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1、数字电子技术课程设计报告设计题目： 数字钟的设计 班级学号： 学生姓名： 指导教师： 时 间：2010 年 12 月 27 日2011 年 1 月 2 日2数字电子技术课程设计任务书一、设计题目：数字钟的设计二、设计任务与要求：1.时钟显示功能，能够以十进制显示“时” 、 “分” 、 “秒” 。其中时为 24 进制，分秒为 60进制。2. 其他功能扩展：（1）设计一个电路实现时分秒校准功能。（2）闹钟功能，可按设定的时间闹时。（3）设计一个电路实现整点报时功能等。三、设计内容与步骤：1. 查阅相关资料；2. 完成设计方案；3. 芯片选定及各单元功能电路分析；4. 画出整体电路原理图（实验） ；
2、5. 完成设计报告。四、设计计划与进度安排：1. 查阅相关资料（12 月 24-26 日） ；2. 完成设计方案及单元电路（12 月 27-29 日） ；3. 完成整体电路原理图（实验）并完成设计报告（12 月 30-1 月 2 日） ；五、设计材料与成果要求：完成整体电路设计，提交设计报告。六、设计考核要求：课程成绩分优秀、良好、中等、及格、不及格。由设计报告结合实验考核。七、设计参考书目：1.EDA 与数字系统设计李国丽编，机械工业出版社，2009 年 3 月2.电子技术实践及仿真孙丽霞编，高等教育出版社，2005 年 1 月3.电子技术基础实验及课程设计刘稿等编，机械工业出版社，2007
3、 年 02 月 4.电子技术实验与课程设计彭介华编，高等教育出版社，1997 年 10 月5.数字电子技术童诗白编著高等教育出版社 2001 年成绩评定表设计报告 实验 得分3数字钟的设计摘要：设计简述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，因此得到了广泛的使用数字电子钟，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。此次设计数字电子钟是为了了解数字电子钟的原理，从而学会制作数字电子钟。而且通过数字电子钟的制作进一步的了解各种在制作中用到的中小规模集成电路的作用及实用方法。且由于数字电子
4、钟电路包括组合逻辑电路和时序电路。通过它可以进一步学习与掌握各种组合逻辑电路与时序电路的原理与使用方法。数字电子钟有下几部分组成：石英晶体振荡器、分频器、秒脉冲发生器、校正电路、60 进制的秒、分计时器和 24 进制计时计数器以及秒、分、时的译码显示部分等。关键词：数字电路 电子钟 数字钟 数字电子钟的课程设计 数字计时器设计 组合逻辑芯片 4目 录1. 设计任务及要求 .52. 设计方案 . 53. 芯片选定及各单元功能电路说明 . 54. 整体电路原理图及实验 .115. 设计体会及改进意见 .126参考资料135一、设计任务与要求：1.时钟显示功能，能够以十进制显示“时” 、 “分” 、
5、 “秒” 。其中时为 24 进制，分秒为 60进制。2. 其他功能扩展：（1）设计一个电路实现时分秒校准功能。（2）闹钟功能，可按设定的时间闹时。（3）设计一个电路实现整点报时功能等。在 59 分 51 秒、53 秒、55 秒、57 秒输出750Hz 音频信号，在 59 分 59 秒时输出 1000Hz 信号，音频持续 1s，在 1000Hz 荧屏结束时刻为整点。二、设计方案：数字电子钟由石英晶体振荡器、分频器、计数器、译码器显示器和校时电路组成。振荡器产生稳定的高频脉冲信号,作为数字钟的时间基准 ,然后经过分频器输出标准秒脉冲。秒计数器满 60 后向分计数器进位 ,分计数器满 60 后向小时
6、计数器进位,小时计数器按照“24 翻 1”规律计数。计数器的输出分别经译码器送显示器显示。计时出现误差时, 可以用校时电路校时、校分。三、芯片选定及各单元功能电路说明：实验器材及主要器件（1） CC4511 6 片（2） 74LS90 5 片（3） 74LS92 2 片（4） 74LS191 1 片（5） 74LS00 5 片（6） 74LS04 3 片（7） 74LS74 1 片（8） 74LS2O 2 片（9） 555 集成芯片 1 片（10）共阴七段显示器 6 片（11）电阻、电容、导线等 若干 振荡器6石英晶体振荡器的特点是振荡频率准确、电路结构简单、频率易调整。它还具有压电效应，在晶
7、体某一方向加一电场，则在与此垂直的方向产生机械振动，有了机械振动，就会在相应的垂直面上产生电场，从而机械振动和电场互为因果，这种循环过程一直持续到晶体的机械强度限止时，才达到最后稳定。这用压电谐振的频率即为晶体振荡器的固有频率。一般来说，般来说，振荡器的频率越高，计时精度越高，但耗电量将增大。如果精度要求不高也可以采用由集成电路定时器 555 与 RC 组成的多谐振荡器。如图 1 所示。设振荡频率 f=1KHz，R 为可调电阻，微调 R1 可以调出 1KHz 输出。 图 1 分频器由于振荡器产生的频率很高，要得到秒脉冲，需要分屏电路。本实验由集成电路定时器 555 与 RC 组成的多谐振荡器，
