位七段译码显示器显示出来。
整点报时电路根据计时系统的输出状态产生一脉冲信号，然后去触发一音频发生器实现报时。
校时电路时用来对“时”、“分”显示数字进行校对调整的。
1.2数字电子钟总体方案框图
图1.2.1
1.3数字电子钟电路组成
数字电子钟组成一般由振荡器、分频器、计数器、译码器及七段译码显示器等几部分组成（如图1.2.1所示）。
石英振荡器产生的时标信号送到分频器，分频电路将时标信号分成秒脉冲，秒脉冲送入计数器进行计数，并把累计结果以“时”、“分”、“秒”的数字显示出来。
“秒”的显示由两级计数器和译码器组成的六十进制计数器电路实现，“分”的显示电路与“秒”相同
1.4数字电子钟电路的工作原理
数字电子钟一般由振荡器、分频器、计数器、译码器及显示器等几部分组成（如图2.2.1所示）。
石英振荡器产生的时标信号送到分频器，分频电路将时标信号分成秒脉冲，秒脉冲送入计数器进行计数，并把累计结果以“时”、“分”、“秒”的数字显示出来。
“秒”的显示由两级计数器和译码器组成的六十进制计数器电路实现，“分”的显示电路与“秒”相同。
“时”的显示由两级计数器和译码器组成的二十四进制计数器电路来实现
第二章主要集成块介绍
2.174LS00
1、"74LS00"与非门集成块管脚及功能如下:
2、真值表:
1A
1B
1Y
2A
2B
2Y
3A
3B
3Y
4A
4B
4Y
0
0
1
0
0
1
0
0
1
0
0
1
0
1
1
0
1
1
0
1
1
0
1
1
1
0
1
1
0
1
1
0
1
1
0
1
1
1
0
1
1
0
1
1
0
1
1
0
3、功能简介:
4、
74LS00是一个由四"与非门"构成的集成块,一个与非门电路中为两个输入端和一个输出端;其特点是有"0"出1,同"1"出0．即输入为低电频,则输出显高电频;输入全为高电频,则输出显低电频．
2.274LS190
一、“74LS190”二-十进制同步计数器集成快管脚及功能如下:
二、真值表:
三、功能简介:
74LS190是十进制同步加/减计数器,图中LOAD’为异步置数控制端,CTEN’为计数控制端,A,B,C,D为并行数据输入端,QA-QD为输出端,U’/D为加减计数方式控制端.RCO’为进位/借位输出端,CLK为时钟输入端。
2.374LS248
一、“74LS248”集成块管脚及功能如下:
二、功能表:
输入
输出
数字显示
BI
D
C
B
A
a
b
c
d
e
f
g
0
x
x
x
x
0
0
0
0
0
0
0
消稳
1
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
0
0
1
0
0
0
1
0
1
1
0
0
0
0
1
1
0
0
1
0
1
1
0
1
1
0
1
2
1
0
0
1
1
1
1
1
1
0
0
1
3
1
0
1
0
0
0
1
1
0
0
1
1
4
1
0
1
0
1
1
0
1
1
0
1
1
5
1
0
1
1
0
0
0
1
1
1
1
1
6
1
0
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
7
1
1
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
8
1
1
0
0
1
1
1
1
0
0
0
0
9
三、功能简介:
74LS248为七段译码器，当BI=0时，输出a-g为低电平0，显示器不显示；当BI=LT=1，RB=0时，a-g输入8421BCD码，译码器输出相对应的数字。
2.474LS74
一,"74LS74"集成块管脚及功能如下:
二、真值表：
三、功能简介：
"74LS74"实际是一个2输入的D触发器,它的输入与D有关,当D为一时输出为1,它在本章主要起分频的作用.
2.54060
一、"4060"集成块管脚及功能如下:
二、真值表：
输入
功能
RS
MR
X
1
清除
↓
0
计数
↑
0
保持
三、功能简介：
4060为一个分频集成块，Q4---Q14为各个频率输出端，MR为清除端，RTC为时钟输出端，RS为时钟输入端。
第3章数字电子钟单元电路设计
3.1分频电路
由振荡电路产生的32.768MHz脉冲信号，通过分频器分频得到1Hz的脉冲信号作为秒脉冲，送给计数器。
分频电路可采用4060和二-十进制计数器74LS190
1、由74LS190构成的分频器。
（1）、4060的功能
4060为分频器件，在收到了振荡电路的方波信号后，它自行分频，在输出时我们有几个选项。
我只要用2HZ的选项即可。
（2）、74LS190的功能
74LS190是十进制同步加/减计数器,图中LOAD’为异步置数控制端,CTEN’为计数控制端,A,B,C,D为并行数据输入端,QA-QD为输出端,U’/D为加减计数方式控制端.RCO’为进位/借位输出端,CLK为时钟输入端.
