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数字钟教案一、目标与要求：（1）掌握数字钟的工作原理。（2）掌握典型集成芯片的功能的使用。（3）能通过实际电路方案的分析比较、设计计算、元器件选取和安装调试等环节，初步掌握简单实用电路的分析方法和工程设计方法。（4）掌握调试过程和方法：检查电路、分块调试、静态调试、/动态调试、整机联调和指标测试。（5）能独立解决自行设计过程中遇到的问题。二、实验仪器1、示波器2、直流电压源3、函数信号发生器4、电子课程设计实验箱5、数字万用表6、所需主要元器件及耗材：芯片74LS00，74LS48，CD4518，CD4060，一位数码管，74LS74等三、数字钟的功能要求1、基本功能①准确计时，以数字形式显示时、分、秒的时间②小时的计时要求为“24翻1”，分和秒的计时要求为60进位2、扩展功能校正时间数字钟电路系统由主体电路和扩展电路两大部分所组成,各模块简介以下：①振荡器振荡器产生的稳定的高频脉冲信号，作为数字钟的时间基准，再经分频器输出标准秒脉冲。②计数器秒计数器计满60后向分计数器进位，分计数器计满60后向小时计数器进位，时计数器按照“12翻1”规律计数。③计数器的输出经译码器送显示器。④计时出现误差时可以用校时电路进行校时、校分、校秒⑤扩展电路必须在主体电路正常运行的情况下才能进行功能扩展四、理论设计的步骤与方法数字电路装置是运用数字电子技术实现某种功能的电路系统.本课程设计包括:数字电路的理论设计即逻辑设计,安装调试,并最后做出符合指标要求的数字电路装置.有关安装调试的内容在后面介绍.电路的逻辑设计,通常称为电路的预设计。五、数字钟的组成和原理数字钟一般由石英振荡器、分频器、计数器、译码器/驱动器、显示器以及校时和报时等几部分组成。这些都是数字电路中应用最广泛的基本电路。逻辑框图如图3-1-1所示，石英晶体振荡器产生的脉冲信号送到分频器，分频器将振荡器输出的脉冲信号分成每秒一次（1HZ）的方波作为秒脉冲，秒脉冲信号送入计数器进行计数，并把累计的结果通过译码以“时”、“分”、“秒”的十进制数字显示出来。“秒”、“分”计数均由两级计数器组成的六十进制计数电路实现。“时”计数由两级计数器组成的十二或二十四进制计数电路来实现。所有计数结果由对应的译码器和LED（或LCD）数码管显示出来。1．石英晶体振荡器振荡器是计时器的重要组成部分。它主要用来产生时间标准信号，经分频后得到秒时间脉冲。因此数字钟的精度取决于石英晶体振荡器。从数字钟的精度考虑，晶振频率越高，钟的计时准确度就愈高，但这将使振荡器的耦电量增大，分频电路的级数也要增加，因此一般选取石英晶体频率为32678HZ，这样也便于分频得到1HZ的信号。振荡电路如图1-1-1所示。由石英晶体、微调电容等元器件构成。电容C1、C2与晶体共构成Π网络，完成正反馈选频。图1-1-12．计数电路经过分频器得到的1HZ的秒脉冲信号被送到计时电路，计时电路由六级计数器构成。完成“时”、“分”、“秒”计数。其中“秒”、“分”计数均为六十进制，“时”为十二或二十四进制。由于集成电路的发展，人们不再用触发器去设计这些计数电路，而是使用中规模计数器，采用反馈归零的方法去实现，即当计数状态达到所需模值后，经门电路或触发器译码，反馈产生“复位”脉冲，使计数器清零，然后重新进行下一个循环。（1）二十四进位（2）六十进位4．译码、显示电路译码电路采用专用译码器。其功能是将“时”、“分”、“秒”计数器中计数的输出状态（8421BCD）翻译成七段数码管能显示十进制数所要求的电信号，然后经数码显示器，把数字显示出来。课程设计选用译码器是TTL：74LS48。显示器采用七段一位LED数码管。电路的连接框图如下：图1-1-2译码显示电路的连接5.计数电路可选用TTL系列计数器，可选双计数器，可选用清零法或置数法来实现两个60进制计数电路、一个24进制计数电路。本设计推荐采用CD4518双十进制计数器实现所需6.CD4518基本功能CD4518计数器为D型触发器，具有内部可交换CP和EN线，在对钟上升沿域卜-降沿加计数。其引出端排列和功能表分别见图1-1-3和表1所示。图1-1-3CD4518引出端排列表21CD4518功能表其中，CR线为高电平时,计数器清零。显然，在单个单元运算中，EN输入保持高电平，在CP上升沿进位。7功能部件之间的连接7.1时钟源与计数器及校时电路之间的连接时钟源提供的信号送至秒个位计数器的CP输入端；时钟源提供的信号同时送至校分电路和校时电路的校准输入端a7.2计数器与计数器之间的连接将秒计数器的清零信号送至校分电路的正常输入端作为向分计数器的进位信号；分计数器的清零信号送至校时电路的正常输入端作为向时计数器的进位信号。7.3计数器与译码显示器之间的连接作为信号连接，将各计数器的Q3、Q2、Q1、Q0分别送至译码器的A3、A2、A1、A0端即可。八．安装与调试1、安装在对整体电路和各单元电路充分理解和掌握后，开出清单，领来安装。a．布局。本设计是在面包板上进行电路安装接插，要先对使用集成电路的个数，引脚有个了解。然后在面包板上对集成电路进行总体安排或做到心中有数后部分先安排。b．使用导线。线径为0.5—0.6mm的塑料单股导线,要求线头剪成45`斜口,使能方便的插入面板插口.线头剥皮长度约6~8mm,再使用时应全部插入面包板既能保证良好接触,又避免剥线部分露在外面与其他导线发生短路.c．布线。要求横平竖直、整齐清楚，尽可能使用不同颜色的导线，以利检查。走线不要跨越集成电路。布线的顺序一般是先电源和地线，再布固定电平线，最后按照流程逐级连接各逻辑控制系统，这样可以避免漏线。d．必要时可连接一部分电路，测试一部分电路，逐级完成。2、调试a．用示波器（或频率计）观测石英晶体振荡器是否起振，振荡频率是否32768HZ，如有偏离可调节微调电容对频率作调整。b．将32768HZ信号，分别输入分频器各级输入端，用示波器检查各级输出波形是否正常，如工作正常则连好后可以从输出端得到1HZ的秒脉冲信号。c．将1HZ的秒脉冲信号分别输入各级计数器的输入端，通过显示，观察计数器和显示器是否工作正常。d．调好“秒”、“分”、“时”计数电路和译码显示电路后，则可以通过校时开关，校准“时”、“分”、“秒”，如开关有抖动，可采用防抖开关。如工作正常，整点报时电路应按时发出声响。