数电课程设计多功能数字钟解析.docx
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数电课程设计多功能数字钟解析
课题名称：
多功能数字钟
所在院系：
机械电子工程学院
班
级：
*自动化*班
学
号：
2011*******
姓
名：
*宜杰
指导老师：
***
时
间：
景德镇陶瓷学院
1
数字电子技术课程设计任务书
班级：
11自动化1班
姓名：
***
指导老师：
***2013
年12月17
日
设计题目：
设计制作多功能数字钟。
设设计任务和要求
①时钟显示功能，能够十进制显示“时”、“分”、“秒”;
计
②小时高位拥有零熄灭功能;
任
③拥有整点报时功能;
务④拥有迅速校准时间的功能。
1.调研、查找并采集资料。
2.整体设计。
设3.撰写设计说明书（字数约3000字左右）。
计4.参照资料目录
要
求
1、《电子技术基础》（第五版），康华光主编，高等教育第一版社（2006）
参
考2、《电子线路设计、实验、测试》（第二版），谢自美主编，华中理工大学第一版社（2000）
资3、《电子线路设计应用手册》，张友汉主编，福建科学技术第一版社（2000）
料
4、《555集成电路适用大全》，郝鸿安等主编，上海科学普及第一版社
5、《电子技术基础实验研究与设计》，陈兆仁主编，电子工业第一版社（2000）
6、《毕满清主编，电子技术实验与课程设计》，机械工业第一版社。
7、《数字与逻辑电路》谢芳森电子工业第一版社
教研室主任署名：
年月日
2
前言⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4
第一章方案⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5
第二章元路⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7
第三章体路⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯13
第四章程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯15
附表元件清⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯16附参照文件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯17
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引言
跟着社会的发展，科学技术的不停进步，对电子产品的性能要求也更高。
我们做为21世纪的一名学电子的大学生，不单要将理论知识学会，更应当将其应
用与我们的平时生活中去，使理论与实践很好的联合起来。
电子课程设计是电子技术学习中的一个特别重要的实践环节，能够真实表现我们能否完好汲取了所学的知识。
数字电子时钟是一个对标准频率（1HZ）进行计数的计数电路。
往常使用石
英晶体振荡器电路构成数字钟，以保证其频率的稳固。
以
10进制计数器
74HC390来实现时间计数单元的计数功能。
用4518作为计数电路，采纳CD4511
作为显示译码电路。
选择ＬＥＤ数码管作为显示电路。
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。
用
COMS与或非门实现的
时或分校时电路。
该电路还有在整点前10秒钟内开始整点报时的功能。
报时电路可选74HC30来构成。
时间以24为一个周期。
数字钟采纳数字电路实现对“时”“分”“秒”数字显示的计时装置。
拥有时间显示、闹钟设置、报时功能、校时的功能。
走时正确、显示直观、精度高、稳固等长处。
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第一章方案设计
设计制作一多功能数字钟
一、设计任务：
设计一个电子电路系统时，第一一定明确系统的设计任务，依据任务进
行方案选择，而后对方案中的各部分进行单元的设计和器件选择，最后将各部分
连结在一同，设计出一个切合设计要求的完好系统电路
设计要求：
（1）时钟显示功能，能够十进制显示“时”、“分”、“秒”;
（2）小时高位拥有零熄灭功能;
（3）拥有整点报时功能;
（4）拥有迅速校准时间的功能。
二、设计方案
在设计一个电子电路系统时，第一一定明确系统的设计任务，依据任务进行方案选择，而后对方案中的各部分进行单元电路的设计、参数计算和器件选择，最后将各部分连结在一同，画出一个切合设计要求的系统电路图。
一、明确系统的设计任务要求对系统的设计任务进行详细剖析，充足认识系统的性能、指标、内容及要求，以便明确系统应达成的任务。
二、方案选择
