数电课设数字电子钟.docx
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数电课设数字电子钟
1.设计题目：
简易数字电子钟设计
1.1设计目的：
（1）能独立查阅、整理、分析有关资料
（2）能用数字集成电路完成设计任务
（3）掌握脉冲产生、整形与分频电路
（4）掌握组合逻辑器件
1.2基本要求：
（1）24小时制时间显示，6个7段数码管显示
（2）要具有分钟与小时的校时电路
（3）其他附加功能可以自行设计
2.设计过程的基本要求：
2.1基本部分必须完成，学有余力的同学可以根据自己的能力自行确定发挥部分并完成。
2.2符合设计要求的报告一份。
设计报告内容要求：
1.写出你考虑该问题的基本思路，画出一个实现电路功能的大致框图。
2.设计出框图中各部分逻辑电路，可用中、小规模集成电路，也可用中规模集成电路连接而成。
对各部分电路的工作原理应作出说明。
最后，画出整个设计电路的原理电路图，并说明电路工作原理。
3.进行设计的仿真验证。
4.要求用A4纸打印，不允许复印。
装订顺序为：
封面、任务书、成绩评审意见表、中文摘要和关键词、目录、正文、参考文献。
5.设计报告提交的截止时间为2013年1月17日。
中文摘要
本数字钟设计为具有24小时显示，及分钟、秒的显示、有校正功能，利用74LS290、石英晶振、74LS48、数码管等器件连接完成的。
核心是多谐振荡器，可以是用555型的，也可利用石英晶振型的。
此简易数字钟为基础型，可由此拓展额外功能，例如：
报时等。
关键字74LS290，英晶振，分频器，计数器，译码器。
题目分析
简易数字电子钟具有正常时间显示与计时的功能，根据课程设计任务书要求，此设计书中数字钟可以显示秒、分、时的功能，以及具有校正的功能（因为快校正设计复杂、不易实现，所以采取慢校正）。
具体可利用振荡器、分频器、计数器、译码器、显示器实现此数字钟，另外可以添加其他电路来实现额外功能，例如：
整点报时，闹钟等。
核心部分是振荡器的起振与分频（具体在后文分析），产生1Hz的脉冲。
繁琐部分是计数与显示。
两部分都是做成与否的关键。
1方案设计
1.1总体框图
图1.1
1.1.1总体概括
数字时钟电路由多谐振荡发生器、分频器、两个60进制分秒计数器、一个24进制小时计数器以及6个数字显示器组成。
电路工作时由石英晶体多谐振荡器产生频率高频率脉冲，经由多个74LS290D（功能表如下）计数器构成的分频器得到频率为1HZ的脉冲，脉冲输入计数电路,然后将相应数字显示到数字显示器上即所要显示的时间。
另外，时钟时间的设置与校正可以通过在秒计数器与分计数器之间和分计数器与时计数器之间加单脉冲即可实现。
表1.174LS290功能表
1.2各部分电路图与详解
1.2.1振荡器
图1.2
振荡器是数字钟的核心，数字钟的走时正确与否，由振荡器的频率决定，一般来说频率震荡越快，数字钟走时越准确。
通常情况下可以由555多谐振荡器和石英晶振来做振荡器，555振荡器与石英晶振相比易于实现，而石英晶振产生的频率远大于555振荡器，并且石英晶体振荡器频率稳定选频特性好，所以具有很高的频率稳定性。
为保其准确性本次课设采用的是石英晶振。
图1.2中U1A与U2A均并联电阻R1和R2，用以确定U1A与U2A的工作在线性放大区，石英晶体与C1构成反馈回路进行选频，（利用石英晶体对频率敏感的特性，即：
频率超过或小于石英晶体的谐振频率时，其阻抗迅速增大），C1与C2为耦合电容，可以通过C1来微调振荡器频率。
1.2.2分频器
由于选取的振荡器是3M的石英晶振，所以想要得到1Hz的脉冲必须将频率3M分，如图1.3所示，利用计数器可以实现3M分。
将74LS290的连接成十进制，将6个十进制的74LS290连接成为百万进制，最后用连接成为3进制74LS290与百万进制相连成为3M进制。
原理说明：
假设，一个100Hz的脉冲发送进入十进制的计数器中，每当计数器计满十时就会发送出1Hz的脉冲，经过100Hz后就会只有10Hz。
