数字电子钟课程设计

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1、数字电子钟课程设计引言 电子钟亦称数显钟，是一种用数字电 路 技术实现时、分、秒计时的装置。 数字电子钟的设计涉及到模拟电子与数字电子技术，其中绝大部分是数字部分、逻辑门电路、数字逻辑表达式、计算真值表与逻辑函数间的关系、编码器、译码器显示等基本原理。现在主要用各种芯片实现其功能，更加方便和准确。使用数字电路，制作一个频率发生器，并通过其配合其他电路可将频率发生器的频率进行精确，精确后的频率信号送给计数系统，便可以由记数器产生时，分，秒的计数方式，通过配备的置零开关可将各个对应记数器进行置零，实现钟表的功能。 本设计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

2、要的外围电路组成电子钟。有很多用处诸如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播。 摘要 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。广泛运用于各方面诸如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播。 数字电子钟由振荡器，分频器，译码器三大部分组成，其中振荡器和分频器构成准秒标准信号发生器；由不同进制的记数器、译码器和显示器组成计时系统。其中振荡器由“555定时器”构成占空比为0.5的多谐振荡器，产生频率为1KHZ的方波；分频器采用74LS90记数器构成三级十分频器；计时器由十进制记数器74LS190分别构成24进制和60进制记数器；显

3、示译码器74LS47，显示管7SEG-COM-ANODE构成显示部分，六个7段共阳极显示管便可将小时，分，秒，进行显示。 本课程设计在protues的仿真平台上进行仿真，仿真软件验证了该课程设计的正确性。 关键字：数字钟;计数器;显示器；555芯片 目录 第一章 绪论. 第二章 系统总体方案设计. 2.1方案一. 2.2方案二. 2.3方案选择. 第三章 所选方案各部分单元电路的设计. 3.1清零器模块设计. 3.2分频器模块设计. 3.3振荡器模块设计. 3.4六十与二十四进制记数器模块设计. 第四章 基于Proteus的软件仿真. 4.1简介. 4.2仿真过程及结果分析. 第五章 总结.

4、参考文献. 附图. 1原理图. 第一章 绪 论 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。数字钟已成为人们日常生活中必不可少的生活日用品。 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。 时钟已不仅仅被看成一种用来显示时间的工具，在很多实际应用中它还需要能

5、够实现更多其它的功能。高精度、多功能、小体积、低功耗，是现代时钟发展的趋势。在这种趋势下，时钟的数字化、多功能化已经成为现代时钟生产研究的主导设计方向。 第二章 系统总体方案设计 2.1 方案一： 采用D触发器非集成芯片元件 由于D触发器中Q*=D，所以D触发器就有0和1这两种状态，那么一位D触发器就可以表示一位二进制数，那么把n位D触发器串起来就可以表示n位二进制数。对于十进制记数器，需要4位2进制进行表示，即需要4个D触发器串在一起。如果是24进制记数器就需要5个D触发器串在一起，60进制记数器则需要6个D触发器串在一起，不同数量的D触发器连接便可改成不同的进制。 2.2 方案二 采用10

6、进制记数器等集成芯片 首先由振荡器产生信号，经过分频器进行校正成为有效的脉冲信号，送入由多个十进制记数器构成的N进制记数器中去，通过对多个十进制记数器进行异步置零法等方法，实现他们对动态数字的计数要求，在通过译码器和显示器进行显示在7段数码管中。 振荡器 译码并显示 分频器 24进制记数器 60进制记数器 60进制记数器 译码并显示 分针） 译码并显示 2.3最终选择方案 D触发器构成N进制记数器需要耗费大量的D触发器和各种其他元件，并且不易进行控制，综合运用性能差。而方案二中采用使用集成控制芯片的方法，可以节省众多的元器件，并且方便检查控制，大大方便了用户的使用，工程人员的维修。 综上，使用

7、集成化芯片构成记数器的方案理想应当采用方案二。 第三章 所选方案各部分单元电路的设计 3.1 清零器模块设计 清零模块主要芯片由74ls47和74ls90构成，74ls74是一个边沿触发器数字电路器件，每个器件中包含两个相同的、相互独立的边沿触发d触发器电路.74LS90是异步二五十进制加法计数器，它既可以作二进制加法计数器，又可以作五进制和十进制加法计数器。在每个进制计时器部分中加入了清零开关SW1等,当SW1开关闭合后，该部分计时器便可实现清零功能。3.2 分频器模块设计 在振荡器产生1Kz的频率后，需要将其降低成频率为1Hz的信号，在计时器中进行使用。使用三片74LS90十进制异步加法记

