数字电子实训数字钟的设计6位.docx

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数字电子实训数字钟的设计6位

内容摘要

电子产品的研发日新月异，不仅是在通信技术方面数字化取代于模拟信号，就连我们的日常生活也进于让数字化取缔。

说明数字时代已经到来，而且渗透于我们生活的方方面面。

就拿我们生活的实例来说明一下“数字”给我们带来的便捷。

下面就以数字钟为例简单介绍一下，数字钟我们听到这几个字，第一反应就是我们所说的数字，不错数字钟就是以数字显示取代模拟表盘的钟表，在显示上它用数字反应出此时的时间，相比模拟钟能给人一种一目了然的感觉，不仅如此它还能同时显示时、分、秒。

而且能对时、分、秒准确校时，这是普通钟所不及的。

与此同时数字钟还能准确定时，在你所规定的时间里准确无误的想你发出报时声音，提醒你在此时所需要去做的事。

与旧式钟表相比它更适用于现代人的生活。

这学期恰好遇上学校的《专业基础》课程设计，题目是数字钟的设计。

因而在所学专业的基础上做了以下课程设计。

希望给大家带来方便的同时，使自己对所学专业有进一步的了解！

关键词：

数字钟；校时；时间显示；定时

一、数字钟设计的基本概要  1

二、数字钟的原理框图  2

三、数字钟电路的设计  3

四、电路功能测试以及常见问题解决本法  12

五、总结体会  13

六、致谢  14

七、参考文献  15

一、数字钟设计的基本概要

1.1数字钟设计的目的

该数字钟具有基本功能和扩展功能两部分。

其中，基本功能部分的有准确计时，以数字形式显示时、分、秒的时间和校时功能。

扩展功能部分则具有：

仿广播电台整点报时、自动报整点时数的功能。

数字钟的电路也是由主体电路和扩展电路两部分构成，在电路中，基本功能部分由主体电路实现，而扩展功能部电路实现。

这两部分都有一个共同特点就是它们都要用到振荡电路提供的1Hz脉冲信号。

在计时出现误差时电路还可以进行校时和校分，为了使电路简单所设计的电路不具备校秒的功能。

并且要用数码管显示时、分、秒，各位均为两位显示，扩展部分要有相应的响应电路。

1.2数字钟设计的功能要求

（一）基本功能：

（1）时的计时要求为“24翻1”，分和秒的计时要求为60进制

（2）准确计时，以数字形式显示时，分，秒的时间

（3）校正时间

（二）扩展功能：

（1）仿广播电台整点报时功能；

（2）自动报整点时数；

二、数字钟的原理框图

根据设计要求，可建立数字钟系统组成框图，如图

（1）所示，数字钟电路系统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计数功能，扩展电路完成数字钟的定时、整点报时扩展功能。

秒显示器

分显示器

时显示器

主体电路

扩展电路

定时控制

秒译码器

分译码器

时译码器

整点报时

秒脉冲发生器

秒计数器

分计数器

时计数器

校时电路

图

（1） 数字钟原理框图

该系统的工作原理是：

用振荡器产生的高脉冲信号作为数字钟的秒脉冲发生器，秒脉冲接入秒计数器，秒计数器计满60后向分计数器个位进位，分计数器计满60后向小时计数器个位进位并且小时计数器按照“24翻1”的规律计数。

计数器的输出经译码器送显示器。

计时与实际时间出现误差时电路可以进行校时、校分。

扩展电路的整点报时和闹钟功能必须在主体电路正常运行的情况下才能实现。

三、数字钟电路的设计

3.1主体电路的设计

主体电路是由功能部件和单元电路组成的，在设计这些电路和选择元器件时，尽量选用同类型的元器件，考虑到CMOS集成电路的承受能力，最好选用TTL集成芯片，整个电路选用芯片应尽可能的少。

