集成电路数字电子钟系统的设计.docx

集成电路数字电子钟系统的设计.docx

《集成电路数字电子钟系统的设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《集成电路数字电子钟系统的设计.docx（21页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

集成电路数字电子钟系统的设计

集成电路数字电子钟系统的设计

1设计义务……………………………………………………………………………1

1.1设计目的………………………………………………...………………………..1

1.2设计要求…………………………………………………………………….........1

1.3功用扩展…………………………………………………………………….........1

1.4方案对比…………………………………………………………………….........1

2数字电子钟系统设计………………………………………………………………3

2.1各局部设计原理…………………………………………………………….........3

2.1.1电源电路……………………………...………………………………………...4

2.1.2晶体振荡及分频电路…………………………………………………………..5

2.1.3时间计数单元……………………………………………………...…………...6

2.1.4译码与显示电路………………………………………………………………10

2.1.5校时校分电路…………………………………………………………………10

2.1.6整点报时电路…………………………………………………………………11

2.2扩展电路局部……………………………………………………………….......12

2.3零件原理图………………………………………………………………...........14

2.4元器件的选择……………………………………………………………….......15

3电路的调试和误差剖析…………………………………………………………..16

3.1总体的调试步骤…………………………………………………………………16

3.2蜂鸣器功用测试…………………………………………………………………16

3.3计时功用调试及误差…………………………………………………...………16

4课程设计的收获、体会和建议…………………………………………………..16

4.1焊接调试进程中发现的效果……………………………………………………17

4.2设计体会………………………………………………………………...………17

4.3实验建议……………………………………………………………..….……….18

参考文献

附录

1设计义务

1.1设计目的

1、熟习集成电路的引脚布置。

2、掌握各芯片的逻辑功用及运用方法。

3、了解数字钟的组成及任务原理。

4、熟习数字钟的设计与制造。

1.2设计要求

1、时间计数电路采用24进制，从00末尾到23后再回到00；

2、各用2位数码管显示时、分、秒；

3、具有手动校时校分功用，可以区分对时、分停止独自校时，使其校正

规范时间；

4、计时进程具有报时功用，事先间抵达整点前10秒末尾，蜂鸣器1秒响1秒停地响5次。

1、由一个数码显示管显示星期；

5、为了保证计时的动摇及准确，须由晶体振荡器提供时间基准信号。

1.3功用扩展

1、由一个数码显示管显示星期，星期计数采用7进制；

2、星期显示为，星期一至星期六显示区分为1、2、3、4、5、6，星期天显示为日〔即为8〕。

1.4方案对比

1、方案一

如图1，可知此方案的电路的校时开关中,电路存在开关颤抖效果，使电路无法

正常任务。

图1方案一

2、方案二

如图2，此方案加采用基本RS触发器构成开关消弭颤抖电路。

图2方案二

总结：

由于方案二很好的处置了开关颤抖的现象，选用方案二

2数字电子钟系统的设计

2.1各局部设计原理

数字钟实践上是一个对规范频率〔1HZ〕停止计数的计数电路。

由于计数的起始时间不能够与规范时间〔如北京时间〕分歧，故需求在电路上加一个校时电路，同时规范的1HZ时间信号必需做到准确动摇。

通常运用石英晶体振荡器电路构成数字钟。

如以下图3所示为数字钟的普通构成框图它由石英晶体振荡器、分频电路、计数器、译码显示器和较时电路组成。

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，另外应有校时功用和一些显示星期、报时、停电检查时间等附加功用。

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、校时电路、报时电路和振荡器组成。

干电路系统由秒信号发作器、〝时、分、秒〞计数器、译码器及显示器、校时电路、整点报时电路组成。

秒信号发生器是整个系统的时基信号，它直接决议计时系统的精度，普通用石英晶体振荡器加分频器来完成。

将规范秒信号送入〝秒计数器〞，〝秒计数器〞采用60进制计数器，每累计60秒收回一个〝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，收回一个〝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，可完成对一天24小时的累计。