8、数器，可构成三级十分频器，将1KHz的信号分解成为1HZ的信号。将每片74LS90芯片的2,4,6,7脚接地，1和14号引脚相连，接成十进制记数器，三片连级即可构成3级十进制分频器。如下图中所示连接即可。3.3 振荡器模块设计 振荡器是计时器的核心，振荡器简单来说就是一个频率源，振荡器的频率和稳定性的准确度越高，其精确度就越高。对此，通常情况下，振荡器的频率越高，其计时的精确度就越高，但同时其耗电量也会大大增加。综合考虑，特选择“555定时器”,将“555定时器”的Vi1和Vi2连在一起构成施密特触发器，然后将Vo经RC积分电路接会输入端即可构成多谐振荡器，在电路负载中加入可调电阻RV1即可改

9、变电路的频率与占空比，使之生成方波。 其中T1=(R1+R2+RV1)*C*ln2 T2=RV1*C*ln2 f=1KHz,T=1/f=0.001 T=T1+T2=(R1+R2+2RV1)*C*ln2=0.001 令R1=10K，R2=5.2K，C1=C2=10nF,Rv1在100K范围内可调，通过调节RV1便可得到上文中所需要的方波。 3.4 六十与二十四进制记数器模块设计 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，小时为二十四进制。 六十进制计数 二十四进制计数 第四章 基于Proteus的仿真 4.1 P

10、roteus简介 Proteus软件是由ISIS和ARES两个软件构成。其中ISIS是一款智能电路原理图输入系统软件，可作为电子系统仿真平台，该软件编辑环境既有良好的交互式人机界面，其设计功能强大，使用方便；ARES是一款高级布线编辑软件，用于制作印制电路板。 4.2 仿真过程及结果分析 电路的连接与仿真是该实验这次课程设计的主要任务之一，也是整个过程的最难的阶段。仿真这部分工作在Proteus仿真软件上进行。对于电路的仿真分为几个部分，分别对电路各个部分的功能都进行仿真调试之后，每连接一部分都要调试一次，才能确保最后的成功。 Proteus这个仿真软件以前用的很少，对它的基本仿真过程不是很了

11、解，而且有些器件的位置也不是很明确，只能一边学习，一边仿真，过程很慢但收获很多。 4.2.1 对计时系统的仿真 秒显示 分显示 时显示 显示模块结果分析：时、分、秒的显示，分别是由两片74LS47和74LS190组成， 74LS47的功能用于将BCD码转化成数码块中的数字，通过它来进行解码，可以直接把数字转换为数码管的数字。 4.2.2 对信号发生模块的仿真 对秒基准模块的仿真 信号发生模块结果分析：该模块由三块74ls90构成74LS90是二，五，十进制异步加法器，用三片74LS90可以构成三级十分频器，将1KHz矩形波分频得到1Hz基准秒计时信号 4.2.4 对整体部分的仿真 过程分析：

12、1、按照电路原理图将仿真分成几部分依次连接电路并调试； 2、连接晶体振荡电路并调试，观察发出的是否是1KHz的信号； 3、连接分频电路并调试，观察输出是否是1Hz的信号； 4、连接60、24进制计数器电路并调试，观察是否符合要求； 5、将分频电路输出的信号连接到计数器电路，观察时钟是否正常运行。 电路成功实现了24小时制数字电子钟的功能，可精确计时，每60秒进1分并清零秒计数器，每60分进1小时并清零分钟计数器，每24小时清零所有计数器并重新开始计时。 第五章 总 结 通过两周的实习，我认识到理论知识和实践相结合是相当重要的一个环节，有时候我们自以为很简单的事情，当做起来的时候才知道其实并不是

13、我们想象中的那么简单。做好一件事不仅要掌握一定的技巧，而且还必须具备一定的素质才能完成。 这次实习过程中，我从刚开始对电路的茫然到现在能够完成数字钟电路的转变是来之不易的。在实习期间，通过遇到问题、发现问题并解决问题让我学会了如何按照要求设计出合适的电路。并在老师的帮助下，加上教材和自己查阅的资料，完成了数字钟的设计和安装调试。在试验台上进行调试的一天中，让我进一步加深了对计数器，译码器，门电路，数码管等集成块功能的掌握和检验集成块好坏的方法，学会了自己发现问题和排除故障，并且加强了我们的动手能力。 实习的两周给我留下了深刻的印象，并让我明白了一个道理： 虽然我现在学会了如何去完成符和要求的数字钟电路，但是离真正能够用自己所学的知识去完成一个电路的设计还有一段距离。我相信这次的实习对我以后的学习生涯有很大的帮助。参考文献 1实用电工电子技术实验实训教程 主 编： 王光福 21世纪高职高专系列规划教材 电子科技大学出版社。 2电子线路CAD设计 主 编： 卢庆林 高职高专电子技术系列教材 重庆大学出版社。 3数字电子技术 主 编：杨志忠 普通高等教育“十五”国家级规划教材 高等教育出版社。 4数字电子技术基础 陈明义 主编 中南大学出版 5电工电子实验