下面介绍各功能部件与单元电路的设计。

3.1.1秒脉冲电路的设计

数字电路中秒脉冲发生器是由振荡器产生的，振荡器是数字钟的核心，振荡器的稳定度及频率的精度决定了数字钟计时的准确程度。

一般电路中振荡器可由石英晶体振荡器或者555振荡器构成，下面将分别介绍这两种振荡器。

1）石英晶体振荡器

如图

（2）所示，振荡器可由以下石英晶体振荡器构成，石英晶体振荡器震荡频率有石英晶体的频率决定，石英晶体振荡器具有振荡频率精确度高的特点，但由于其起振是由外界干扰产生的，仿真为理想条件，故仿真中无输出波形，得到波形后，还需再分频已得到所需频率波形。

图

（2） 石英晶体振荡器         图（3） 555振荡器

2）555振荡器

如图（3）所示，振荡器由555与R、C组成的多些振荡器，由555振荡器振荡频率公式

可得将C2、R9、R10、RP取适当的值即可得到频率为1HZ的秒脉冲。

且RP具有微调电路工作频率的功能，本电路可产生比较精确的脉冲。

本次设计采用555振荡器构成秒脉冲发生器。

3.1.2时分秒计数器的设计

数字钟的计数电路是用两个六十进制计数电路和24进制计数电路实现的。

数字钟的计数电路的设计可以用反馈清零法。

当计数器正常计数时，反馈门不起作用，只有当进位脉冲到来时，反馈信号将计数电路清零，实现相应模的循环计数。

以60进制为例，当计数器从00，01，02，……，59计数时，反馈门不起作用，只有当第60个秒脉冲到来时，反馈信号随即将计数电路清零，实现模为60的循环计数。

下面将分别介绍60进制分秒计数器和24进制小时计数器。

1）60进制计数器，电路图如图（4）所示

图（4） 60进制计数器

电路由两片74LS90和一个与门构成，分别为60进制计数器的十位和个位，十位为六进制，个位为十进制，两者级联构成60进制计数器。

当计数器达到59时，在下一个秒脉冲作用下实现反馈清零，电路重新开始下一轮计数。

下面对74LS90集成电路加以说明。

74LS90是二—五—十进制计数器，它有两个时钟输入端CPA和CPB。

其中，CPA和

组成一位二进制计数器；CPB和

组成五进制计数器；若将

与

相连接，时钟脉冲从

输入，则构成了8421BCD码十进制计数器。

74LS90有两个清零端R0

（1）、R0

（2），两个置9端R9

（1）和R9

（2），且均为高电平有效，本次设计即利用清零端实现六进制。

74LS90的管脚图如图（5）所示，其BCD码十进制计数时序如表

（1），二—五混合进制计数时序如表

（2）。

图（5） 74LS90管脚图

表

（1） BCD码十进制计数时序     表

（2） 二—五混合进制计数时序

2）24进制计数器

用74Ls90设计24进制电路与60进制电路原理基本相同，只是把原来60清零改为目前24清零即可，电路如图（6）所示

图（6） 24进制电路

工作原理与60进制计数部分基本相同，只是当计数器达到23时，在下一个分进位脉冲作用下实现反馈清零，重新开始下一轮计数。

3.1.3译码与显示电路的设计

图（7） 译码与显示电路

电路的工作原理：

