数电数字钟.docx

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数电数字钟

数电数字钟

湘潭大学

课程设计说明书

题目：

数字钟的设计

学院：

　　能源工程学院　

专业：

电子信息科学与技术

学号：

201092001230

班级：

　电信1101班

姓名：

陈博

指导教师：

　　　李敏

完成日期：

　2013年6月8日

第一章

2.1元器件选择

一、晶体振荡器

晶体振荡器电路给数字钟提供一个频率稳定准确的32768Ｈz的方波信号，可保证数字钟的走时准确及稳定。

不管是指针式的电子钟还是数字显示的电子钟都使用了晶体振荡器电路。

二、分频器电路

分频器电路将32768Ｈz的高频方波信号经32768（

）次分频后得到1Hz的方波信号供秒计数器进行计数。

分频器实际上也就是计数器。

三、计数器

有了时间标准“秒”信号后，就可以根据60秒为1分、60分为1小时、24小时为1天的计数周期，分别组成两个六十进制（秒、分）、一个二十四进制（时）的计数器。

将这些计数器适当连接，就可以构成秒、分、时的计数，实现计时功能。

四、译码和数码显示电路

译码和数码显示电路是将数字钟的计时状态直观清晰地反映出来，被人们的视觉器官所接受。

显示器件选用LED七段数码管。

在译码显示电路输出信号的驱动下，显示出清晰、直观的数字符号。

五、校时电路

实际的数字钟电路由于秒信号的精确性和稳定性不可能做到完全（绝对）准确无误，加之电路中其它原因，数字钟总会产生走时误差的现象。

因此，电路中就应该有校准时间功能的电路。

2.2元器件明细表

名称

型号

数量

备注

译码器

74HC4511

6片

计数器

74HCT390

6片

采用8421接法

与门

3个

非门

2个

石英晶体

1个

分频器

1个

LED发光二级管组

6套

3.1

设计步骤与方法

一、振荡电路

晶体振荡器是构成数字式时钟的核心，它保证了时钟的走时准确及稳定。

如图所示电路通过非门构成的输出为方波的数字式晶体振荡电路，这个电路中，非门U1与晶体、电容和电阻构成晶体振荡器电路，U2实现整形功能，将振荡器输出的近似于正弦波的波形转换为较理想的方波。

输出反馈电阻R1为非门提供偏置，使电路工作于放大区域，即非门的功能近似于一个高增益的反相放大器。

电容C1、C2与晶体构成一个谐振型网络，完成对振荡频率的控制功能，同时提供了一个180度相移，从而和非门构成一个正反馈网络，实现了振荡器的功能。

由于晶体具有较高的频率稳定性及准确性，从而保证了输出频率的稳定和准确。

晶体XTAL1的频率选为32768Hz。

其中C1的值取5~20pF，C2为30pF。

C1作为校正电容可以对温度进行补偿，以提高频率准确度和稳定度。

由于电路的输入阻抗极高，因此反馈电阻R1可选为10MΩ。

较高的反馈电阻有利于提高振荡频率的稳定性。

二、计数器

数字钟的“秒”、“分”信号产生电路都是由六十进制计数器构成，“时”信号产生电路为二十四进制计数器。

它们都可以用两个“可予制四位二进制异步清除”计数器来实现。

利用74HCT390芯片的预置数功能，也可以构成不同进制的计数器。

因为一片74HCT390内含有一个四位二进制异步清除计数器，因此需用两片74HCT390就可以构成六十进制或二十四进制计数器了。

集成电路74HCT390芯片的电路其中CP为时钟脉冲输入端.

三、译码显示电路

当数字钟的计数器在CP脉冲韵作用下，按60秒为1分、60分为1小时，‘24小时为1天的计数规律计数时，就应将其状态显示成清晰的数字符号。

这就需要将计数器的状态进行译码并将其显示出来。

我们选用的计数器全部是二-十进制集成片，“秒”、“分”、“时”的个位和十位的状态分别由集成片中的四个触发器的输出状态来反映的。

每组（四个）．输出的计数状态都按BCD代码以高低电平来表现。

因此，需经译码电路将计数器输出的BCD代码变成能驱动七段数码显示器的工作信号。

译码显示电路选用BCD-7段锁存译码／驱动器CC4511。

七段显示数码管的外部引线排列如图所示。

四、校时电路

当时钟指示不准时，就需要校准时间。

校准的方法很多，常用的有“快速校时法”。

简要说明它的校时原理，见图。

由与非门构成的双稳态触发器，可以将1Hz的“计数器的进位信号”送至“计数器的CP端”。

其工作过程为：

当接通校时开关时，与非门输出一个低电平和一个高电平。

“计数器进位信号”通过“校时CP端”送至“计数器的CP端”，使“计数器”在“秒”信号的控制下“快速”计数，直至正确的时间，以达到校准时间的目的。

3.2调试方法

本设计电路在数字电路实验箱上完成。

在进行整体电路连接之前，应对各部分的电路进行逐一安装和调试。

一、晶体振荡器的安装和调试、

按图连接电路，输出接发光二极管，观察发光二极管的显示情况。

二、计数器的安装和调试

1.按图连接电路，输出可接发光二极管。

观察在CP作用下（CP为1Hz可直接由实验箱连续脉冲输出端提供）输出端发光二极管的状态变化情况，验证是否为六十进制计数器。

2.按图连接电路，（方法同上）验证该电路是否为二十四进制计数器。

3.调试过程中，要注意CR为异步复位端，高电平有效。

当CR为高电平时，计数器复位；正常计数时，应使CR=0。

三、译码显示电路的安装和调试

按图连接电路，在数字电路实验箱上连线。

它是由BCD-7段锁存译码／驱动器CC4511和LED七段数码管组成。

观察在CP作用下数码管的显示情况。

需要注意的是，CC4511正常工作时，为高电平，LE应为低电平。

四、校时电路的安装和调试

按图连接电路，在数字电路实验箱上连线。

将电路输出端接发光二极管。

拨动开关，观察在CP（1Hz）作用下，输出端发光二极管的显示情况。

根据开关的不同状态，输出端输出频率之比约为1：

60，“开关’’可以取自实验箱上的逻辑电平开关。

3.3设计图

第四章心得体会

通过这次课程设计，加强了我们动手、思考和解决问题的能力。

在整个设计过程中，我们通过这个方案包括设计了一套电路原理，和芯片上的选择。

在设计过程中，经常会遇到这样那样的情况，就是心里想老着这样的接法可以行得通，但实际接上电路，总是实现不了，因此耗费在这上面的时间用去很多。

我沉得做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。

平时看课本时，有时问题老是弄不懂，做完课程设计，那些问题就迎刃而解了。

而且还可以记住很多东西。

比如一些芯片的功能，平时看课本，这次看了，下次就忘了，通过动手实践让我们对各个元件映象深刻。

认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。

所以这个期末测试之后的课程设计对我们的作用是非常大的。

此次课程设计，学到了很多课内学不到的东西，比如独立思考解决问题，出现差错的随机应变，和与人合作共同提高，都受益非浅，今后的制作应该更轻松，自己也都能扛的起并高质量的完成项目。

通过这次学习，让我对各种电路都有了大概的了解，所以说，坐而言不/如立而行，对于这些电路还是应该自己动手实际操作才会有深刻理解。

第五章参考书籍

【1】《电子技术基础》数字部分，华中科技大学康华光

【2】《电子技术基础》模拟部分，华中科技大学康华光