8、产生 1KHz 的脉冲信号。故采用 3 片中规模集成电路计数器 74LS90 来实现，得到需要的秒脉冲信号。图 2 计数器 7秒脉冲信号经过 6 级计数器，分别得到“秒”个位、十位、“分”个位、十位以及“时”个位、十位的计时。“秒”“分”计数器为六十进制，小时为十二进制。（1）六十进制计数由分频器来的秒脉冲信号，首先送到“秒”计数器进行累加计数，秒计数器应完成一分钟之内秒数目的累加，并达到 60 秒时产生一个进位信号，所以，选用一片 74LS90 和一片 74LS92 组成六十进制计数器，采用反馈归零的方法来实现六十进制计数。其中，“秒”十位是六进制，“秒”个位是十进制。如图 3 所示。图 3
9、（2）十二进制计数“12 翻 1”小时计数器是按照“01020311120102”规律计数的，这与日常生活中的计时规律相同。在此实验中，小时的个位计数器由 4 位二进制同步可逆计数器 74LS191 构成，十位计数器由 D 触发器 74LS74 构成，将它们级连组成“12 翻 1”小时计数器。计数器的状态要发生两次跳跃：一是计数器计到 9，即个位计数器的状态为Q03Q02Q01Q00=1001，在下一脉冲作用下计数器进入暂态 1010，利用暂态的两个 1 即Q03Q01 使个位异步置 0，同时向十位计数器进位使 Q10=1；二是计数器计到 12 后，在第13 个脉冲作用下个位计数器的状态应为
10、Q03Q02Q01Q00=0001，十位计数器的 Q10=0。第二次跳跃的十位清 0 和个位置 1 信号可由暂态为 1 的输出端 Q10，Q01，Q00 来产生。 8十位 个位 十位 个位 CPQ10 Q03 Q02 Q01 Q00CPQ10 Q03 Q02 Q01 Q000 0 0 0 0 0 8 0 1 0 0 01 0 0 0 0 1 9 0 1 0 0 12 0 0 0 1 0 0 1 0 1 03 0 0 0 1 14 0 0 1 0 0 10 1 0 0 0 05 0 0 1 0 1 11 1 0 0 0 16 0 0 1 1 0 12 1 0 0 1 07 0 0 1 1 1 1
11、3 0 0 0 0 1图 4 M12 计数器功能表 译码器 译码是指把给定的代码进行翻译的过程。计数器采用的码制不同，译码电路也不同。CC4511 驱动器是与 8421BCD 编码计数器配合用的七段译码驱动器。CC4511 配有灯测试LT、动态灭灯输入 RBI，灭灯输入/动态灭灯输出 BI/RBO,当 LT=0 时，CC4511 出去全 1。 显示器 本系统用七段发光二极管来显示译码器输出的数字，显示器有两种：共阳极显示器或共阴极显示器,CC4511 译码器对应的显示器是共阴极显示器。 校时电路当数字钟走时出现误差时，需要校正时间。校时电路实现对“时”“分”“秒”的校准。在电路中设有正常计时和
12、校对位置。本实验实现“时”“分”的校对。对校时的要求是，在小时校正时不影响分和秒的正常计数；在分校正时不影响秒和小时的正常计数。需要注意的时，校时电路是由与非门构成的组合逻辑电路，开关 S1 或 S2为“0”或“1”时，可能会产生抖动，为防止这一情况的发生我们接入一个由 RS 触发器组成的防抖动电路来控制。S1 S2 功能1 1 计数0 1 校分1 0 校时图 5 校时开关的功能表9图 6 校时电路闹时电路数字钟在指定的时刻发出信号，或驱动音响电路“闹时”，或对某装置的电源进行接通或断开“控制”。不管是闹时还是控制，都要求时间准确，即信号的开始时刻与持续时间必须满足规定的要求。例如要求上午 7
13、 时 59 分发出闹时信号，持续时间为 1 分钟。本实验设计为 7 时 59 分时，音响电路的晶体管导通，则扬声器发出 1KHz 的声音。持续 1 分钟到 8 点整晶体管因输入端为“0”而截止，电路停闹。图 7 闹时电路10（2）整点报时电路整点报时电路的功能要求是，每当数字钟计时快要到整点时发出声响，通常按照 4 低音1 高音的顺序发出间断声响，以最后一声高音结束的时刻为整点时刻。设 4 声低音（约500Hz）分别发生在 59 分 51 秒、53 秒、55 秒及 57 秒，最后一声高音（约 1KHz）发生在59 分 59 秒，它们的持续时间均为 1 秒。根据以上设定可得到电台正点报时时的分十
14、位状态 Q2M2Q0M2=11（0101），分个位的状态为 Q3M1Q0M1=11（1001），秒十位状态为 Q2S2Q0S2=11（0101），秒个位的状态为Q0S1=1（1、3、5、7、9）。而发低音还是高音只与秒个位有关，根据设定可列表如表 1所示：由表中的状态可总结出如下结论：秒个位的第三位 Q3S1 可用来作为鸣低音或高音的控制信号，即Q3s1=0 时，输入 500Hz 的低频信号至音响电路Q3S1=1 时，输入 1kHz 的高频信号至音响电路。CP（秒） Q3S1 Q2S1 Q1S1 Q0S1 功能 Cp(秒) Q3S1 Q2S1 Q1S1 Q0S1 功能5051525354550 0 0 00 0 0 10 0 1 00 0 1 10 1 0
