數(shù)字鐘最終版本

1、瓊州學院本科生課程設計 數(shù)字電子技術課程設計設計題目： 數(shù)字鐘Digital Clock 專 業(yè)： 通 信 工 程 班 級： 2 0 0 9 級 學生姓名： 王 威 學 號： 0 9 2 1 6 0 3 5 起止日期： 2011、52011、6 指導教師： 楊 偉 2011年6月數(shù)字鐘摘要：數(shù)字鐘是一種既具有邏輯電路又具有時序電路的一種典型性的數(shù)字電路，它是用以實現(xiàn)時、分、秒的計時裝置，它由振蕩器、分頻器、計數(shù)器、譯碼器、顯示器、來達到六十進制，和二十四進制，以及整點報時的設計要求。關鍵詞： 數(shù)字鐘、進制、振蕩器、分頻器、計數(shù)器、譯碼器、顯示器 校時，報時1、設計要求： 時鐘功能 具有顯示日、

2、時、分、秒的功能； 具有快速較準時、分、秒的功能； 具有整點報時的功能，在離整定10s時，便自動發(fā)出鳴叫聲，步長1s，每隔1s鳴叫一次，前4響是低音，后1響為高音，共鳴叫5次，最后1響結束時為整點； 整點報時高音為1000Hz； 計時準確度 每天計時誤差不超過10秒2、數(shù)字時鐘的電路系統(tǒng)設計：2.1設計原理數(shù)字電子鐘是一個對標準頻率（1HZ）進行計數(shù)的計數(shù)電路。它由振蕩器、分配器、計數(shù)器、譯碼器和顯示器電路組成。振蕩器產(chǎn)生的時鐘信號經(jīng)過分頻器形成秒脈沖信號，秒脈沖信號輸入計數(shù)器進行計數(shù)，并把累計結果以“時”、“分”、“秒”的數(shù)字顯示出來。秒計數(shù)器電路計滿60后觸發(fā)分計數(shù)器電路，分計數(shù)器電路計滿

3、60后觸發(fā)時計數(shù)器電路，當計滿24小時后又開始下一輪的循環(huán)計數(shù)。通過校時電路可以對分和時進行校時，且計時過程具有報時功能，當時間到達整點前10秒開始，蜂鳴器1秒響1秒停地響5次。2.2整體構思數(shù)字鐘是用計數(shù)器、譯碼器和顯示器等集成電路實現(xiàn)“時”、“分”、“秒”按照數(shù)字方式顯示的計數(shù)裝置，主要由振蕩器、分頻器、校時電路、整點報時電路、計數(shù)器、譯碼器和顯示器六部分組成；1 蕩器電路：555多諧震蕩電路電路給數(shù)字鐘提供一個頻率方波信號，可保證數(shù)字鐘的走時穩(wěn)定。分頻器電路：分頻器電路將高頻方波信號經(jīng)分頻后得到低頻的方波信號供秒計數(shù)器進行計數(shù)。分頻器實際上也就是計數(shù)器。時間計數(shù)器電路：時間計數(shù)電路由秒個

4、位和秒十位計數(shù)器、分個位和分十位計數(shù)器及時個位和時十位計數(shù)器電路構成，其中秒個位和秒十位計數(shù)器、分個位和分十位計數(shù)器為60進制計數(shù)器，而根據(jù)設計要求，時個位和時十位計數(shù)器為24進制計數(shù)器。譯碼驅(qū)動電路：譯碼驅(qū)動電路將計數(shù)器輸出的4511BD碼轉(zhuǎn)換為數(shù)碼管需要的邏輯狀態(tài)，并且為保證數(shù)碼管正常工作提供足夠的工作電流。 整點報時電路：一般時鐘都應具備整點報時電路功能,即在時間出現(xiàn)整點前數(shù)秒內(nèi),數(shù)字鐘會自動報時,以示提醒.其作用方式是發(fā)出連續(xù)的或有節(jié)奏的音頻聲波。時顯示器分顯示器秒顯示器時譯碼器分譯碼器秒譯碼器時計數(shù)器分計數(shù)器秒計數(shù)器校正電路振 蕩 器分頻器報時 數(shù)字鐘總體框架圖（1）3、數(shù)字鐘各部分

