電子時鐘設計報告書

1、目 錄1前言 12設計目的 13設計任務 14設計方案 15數字鐘電路設計原理 25.1設計步驟 25.2數字鐘的構成 25.3數字鐘的工作原理 46總結 87.附錄 108.參考文獻 119.致謝 13一、前言數字鐘是采用數字電路實現(xiàn)對時、分、秒數字顯示的計時裝置，以其顯示的直觀性、走時準確穩(wěn)定而受到人們的歡迎，廣泛用于個人家庭、車站、碼頭、辦公室等公共場所，給人們的生活、學習、工作、娛樂帶來了極大的方便，已成為人們日常生活中不可少的必需品，由于數字集成電路的發(fā)展和石英晶體與 555 振蕩器的廣泛應用，使得數字鐘的精度遠遠超過老式鐘表，鐘表的數字化給人們生產生活帶來了極人的方便，而且大大地擴

2、展了鐘表原先的報時功能。諸如定時自動報警、按時自動打鈴、時間程序自動控制、定時廣播、通斷動力設備、以及各種定時電氣的自動啟用等，所有這些，都是以鐘表數字化為基礎的。因此，研究數字鐘及擴大其應用，有著非?，F(xiàn)實的意義。二、設計目的1.掌握數字鐘的設計方法。2熟悉集成電路的使用方法。3通過實訓學會數字系統(tǒng)的設計方法；4通過實訓學習元器件的選擇及集成電路手冊查詢方法；5通過實訓掌握電子電路調試及故障排除方法；6熟悉數字實驗箱的使用方法。三、設計任務及指標 （1） 設計制作一個數字電子鐘。（2）時間計數電路采用24進制，從00開始到23后再回到00；（3）各用2位數碼管顯示時、分、秒； （4）具有手動校

3、時、校分功能，可以分別對時、分進行單獨校正；（5）計時過程具有報時功能，當時間到達整點前10秒開始，蜂鳴器響1秒停1秒地響5次；四、設計方案一個基本的數字鐘電路主要由譯碼顯示器、“時”，“分”，“秒”計數器和定時器組成。干電路系統(tǒng)由秒信號發(fā)生器、“時、分、秒、”計數器、譯碼器及顯示器、電路組成。首先構成一個由32768Hz的石英晶體振蕩器和由CD4060構成的分頻器構成的產生震蕩周期為一秒的標準秒脈沖，由74LS161采用清零法分別組成六十進制的秒計數器、六十進制分計數器、二十四進制時計數器和七進制的周計數器。使用由32768Hz的石英晶體振蕩器和由CD4060構成的分頻器構成的產生震蕩周期為

4、一秒的標準秒脈沖，把秒計數器地進位輸出作為分計數器的CP脈沖，分計數器的進位輸出作為時計數器的CP脈沖，時計數器的進位輸出作為周計數器的CP脈沖。使用74LS48為驅動器， BS201A數碼管作為顯示器。五、數字鐘電路設計原理5.1設計步驟1、設計一個精準的秒脈沖產生電路；2、設計60進制、24進制計數器；3、設計譯碼顯示電路；4、設計校時電路；5、設計整點報時電路。5.2數字鐘的構成 數字鐘實際上是一個對標準頻率（1HZ）進行計數的計數電路。由于計數的起始時間不可能與標準時間（如北京時間）一致，故需要在電路上加一個校時電路，同時標準的1HZ時間信號必須做到準確穩(wěn)定。通常使用石英晶體振蕩器電路

5、構成數字鐘。下圖為數字鐘的構成框圖。圖15.2.1石英晶體振蕩器 石英晶體本身并非振蕩器，它只有借助于有源激勵和無源電抗網絡方可產生振蕩。晶體的頻率（基頻或n次諧波頻率）及其溫度特性在很大程度上取決于其切割取向。振蕩器是數字鐘的核心，石英晶體振蕩器的特點是振蕩的頻率準確，電路結構簡單，頻率易于調整。石英晶體振蕩器電路給數字鐘提供一個頻率穩(wěn)定準確的32768z的方波信號，可保證數字鐘的走時準確及穩(wěn)定。不管是指針式的電子鐘還是數字顯示的電子鐘都使用了晶體振蕩器電路。5.2.2分頻器在數字電路中，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

6、頻比。例如，2分頻器的輸出信號頻率是輸入信號頻率的，8分頻器的輸出信號頻率是輸入信號頻率的。分頻器電路將32768z的高頻方波信號經32768（）次分頻后得到1Hz的方波信號供秒計數器進行計數。分頻器實際上也就是計數器。5.2.3計數器在數字鐘電路中，時間計數電路由秒個位和秒十位計數器、分個位和分十位計數器及時個位和時十位計數器電路構成，其中秒個位和秒十位計數器、分個位和分十位計數器為60進制計數器，而根據設計要求，時個位和時十位計數器為24進制計數器，周計數器為7進制計數器。有了時間標準“秒”信號后，就可以根據“60秒為1分”、“60分為1小時”、“24小時為1天”、“7天為1周”的計數周期