图3数字钟构成框架图

2.1.1电源电路

主要选用器件：

变压器、电感、桥堆、稳压管7805、电容

图4中，是一个将频率为50Hz220V的单相交流电压转换为5V的直流电压的直流电压的直流稳压电源，经过变压、整流、滤波、稳压后，输入为5V直流电压。

图4电源电路

2.1.2晶体振荡及分频电路

图5晶体振荡及分频电路

图5中，石英晶体振荡器电路给数字钟提供一个频率动摇准确的32768Hz的脉冲信号，可保证数字钟的走时准确及动摇。

晶振出来接CD4060分频，从3端出来的脉冲为2Hz。

图6中，再把这2Hz的脉冲信号接入74LS74〔此为双D触发器〕，由74LS74的5端出来即为数字钟的1Hz的脉冲。

图61Hz分频

2.1.3时间计数单元

时间计数单元有时计数、分计数和秒计数等几个局部。

时计数单元普通为24进制计数器，其输入为两位8421BCD码方式；分计数和秒计数单元为60进制计数器，其输入也为8421BCD码；普通采用10进制计数器来完成时间计数单元的计数功用，即我们选用74LS90。

在本电路中，第一组计数器74LS90—1用来作秒个位计数，输入端为1Q4~1Q1，计数范围为0000~1001循环。

每当计数到1001〔相当于10进制数的9〕时，再输入一个计数脉冲那么会变为0000，这时74LS90—1的1Q4由高电平变低电平输入一个负跳变脉冲到74LS90—2的时钟输入端即为14端，作为进位脉冲使第二组计数器74LS90—2作一次秒十位的计数。

同时74LS90--1末尾作下一个计数循环。

秒十位计数为6进制〔可以经过导线衔接使10进制变为6进制。

完成原理：

输入端2Q42Q32Q22Q1要从0101跳变到0000,中间经过一个瞬间形状0110。

这时我们只须将2Q3接入74LS90—1、74LS90—2的1R端，2Q2接入到74LS90—1、74LS90—2的2R端〕。

74LS90—2输入端为2Q4~2Q1，计数范围为0000~0101循环。

每当计数到0101〔相当于10进制数的5〕时，再输入一个计数脉冲那么会变为0000，这时74LS90—2的2Q32Q2两端经过一个二输入与门（74LS08）输入端再送到74LS90—3的CP端，作为进位脉冲使74LS90—3作一次分个位的计数。

同时74LS90—2末尾作下一个计数循环。

同理分计数的完成原理与秒计数的完成原理一样，用第三组计数器74LS90—3作分个位计数，用第四组计数器74LS90—4作分十位计数。

第五组计数器74LS90—5和第六组计数器74LS90—6作为时计数器，但要设置为24进制。

由74LS90—4的2Q32Q2两端经过一个二输入与门输入端送到的74LS90—5的CP端，作为进位脉冲使74LS90—5作一次时个位的计数。

计数范围也是0000~1001循环，当计数由1001变为0000输入一个负跳变脉冲到74LS90—2的时钟输入端即为14端，作为进位脉冲使第六组计数器74LS90—6作一次时十位的计数。

由于我们要求时间由23：

59：

59能跳到00：

00：

00。

所以当74LS90—4向74LS90—5再发一次脉冲时，74LS90—5、74LS90—6的输入端6Q46Q36Q26Q15Q45Q35Q25Q1要从00100011跳变到00000000，中间经过一个瞬间形状00100100。