译码是编码的反过程，译码器是将输入的二进制代码翻译成相应的输出信号以表示编码时所赋予原意的电路。

常用的集成译码器有二进制译码器、二—十制译码器和BCD—7段译码器、显示模块用来显示计时模块输出的结果。

电路中的主要元件及功能介绍：

1）译码器74LS48

译码器是一个多输入、多输出的组合逻辑电路。

它的工作是把给定的代码进行“翻译”，变成相应的状态，使输出通道中相应的一路有信号输出。

译码器在数字系统中有广泛的用途，不仅用于代码的转换、终端的数字显示，还用于数字分配，存储器寻址和组合控制信号等。

译码器可以分为通用译码器和显示译码器两大类。

在本电路中用的译码器是共阴极译码器74LS48，用74LS48把输入的8421BCD码ABCD译成七段输出a-g，再由七段数码管显示相应的数。

74LS48的管脚图如图（8）。

在管脚图中，管脚LT、RBI、BI/RBO都是低电平是起作用，作用分别为：

LT为灯测检查，用LT可检查七段显示器个字段是否能正常被点燃。

BI是灭灯输入，可以使显示灯熄灭。

RBI是灭零输入，可以按照需要将显示的零予以熄灭。

BI/RBO是共用输出端，RBO称为灭零输出端，可以配合灭零输出端RBI，在多位十进制数表示时，把多余零位熄灭掉，以提高视图的清晰度。

也可用共阴译码器74LS248，CD4511。

图（8） 74LS48管脚图

（2）显示器SM421050N

在此电路图中所用的显示器是共阴极形式，阴极必须接地。

SM421050N的管脚功能图如图（9）所示

图（9） SM421050N管脚图

3.1.4校时电路的设计

校时电路工作原理：

设计要求电路校时时，应不影响原电路正常工作。

当单刀双掷开关SW1拨至上端时，SR触发器输出为“0”，与非门U16：

A和U16：

B被截止，按钮开关1和按钮开关2产生的脉冲电平被屏蔽，此时电路能正常工作，且校时功能不起作用，此功能可用来防止因错误操作而导致时钟出错。

当SW1拨至下端时，SR触发器输出为“1”与非门U16：

A和U16：

B打开，在无按钮开关1和按钮开关2产生的脉冲电平时，非门U16：

A和U16：

B输出“0”，此时电路正常工作，在按钮开关1或按钮开关2按下并松开瞬间，U16：

A和U16：

B输出“1”，经过异或门之后，即可产生脉冲，即实现了电路的校时功能，且不影响电路正常工作。

按钮开关1和按钮开关2分别控制时校时和分校时。

图（10） 校时电路

3.2功能扩展电路的设计

3.2.1整点报时电路的设计

设计要求：

要求电路具有整点报时功能，当时钟电路为59分时，从50秒开始，每隔一秒钟响一次直到进位变为00分。

设计思路：

可利用一与门将时钟分59为“1”的输出端与秒十位为5时为“1”的输出端与时钟脉冲信号与在一起，当条件符合时，电路即可以报时，报时信号可以是声音报时和光报时两种。

图（11） 整点报时电路

工作原理：

在秒脉冲作用下，电路开始正常计数。

当计数达到59分50秒时，在秒脉冲作用下，与非门输入全为“1”此时与非门输出“0”，经反相器后输出为“1”，高电平驱动扬声器发出声音，同时发光二极管开始发光，发出整点报时信号。