利用这点就可以将3MHz变成1Hz，并且也可以将石英晶振产生的误差3M等分，这也是为什么频率越高误差越小。
图1.3
1.2.3译码与显示
图1.4
图1.4中是由译码器与显示器组成的，74LS48（功能表如下）引脚A、B、C、D分别对应着编码1、2、4、8对应，因此可实现显示器1～9的显示，例如，A与B脚接高电平显示器显示3。
表1.274LS48功能表
1.2.4计数器
图1.5
计数器部分是数字电子钟的运算部分负责进位与计时，其主要部分有74LS290组合而成，根据其功能表可知，将INB与QA相接可构成8421型十进制计数器，两个74LS290相接后可以构成60进制计数器，秒（分）计数器个位为74LS290构成的十进制计数器，与之相接的十位是六进制的计数器，六进制计数器是将74LS290的B与C脚连接与门7409N电路相连与门输出与R01、R02以及下一级计数器相连，每当计数器计0110（即：
十进制6）时，B脚与C脚处于高电平经与门输出为高电平，使R01、R02变成高电平时将0110状态变为0000状态，并且也会向下一级发出一个脉冲。
时计数器同理，只是将个位的C脚与十位的B脚相连，当个位出现0100（即：
十进制4），十位出现0010（即：
十进制2），C脚与十位的B脚同时变成高电平，这时触发条件将清零。
1.2.5校时
图1.6
校时部分可用简单脉冲来完成，如图1.6当开关完成一次断开与闭合，就相当于完成一次脉冲，对应的就可以让计数器多运算一次，因此来成校正。
1.2.6额外电路----整点报时
设计原理图如下图1.7，由图可知，当分十位QAQC、分个位QAQD、秒十位QAQC同时为“1”时，电路驱动NPN三极管，报时电路工作，即当分、秒时间为59分50-59秒内蜂鸣器（R1代替）发出响声报时。
300Hz可由分频器分出5V电源可用总路中的。
注：
因是额外附加电路，所以不加入总图中。
图1.7
附录
数字钟总图2.1
原件清单
名称
型号（或大小）
数量（个）
电阻
1KΩ
2
电容
51nF
2
石英晶体
HC-49/U_3MHz
1
计数器
74LS290D
13
译码器
74LS48D
6
与门
7409D/7409N
4
显示器
BS201A
6
单刀开关
2
电源
5V
1
反相器
7404N
2
表2.1
附加电路元件清单
名称
型号（或大小）
数量
与门
7409N
6
NPN三极管
2N1711
1
电源
5V
蜂鸣器
1
总结
数字电子钟是可以显示时间的工具，其准确性由核心振荡器的频率决定，课设中我采用的是石英晶体振荡器，石英晶体振荡器产生高达3MHz的脉冲，不可直接利用，这就需要分频器来完成将频率转变的工作，分频器可以用计数器或可以直接分频的器件来充当，我采用的是74LS290计数器，由多个十进制的74LS290计数器来组成3M进制的计数器来进行分频，将3M变成1Hz，并且也将振荡器产生的误差3M等分，这也是为什么频率越高误差越小的原因。
1Hz的脉冲发送到计数机，让计数器计数，计数器同样使用的是74LS290，分别用74LS290组成的是60进制（秒）、60进制（分）、24进制（时）计数器，秒、分、时计数器相连，让每一级的下一级计数完成一轮计数后向上一级发送一次脉冲，实现了计数器工作。
显示器与译码器相连，计数器会将计数的2进制数发送到译码器，译码器处理后发送到显示器上，这样显示器既可以显示出计数器所计的10进制数。
校正部分直接在秒与分计数器之间、分与时之间添加单脉冲即可，用电源和单闸刀即可，必要时添加电阻调节电路电压。
额外部分是由多个与门共同完成的，当条件满足，同时为“1”时，电路驱动NPN三极管，报时电路工作，内蜂鸣器发出响声报。
300Hz可以蜂鸣器间接响，300Hz可有由分频器分出，5V电源可用总路中的校时电路的。
我所完成的数字钟与555型相比不易实现，在电路的保护部分所做的还不足，过于简单，导致各电路配合会出现不同程度的错误，希望以后可以更加详细的来完成自己所做的每一个电路。
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