1、湖南文理学院课程设计报告课程名称： 数字电子钟的设计 系 部： 电气与信息学院 专业班级： 自动化 0902 学生姓名： 郭森 指导教师： 曾进辉 完成时间： 2011.06.22 报告成绩： 评阅意见：评阅教师 日期 数字电子钟设计目录一 摘要.3三 正文.31绪论 31.1课题背景.31.2课题目的.31.3方案设计及论证.41.4系统框图5 2主要部件62.1多谐振荡器6.2.2 计数器.72.3 六十进制电路.8.2.4 译码与LED显示92.5 校时电路.102.6数字电子钟原理图.113 结论12四 参考文献.13五 致谢13一 摘要数字电子钟作为一种定时工具被广泛的应用人们生活和
2、社会生产的各方面。但是随着科学技术的日益发展，人们对时间计量的精度要求越来越高，应用越来越广。在这次的课题设计中,设计如下数字电子钟。根据该课程设计要求，选择的主要原件有：555 多谐振荡器，分频器，计数器，译码器，LED 显示器和校时电路，且采用 CMOS系列中小规模集成芯片。此设计方案由主题电路和扩展电路两大分组成。其中主体电路完成数字钟的基本功能，扩展电路完成数字钟的扩展功能。关键词：555 多谐振荡器;分频器；计数器；译码器；LED 显示器一 AbstractDigital electronic clock as a timing tools are widely used in pe
3、oples lives and society in all aspects of production. But with the increasing development of science and technology, precision measurement of time people have become increasingly demanding, more and more widely. In this project design, design as digital electronic clock.According to the course desig
4、n, selection of the main original are: over 555 harmonic oscillator, divider, counter, decoder, LED display and timing circuits, and series of small and medium-scale integration using CMOS chips. The design theme of the circuit and the expansion of the circuit by the two sub-components. One of the m
5、ain circuit to complete the basic functions of digital clock, digital clock to complete the expansion circuit extensions.Keywords: 555 multivibrator; divider; counter; decoder; LED display1 绪论1.1 课题背景电子钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置，与机械时钟相比具有更高的准确性和直观性，且无机械装置，具有更长的使用寿命。电子钟已成为人们日常生活中必不可少的必需品，广泛用于个人家庭以及车站、码头
6、、剧院、办公室等公共场所，给人们的生活、学习、工作、娱乐带来极大地方便。 。数字电子时钟从原理上讲是一种典型的数字电路，其中包括了组合逻辑电路和时序电路。目前，数字电子时钟的功能越来越强，并且有多种专门的大规模集成电路可供选择。数字电子时钟实际上是一个对标准频率（1Hz）进行计数的计数电路。由于计数的起始时间不可能与标准时间（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时间信号必须做到准确稳定。通常使用石英晶体振荡器电路构成数字电子时钟。数字电子钟，它具有走时准确、稳定性能好和使用方便等的特点。具有快速校准时、分、秒的功能。广泛用于个人家庭,车站, 码头办公室等公共场所,
7、成为人们日常生活中不可少的必需品,由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的广泛应用,使得数字钟的精度,运运超过老式钟表, 钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便，而且大大地扩展了钟表原先的报时功能。本次课程设计要求设计一个数字电子钟，并且了解熟悉数字钟的原理，加深对我们所学知识的了解和认识、以及知识迁移的能力。而且通过数字钟的制作进一步的了解各种在制作中用到的中小规模集成电路的作用及实用方法。1.2课题目的电子钟的时钟功能：具有可选的 24h（小时）或 12h（小时）的计时方式，显示时、分、秒；具有快速校准时、分、秒的功能；能设置起闹时刻、响闹时间为 1min（分钟），超过 1min（分钟