这时我们只须将6Q2接入74LS90—5、74LS90—6的R1端，5Q3接入74LS90—5、74LS90—6的R2端。

〔1〕秒计数器、译码、显示电路〔图7〕

图7秒计数器、译码、显示电路

〔图中74LS08的三端是接入分计时器的CP端〕

〔2〕分计数器、译码、显示电路（图8）

图8分计数器、译码、显示电路

〔图中74LS08的6端是接入时计时器的CP端〕

〔3〕时计数器、译码、显示电路（图9）

图9时计数器、译码、显示电路

2.1.4译码与显示电路

译码和数码显示电路是将数字钟的计时形状直观明晰地反映出来。

译码是把给定的代码停止翻译，将时、分、秒计数器输入的四位二进制代码翻译为相应的十进制数，并经过LED七段数码管。

而译码器采用CD4511器件组成，在译码显示电路输入信号的驱动下，显示出明晰直观的数字符号。

2.1.5校时校分电路

当重新接通电源或走时出现误差时都需求对时间停止校正。

通常，校正时间的方法是:

首先截断正常的计数通路，然后再停止人工出触发计数方波信号加到需求校正的计数单元的输入端，校正好后，再转入正常计时形状即可。

依据要求，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。

由于每个机械开关具有颤抖现象，因此每一个开关都需求用RS触发器作为去抖电路。

采用RS基本触发器及单刀双掷开关组成，当截断正常的计数脉冲，就可以完成手动校时功用，如图10

图10消弭开关颤抖电路

〔图中的74LS32的2端由秒计时器的74LS08的3端接入，74LS32的3端接入分计时器的CP端；74LS32的5端由分计时器的74LS08的6端接入，74LS32的6端接入时计时器的CP端〕

2.1.6报时电路

整点报时电路：

依据要求，电路应在整点前10秒钟内末尾整点报时，即事先间在59分50秒到59分59秒时期时，报时电路报时控制信号。

事先间在59分50秒到59分59秒时期时，分十位、分个位和秒十位均坚持不变，区分为5、9和5，因此可将分计数器十位的Q3和Q1、个位的Q4和Q1及秒计数器十位的Q3和Q1相与，从而发生报时控制信号。

报时电路可选74LS30来构成。

74LS30为8输入与非门。

选蜂鸣器为电声器件，蜂鸣器是一种压电电声器件，当其两端加上一个直流电压时酒会收回鸣叫声，两个输入端是极性的，其较长引脚应与高电位相连。

与非门74LS30输入端应与蜂鸣器的负极相连，而蜂鸣器的正极那么应与电源相连。

如图11。

图11报时电路

2.2扩展电路局部

〝时计数器〞采用24进制计时器，可完成对一天24小时的累计。

每累计24小时，收回一个〝星期脉冲〞信号，该信号将被送到〝星期计数器〞，〝星期计数器〞采用7进制计时器，可完成对一周7天的累计。

译码显示电路将〝星期〞计数器的输入形状送到七段显示译码器译码，经过七位LED七段显示器显示出来。

星期显示为，星期一至星期六显示区分为1、2、3、4、5、6，星期天显示为日〔即为8，这样更契合我们日常生活习气〕。

同时还可以对星期停止校星期。

2.2.1扩展电路原理

〝时计数器〞采用24进制计时器，可完成对一天24小时的累计。

每累计24小时，收回一个〝星期脉冲〞信号。

为完成此操作，只需求把74LS90—6的6Q2和74LS90—5的5Q3接入二输入与门输入到星期计数器74LS90—7的CP端作为作为进位脉冲使74LS90—7作一次星期的计数。

