数字时钟电路设计书

1吉林建筑工程学院数字电子技术课程设计报告课题名称：数字时钟课程设计2011～2012学年第二学期专业电气工程及自动化班级101班姓名陈贵君学号10110130指导教师王锐魏大慧2012年6月2目录一．前言........................................................................................................................3二．设计要求................................................................................................................3三．设计目的................................................................................................................3四．电路设计方案........................................................................................................4五.单元电路设计及参数计算.......................................................................................55.1.译码显示电路设计...........................................................................................55.2.计数器电路设计...............................................................................................75.3.脉冲发生电路设计...........................................................................................8六．电路原理图及工作原理......................................................................................10数字时钟电路总原理图.......................................................................................11数字时钟电路总仿真图.......................................................................................11秒电路仿真...........................................................................................................12分电路仿真...........................................................................................................13脉冲发生器仿真...................................................................................................13校对电路仿...........................................................................................................14七．电路的安装与测试..............................................................................................14八．心得体会..............................................................................................................14九．参考文献..............................................................................................................15附录１元件清单.......................................................................................153一．前言钟表作为一种定时工具被广泛的使用在生产生活的各方面。人类最初依靠太阳的角度来进行定时，所以受天气的影响比较大，为了克服依靠自然现象定时的缺点人们发明的机器钟表，电子钟表一系列的定时工具。自改革开放以来我国科技得以高速发展，尤其是电子技术的飞速发展。各种各样的电器器材凭空而出。下面我们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，数字电子钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置，与机式时钟相比具有更高的准确性和直观性，且无机械装置，具有更更长的使用寿命，电子钟表具有价格便宜，质量轻，定时误差小等优点，被广泛的应用在生产，生活的各个方面。由于电子钟能提供精确又被广泛的运用在各种测量之中。二．设计要求1.设计一个能直接显示“分”、“秒”的数字电子钟,要求60分钟为一计时周期。2.电路具有校时(分)功能。三．设计目的此次实验设计目的在于培养学生们的操作实践能力。通过对数字时钟原理的学习，增强同学们的理论知识以及思维能力。此次实验设计不单是理论的实现，相反的，更多的在于操作能力的锻炼。通过对数字时钟的实践操作，让同学们从中收获甚多。学会元器件识别、测试和安装的方法，掌握万用表的使用方法，学会利用软、硬件独立进行电子设备的整机装配、调试方法，并达到产品的质量要求，从而锻炼和提高学生的动手能力，巩固和加深对电子学理论知识的理解和掌4握，为以后专业设计、课程设计及毕业设计准备必要的工艺知识和操作技能。培养学生综合运用理论知识解决实际问题的能力。掌握电子线路的基本原理、基本方法，掌握焊接的基本技能，达到焊点大小适中、均匀、圆润、光亮、无虚焊的要求，通过简单电器的安装制作，熟悉电子仪器的安装制作过程和电路的调试及简单故障排除的技能。四．电路设计方案多功能数字钟原理框架如图所示，电路包括以下几个部分：标准秒信号发生器、显示电路、分秒计数器、校时电路。此次数字数字设计利用所给的芯片设计完成。利用4个数码管完成显示电路的设计，所用数码管为共阴性。CD4511是一个用于驱动共阴极LED（数码管）显示电路分译码器秒译码器分计数器秒计数器器分校对电路秒校对电路脉冲发生电路5显示器的BCD码—七段码译码器，所以CD4511用做此次数字时钟的译码器。本实验用到的计数器是74LS90,74LS90是二—五—十进制计数器，它有两个时钟输入端CKA和CKB。其中，CKA和0Q组成一位二进制计数器；CKB和321QQQ组成五进制计数器。设计中用了两个开关，分别用做分、秒校对。最后数码管跳动一秒所用的脉冲由555提供。五.单元电路设计及参数计算5.1.译码显示电路设计由于计数器输出的是一个8421BCD码，所以可以用CD4511译码器和共阴数码管来组成译码显示电路。CD4511是一个用于驱动共阴极LED（数码管）显示器的BCD码—七段码译码器，特点如下：具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的CMOS电路能提供较大的拉电流。可直接驱动LED显示器。用CD4511实现LED与接口方法如表5-1所示：6表5-1CD4511的工作真值表如表5-2所示：输入输出LEBILIDCBAabcdefg显示XX0XXXX11111118X01XXXX0000000消隐01100001111110001100010110000101100101101101201100111111001301101000110011401101011011011501101100011111601101111110000701110001111111801110011110011901110100000000消隐01110110000000消隐01111000000000消隐01111010000000消隐01111100000000消隐0111111000000消隐111XXXX锁存锁存7表3-2CD4511的真值表5.2.计数器电路设计本次电路设计所采用的计数器为74LS90。74LS90是二—五—十进制计数器，它有两个时钟输入端CKA和CKB。其中，CKA和0Q组成一位二进制计数器；CKB和321QQQ组成五进制计数器；若将0Q与CKB相连接，时钟脉冲从ACP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），其BCD码十进制计数时序如表5-4。74LS90的管脚图如图5-3。图5-3表5-4BCD码十进制计数时序CKDQCQBQAQ000001000120010300114010050101601107011181000R0(1)2R0(2)3R9(1)6R9(2)7CKA14QA12CKB1QB9QC8QD1174LS90874LS90的功能：(1)异步清零功能。当R0=R0(2),R0(1)=0时，若R9=R9(1),R9(2)=0时，则计数器清零，并与CK无关。(2)异步置9功能。当R0=R0(2),R0(1)=1时，计数器置9，即被置成1001的状态，置9功能也于CK无关。(3)计数功能，当R0=0,R9=0时计数器计数。根据不同接法，还可实现二进制、五进制。5.3.脉冲发生电路设计555定时器的集成电路引脚如5-5图所示1脚为接地端（GND）、2脚为低触发端（TR）、3脚为输出端（OUT）、4脚为复位端（R）、5脚为控制电压端（CO）、6脚为高触发端（TH）、7脚为放电端（D）、8脚为电源端（VCC）。91001图2-1555定时器电路引脚图9表5-6555定时器的功能表输入中间状态输出放电管状态高触发端THU低触发端TRU直接复位DRRSQ××0××0导通ccV32ccV311010导通ccV32ccV31111保持保持不变ccU32ccV311101截止表5-7555定时器的输入、输出关系复位端R控制电压端CO高出发端VTH低触发端VTR输出端OUTT的状态00**UOL导通10CCV32CCV31UOL导通CCV32CCV31不变不变*CCV31UOH截止1VCOCOV21UOL导通VCOCOV21UOL不变*COV21不变截止555定时器1HZ脉冲输出的计算：由NE555的特性参数可知，当电源电压去5V时，在100mA的输出电流下输出电压的典型值为3.3V，所以取Vcc=5V可以满足对输出脉冲幅度的要求。若采用如下图所示的电路，则：10322R2R1R2R1q故得R1=R2.又由公式可知：T=（R1+2R2）Cln2=1若去C=10uf，则代入上式得到：3R1Cln2=1Cln21R1=48k因R1=R2，所以取两只47k的电阻与一个2k的电位器串联，即得到1HZ的输出脉冲。六