5、電路的設計3.1振蕩器電路振蕩器是數(shù)字鐘的核心。振蕩器的穩(wěn)定度及頻率的精確度決定了數(shù)字鐘計時的準確程度，通常選用石英晶體構成振蕩器電路，也可以選擇555定時器。我在這里選擇的是555定時器。555定時器是一種應用極為廣泛的中規(guī)模集成電路，因集成電路內(nèi)部含有3個5K電阻而得名。該電路使用靈活、方便，只需接少量的阻容元件就可以構成施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器，且價格便宜。555定時器廣泛應用于信號的產(chǎn)生、變換、控制與檢測。表2-1 555定時器的功能表復位端高電平觸發(fā)端U11低電平觸發(fā)端U12放電三極管VTD輸出端UO0導通012/3VCC1/3VCC導通011/3VCC不變不變12/3

6、VCC1/3VCC截止112/3VCC1/3VCC截止1555定時器構成的振蕩電路如圖 圖2用555組成的脈沖產(chǎn)生電路: R3=R4=47KC=10F，則理論上555所產(chǎn)生的脈沖的為:f=1/（R3+2R4）Cln2=1/(47000+47000*2)*0.000001=1Hz,而設計要求為1Hz,因此理論上其誤差為0,但是在實際中有很大的不確定性。圖33.2 時間計數(shù)電路的設計時間計數(shù)電路由秒個位和秒十位計數(shù)器、分個位和分十位計數(shù)器及時個位和時十位計數(shù)器電路構成，其中秒個位和秒十位計數(shù)器、分個位和分十位計數(shù)器為60進制計數(shù)器，而根據(jù)設計要求，小時計數(shù)器為24進制計數(shù)器。用6個74LS90組成

7、兩個60進制和一個24進制計數(shù)器。分別如圖4和5。圖4對于上圖，74LS90芯片的引腳8、9、11、12分別對應QC、QB、QD、QA四個輸出端，而第5端和第10端分別接高電平和地，上圖已默認，就不畫出，下面的電路圖凡涉及到芯片本身就需要接高電平和地的引腳亦不畫出。當分的74LS90芯片的進位輸入端11端的脈沖進位信號傳到時的脈沖輸入端時，時便計數(shù)一次，并且其十位和個位的進位關系與分（秒）的十位和個位的進位關系一樣，此處不再重述。24進制電路圖如圖5。圖53.3整點報時電路的設計當分和秒計數(shù)器計到59分50秒時，“分”十位QDQCQBQA=0101，“分”個位QDQCQBQA=1001，“秒”

8、十位QDQCQBQA=0101，“秒”個位QDQCQBQA=0000，從59分50秒到60分0秒（0分0秒），只有“秒”個位在計數(shù)，最后到整點時全部置“0”，從圖中可以看出在59分50秒到59分59秒，門2的輸入全為高電平，門3輸入除“秒”個位QA外也是高電平，那么當秒個位QA=1（QA=0）時門3輸出高電平，這個時間正對應是50秒、52秒、54秒、56秒、58秒。在這幾個時間上，500HZ的振蕩信號可以通過門1，再經(jīng)過門4送出音響電路，發(fā)出五次音響。而當時間達到整點時，門3輸出為0，500Hz的信號不能通過門1。此刻在分十位有一個反饋歸零信號QCQB，把它引來觸發(fā)由門6、門7構成的基本RS觸

9、發(fā)器并使門6的輸出為高電平“1”，這時1KHz振蕩信號可以通過門5，再經(jīng)門4，送入音響電路，在整點時，報出最后一響。觸發(fā)器的狀態(tài)保持1S時間后被“秒”個位QA作用回到零，整個電路結束報時。報時所需的500Hz和1KHz信號可以從分頻電路中取出。圖63.4校時電路的設計數(shù)字種啟動后,每當數(shù)字鐘顯示與實際時間不符進,需要根據(jù)標準時間進行校時。由于秒鐘誤差比較的小，在這里不進行“秒”校時，校“分”、“時”的原理比較簡單，采用加速校時，即用外開關通過與非門開通電路的脈沖通道使其進入“時”或者“分”的CLOCK輸入端，作為計數(shù)脈沖進行校時。如圖所示，當開關打向下時，因為校正信號和0相與的輸出為0，而開關

10、的另一端接高電平，正常輸入信號可以順利通過與或門，故校時電路處于正常計時狀態(tài)；當開關打向上時，情況正好與上述相反，這時校時電路處于校時狀態(tài)。與非門可選74LS00，非門則可用與非門2個輸入端并接來代替節(jié)省芯片。因此實際使用時，須對開關的狀態(tài)進行消除抖動處理，圖加2個0.01uF的電容。 圖73.5分頻器的設計在數(shù)字電路中，分頻器是一種可以進行頻率變換的電路，其輸入、輸出信號是頻率不同的脈沖序列。輸入、輸出信號頻率的比值稱為分頻比。分頻器是用于產(chǎn)生標準的“秒”計時信號，在本項設計中需要1KHz、500Hz、1Hz的脈沖信號。我們知道把555定時器產(chǎn)生的1KHz的時間標準信號，經(jīng)過103分頻，即需

