电工数字电子计时器报告剖析.docx
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电工数字电子计时器报告剖析
题目数字电子计时器
班级信息与计算科学
学号201010520142
姓名
指导老师
时间2012年12月17日至2012年12月21日
景德镇陶瓷学院
电子技术课程设计任务书
姓名班级信息与计算科学指导老师老师
设计课题：
数字电子计时器
设计任务与要求
设计一个数字电子计时器的电工电子技术应用电路，要求电子元件超过30~50个或以上，根据应用电路的功能，确定封面上的题目，然后完成以下任务：
1、分析电路由几个部分组成，并用方框图对它进行整体描述；
2、对电路的每个部分分别进行单独说明，画出对应的单元电路，分析电路原理、元件参数、所起的作用、以及与其他部分电路的关系等等；
3、用简单的电路图绘图软件绘出整体电路图，在电路图中加上自己的班级名称、学号、姓名等信息；
4、对整体电路原理进行完整功能描述；
5、列出标准的元件清单；
设计步骤
1、查阅相关资料，开始撰写设计说明书；
2、先给出总体方案并对工作原理进行大致的说明；
3、依次对各部分分别给出单元电路，并进行相应的原理、参数分析计算、功能以及与其他部分电路的关系等等说明；
4、列出标准的元件清单；
5、总体电路的绘制及总体电路原理相关说明；
6、列出设计中所涉及的所有参考文献资料。
设计说明书字数不得少于3000字。
参考文献
[1]秦曾煌.电工学（第六版）上册电工技术[M].北京：
高等教育出版社，2005
[2]秦曾煌.电工学（第六版）下册电子技术[M].北京：
高等教育出版社，2006
[3]韩广兴.电子元器件与实用电路基础[M].北京：
电子工业出版社，2005
[4]杨爱琴.数字电子与逻辑[M].北京：
科技出版社，1996
[5]阎石.数字电子技术基础（第五版）[M].北京:
高等教育出版社2011.
目录
1.总体方案与原理说明4
2.设计脉冲源5
3.分频器6
4.校时电路7
5.计数器8
6.译码显示电路设计9
7.总体电路原理相关说明10
8.总体电路原理图11
元件清单12
参考文献13
设计心得体会14
1.总体方案与原理说明
数字时钟是用数字集成电路构成，用数码显示的一种现代化计数器，由振荡器、分频器、校时电路、计数器、译码器和显示器6个部分组成。
振荡器和分频器组成标准秒信号发生器，不同进制的计数器、译码器组成和显示器组成计时系统，通过校时电路实现对时、分的校准。
由于采用纯数字硬件设计制作，与传统机械表相比，具有走时准确、显示直观、无机械传动装置等特点。
基本原理的逻辑框图如图所示，由图知：
石英晶体振荡器产生的信号经过分频器作为秒脉冲，秒脉冲送入计数器计数，计数结果通过“时”、“分”、“秒”译码器显示时间。
其中，石英晶体振荡器和分频器组成标准秒信号发生器，由不同进制的计数器、译码器和显示器组成计时系统。
秒信号送入计数器进行计数，把累计的结果以“时”、“分”、“秒”的数字显示出来，“时”显示由二十四进制计数器、译码器、显示器构成，“分”、“秒”显示分别由六十进制计数器、译码器、显示器构成。
根据设计思想及原理框图，运用已学过的知识，选择所需要的电路及元器件，然后依据各单元的输入输出信号相互匹配，加入必要的其他电路（校时电路）等，组成数字计时器的电路总图，这就是设计的全过程。
2.设计脉冲源
脉冲源是数字计时器的心脏，它能自动不停地产生脉冲信号，以供计时之用，它的稳定和准确对计时器起着至关重要的作用。
我们曾学过一些自激式的振荡器，如：
自激多谐振荡器，自激间歇振荡器等。
但为了脉冲源的稳定度，准确度，常用石英晶体振荡器。
一般情况下，晶振荡频率愈高，准确度愈高，但所用分频级数愈多，耗电量愈大，成本也就愈高。