由于接入秒脉冲信号，扬声器发声和发光二极管的工作频率均为1Hz，持续10秒钟后，停止整点报时。

图中所用74LS30、74LS08、74LS04管脚图分别如图（12）、图（13）、图（14）所示。

图（12） 74LS30管脚图

图（13） 74LS08管脚图

图（14） 74LS04管脚图

3.3主体电路图

图（15） 主体电路图

四、电路功能测试以及常见问题解决本法

4.1电路功能测试

按照设计要求，逐项测试电路功能

1）数字钟计数功能测试：

接通电源，在秒脉冲的作用下，电路开始计数，且时、分、秒分别为24、60、60进制。

计数功能符合设计要求。

2）校时功能测试：

在显示时钟时间时，按动时钟调时、时钟调分按钮开关时，时、分均可以调节，且不按动时，计数电路能正常工作，校时功能符合设计要求。

3）整点报时功能测试：

电路基数时，当时钟到达59分50秒时，电路发出整点报时信号，频率为1Hz，持续10秒钟后，报时停止。

整点报时功能符合设计要求。

4.2常见问题解决办法

由于不熟悉本设计电路构造，经常会有一些误操作导致不能得到想要结果，这里特此列举出一些常见问题及其解决办法。

1）操作时钟调校正按钮时，显示器显示数据不改变，且到60秒时分位依然不改变，解决办法：

此时显示器显示的时间为闹钟时间应切换显示开关，再调节校正按钮即可。

2）显示开关已切换至时钟显示，操作时钟调校正按钮时，显示器显示数据依然不改变，分、时电路可以正常进位。

解决办法：

此时校时开关处于锁定状态，不能校时，切换校时开关即可解决问题。

五、总结体会

通过本次课程设计，我明白了一个道理：

无论做什么事情，都必需养成严谨，认真，善思的工作作风。

我这课程设计由于我采用的是数字电路来实现的，所以电路较复杂，但是容易理解。

这次设计，我还掌握了制PCB的一系列步骤，在几周的时间里，我把本设计的整个电路图画好了，并且画好了PCB板图。

通过这次课程设计，我又掌握了些元器件的用途以及它们的参数、性能。

这次设计提高了我理论和实践相结合的能力，增加了把理论用于实践的兴趣，同时也提高了我分析问题和解决问题的能力。

没有最好，只有更好。

我相信通过这一次的毕业设计之后，我以后会更加努力，用严谨的科学态度去面对一切。

克服困难，战胜自我，超越自我。

为期三个星期的课程设计将要结束了。

在这三周的学习中，我学到了很多，也找到了自己身上的不足。

感受良多，获益匪浅。

在这三星期的学习、设计使我对抽象的理论有了具体的认识，把书本上学到得设计电路的方法应用到具体实践中来，不仅加深了对理论知识的理解程度，更增强了实际中动手的能力。

通过这次课程设计，我掌握了常用元件的识别和测试；熟悉了常用的仪器仪表；了解了基本电路原件的连接、焊接方法；以及如何分析电路误差产生原因和提高电路的性能等等。

课程设计结束了，相信我们得到的不止是课程设计要求的内容，更让我们在以后的学习中认识自己的缺点和不足，使我们能够在以后的学习、生活、实践、工作继续努力，争取取得更多、更大的成就。

六、致谢

课程设计完成了，在这个过程中我学到了很多东西。

首先我要感谢我的指导老师梁清梅老师，她在我完成论文的过程中，给予了我很大的帮助。

在论文开始的初期，我对于论文的结构以及文献选取等方面都有很多问题，整体构思不是很明确，段落层次也不是很清晰，老师详细给我分析论文的写作过程，从论文的题目，论文的内容，论文的脉络，都给我详细的指导。

在我论文的进展过程中，老师也及时给我解决疑惑，并且监督我论文的进展过程，非常感谢！

但是惭愧的是，我没有及时完成任务，论文也时有偏差出现，经过了曲折的过程，老师也耐心的给我激励，非常感谢！

同时还要向信息技术学院所有老师表达真诚的谢意和由衷的敬意！

我想，课程设计的过程不仅仅是一个完成一篇论文的过程，而是一个端正态度的过程，是总结大学所学知识的一个过程，是在踏入社会前的历练过程。

这个过程将使我受益匪浅！

通过这次课程设计，我对数字钟有了一个深入的了解，实践中也增加了动手能力，但是由于时间仓卒和本人能力有限，设计不免出现不周之处。

真诚希望各位老师能够批评指正！

七、参考文献

[1]康华光.电子技术基础.北京：

高等教育出版社，2000

[2]顾永杰.电工电子技术实训教程.上海：

上海交通大学出版社，1999

[3]陈小虎.电工实习（I）.北京：

中国电力出版社，1996

[4]焦辎厚.电子工艺实习教程.哈尔滨：

哈尔滨工业大学出版社，1993

[5]陈 坚.电力电子学[M].北京：

高等教育出版社，2002

[6]宋春荣.通用集成电路速查手册.山东科学技术出版社，1995

[7]高吉祥.电子技术基础实验与课程设计.电子工业出版社，2002

[8]王琉银.脉冲与数字电路.高等教育出版，1985

[9]谢自美.电子线路设计、实验、测试.武汉：

华中理工大学出版社，2000

[10]邱关源.电路，第四版.北京：

高等教育出版社，1999

[11]周首昌.电路原理，第一版.北京：

高等教育出版社，1998

[12]杨颂华，冯毛官.数字电子技术基础.西安：

西安电子科技大学出版社，2003

[13]康华光，陈大钦.模拟电子技术，第四版.北京：

高等教育出版社，1998

[14]吕思忠，施齐云.数子电路实验与课程设计.哈尔滨：

哈尔滨工业大学出版社，2001