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1、数字电路课程设计总结报告题目：数字电子钟指导老师：欧触灵设计人员：刘少波学号：200611611114同组成员：张俊强学号：200611611125班级：信处 1062日期： 2008 年 11 月 17 日2008 年 11 月 21 日广东海洋大学信息学院一、设计目的一、设计目的1.显示时、分、秒，采用 24 小时制。2.具有校时功能，可以对小时和分单独校时，对分校时的时候，停止分向小时进位，校时时钟源可以手动输入或借用电路中的时钟。3.为了保证计时准确、稳定，由晶体振荡器提供标准时间的基准信号。二、设计要求二、设计要求1设计指标时间以 24 小时为一个周期；显示时、分、秒；有校时功能，可
2、以分别对时及分进行单独校时，使其校正到标准时间；计时过程具有报时功能，当时间到达整点前5 秒进行蜂鸣报时；为了保证计时的稳定及准确需由晶体振荡器提供时间基准信号。2设计要求画出电路原理图（或仿真电路图）；元器件及参数选择；电路仿真与调试；3制作要求：自行装配和调试，并能发现问题和解决问题。4编写设计报告：写出设计与制作的全过程，附上相关资料和图片。三、设计方案三、设计方案1 总体方案设计总体方案设计：画出总体方框图原理框图并给出说明。数字钟实际上是一个对标准频率（1HZ）进行计数的计数电路。由于计数的起始时 间不可能与标准时间（如北京时间）一致，故需要在电路上加一个校时电路，同时标准 的 1H
3、Z 时间信号必须做到准确稳定。通常使用石英晶体振荡器电路构成数字钟。总体方 案设计如图（1）所示。图（1）2 单元电路设计单元电路设计：各功能块电路图，各部分定性说明以及计算分析。晶体振荡器电路：晶体振荡器是构成数字式时钟的核心，它保证了时钟计时的准确度及稳定性。下图所示电路通过 CMOS 非门构成的输出为方波的晶体振荡电路，这个电路中，CMOS 非门 U1 与晶体、电容和电阻构成晶体振荡器电路，U2 实现整形功能，将振荡器输出的近似于正弦波的波形转换为较理想的方波。输出反馈电阻 R1 为非门提供偏置，使电路工作于放大区域。电容 C1、C2 与晶体构成一个谐振电路，完成对振荡频率的控制功能，同
4、时提供了180相移，从而和非门构成一个正反馈网络，实现了振荡器的功能。由于晶体具有较高的频率稳定性及准确性，从而保证了输出频率的稳定和准确。选取晶体的频率为 32768HZ。该元件专为数字钟电路而设计，其频率较低，有利于减少分频器级数，从而输出较低频率。通过计算分析得， C1、C2 均为 30pF 时比较适合。若实验时输出频率不是 1HZ 时，可以通过外接电阻电容来做适当的调整。由于 CMOS 电路的输入阻抗极高，因此反馈电阻 R1 选为 10M，也可以更大。较高的反馈电阻有利于提高振荡频率的稳定性。非门电路可选 74HC00。CMOS 晶体振荡器分频器电路：分频器电路：由于数字钟晶体振荡器输
5、出的频率较高，为了得到 1HZ 的频率，需对输出频率进行多次分频，以便得到较低的 1HZ 频率。由于各种分频集成块中，CD4060 集成块的分频次数最高，而且包含电路所需要的非门，故综合比较之下选取 CD4060 构成晶体振荡器分频电路。CD4046 内部框图如下所示：时间计数单元：时间计数单元：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，而根据设计要求，时个位和时十位计数器为 12 进制计数器。译码驱动电路译码驱动电路: :译码驱动电路将计数器输出的 8421BCD 码转换为数码管
6、需要的逻辑状态，并且为保证数码管正常工作提供足够的工作电流。数码管显示电路数码管显示电路: :数码管有液晶（LCD）数码管和发光（LED）数码管，本实验用的是 LED 发光数码管，采用共阴接法。显示原理图如下：校时电路：校时电路： 当电子钟接通电源或者计时发现误差时, 均需要校正时间。校时电路分别实现对时、分 的校准。由于每个机械开关具有抖动现象, 因此用RS 触发 器作为去抖电路。采用RS 基本触发器及单刀双掷开关, 闸刀常闭于2 点, 每扳动一次 产生一个计数脉冲, 实现校时功能。电路如下图 所示。四、元器件四、元器件 本实验用到的元器件如下列表所示：元器件名称数量元器件名称数量5V 电源