在选择晶振器时，应综合考虑。
其电路原理如图
（2）：
R.C为时间元件,改变C的值可调整晶振器的输出频率,石英晶体的振荡频率为1HZ。
设计整形电路
由于晶振器输出的脉冲波形是正弦或不规则的矩形波，要得到有规则的矩形波，须经整形电路整形。
我们已学过的脉冲整形电路有多种，如：
削波器、门电路、单稳态电路、双稳态电路、施密特触发器等。
门G1，G2构成基本RS触发器，G3为非门。
二极管起电平转移作用，用来产生回差。
3.分频器
由于石英振荡器产生的频率很高，要得到秒脉冲，需要用分频器电路。
石英晶体振荡分频电路如图所示：
石英晶体振荡分频电路图
CD4060是14位二进制计数器，它内部有14级二分频器，CIN（11脚）为输入引脚，Q14（3脚）为输出引脚，由于CD4060只能实现14级分频，所以在其后面再加上一级二分频的双D触发器CD4013，从而得到1HZ的秒脉冲。
4.校时电路
当数字时钟与实际时间不符时，需要根据标准时间校正。
校时电路如图所示：
该电路能对时、分、秒分别校准。
原理如下：
其中CP0为秒计时脉冲，CP1为分计时脉冲，CP2为时计时脉冲。
当校“秒”时，将开关S1闭合，此时门电路A9被封锁，1HZ信号的脉冲不能进入到“秒计数器”中，此时暂停秒计时，如果数字钟与标准时间一致，断开S1，数字钟秒显示与标准时间秒计时同步进行，“秒”位校时完。
当校“分”时，将开关S2闭合，由于A7、A8输出为高电平，秒十位的进位就不能通过A6、A7向分计时器CP1进位，此时1HZ脉冲信号按秒节奏计数，如果分计数器的显示与标准时间一致，断开S1，与非门A5被封锁，此时秒十位的进位信号通过A6、A7向CP1进位，“分”位校时完。
校“时”与校“分”同理。
5.计数器
显示“时”、“分”、“秒”需要6片中规模计数器。
其中，“秒”、“分”计时各为六十进制计数器，“时”计时为二十四进制计数器，六十进制和二十四进制计数器都选用74LS90集成块来实现。
六十进制计数器
“秒”计数器电路与“分”计数器电路都是六十进制，它由一级十进制计数器和一级六进制计数器连接构成。
原理图如图所示：
采用两片中规模集成电路74LS90串接起来构成“秒”、“分”计数器。
U2是十进制计数器，U2的Q4作为十进制的进位信号，74LS90计数器是十进制异步计数器，用反馈归零方法实现十进制计数，U1和与非门组成六进制计数。
74LS90是在CP信号的下降沿翻转计数，U1的Q0和Q3与0101的下降沿，作为“分（时）”计数器的输入信号，U1的输出0110高电平1分别送到计数器的MR1、MR2端清零，74LS90内部的MR1和MR2与非后清零而使计数器归零，完成六进制计数。
由此可见，U1和U2串联实现了六十进制计数。
六十进制计数器电路图
二十四进制计数器
时计数电路是由U4和U3组成的二十四进制计数电路。
原理图如图所示：
当“时”个位U4计数输入端到第10个触发信号时，U4计数器复位零，进位端Q4向U3“时”十位计数器输出进位信号，当第24个“时”（来自“分”计数器输出的进位信号）脉冲到达时，U4计数器的状态为“0100”，U3计数器的状态为“0010”，此时“时”个位计数器的Q3和“时”十位计数器的Q2输出为“1”。
把它们分别送到U2和U1计数器的清零端MR1和MR1，通过74LS90内部的MR1和MR2与非后清零，计数器复零，完成二十四进制计数。
二十四进制计数器电路图
6.译码显示电路设计
译码是将给定的代码进行翻译。
计数器采用的码制不同，译码的电路也不同。
74LS48驱动器是与8421BCD编码计数器配合使用的七段译码驱动器。
74LS48配有灯测试LT、动态灭灯输入RBI、灭灯输入/动态灭灯输出BI/RBO。
当LI=“0”时，74LS48输出全部为“1”。
其使用方法参照该器件的功能的介绍（表2）。