星期计数为7进制也要经过导线衔接使10进制变为7进制。

完成原理：

输入端1Q41Q31Q21Q1要从0110跳变到0000,中间经过一个瞬间形状0111。

这时我们只须将1Q31Q21Q1三端经过一个四输入与非门〔74LS20〕和一个或门送到端R1和R2。

星期一显示〝1〞，星期二显示〝2〞，……星期六显示〝6〞，星期天显示〝日〞。

这是要把74LS90—7的Q3Q21Q1三端经过一个三输入或非门〔74LS27〕和一个非门送到本级译码器CD4511的

端即可。

2.2.2星期计数器、译码、显示电路〔图12〕

图12星期计数器、译码、显示电路

〔图中的74LS32中的1端由时计数器74LS90—6的6Q2和74LS90—5的5Q3接

入二输入与门输入〕

2.3零件原理图

图13零件原理图

2.4元器件选择

表一元件清单

元件称号

数量

晶振32768Hz

电容103

双位数码管显示器

共阴数码管LED

CD4060

CD4511（译码器）

74LS00

74LS04

74LS08

74LS20

74LS30

74LS32

74LS74

74LS90

IC插座

电阻

按钮开关

衔接导线

实验工具箱

蜂鸣器

万能板

电源包

1个

2个

4个

3个

1个

7个

7个

2个

1个

1个

1个

1个

1个

7个

14脚16个，16脚7个，40脚2个

2K8个，22M1个，0.01K2个

带锁2个不带锁3个

假定干

1个

1个

2片

内含变压器9V/10W一个，LM7805（三端稳压）1个，桥堆RS207

电容假定干

3电路的调试及误差剖析

3.1总体的调试步骤

（1）用示波器检测石英晶振的输入信号波形和频率，输入频率应为32768Hz。

（2）将32768Hz信号送入分频电路，用示波器检测输入频率能否契合要求。

（3）将1Hz秒脉冲区分送入时、分、秒计数器，反省各组计数器的任务状况。

（4）观察较时电路的功用能否满足要求。

（5）当分频电路和计数器调试正常后，观察电子钟能否准确，正常任务。

3.2蜂鸣器功用测试

使数字时钟从00：

59：

50末尾计时。

当计数显示为00：

59：

51时，蜂鸣器末尾任务，收回一秒响一秒停的有规律声响。

详细是00：

59：

51响，00：

59：

52停；00：

59：

53响，00：

59：

54停；00：

59：

55响，00：

59：

56停；00：

59：

57响，00：

59：

58停；00：

59：

59响，01：

00：

00停。

从以上测试结果可知，蜂鸣器任务完全正常，到达实际要求。

3.3计时功用调试及误差

表2功用测试表

数字时钟测试数据

手机显示的数据

10s

20s

60s

5分钟〔300s〕

10分钟〔600s〕

10.2s

20.5s

60.7s

300.9s

600.6s

经测试表2可知，故系统在运转时有一定的误差，其缘由是晶体振荡的特点所决议的，同时与芯片的外部结构有关，同时存在人为按键误差。

从数据来看，最大误差小于1％，到达设计要求。

4课程设计的收获、体会和建议

实验之初，由于之前曾做过与之相似的电子秒表实验，所以设计电路得时分并不是太困难。

可是，随之实验最后局部的到来，组内人员一下转入困境之中，听凭百般反省，都不能得出正确的显示效果。

一方面，我们想早日完成，以失掉可观的分数；另一方面，随之学期末的接近，各科目也陆续要末尾期末考，所以延迟完成实验，快些转入温习也是我们的愿望。

所以这么一来，我们就愈加着急了，究竟是什么缘由呢？

针对此效果，我们研讨并对个局部逐一加以反省，最终使时间正确显示。

经过本次实验，我们的手动才干和阅历有了一定水平的增强。

在数字电子技术的实际知识上也有了更深的了解，特别是对芯片的功用、引脚有了进一步的了解。

在调试的进程中，经过扫除缺点，我们学到了许多从书本上学不到得阅历。

4.1焊接调试进程中发现的效果如下

〔1〕在区分焊接完秒、分、时后，发现分钟变成了二十进制，事先以为时焊接的时分把8和9端焊接在一同了，但反省中，发现线路没有效果。

再次查找效果时，以为时IC插座的效果，换上另一个没有效果的IC插座，效果还是分钟问二十进制。

经过一番的反省，才知道74LS08有些与门坏了，换另外一个效果处置了。

焊接电路中需求我们仔细的做一些反省，这也是我们这次实习中要学会的知识

〔2〕在调试进程中，发现校时和校分很不动摇，事先以为是接线的效果，就这个效果，我们想了很多的方法，从焊了很多的中央，但是效果异样还是没有处置。

这个效果困扰着我们，讯问了很多的同窗，也试用了他们提供的一些方法，效果异样没有处置。

最后，还是在我们仔细，细心的调试和反省中，发现是由于地线，正是由于地线的焊接不好而招致显示、校时和校分的乱显。

〔3〕当我们把第一个焊接好的秒显示器焊好时，就停止测试，发现不能停止计数，我们以为计数信号曾经接入了，应该是没有效果的，进一步反省发现是没有74LS90的电源没有接入，接入电源既可计数。

