课程设计 数字电子钟

1华南农业大学电子线路综合设计数字电子钟设计2010年6月2摘要在生活中的各种场合经常要用到电子钟，现代电子技术的飞跃发展，各类智能化产品相应而出，数字电路具有电路简单、可靠性高、成本低等优点，本设计就以数字电路为核心设计智能电子钟。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,广泛用于个人家庭,车站,码头办公室等公共场所,成为人们日常生活中不可少的必需品,由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的广泛应用,使得数字钟的精度,运运超过老式钟表,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功能。因此，研究数字钟及扩大其应用，有着非常现实的意义。本设计电路由计时电路、动态显示电路、控制电路、显示电路等部分组成，在数码管上显示24小时计时的时刻，具有清零、保持、校时、报时的功能，并在此基础上增加了星期显示的功能。数字钟计时的标准信号应该是频率相当稳定的1HZ秒脉冲，所以要设置标准时间源。数字钟计时周期是24小时，因此必须设置24小时计数器，应由模为60的秒计数器和分计数器及模为24的时计数器组成，秒、分、时由七段数码管显示。为使数字钟走时与标准时间一致，校时电路是必不可少的。设计中采用开关控制校时直接用秒脉冲先后对“时”，“分”计数器进行校时操作。能进行整点报时，在从59分50秒开始，每隔2秒钟发出一次“嘟”的信号，连续五次，此信号结束即达到正点。关键字振荡器分频器译码器计数器校时电路报时电路3目录1前言·····································································42设计任务·································································42.1课程性质及目的·························································42.2设计要求及指标·························································53数字电子钟的组成和基本工作原理···········································53.1振荡器·································································63.2分频器·································································73.3计数器·································································73.4译码显示电路···························································73.5校时电路·······························································73.6报时电路·······························································74设计步骤与方法···························································74.1振荡电路·······························································74.2分频器电路·····························································84.3计时器电路·····························································94.4译码显示电路···························································104.5校时电路······························································124.6整点报时电路··························································135组装和焊电路板··························································146调试····································································146.1调试原则及顺序·························································146.2调试过程中出现的问题和解决方法········································157结论···································································158收获和体会······························································16致谢······································································17参考文献··································································18英文摘要··································································19附录······································································2041前言中国是世界上最早发明计时仪器的国家。有史料记载，汉武帝太初年间（纪元前104-101年）由落下闳创造了我国最早的表示天体运行的仪器——浑天仪。东汉时期张衡创造了水运浑天仪，为世界上最早的以水位动力的观测天象的机械计时器，是世界机械天文钟的先驱。由此可见，我们的古人在很早以前就已经在计时方面取得了一系列的成就，随着人类科技的一步一步发展，我们使用的计时工具日益先进。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，数字中已成为人们日常生活中的必需品，广泛用于个人家庭以及车站、码头、剧场、办公室等公共场所，给人们的生活、学习、工作、娱乐带来了极大的方便。由于数字集成电子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、集成电路有体积小、功耗小、功能多、携带方便等优点，因此在许多电子产品设备中被广泛应用。电子钟是人们日程生活中常用的计时工具，而数字式电子钟又有体积小、重量轻、走时准确、结构简单、耗电量少等优点而在生活中被广泛应用，因此本次设计就用数字集成电路和一些简单的逻辑们电路来设计一个数字式电子钟，使其完成的现实功能。本次设计以数字电子为主，分别对1S时钟信号、秒计时显示、小时计时显示、整点报时及校时电路进行设计，然后将它们组合，来完成时、分、秒的显示并且有整点报时和走时校准的功能。并通过本次设计加深对数字电子技术的理解以及更熟练的使用计时器、触发器和各种逻辑门电路的能力。电路主要使用集成计时器和译码集成电路，电路使用5号电池供电，很适合日常生活使用。希望通过这次的课程设计，我们能很好地锻炼我们搜索资料的能力，加深我们对所学的专业知识的理解，同时能很好地培养我们的团队合作精神。2设计任务设计制作一个数字电子钟。2.1课程性质及目的数字逻辑课程设计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5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，因此得到了广泛的使用。数字钟从原理上讲是一种典型的数字电路，其中包括了组合逻辑电路和时序电路。因此，我们此次设计与制作数字钟就是为了了解数字钟的原理，从而学会制作数字钟，由数字钟的制作过程进一步了解各种中小规模集成电路的引脚的安排和各芯片的逻辑功能及使用方法，再通过使用Proteus仿真技术，实际运用能力，独立完整地设计具有一定功能的电子电路。2.2设计要求及指标(1)时间计数电路采用24进制，从00开始到23后再回到00；(2)各用2位数码管显示时、分、秒；(3)具有手动校时、校分功能，可以分别对时、分进行单独校正；(4)计时过程具有报时功能，当时间到达整点前10秒开始，蜂鸣器响1秒停1秒地响5次。设计相关提示：(1)为了保证计时的稳定及准确，须由晶体振荡器提供时间基准信号；(2)数字钟由振荡器、计数器、译码器和显示器电路所组成；(3)振荡器产生的时钟信号经过分频器形成1秒信号，秒信号输入计数器进行计数，并把累计结果以“时”、“分”、“秒”的数字显示出来。3数字电子钟的组成和基本工作原理数字电子钟实际上是一个对标准频率进行计数的计数电路。它的计时周期是24小希望通过这次的课程设计，我们能很好地锻炼我们搜索资料的能力，加深我们对所学的专业知识的理解，同时能很好地培养我们的团队合作精神。时，由于计数器的起始时间不可能与标准时间（如北京时间）一致所以采用校准功能和报时功能。数字钟电路主要由译码显示器、校准电路、报时电路、时计数、分计数、秒计数器，振荡电路和单次脉冲产生电路组成。其中电路系统由秒信号发生器、“时”、“分”、“秒”计数器、译码器及显示器、校准电路、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606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小时的计时。译码显示电路将“时”、“分”、“秒”计数器的输出状态通过显示驱动电路，七段显示译码器译码，在经过六位LED七段显示器显示出来。整点报时电路时根据计时系统的输出状态产生一个脉冲信号，然后去触发音频发生器实现报时。校准电路时用来对“时”、“分”、“秒”显示数字进行校对调整的。图1数字钟组成框图3.1振荡器振荡器是数字钟的核心,其的作用是产生一个频率标准时间频率信号,然后再由分频器分秒脉冲,因此,振荡器频率的精度与稳定度基本决定了数字电子钟的质量。振荡器的稳定度及频率的精确度决定了数字钟计时的准确程度，本设计选用晶体振荡器电路。一般来说，振荡器的频率越高，计时精度越高。采用石英晶体振荡器经过分频得到这一个频率稳定准确的32768Hz的方波信号，保证数字钟的走时准确及稳定。译码驱动译码驱动时十位计数分频器电路分频器电路振荡器电路译码驱动译码驱动译码驱动译码驱动时个位计数分十位计数分十位计数秒十位计数秒十位计数校时电路校分电路73.2分频器分频器电路将32768Ｈz的高频方波信号经CD4060后16384（214）次分频后得到2Hz的方波信号，然后信号再经过74LS74分频产生1HZ信号供秒计数器进行计数，为此电路输送一秒脉冲。分频器实际上也就是计数器。3.3计数器时间计数电路由“秒”个位和“秒”十位计数器、“分”个位和“分”十位计数器及“时”个位和“时”十位计数器电路构成，其中“秒”个位和“秒”十位计数器、“分”个位和“分”十位计数器为60进制计数器，通常用2个