74LS48的输入端和计数器对应的输出端、74LS48的输出端和器端显示器对应段相连。
接法如下图所示：
8.总体电路原理相关说明
数字钟的电路主要是由译码显示电路、报时电路、时计数、分计数、秒计数器，振荡电路和单次脉冲产生电路组成。
其中电路系统由秒信号发生器、“时”、“分”、“秒”计数器、译码器及显示器、校时电路、整点报时组成。
秒信号产生器是整个系统的时基信号，它直接决定计时系统的精度，一般使用石英晶体加分频器来实现。
将标准秒信号送入“秒计数器”“秒计数器”使用60进制计数器，每累计60秒发出一个“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，发出一个时钟信号，该信号将被送到被送到时计数器。
时计数器采用24进制计数器，可以对一天24小时的计时。
译码显示电路将对“时”、“分”、“秒”计数器的输出状态通过显示驱动电路，八段显示译码器译码，在经过六位LED八段显示器显示出来。
整点报时电路根据计时系统的输出状态产生一个脉冲信号，然后去触发音频发生器实现低、高音报时。
校正电路是用来对“时”“分”显示数字校正调整的。
9.总体电路原理图
元件清单
元器件名称
个数
元器件名称
个数
74LS90
7个
电阻
1KΩ2个、15MΩ1个，51Ω1个
74LS48
6个
晶振
32768Hz1个
74LS00
4个
CD4060
1个
74LS20
1个
开关
2个
74LS14
4个
蜂鸣器
1个
8段LED
6个
电容
20uf、0.01uf各2个
参考文献
[1]秦曾煌.电工学（第六版）上册电工技术[M].北京：
高等教育出版社，2005
[2]秦曾煌.电工学（第六版）下册电子技术[M].北京：
高等教育出版社，2006
[3]韩广兴.电子元器件与实用电路基础[M].北京：
电子工业出版社，2005
[4]杨爱琴.数字电子与逻辑[M].北京：
科技出版社，1996
[5]阎石.数字电子技术基础（第五版）[M].北京:
高等教育出版社2011.
[6]杨家树.电路与模拟电子技术（第二版）[M].北京:
中国电力出版社,2006.
[7]秦曾煌.电工学[M].北京:
高等教育出版社2010.
[8]张景元.基于单片机的多用途定时器的设计与实现[J].电子工程师2000年第8期.
[9]王楚、沈伯弘.数字逻辑电路[M].北京大学出版社1999.
设计心得体会
刚开始通过老师简单地介绍这周电工与电子课程设计的实验要求觉得好复杂，不知道该从何下手，老师说课题自己去想做哪个，对于做哪个课题我就想个好久，后来自己感觉《数字电子计时器》这个课题应该还好做，后来查找了一些资料，感觉好难，特别是那些图感觉好复杂，通过一天的时间去了解数字电子计时器的原理，后来就理清了该如何设计该课题，通过三天的时间去设计数字电子计时器的每一个步骤，在设计的过程中要自己画图，然而我从来没有用过什么软件画图，老师也没教过我怎么使用一些软件画图，因为以前没有做过要在电脑上画图的课程设计，刚开始蛮着急的，因为不知道该怎么办，后来经过询问别的班级的人，她们会使用一些软件画图，比如亿图软件和visio，后来她们就教我怎么使用这些软件，刚开始使用visio画图时总是会出错，画的也不好看而且画的也好慢，后来经过一些训练这些方面都有所改善，在此也非常感谢那些朋友的帮助。
在设计课题的过程中也遇到许多麻烦事，比如如果不细心画图总是画不出自己想要的形状，并且原来一些word的知识也忘记了，不过我总结了只要细心并且不要怕麻烦什么事都可以解决，总体来说通过这次一周的课程设计学到了许多，自己动手的设计课题的能力也得到了提升，并且遇到事情的处事能力也得到提升。
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