（3）、电路图：
图3.1.1
由振荡电路产生的32.768MHz的矩形脉冲信号从4060的CP0端输入，经由1块4060组成的一级分频电路，从4060的Q13管脚端得到一个2Hz的矩形脉冲信号，此信号还可用于后面的秒校时，74LS160的15管脚端为4060的3管脚端的2分频输出端，从74LS190的14端可得到一个1Hz的标准秒脉冲信号，供秒计数器使用。
图3.1.2由74LS160构成的分频器电路时序图
（4）工作原理：
4060和74LS190两块集成块组成两极分频电路，74LS190的CLK接成2分频电路，从而把2MHz的脉冲信号分频为1Hz。
4060把32.768MHZ的信号分成2HZ的方波信号。
74LS190的CLK用作一个2分频电路，其时序图见图2.2.2。
可见，从U4A的Q0端可得到1Hz的时标信号。
3.2计数器电路
3.2.1二十四进制计数器电路
1、电路图：
图3.2.1.1二十四进制计数器
2、工作原理：
由图可见，计数器U1和U2的CRL’1=CRL’1=0，置位（置“9”）被封锁，U1、U2的
接到各自的Q0端，使两级计数器按BCD码计数。
当计数器计到24时，高位U2的输出端Q3Q2Q1Q0=0010，低位U1的输出端Q3Q2Q1Q0=0100，此时使得高位和低位的CRL’1=CRL’1=1，计数器复位，使计数器清零，从而实现二十四进制计数。
U１的
端接分计数器的进位端，其工作时序图见图2.3.1.2。
图3.2.1.2二十四进制时序逻辑图
3.2.2六十进制计数器电路
1、电路图：
图3.2.2.1六十进制计数器
2、工作原理：
74LS190是双四位二进制计数器，由它组成一个十进制计数器和一个六进制计数器，便组成了一个六十进制计数器，低位是一个由74LS190组成的十进制计数器，高位是由一个74LS190和一个与非门组成的六进制计数器。
个位由一个74LS190组成一个十进制计数器，十位由一个74LS190和一个与非门组成的六进制，与非门的两个端子接到74LS190的QB和QC，当计数器没有达到6的时候，计数器计数，当计数器达到了6的时候，与非门的输出端就给74LS190的一管脚一个脉冲，使得计数器清零。
3、六十进制时序逻辑图：
A．十进制计数器的时序图：
B．六进制计数器的时序图：
图3.2.2.2六十进制时序逻辑图
3.2.3时、分、秒计数器的组间级联问题
在进行了各个单元电路的设计完成以后，我们就应该对各个单元电路进行组装。
我们在进行单元电路的设计的时候我们已经完成了单级的设计，并且对一些问题进行了处理，但是我们在进行级联的时候还是会出现许多的问题。
在级联的时候我们会遇到很多的问题，在级联的时候我们遇到的问题中，级与级之间不进位是最多的。
我们为什么会遇到这样的问题呢？
我们怎样才能解决它呢？
在单个级的时候，我们的进位信号是从进位直接到被进位，我们在进行级联的时候也采用这种方式就不行了。
因为我们在进行级联的时候我们的进位信号在本级的时候还没有达到十，而我们的74LS190是一个十进制的计数器，因此在还没有达到十的时候，我们的14管脚就没有信号，因此我们就不能够从这连接进位信号。
那么我们要从哪儿连接进位信号呢？
在进行级联的时候，进位信号就要从我们的本级的清零信号来，这样就可以解决我们的级联不进位的问题。
在级联的时候，我们还可能碰到显示了不应该显示的数字。
这又是什么原因呢？
这钟原因是很简单的，这主要是我们在连接清零的信号的时候没有连接到要求的管脚，使得我们的信号不能够正常的进行清零。
在这种情况下，我们应该检查我们的清零信号是否正确。
3.3译码显示电路
1、共阴极译码显示电路
.74LS248的功能：
74LS248是4线—七段译码/驱动器，集电极开路输出，以高电平“1”驱动，用于共阴极显示器。
74LS248内部接有2K
上拉电阻，在连接LED数码管时无需外接电阻。