把系统要达成的任务分解为若干个单元电路，并画出一个能表示各单元功能的整机原理框图。
方案选择的重要任务是依据掌握的知识和资料，针对系统提出的任务、要乞降条件，达成系统的功能设计。
在此过程中要敢于探究，勇于创新，
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争取方案的设计合理、靠谱、经济、功能齐备、技术先进。
并且对方案要不停进行可行性和优弊端的剖析，最后设计出一个完好框图。
三、单元电路的设计、参数计算和器件选择
依据系统的指标和功能框图，明确各部分任务，进行各单元电路设计、参数计算和器件选择。
1．单元电路的设计
单元电路是整机的一部分，只有把单元电路设计好才能提升整机设计水平。
每个单元电路设计前都需明确本单元电路的任务，详尽拟定出单元电路的性能指
标，与前后级之间的联系，剖析电路的构成形式。
详细设计时，能够模拟成熟的
先进的电路，也能够创新或改良，但都一定保证性能要求。
并且，不单单元电路
自己要求设计合理，各单元电路间也要相互当合，注意各部分的输入、输出信号
和控制信号的关系。
2．参数计算
为保证单元电路达到功能指标要求，就需要用电子技术知识对参数进行计算，比如放大电路中各电阻值、放大倍数；振荡器中电阻、电容、振荡频率等参数。
只有很好地理解电路的工作原理，正确利用计算公式，计算的参数才能知足设计要求。
计算参数时，同一个电路可能有几组数据，注意选择一组能达成电路设计功能、在实践中真实可行的参数。
3．器件选择
（1）阻容元件的选择注意功耗、容量、频率和耐压范围能否知足要求。
（2）分立元件的选择包含二极管、双极型三极管、场效应管、光电二（三）极管等。
依据他们的用途分别进行选择。
（3）集成电路的选择依据电路功能、性能指标选择集成电路。
注意集成电路的功耗、电源电压、工作速度能否知足设计要求。
经过查阅相关设计手册，进行元器件的选择。
4、电路图的绘制
电路图往常是在系统框图、单元电路设计、参数计算和器件选择的基础上绘制的，它是电路组装、调试和维修的依照。
绘制电路图时，注意以下几点：
（1）元器件布局合理、摆列平均、图面清楚、便于阅读。
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（2）注意信号流向。
一般从输入端或信号源开始，由左至右或上至下按信号的流向挨次画出各单元电路，而反应通路的信号流向则与此相反。
（3）图形符号标准，适合标明。
（4）连线应为直线，尽量少交错和折弯。
第二章单元电路设计
一、基本设计思路：
数字钟其实是一个对标准频率（1HZ）进行计数的计数电路.因为计数的
开端时间不行能与标准时间（如北京时间）一致,故需要在电路上加一个校时
电路,同时标准的1HZ时间信号一定做到正确稳固.往常使用石英晶体振荡器
电路构成数字钟.上图所示为数字钟的一般构成框图
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二、功能模块的设计：
（1）秒信号产生模块
晶体振荡器是构成数字式时钟的中心，它保证了时钟的走时正确及稳固。
图1COMS晶体振荡器图2CD4046内部框图
图1所示电路经过ＣＭＯＳ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，ＣＭＯＳ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变换为较理想的方波。
输出反应电阻Ｒ１为非门供给偏置，使电路工作于放大地区，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，达成对振荡频率的控制功能，同时供给了一个180度相移，进而和非门构成一个正反应网络，实现了振荡器的功能。
因为晶
体拥有较高的频率稳固性及正确性，进而保证了输出频率的稳固和正确。
晶体XTAL的频率选为32768Hz。
该元件专为数字钟电路而设计，其频率较低，有益于减少分频器级数。
从相关手册中，可查得C1、C2均为22pF。
当要求频率正确度和稳固度更高时，还可接入校订电容并采纳温度赔偿举措。
因为CMOS电路的输入阻抗极高，所以反应电阻R1可选为22MΩ。
较高的反应电阻有益于提升振荡
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频率的稳固性。
往常，数字钟的晶体振荡器输出频率较高，为了获得1Hz的秒信号输入，需要对振荡器的输出信号进行分频。
往常实现分频器的电路是计数器电路，一般采纳多级2进制计数器来实现。
比如，将32768Hz的振荡信号分频为1Hz的分频倍数为32768（215），即实现该分频功能的计数器相当于15极
2进制计数器。
本实验中采纳CD4060来构成分频电路。