7、，分別組成。將這些計數器適當連接，就可以實現(xiàn)“秒”、“分”、“時”、“周”的計時功能。5.2.4譯碼器要將“秒”、“分”、“時”、“周”的狀態(tài)顯示成清晰的數字符號，就需要將計數器的狀態(tài)經譯碼器進行譯碼，并通過顯示器將其顯示出來。譯碼驅動電路將計數器輸出的8421BCD碼轉換為數碼管需要的邏輯狀態(tài)，并且為保證數碼管正常工作提供足夠的工作電流。5.2.5數碼管數碼管通常有發(fā)光二極管（LED）數碼管和液晶（LCD）數碼管，本設計提供的為數碼管。5.3數字鐘的工作原理5.3.1 分頻電路本次課程設計中采用CD4060來構成分頻電路。CD4060在數字集成電路中可實現(xiàn)的分頻次數最高，而且CD4060還包

8、含振蕩電路所需的非門，使用更為方便。CD4060計數器為級進制計數器，可以將Z的信號分頻為Z，其內部框圖如圖所示，從圖中可以看出，CD4060的時鐘輸入端兩個串接的非門，因此可以直接實現(xiàn)振蕩和分頻的功能。圖2 分頻電路要得到1Hz的秒信號，可以將2Hz的信號輸入到2分頻電路中，本次課程設計采用74LS74 D觸發(fā)器作為2分頻電路，從輸出端可得到1Hz的秒脈沖。圖3 秒脈沖電路如上圖所示，電路由14級二進制串行計數器CC4060和晶體、電阻及電容構成。CC4060內部所含的門電路和外接元件構成振蕩頻率為32768Hz的振蕩器。經計數器作14級分頻后得到頻率為1Hz（周期為1s）的脈沖。5.3.2

9、計數器電路a.六十進制計數。秒計數器的電路形式很多，一般都是由一級十進制計數器和一級六進制計數器組成。下圖所示是用兩塊中規(guī)模集成電路74LS161按反饋置零法串接而成。秒計數器的十位和個位，輸出脈沖除用作自身清零外，同時還作為“分”計數器的輸入信號。分計數器電路與秒計數器相同。圖4 六十進制計數b.二十四進制計數。下圖所示為二十四進制小時計數器，是用兩片74LS161組成的。圖5 二十四進制計數5.3.3譯碼和顯示電路計數器實現(xiàn)了對時間的累計以8421BCD碼形式輸出，選用顯示譯碼電路將計數器的輸出數碼轉換為數碼顯示器件所需要的輸出邏輯和一定的電流，選用74LS247作為顯示譯碼電路，選用LE

10、D七段數碼管作為顯示單元電路。圖6 譯碼和顯示電路5.3.4 校準電路圖7 校準電路數字鐘應具有分校正和時校正功能，因此，應截斷分個位和時個位的直接計數通路，并采用正常計時信號與校正信號可以隨時切換的電路接入其中。即為用COMS與或非門實現(xiàn)的時或分校時電路，In1端與低位的進位信號相連；In2端與校正信號相連，校正信號可直接取自分頻器產生的1HZ或2HZ（不可太高或太低）信號；輸出端則與分或時個位計時輸入端相連。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

11、校時狀態(tài)。實際使用時，因為電路開關存在抖動問題，所以一般會接一個RS觸發(fā)器構成開關消抖動電路，所以整個較時電路就如圖5.3.5 報時電路圖8報時電路電路應在整點前10秒鐘內開始整點報時，即當時間在59分50秒到59分59秒期間時，報時電路報時控制信號。當時間在59分50秒到59分59秒期間時，分十位、分個位和秒十位均保持不變，分別為5、9和5，因此可將分計數器十位的Q和Q 、個位的Q和Q及秒計數器十位的Q和Q相與，從而產生報時控制信號。報時電路可選74HC30來構成。74HC30為8輸入與非門。六、總結在連接六十進制的進位及二十四進制的接法中,要求熟悉邏輯電路及其芯片各引腳的功能,那么在電路出

12、錯時便能準確地找出錯誤所在并及時糾正了.通過這次對數字鐘的設計與制作，讓我了解了設計電路的程序，也讓我了解了關于數字鐘的原理與設計理念，加強了我們動手、思考、合作和解決問題的能力。認識來源于實踐，實踐是認識的動力和最終目的，實踐是檢驗真理的唯一標準。設計也是一個團隊的任務，一起工作可以讓我們有說有笑，相互幫助，配合默契，大學里一年的相處還趕不上這十來天的合作，我感覺我和同學們之間的距離更加近了。團隊需要個人，個人也離不開團隊，必須發(fā)揚團結協(xié)作的精神。團結協(xié)作是成功的一項非常重要的保證。對我們而言，知識上的收獲重要，精神上的豐收更加可喜。挫折是一份財富，經歷是一份擁有。通過這次課程設計，我懂得了

13、理論與實際相結合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結合起來，從理論中得出結論，才能真正為社會服務，從而提高自己的實際運用能力和獨立思考的能力。在設計的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，這畢竟第一次做的，難免會遇到過各種各樣的問題，同時在設計的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對以前所學過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。這次課程設計終于順利完成了，在設計中遇到了很多專業(yè)知識問題，最后在老師的辛勤指導下，終于迎刃而解。同時，在老師的身上我們也學到很多實用的知識，在此表示感謝！同時，對給過我?guī)椭乃欣蠋熀屯瑢W表示衷心的感謝！附錄表1 元器件清單器件名稱規(guī)格 數量CD4511 6CD4060 174LS00 574LS30 174LS90 674LS74 174LS04 11K電阻 2.3K電阻 410M電阻 130-50pF可調電容 2二位數碼管 3晶振（