其中
端为试灯输入端，用于检查七段显示器各字段是否能正常发光，当
时，显示器应该显示出“8”字形，借此判断各段工作是否正常。
端为灭灯输入/动态灭零输出端，灭灯输入端
的功能与
恰好相反，在
=0时可以使七段显示器各字段均熄灭；动态灭零输出端
与
公用一个端子，它的作用是使小数点两边的数字即使是零也显示出来，以便看到小数点的位置和检查无信号输入时显示器有无故障。
端为动态灭零输入端，它的作用是使显示器按照人们需要将所显示的零予以熄灭，而在显示1……9时则不受影响。
正常使用时
，
，
=1。
.原理：
共阴极译码显示电路由七段译码器/驱动器74LS248和共阴极七段LED数码管组成。
其原理图见图3.3.1。
图3.3.1共阴极译码显示电路
74LS248将来自计数器的四位二进制代码翻译成对应的一组七位二进制代码，驱动七段LED数码管显示出数字来。
共阴极七段数码管相当于阴极连接在一起的七个发光二极管，当从其某一输入端（二极管的阳极）输入一个高电平信号，对应的发光二极管导通发光，从而显示出一个数字来。
第4章绘制数字电子钟---各分图
振荡电路
60进制计数器
24进制计数器
七段数码管显示电路
74LS74分频电路
第5章电路分析及调试
5.1在综合实验台上安装及调试
5.1.1实验步骤及调试
1、根据设计的单元电路，选择所需的元件，确定其规格号和数量。
2、掌握数字实验箱的使用，熟悉所用元件的性能和逻辑功能，检测所选元件的好坏。
3、综合考虑各单元电路之间的关系及其走线路径，在实验箱或面包板上合理安排各集成电路的布局，力求走线简单，跨接点少。
4、先接好振荡电路、分频电路，确定秒脉冲（1HZ）输出端，以及用于报时的高频信号和低频信号输出端。
5、再接计数器、译码显示器，并用秒脉冲信号检查六十进制计数器和二十四进制计数器的功能是否正确。
6、最后接校时，整点报时电路，并检测其逻辑功能是否正确。
7、完整连接各部分电路，综合测试电路的功能，查找并排除各种故障，完成全部电路的调试。
5.1.2集成电路接线技巧
1、综合考虑各种集成电路之间的连接关系，合理安排集成电路在实验箱（或面包板）上的位置。
为了方便布线和检查线路，所有集成电路应按同一方向插入，不要倒插或反插。
2、集成电路使用前最好先进行整形，用镊子把引脚稍向内弯，使两排引脚恰好能插入面包板的插座孔中。
拆卸集成电路时最好使用集成电路起拔器，以免把引脚弄弯，甚至折断。
3、布线力求整齐、易查，电源正、负极，输入、输出线尽可能分别采用不同颜色的导线。
导线不要跨过集成电路，并使导线贴近面包板表面分布。
4、插线要保证稳妥可靠，引线两端的绝缘胶皮不可剥得过短或过长（一般7～8mm为宜）。
用过的导线要先把线头弄直，保证可靠地插入插座孔内。
5、布线的顺序通常是先接集成电路的正、负极，再接输入线、输出线及控制线。
接线时要仔细核对管脚排列图，以免接错。
逻辑功能完整的电路应分单元检查，接好一个单元测试一个单元，及时排除线路故障。
5.2故障分析及其解决方法
1综合实验台检测检是否完好。
2七段显示器与七段译码器的测量
把显示器与74LS248相连，第一次接时，数码管完全没有显示数字，检查后发现是数码管未接地而造成的，接地后发现还是无法正确显示数字，用万用表检测后，发现是因芯片引脚有些接触不良而造成的，所以确认芯片是否接触良好是非常重要的一件事。
3时间计数电路的连接与测试
六进制、十进制都没有什么大的问题，只是芯片引脚的老问题，只要重新插过芯片就可以解决了。
但在六十进制时，按图接线后发现，显示器上的数字总是100进制的，而不是六十进制，检测后发现无论是线路的连通还是芯片的接触都没有问题。
最后，在重对连线时发现是线路接错引脚造成的，改过之后，显示就正常了。
材料清单
1、数字钟材料清单：