CD4060在数字集成电路中可实现的分频率数最高，并且CD4060还包含振荡电路所需的非门，使用更加方便。
CD4060计数为14级2进制计数器，能够将32768Hz的信号分频为2Hz，其内部框图以下图，从图中能够看出，CD4060的时钟输入端两个串接的非门，所以能够直接实现振荡和分频的功能。
74HC74D触发器二分频原理图
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（2）计时模块
计时进位与清零
1）秒位
上图右部分是秒个位的进位与清零电路。
由十进制计数器74LS74构成秒
位的个位，74LS160构成十位。
当7490的输出是9（1001）时，QA和QD
的信号经过与非门7400输出低电平，则由7400的4Y端口产生降落沿脉冲，
使得74160开始计数，实现进位功能。
此时QA和AD的电平改变，与非门
输出高电平，产生一个上涨沿，输出给下一级的计数端，实现进位。
上图左部分是秒十位的警卫与清零电路。
当输出是5（0101）时，QA
和QD的信号经过与非门输出低电平，当输出给自己的预置位端，实现自己的清零，此时QA和AD的电平改变，与非门输出高电平，产生一个上涨沿，输出给下一级的计数端，实现进位。
而因为分位的个位相同是用7490构成，
其时钟信号为降落沿有效，则秒位十位进位信号须经过另一片与非门7400
产生降落沿脉冲，实现进位功能。
2）分位
分个位、分十位的进位与清零电路与秒个位、秒十位的电路原理近似。
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3）时个位、时十位：
以下列图所示，当时个位为9（1001）时，时十位清零，并且产生进位信号。
当时十位为2（0010）且时个位为4（0100）时，与非门2Y端输出低电平，给十个位、时十位计数器的清零端低电平，使十个位、时十地点零。
图3-10
（3）时高位零熄灭功能实现：
以下列图所示，当时十位输出0（即0000）时，74LS160的QA和QB
端经过或门74LS32输出低电平至时的十位译码器的BI/RBO端口，使
其不工作。
当时十位输出大于0时，经过或门输出高电平，使其正常
工作，进而实现时高位零熄灭功能。
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（4）整点报时模块
蜂鸣器部分实物电路，右为74HC30
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（5）迅速校时部分校时模块
开关校时电路
方案论证：
该方案构造简单，节俭成本。
可是只好从低位向高位逐渐伐整，
以防止低位调整对高位的影响，灵巧性差。
考虑到实质生活中，时
钟一旦调整以后就极少会再次调整，为了降低成本，降低电路复杂
度，所以采纳此方案。
第三章总电路图
13
分
模
块
秒
模
块
时模
块
14
第四章课程设计总结
心得领会：
经过此次数字电子电路的课程设计，我的数电知识获得稳固，并且有了必定程度的提升，对数字钟的工作原理有了比较深刻的理解，对数字电子设计的过程及其波及的工拥有更深入的认识。
在此次课设中充足锻炼了自己的着手能力，学会了怎样查找资料是自己的设计达到合理的要求。
固然在在设计过程碰到一些困难，可是经过自己查阅的资料和老师仔细的指导，终于在最后把这个多功能数字钟设计出来了。
并经过此课程设计任务是我们加深了数电课程设计的认识。
特别感谢此次数电课程设计时机，经过此次数字电子钟的课程设计，我们才
把学到的东西与实践相联合。
从中对我们学的知识有了更进一步的理解，并从中领会到了团队协作的乐趣。
最后感谢老师的耐心指导和各位同学赐予的帮助。
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（附表）电子元件清单
元件名称型号及数目
74LS00集成块。
2块
74LS30集成块。
1块
74LS32集成块。
1块
74LS48集成块。
6块
74LS90集成块。
2块
74LS160集成块。
4块
CD4060集成块。
1块
74HC74集成块。
1块
22MΩ电阻。
5个
22p电容。
2个
32.768k时钟晶体。
1个
共阴八段数码管。
6个
蜂鸣器。
1个
开关
4个
面包板
1块
导线
若干
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（附录）参照文件
1、华成英《模拟电子技术基本教程》
2、《电子技术基础》（第五版），康华光主编，高等教育第一版社（2006）
3、高祥瑞《电子技术基础实验与课程设计》（第二版）
4、南航航空大学《电子实践技术2》
5、谢自美《电子线路设计、课题、测试》（第二版）
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