搜索
1摘要数字钟是用数字集成电路做成的现代计时器，与传统的机械钟相比，它具有走时准确、显示直观(有荧光七段数码显示器)、无机械传动装置等优点。而且钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便，大大地扩展了钟表原先的报时功能。诸如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、定时启闭电路、定时开关烘箱、通断动力设备，甚至各种定时电气的自动启用等。所有这些都是以钟表数字化为基础的。因此，研究数字钟的应用原理及扩大其应用，有着非常现实的意义。数字钟是采用数字电路实现对“时”，“分”，“秒”的数字显示的计时装置。本系统由振荡器、分频器、计数器、译码器、LED显示器和校时电路组成，采用74LS系列（双列直插式）中小规模集成芯片。总体方案设计由主体电路和扩展电路两大部分组成。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，进行了各单元的设计，总体调试，以实现它的计时周期为24小时，显示满刻度为23时59分59秒。2目录一绪论...............................................................1（一）课题意义...........................................................1（二）研究本课题的目的...................................................1（三）课题研究范围和技术要求.............................................1（四）国内外发展概况.....................................................1（五）指导思想...........................................................2（六）本课题应解决的主要问题.............................................2二数字钟电路设计................................................3（一）可行电路方案比较...................................................3（二）数字钟总体设计.....................................................3（三）数字钟单元电路设计.................................................5（四）数字电子钟电路....................................................11三电路仿真分析................................................12（一）电路仿真分析.......................................................12（二）信号产生电路仿真...................................................13四硬件电路调试................................................14（一）利用面包板调试电路................................................14五电路制板......................................................15（一）利用PROTEL软件布线.................................................15总结...........................................................16谢辞...........................................................17参考文献.............................................................18附录...........................................................191一绪论（一）课题意义数字钟广泛应用于各种场所，具有走时准确、性能稳定等优点。数字钟电路的基本组成包含了数字电路的主要组成部分，因此进行数字钟的设计是非常必要的。数字钟是以不同的计数器为基本单元构成的，只要有计时、计数的存在，就要用到数字钟的原理及结构；同时在日期中，它以其小巧，价格低廉，走时精度高，使用方便，功能多，便于集成化而受大众喜爱。数字钟是采用数字电路实现对“时”、“分”、“秒”数字显示的计时装置。数字钟的精度、稳定度远远超过老式机械钟。与传统机械钟相比，它具有走时准确、显示直观无机械传动装置等优点。在数字显示方面，目前以有集成的记数、译码电路，它可以直观的驱动数码显示器件。也可直接采用CMOS-LED光电组合器件，构成模块式石英晶体数字钟。这些电路装置十分小巧，安装使用也方便，如果想实现大型光电数字显示，可以加一定的驱动电路,采用霓虹灯或白炽灯显示系统，做起来也不困难。（二）研究本课题的目的1、掌握简单数字系统的设计方法，培养数字电路的设计能力。2、掌握数字电子钟的设计制作方法。3、掌握各芯片的逻辑功能及使用方法。