若采用所提供的振荡电路和74LS190组成的分频器、74LS190组成的60进制计数器和24进制计数器、74LS248译码器和共阴极数码管组成的译码显示电路，以及提供的整点报时电路及校时电路，则所需元件为：
序
号
元件名称
型号规格
数
量
单位
1
双二—十进制计数器
74LS190
6
块
2
分频器
4060
1
块
3
4线—七段译码器/显示器
74LS248
6
块
4
四—2输入与非门
74LS00
1
块
5
面包板
1
块
6
直流电源
+5V
1
台
7
石英晶振
32.768MHz
1
个
8
共阴极数码管
503C
6
个
9
电阻
2MΩ
1
个
10
无极性电容器
50pF
2
个
11
D触发器
74LS74
1
块
附一：
电子电路的安装技术
电子电路的安装与调试在电子工程技术中占有重要的地位。
它是把立论付诸于实践的过程，是把人们的主观设想转变为电路和电子设备的过程，是把设计转变为产品的过程，正是这一过程为电子技术在社会生活和生产实践中发挥巨大作用提供了现实性和可能性。
当然，这一过程也是对理论设计作出检验、修改，使之更加完善的过程。
实际上，任何一个好的设计方案都是安装、调试后又经过多次修改后得到的。
所以我们在此介绍电子电路安装技术。
一、在面包板上的插接方式
（1）、面包板的结构常见的有以下两种：
a、两侧各两条插孔b、两侧各一条插孔。
a类面包板上的小孔孔心的距离与集成电路引脚的间距相等，板中间槽两边各有65*5个插孔，每列5个一组相通，也就是两边各有65组插孔。
双列直插式集成电路的引脚分别可以插在两边，每条引脚相当于接出4个插孔，它们可以作为与其他元件连接的输出端，给接线带来方便。
面包板最外边各有一条55*5的插孔，每个一组是相通的，各组之间是否完全相同，各个厂家生产的产品各不相同，要用万用表测量后方可使用。
两边的这两条插孔一般可用作公共信号线、接地线和电源线。
b类面包板与a类面包板有以下的不同之处，两边各有两条11*5的插孔，每一条是相通的，用它作为公共信号线、接地线和电源线的时候不必加短接线，使用起来比较方便。
这种面包板后面贴有一层泡沫塑料，目的是防静电，但是插元件时容易把弹簧片插到泡沫塑料中去，造成接触不良。
因此在使用时一定要把面包板固定在硬板上。
使用面包板做实验具有一下优点：
比焊接方便，容易更换线路和器件，而且可以多次使用。
当然在多次使用面包板中，弹簧会变松，弹性变差，容易造成接触不良，而接触不良和虚焊同样不宜查找。
因此多次使用的面包板，应从背后揭开，取出弹性差的弹簧片进行修复再插入原来的位置，可以使弹性增强，增加面包板的可靠性和使用寿命。
二、布线用的工具
布线用的工具主要有偏口钳、扁嘴钳和镊子。
偏口钳是用来剪断导线和元器件管脚的，因此选用的钳子最好要锋利，最好不卷刃。
将钳口合上，对着光检查时应合缝不漏光，剪下的断面才能整齐不变形。
扁口钳有平口钳和尖嘴钳两种，它们是用来折弯导线的，钳口要稍带弧形，以免勾线时划伤导线。
镊子是用来夹住导线和元器件的引脚送到指定的位置的。
三、布线技巧
安装的分立元件应便于看到其极性和标志。
为了防止裸露的引线短路，必须使用套管，一般不采用剪断引脚的方法，以便于重复使用。
对于多次使用的集成电路的引脚，必须修理整齐，引脚不能弯曲，所有的引脚应稍向外偏，这样才能使引脚与插孔接触良好。
要根据电路图确定元器件在面包板上的排列位置，目的是走线方便。
双列直插式集成电路要插在面包板中间槽位置。
为了能够正确布线并便于查找，所有集成电路的插入方向要保持一致，不能为了临时走线方便或者缩短导线长度而把集成电路倒插。
根据信号流向的顺序，采用边安装边调试的方法。
元器件安装之后，先安电源线和地线。
面包板最外边的两排插孔一般作为公共的电源线、地线和信号线。
但是要注意，有些面包板最外边的插孔之间是断开的，要用万用表检查、测量，因为不同厂家产品规格不同，连线通常同0.6mm的单股导线，为了查找方便，连线因使用不同颜色。