7、1蜂鸣器1万用板1开关2钳子2剪刀1电烙铁1网线若干32768HZ 晶振1共阴数码管630pF 电容20.01uF 电容110uF 电容110M、15K、68K1CD45116CD4060174HC390674HC51174HC00774HC301555 定时器1插槽若干芯片结构图如下所示：五、功能模块电路图五、功能模块电路图数码管的检测：用万用表检测，调至欧姆档，500，红表笔接数码管 3 脚或 6 脚，黑表笔接数码管其它各个管脚，依次检测。若数码管各段都有正常发光，则该数码管正常。十进制测法仿真电路如下：利用一个六进制电路和十进制连接成一个六十进制电路，电路可从 059 显示，见下图：双六
8、十进制电路如下图所示：利用 CD4060、电阻及晶振连接成一个分频晶振电路：利用两个六十进制和一个十二进制连接成一个时、分、秒都会进位的电路总图，见下图：六、功能扩展：六、功能扩展：本次课程设计的实物有些不足之处，需要做进一步的功能扩展会有更好的效果。1、校时功能:作为一个电子钟，原本都应该有校时功能，但由于选择的万用板面积不够大，没有地方接入校时电路，这是设计该次实物的一大缺憾。现将理论校时电路列出。利用 74HC51D 和 74HC00 及电阻连接成一个校时电路：2、整点报时功能：设计电子钟，能有报时功能当然是锦上添花了，因此理论上设计了整点报时电路如下: 说明：当时间在 59 分 50
9、秒到 59 分 59 秒期间时，分十位、分个位和秒十位均保持不变，分别为 5，9，5；因此可以将分计数器十位的 QC 和 QA，个位的 QD 和 QA 及秒计数器十位的 QC 和 QA 相与，从而产生报时控制信号。3、频率选择功能：在有些场合下，可以更换输入频率作不同的用途，譬如作为秒表使用，检测电路使用。正常工作时，输入频率为 1HZ，按下开关时，频率变大，可以用大的频率来检测电路的进位是否正确，确保电路无误。更换 CD4060 频率输出端，又可以因 CD4060 内部分频次数的不同而得到多种频率，故可以作特定频率的发生器使用。4、作不同的计数器使用：把每个 74HC390 计数器引脚的进位
10、线引出来，用开关控制，还可以作为不同的计数器使用，不再单单只是时钟而已。八、安装调试八、安装调试具体调试步骤及方法: (1) 用示波器检测石英晶振的输出信号波形和频率, 输出频率应为32768Hz。 (2) 将32768Hz 信号送入分频器, 用示波器检查各级分频器的输出频率是否符合要求。 (3) 将1Hz 秒脉冲分别送入时、分、秒计数器, 检查各组计数器的工作情况。 (4) 观察校时电路的功能是否满足要求。 (5) 当分频器和计数器调试正常后, 观察电子钟是否准确、正常地工作。 九、实验总结九、实验总结 通过整个电路设计与制作的整个过程，掌握了对电子钟的设计, 组装与调试方法。 熟悉了CMO
11、S 系列中、小规模集成电路的使用。 通过理论与实践的结合，进一步深入的体会到一种学习的方法，特别是对与电子设 计方面。首先要明确总体的设计方案与方法；其次是对各个部分进行设计与改进；最后 将各个部分整合在一起进行比较、观察。 在数字钟实验设计当中遇到的首要问题有三个：一是电路的总体设计问题；二是电 路的焊接问题；三是电路的调试问题。基于所学数字电路知识的局限性，在选择元器件 方面有所困难，开始无从下手应该确定使用何种元件。通过查找资料等过程首先确定了 元件，从而确定了总电路图。由于初次进行焊接工作，所以在电路焊接的时候造成了许 多虚焊，导致电路无法正常运行。加重了电路调试的作业量。 总的来说，电子钟的课程设计有利于培养我们对电子设计的兴趣，是一次很好的理论与 实际的结合，希望能有更多机会进行这些课程设计。附实物图如下：