4、了解电路设计组装制作调试的基本方法。（三）课题研究范围和技术要求课程设计内容及要求1．设计一个数字电子钟电路。要求：（1）时制式为24小时制。（2）采用LED数码管显示时、分、秒，采用数字显示。（3）当电路发生走时误差时具有校时功能。（4）具有整点报时功能，报时音响为4低1高，即在59min51s、53s、55s、57s输出1024Hz信号，在59min59s时输出2048Hz信号，音响持续时间为1s，最后一响结束时刻正好为整点。计时稳定度优于10-4，可精确校正计时精度。2.用中、小规模集成电路组成数字电子钟，并在实验仪器（可在面包板）上进行组装和调试。3.画出个单元电路图、整机逻辑框图和逻辑电路图，写出设计和实验总结报告。4.选做：日历系统（四）国内外发展概况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2功能。诸如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、定时启闭电路、定时开关烘箱、通断动力设备，甚至各种定时电气的自动启用等，所有这些，都是以钟表数字化为基础的。数字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、剧院、办公室等公共场所，给人们的生活、学习、工作、娱乐带来极大的方便。由于数字集成电路技术的发展和采用了先进的石英技术，使数字钟具有走时准确、性能稳定、携带方便等优点，它还用于计时、自动报时及自动控制等各个领域。数字钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置与机械式时钟相比具有更高的准确性和直观性且无机械装置，具有更长的使用寿命，已得到广泛的使用。数字钟的设计方法有许多种，例如：可用中小规模集成电路组成电子钟；也可以利用专用的电子钟芯片配以显示电路及其所需要的外围电路组成电子钟；还可以利用单片机来实现电子钟等等。这些方法都各有其特点,其中利用单片机实现的电子钟具有编程灵活并便于功能的扩展。20世纪末，电子技术获得了飞速的发展，在其推动下，现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，同时也使现代电子产品性能进一步提高，产品更新换代的节奏也越来越快。（五）指导思想巩固所学知识，掌握简单数字系统设计方法，培养数字电路的设计能力。掌握数字电子钟的设计制作方法。通过设计数字钟，对电子电路设计、分析、制作有更深一步的了解。（六）本课题应解决的主要问题1．设计数字钟电路，包括单元电路设计和整体电路设计。2．对数字钟电路进行软件仿真测试，分析测试结果3．进行电路硬件调试。4．绘制电路板。5.成品组装调试。3二数字钟电路设计（一）可行电路方案比较方案一、采用CPLD作为主控制器控制外围电路进行电压、频率测量，时钟控制、温度测量、键盘和LED控制、报警控制，灵活性较低，不利于各种功能的扩展，在测量电压时将通过A/D测得的数值转化为电压有效值时有一定的困难。方案二：采用单片机来实现系统的控制。键盘用芯片7289控制，时钟芯片采用DS12887，温度传感器采用DS18B20。市电信号电压通过更高精度的AD536A、ICL7135等测得，频率可采用测周期法间接测得。此系统硬件简洁，将复杂的硬件功能用软件实现，因此系统控制灵活，需要软件程序来实现各种控制功能。方案三：采用硬件来完成，可通过用4511，4518，74LS74，74LS00，4060与非门等电子元器件来实现。方案简洁、灵活、可扩展，完全能达到设计要求，不需要软件编程。本设计选取第三种方案，直接使用硬件电路实现，电路结构清晰，电路简单实用，省去软件编程的问题。（二）数字钟总体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。因此，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”，“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。整点报时电路是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。校时电路是用来对“时”、“分”、“秒”、“星期”显示数字进行校对调整的。数字电子钟一般由振荡器、分频器、译码器、显示器等部分组成。这些都是数字电路中应用最广的基本电路。数字电子钟的基本逻辑功能框图如图2-1所示4图2－1数字电子钟逻辑功能框图1.振荡器振荡器是数字钟的核心，它的作用是产生一个频率标准，即时间标准信号，然后再由分频器分成秒脉冲，即“秒”时间脉冲。因此振荡器频率的精度与稳定度基本决定了数字钟的质量。要产生稳定的时标信号一般是采用石英晶体振荡器。从数字钟的精度考虑，晶振频率越高，钟表的计时精度越高。但这会使振荡器的耗电量增大，分频器的级数也要增多。所以在确定频率时应当考虑这两方面的因素，然后再选用石英晶体振荡器型号。2．分频器振荡器产生的时标信号频率很高，要使它变成用来计时的“秒”信号，需要一定级数的分频电路。分频器的级数和每级分频次数要根据时标频率来决定。例如，目前石英电子表多采用32768Hz（215Hz）的时标信号。用n位二进制计数器进行分频后，要得到秒脉冲，可令n=15即可。也就是说，经过十五级二分频即可得到周期为1秒的“秒”脉冲信号。3．计数器有了“秒”信号，则可以根据60秒为1分，60分为1小时，24小时为1天进制。分别选定“秒”、“分”、“时”的计数器。从这些计数器的输出器可以得到1分，1小时和1天的时间进位信号。在“秒”计数器中，因为是60进制，通常用两个十进位制