一般电源用红色绝缘皮的导线，负电源用蓝色，地线用黑色，信号线用黄色，也可以根据条件选用其他颜色的导线。
把使用的导线拉直，根据连线距离以及插孔长度剪断导线，导线两头各留6mm左右作为插入插孔的长度为合适。
最好用剥线钳剥去绝缘皮，亦可以将平口钳和斜口钳配合使用。
具体操作是：
右手拿平口钳夹住导线并留出需要剥去绝缘皮的长度，右手拿斜口钳夹住绝缘皮，斜口钳的后部顶住平口钳，前部朝外拉，就可以把绝缘皮拉掉。
用这种方法剥导线皮时，斜口钳不要夹的太紧，否则容易把导线剥伤或夹断。
然后把两头弯成直角。
明显受伤的导线不要往面包孔里插，以免线头断在插孔里。
使用过的弯曲导线必须夹直后再使用。
要用镊子夹住导线后垂直插入或拔出面包板，不要用手拔插，避免把导线插弯。
导线要紧贴在面包板上，以免碰撞弹出面包板，造成接触不良。
必须使连线在集成电路周围通过，不允许跨接在集成电路上，也不要使导线相互重叠在一起，应尽可能做到横平竖直，这样有利于查找，更换器件及连线。
最好在各电源的输入端和地之间并联一个容量为几十个微法的电容，这样可以减小瞬变过程电路的影响。
为了更有效地抑制电源中的高频分量，应该在电容两端再并联一个高频去耦电容，一般容量为0.1~0.47uF。
布线过程中，要求把各元件在面包板上的相应位置及所有引脚号标在电路图上，以保证调试和查找故障的顺利进行。
附二：
总结
我们为期三周的实习即将结束，我们实习的时间虽然很短，但是我们实习收获的内容却不少，我们实习实际上是设计加操作。
我们实习内容为（数字钟的设计）和（关控报警器设计）。
下面将谈谈我在这次实习中的收获和所学到的体会和感想。
我们这次的实习由于老师有限，我们的指导老师又要指导我们实习又要给其他班的同学上课，所以大部份时间是我们自己学习，老师把我们的实习任务交给我们让我们自己看书，自己去查所用相关集成块的管脚排列和连接方式。
在这里我曾经心里有过不好的想法，那就是老师不重视我们，学校也不重视我们，叫我们来实习。
给我们安排了实习周，早早的把期末试考了，就叫我们这样实习吗？
这样实习什么嘛！
什么都不知道，问老师呢老师又不在，资料又没的，怎么学习呀！
简直是浪费我们时间，但是经过三周过后的我想法全变了，想到以前有那样的想法真是觉得自己不知福，其实那样对我们来说是很有利的，那样我们完全是脱离了老师的指引，是自己学习和发挥自己能力的时候，就只有自己去想、去查资料、去看书把不知道的问题弄懂了，自己才真正的学到了知识，将来我们是要出学校的不能一辈子在学校学习，也不能一辈让老师来教你来指导你，我们出入社会工作无论做什么都是要靠自己的。
无论什么事只有自己亲手做了才真正知道做这事对自己有多大好处或者是坏处，对现在的自己，对今后的事业有什么帮助。
我们实习第一个是（数字时钟设计），设计要求我们不紧要有原理图，还要求我们把自己所设计的电路在面包板上做出来，在面包板上怎么接线，这样安排等等这些都需要我们自己去看书去了解，这也培养我们自学能力和动手能力，然而我们这组有点偷懒没有认认真真去看书，在接线和布置线路的时候才知道不看书，不按要求接的后果，我们接的线是歪歪扭扭的、不能有交叉的地方我们有交叉，以至于我们工艺这一项在老师验收的时候吃了大亏。
不仅这样我们在接的时候也花费了大量时间，
实习第二个是（关控报警器）这个相对第一个线路上要简单一些，但是这个要求我们对原理和仪器的好坏判断以及三集管极性、电容等极性的判断要正确，在焊接的时候焊接点要好，焊接时间不能过长，过长了会使仪器被烫坏的。
仪器坏了从而导致我们设计的电路不能得出结果，如果焊接好了调试不出来在去找问题，这样即耽误时间，电路板上的焊接点也不美观了。
又影响工艺这一项的评分。
我们三周实习时间留下最后三天时间给我们写实习报告、总结和画出（数字时钟）的电路图，今天是三天的最后一天了，回想起在这短短三周的时间里，我们虽然只做了两个实习，但是我们所得到的东西不仅仅是这两个实习
升级会员 