〔4〕在调试数码显示器时，发现有些显示管不能正常显示，我们以为是显示管的效果，但用了确定是能正常显示的显示器来替代原来的显示器，发现效果并不在于显示器。

我们再次从IC插座上反省显示器与CD4511的衔接，发现是其中的一条没有焊接好，也就是有两个显示管的引脚接入了CD4511的同一个的同一个引脚上。

4.2设计体会

我们这次的最大体会就是在焊接电路中要十分小心。

由于能够就是由于焊接的一点点小错误就会招致显示的错误，而这些错误一犯，在调试进程中会很难发现是哪个中央出错了，而且要破费少量的时间来停止调试。

为此在焊接进程中一定要仔细、细心，切勿稳扎稳打。

在调试进程中，能够由于一些芯片的效果而招致这个显示的不正常，这就是要求我们要学会测试芯片，就是在发现有些效果不能处置时可以检测一下能否是芯片的效果。

当然学会了调试是我们很重要的实习目的之一，还有在此次实验之后，我们可以稳固和运用了在〝模拟电子技术〞、〝数字电子技术〞及〝电路剖析〞等课程中所学的实际知识和实验技艺，基本掌握了常用电子电路的普通设计方法，提高了设计才干和实验技艺。

在此次的数字钟设计进程中，更进一步地熟习了芯片的结构及掌握了各芯片的任务原理和其详细的运用方法。

在衔接六进制，十进制，六十进制的进位及二十四进制的接法中，要求熟习逻辑电路及其芯片各引脚的功用，那么在电路出错时便能准确地找出错误所在并及时纠正了。

焊接比拟复杂，往往是焊错一根导线就会招致整个电路功用完成不了。

在设计电路中，往往是先仿真后衔接实物图。

经过这次的实习，我们学会了应用仿真软件来设计电路图，并对电路图停止仿真调试发现效果。

但有时分仿真和电路衔接并不是完全分歧的。

由于在仿真软件中的元器件过于理想化，与实践状况不相契合，实践的电路中能够出现很多的错误，这就要我们仔细的停止方案对比，选出更好的方案。

比如在开关方面，在仿真软件中不会思索到开关颤抖方面的现象，这就要依据实践状况来挑选方案，选取ＲＳ触发来防止开关颤抖而招致的无法正确取得所要的读数。

4.3实验建议

我们建议在以后的设计中，教员要鼓舞先生停止更多的创新，让先生充沛发扬自己的想象力和才干，让先生去设计更有创意的扩展功用。

同时尽量提供实验所需的元器件。

此外，假设能够的话以后尽能够不要把实验布置在期末，这样的话先生有更富余的时间来完成实验。

参考文献

[1]唐华光,陈大钦.电子技术基础数字局部〔第五版〕.北京：

初等教育出版社.2006

[2]唐华光,陈大钦.电子技术基础模拟局部〔第五版〕.北京：

初等教育出版社.2006

[3]华南农业大学工程学院电工电子教研室.电子技术实验.2007

[4]中外集成电路简明速查手册，TIL电、CMOS电路.M.北京：

国防工业出版

社，2006

[5]郑步生，吴渭.Multisim2001电路设计及仿真入门与运用.北京：

电子工业出

版社，2002

[6]蒋黎红,黄培根,朱维婷.模电数电基础实验及Multisim7仿真.浙江：

浙江大

学出版社，2007

附录

以下为下面所用到的各芯片的引脚图