8、）自动停止；具有人工止闹功能，止闹后不再重新操作，将不再发生起闹；具有整点报时功能。因此设计一个数字电子钟需要用中小规模集成电路设计一个能够显示“时” 、 “分” 、 “秒” ，的电子数字钟。具体要求如下：1.计 时 要 12 翻 1， 分 ， 秒 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 。4.自 动 整 点 报 时 。1.3 方 案 设 计 及 论 证1.3.1 方 案 设 计数字钟是一个将“ 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
9、有校时功能和一些显示星期、报时、停电查看时间等附加功能。数字电子钟一般由六个部分组成，其中振荡器和分频器组成标准的秒信号发生器，由不同进制的计数器、译码器和显示器组成计时系统。秒信号送入计时器进行计数，把累计的结果以“时” 、 “分” 、 “秒”的十进制数字显示出来。 “时” 显示由二十四进制计数器、译码器和显示器构成， “分” 、 “秒”显示分别由六十进制计数器、译码器和显示器构成。它由 555多谐振荡器，分频器，计数器，译码显示器和校正电路组成。1.3.2方案论证一个基本的数字钟电路主要由译码显示器、 “时” ， “分”， “秒”， “星期”计数器、校时电路、报时电路和振荡器组成。干电路系
10、统由秒信号发生器、 “时、分、秒、星期” 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，一般用石英晶体振荡器加分频器来实现。将标准秒信号送入“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，可实现对一天 24小时的累计。每累计 24小时，发出一个“星期脉冲” 信号，该信号将被送到“ 星期计数器 ”， “
11、星期计数器”采用 7进制计时器，可实现对一周 7天的累计。译码显示电路将“ 时 ”、 “分”、 “秒” 、 “星期”计数器的输出状态送到七段显示译码器译码，通过七位 LED七段显示器显示出来。整点报时电路时根据计时系统的输出状态产生一脉冲信号，然后去触发一音频发生器实现报时。校时电路时用来对“时” 、 “分”、“秒”、 “星期”显示数字进行校对调整的。本实验使用的芯片有 555时基电路一块，74LS90 十块，74LS08 五块，以及 TTL逻辑门若干，电阻电容若干，电源导线若干.根据实验原理图进行连线组成一个电路图。1.4系统框图2主要原件2.1多谐振荡器振荡器是计时器的核心，主要用来产生时
12、间标准信号，也叫基信号。数字钟的精确主要取决于时间标准信号的频率及稳定度。振荡器的频率越高，计时的精度就越高，但耗电量将增大。石英晶体振荡器的特点是振荡频率准确、电路结构简单、频率调整。它还具有压电效应，在晶体某一方向加一电场，则在与此垂直的方向产生机械振动，有了机械振动，就会在相应的垂直面上产生电场，从而使机械振动和电场互为因果，这种循环过程一直持续到晶体的机械强度限制时，才达到最后稳定，这种压电谐的频率即为晶体振荡器的固有频率如果精度要求不高，可采用集成电路 555定时器与 RC组成的多谐振荡器。（一）由集成逻辑门与 RC组成的时钟源振荡器或由集成电路定时器 555与 RC组成的多谐振荡器
13、作为时间标准信号源。 （二）石英晶体振荡器常见石英晶体振荡器的频率 fo=32768Hz.振荡器主要由石英晶体、电阻、电容。反相器组成。其电路如图所示：2.2计数器各功能块电路图数字钟从原理上讲是一种典型的数字电路，可以由许多中小规模集成电路组成，所以可以分成许多独立的电路。（一）六进制电路由 74HC390、7400 、数码管与 4511 组成，电路如下图图 4 所示：图 2.2 六进制电路2.3六十进制电路因为电子钟由秒，分，时组成。分别为60进制和24进制。采用一片4511接成60进制，4511的第一组4位二进制接成秒的个位，另一位接成秒的十位，分也为“60”进制，时为“24”进制。这两
14、种进制的次序和二进制完全相同，只是模数不是2的整幂。采用反馈置零法清零，先按二进制计数器串联起来构成计数器，当计数状态达到所需的脉冲模值后，经过电路译码，反馈，产生复位脉冲将计数器清零，然后重新开始进行下一个循环。由两个数码管、两4511、一个74HC390与一个7400芯片组成，电路如下图所示。（四）双六十进制电路由 2个六十进制连接而成，把分个位的输入信号与秒十位的 Qc相连，使其产生进位，当秒的十位达到 6的时候，向分个位进一。电路图如附图 1。（五）时间计数电路由 1个十二进制电路、2 个六十进制电路组成，因上面已有一个双六十电路，只要把它与十二进制电路相连即可图 2.3 六十进制电路