11、要經(jīng)過3級十分頻得到1Hz的“秒”計時信號。再經(jīng)2分頻獲得500Hz脈沖信號，因此我們用三塊74LS90來實現(xiàn)3級十分頻。 圖83.6譯碼驅(qū)動顯示電路譯碼電路的功能是將“秒”、“分”、“時”計數(shù)器的輸出代碼進行翻譯，變成相應的數(shù)字。用于驅(qū)動LED七段數(shù)碼管的譯碼器常用的有4511BD。4511BD是BCD-7段譯碼器/驅(qū)動器，其具有BCD轉(zhuǎn)換、消隱和鎖存控制、七段譯碼及驅(qū)動功能的CMOS電路能提供較大的拉電流。可直接驅(qū)動LED顯示器，專用于驅(qū)動LED七段共陽極顯示數(shù)碼管。由4511BD和LED七段共陽數(shù)碼管組成的一位數(shù)碼顯示電路如圖所示。若將“秒”、“分”、“時”計數(shù)器的每位輸出分別接到相應七

12、段譯碼器的輸入端，便可進行不同數(shù)字的顯示。 圖94、整體電路圖設計 圖10本次設計后的方案分電源電路、時間計數(shù)電路、正點報時電路、校時電路、秒信號發(fā)生器電路和譯碼驅(qū)動顯示電路等幾個模塊，設計后分別送到計算機模擬軟件Multisim10中中進行模擬調(diào)試用實驗室的秒表進行測試數(shù)字鐘的精確度，測試結果如表1；表1 數(shù)字鐘時間與秒表時間的比較表秒表時間(單位：秒)數(shù)字鐘時間誤差（單位：秒）0000：00：0003000：00：30060.0100：01：000.019000：01：30012000：02：000150.0200：02：300.02180.0300：03：000.035、誤差分析從表1可

13、看出，誤差接近于0，而且理論上，誤差本來是累積的，但實際上不然，該表的數(shù)據(jù)已顯示數(shù)字鐘走了90秒和120秒時的誤差與走了60秒的誤差并不相關聯(lián)，亦即誤差不累積。因此易得出此誤差值為人的反應時間（包括視覺反應時間和手的反應時間），并不是數(shù)字鐘本身的誤差。因此，此數(shù)字鐘的精確度相當高，滿足設計要求。6、原件清單；表2 元器件清單一覽表元器件數(shù)量SN74LS90N9 CD4511BE6數(shù)碼顯示管6 74LS004 10K滑動變阻器10.1uF電容2 5.1K電阻12K電阻1 555定時器4蜂鳴器1 0-50歐電阻6 74LS082單刀雙擲開關2電感47、實驗心得體會1、加強了團隊合作精神。很難想象，

14、如果我們各人之間沒有好好的配合，設計過程將成為一團亂麻。正是由于各人做好了應該做的工作，整個過程才能一氣呵成。更為可貴的是，我們彼此鼓勵，同舟共濟地處理每個問題。這種團隊精神將是我們美好的回憶。2、提高了對芯片的認識。為了在實驗室里做好測試工作，我們必須對所用到的芯片了解得一清二楚。通過查閱手冊，或者詢問老師，我們終于對芯片的引腳功能熟透，這樣不但測試起來可靠，對以后的學習也是有極大的幫助。3、磨練了我們的意志力。我們花了很多心血來做這個課程設計，但凡事不是一帆風順的，我們遇到了許多困難。有些困難甚至看進來難于解決，確實也是打擊了我們的信心。但我們毫不氣餒，認真地檢查電路。4、做到理論聯(lián)系實際。剛剛學過了數(shù)電這門課程，還沒完全弄懂某些元器件的原理和用途，而此次課程設計恰恰提供了一個好機會，讓我們從實踐中悟出電子技術的深奧之處。在做課程設計的過程中，我深深地感受到了自己所學到知識的有限，明白了只學好課本上的知識是不夠的，要通過圖書館和互聯(lián)網(wǎng)等各種渠道來擴充自己的知識。在實驗過程中我們曾經(jīng)遇到過問題。一個是在電路接好之后計數(shù)的顯示結果不正確,經(jīng)分析，檢察后我們請老師幫我們檢察了電路，知道了是電路導線壞了，于是改正了錯誤。我們遇到的第