15、的2.4译码与 LED显示译码是把给定的代码进行翻译，将时分秒计数器输出的四位二进制代码翻译为相应的十进制数，并通过LED显示器显示，通常LED显示器与译码器是配套使用的。六个 74LS47集成电路构成数字钟的七段数码显示管显示译码/驱动器。74LS47 七段显示译码器输出高电平有效，将 8421BCD码译成七段（a、b、c、d、e、f、g）输出，用以直接驱动 LED七段数码显示对应的十进制数。74LS248 的显示功能见功能表的上半部分。DCBA是二进制码输入，要正确的执行显示功能，有关的功能端必须接合适的逻辑电平，这些功能端的作用随后介绍。对于 09 输入，DCBA相当 BCD8421码。
16、当超过 9以后，译码器仍然有字型输出，具体见。当DCBA=1111 时，数码管熄灭。实验时要在笔划段电极串联电阻，以保护 LED数码管。74LS47显示字型与输入的对应关系 。六个 LED七段数码显示管利用不同发光段组合的方式显示不同数码，都采用+5V 电源作为每段发光二极管的驱动电源。需要发光的段为高电平，不发光的段为低电平。设计中采用共阴极数码管，每段发光二极管的正向降压，随显示光的颜色有所不同，通常约 2V3V，点亮电流在 510mA。六个 LED七段数码显示管分别显示秒个位、十位；分个位、十位；时个位、十位的计数十进制数。电路图如下图所示：图 2.4译码器显示电路2.5校时电路校时模块
17、的设计思路如图所示，使用实验箱上的消除抖动的按键开关，每按一次就输出一个信号，调节分个位和时个位，考虑到实际接线时可能会出现干扰现象，即校时模块中的校时信号会影响到原来的秒十位进位信号和分十位进位信号，所以进位信号输入和校时信号输入接在不同的时钟端，这刚好利用了CD4518有两个时钟输入端的优点。图 2.5校时电路图2.6数字电子钟原理图整个数字钟由时间计数电路、555多谐振荡电路、校正电路组成。其中以校正电路代替时间计数电路中的时、分、秒之间的进位，当校时电路处于正常输入信号时，时间计数电路正常计时，但当分校正时，其不会产生向时进位，而分与时的校位是分开的，而校正电路也是一个独立的电路。电路
18、的信号输入由555多谐振荡器电路产生，并输入各电路。三 结论通过这次对数字钟的设计，让我收获很多。首先我第一次深入的了解了设计电路的流程，让我懂得了我们学习数字电子技术的重要性。当我开始设计这一个课的时候，经过老师和光学的帮助懂得了在课题设计应该先进行可行性论证。多预先设计几套方案，然后对各设计的各个方案进行对比。主要是对设计的产品进行性价比。因为我们设计的产品总是需要符合品质高，性能好，费用低等条件。另外在这次课题设计时让我加深了对电路的认识和对芯片的了解及其应用。以前大学上课都是上一些最基本的理论东西，而现在却可以将以前学的东西有效的发挥作出有实际价值的东西。让我收获很多.并且在这个过程中
19、，我也学得到很多在书本上学不到的东西。这次课程设计也再次让我看到理论与实践的差别和联系，理论固然重要，然而我们要在实践中发现错误，并解决错误，也提高了自己的动手能力和实际解决问题的能力。通过这次学习，让我对各种电路也都有了大概的了解。但是由于时间方面的原因还有一些东西没有很好的掌握，这对我来说也许是一个遗憾吧。但是我相信只要我继续努力也能够在以后的时间里面来学习这个知识。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总之，在这次数字电子钟的课题设计中虽然我在设计方面有欠缺，需要去提升和改进去研究，也还要学习。但是我还是有很大的收获。相信在我以后的学习道路上有很好的
20、帮助。四 参考文献1李振声.实验电子技术.国防工业出版社，2001 年2任为民.电子技术基础课程设计.中央广播电视大学出版社，1997 年3梁延贵 现代集成电路实用手册。4 康华光 电子技术基础（数字部分） 。 北京：高等教育出版社5 康华光 电子技术基础（模拟部分） 。 北京：高等教育出版社五 致谢再次首先要感谢我的家人，感谢他们的养育之恩。让我有机会进入大学里面继续学习。然后感谢湖南文理学院和电气与信息工程学院，在我课题研究过程中给与我良好的学习环境以及一定设备的供用。让我很好的完成了这次课题设计。另外还要感谢我们课程设计的王文虎老师和曾进辉老师。在选题时很高兴得到王文虎老师的悉心指导。在设计报告的时候曾进辉老师给我很多的帮助和支持。最后在此，谨向曾进辉致以诚挚的谢意和崇高的敬意。最后还要感谢一下黄帅同学的帮助， 在我这次课题设计中有着至关重要的作用。帮助我解答了很多问题。
