数字钟课程设计.doc

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1、课题名称_数字钟_所在院系_材料学院_ 班 级_07环境工程_ 学 号_200710220127_姓 名_王晶_指导老师_付莉_时 间_2009-6-10_景德镇陶瓷学院电工电子技术课程设计任务书姓名： 王晶 班级： 07环境工程 指导老师：付莉题 目： 数字电子钟逻辑电路设计课题的任务1、 由晶振电路产生1HZ标准秒信号。2、 秒、分为六十进制计数器。3、 时为二十四进制计数器。4、 准确计时，以数字形式显示时、分、秒。5、 具有正点报时功能，正点前鸣叫五次低音（500HZ），正点时再鸣叫一次高音（1000 HZ）参考器件：CD4060、74LS161、74LS248J、晶振、开关、喇叭、阻

2、容元件及门电路等 设计要求1、 阅相关资料2、 进行总体方案设计与论证，画框图；3、 进行单元电路的设计；4、 元器件选择与参数计算；5、 用四号图纸绘制原理图；6、 撰写设计说明书，字数不得少于2500字；7、 参考文献。参考文献1、贾秀美，数字电路实践技术（第一版）.中国科学技术出版社，20002、王毓银，脉冲与数字电路（第三版）.高等教育出版社，19993、路勇，电子电路实践及仿真（第一版）.清华大学出版社，20044、赵宝经，中国集成电路大全CMOS集成电路（第一版）. 国防工业出版社，19855、岳怡，数字电路与数字电子技术（第一版）.西北工业大学出版社，20016、刘常澍，数字逻辑

3、电路（第一版）.国防工业出版社，20027、萧宝瑾，protel 99 SE作指导与电路设计实例（第一版）.太原理工大学，2004教研室主任：目录电工电子技术课程设计任务书21 引言42 方案设计52.1 设计内容及要求52.2 总体方案设计53 单元电路设计73.1 振荡器73.2 分频器83.3 计数器113.4 译码显示器123.5 校时电路133.6 整点报时电路154 总体电路计175 课程设计总结186 电子元件清单197 总电路原理图218 参考文献221 引言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

4、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。 时间对人们来说总是那么宝贵，工作的忙碌性和繁杂性容易使人忘记当前的时间。忘记了要做的事情，当事情不是很重要的时候，这种遗忘无伤大雅。但是，一旦重要事情，一时的耽误可能酿成大祸。例如，许多火灾都是由于人们一时忘记了关闭煤气或是忘记充电时间。尤其在医院，每次护士都会给病人作皮试，测试病人是否对药物过敏。注射后，一般等待5分钟，一旦超时，所作的皮试试验就会无效。手表当然是一个好的选择，但是，随着接受皮试的人数增加，到底是哪个人的皮试到时间却难以判断。所以，要制作一个定时系统。随时提醒这些容易忘记时间的人。 钟表的

5、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。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，研究数字钟及扩大其应用，有着非常现实的意义。 2 方案设计2.1 设计内容及要求2.1.1 设计一个具有“时”，“分”，“秒”的十进制数字显示（小时为二十四进制）计数器。2.1.2 具有手动校时，校分的功能。2.1.3 整点能提供自动报时信号，报时声响为四低一高，最后一响正好为整点。2.2 总体方案设计2.2.1 工作原理 数字钟是一个将“ 时”，“

6、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报时功能。因此，一个基本的数字钟电路主要由译码显示器、“时”，“分”，“秒”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”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秒发现胡一个“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

7、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。译码显示电路将“时”、“分”、“秒”计数器的输出状态菁七段显示译码器译码，通过六位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脉冲信号，然后触发一音频发生器实现报时。校时电路时用来对“时”、“分”、“秒”显示数字进行校对调整的。数字电子钟由振荡器、分频器 计数器、译 码显示、报时等电路组成。其中振荡器和分频器组成标准 秒信号发生器，由不同进制的计数器、译码器和显示器组 成计时系统。秒信号送入计数器进行计数，把累加的结果 以时，、分，、秒的数字显示出来。时

8、显示由24进制 计数器、译码器、显示器构成，分、秒显示分别由60进 制计数器、译码器、显示器构成。可进行整点报时，计时出 现误差时，可以用校时电路校时、校分。2.2.2 原理框图原理图如下：时显示器 分显示器 秒显示器时译码器 分译码器 秒译码器 整点报时电路时计数器 分计数器 秒计数器 校时电路 分频器 振荡器 图2.2.1 数字钟的原理框图3 单元电路设计3.1 振荡器3.1.1 论证振荡器是计时器的核心，主要用来生产时间标准信号，也称为时基信号。数字钟的精度，主要取决于时间标准信号的频率及稳定度。振荡器的频率越高，计时的精度就越高，但耗电量将增大。一般采用石英晶体振荡器经过分频后得到这一

9、信号，也采用由555定时器构成的多谐振荡器作为时间标准信号。A 石英晶体振荡电路 由石英晶体、微调电容、反相器等构成。晶振频率为 10 kHz，输出反馈电阻R 为非门提供偏置，使电路工作于 放大区，非门U2是振荡器整形缓冲级 与石英晶体串联 的微调电容，可以对振荡器频率做微量调节，从而在输出 端得到较稳定的1O kHZ脉冲信号3.1.2 实现A 石英晶体振荡器原理图如下： 图3.1.1石英晶体振荡器B原理解释图中，门1、门2时反相器，门1用于振荡，门2用于缓冲整形。RF为反馈电阻（10-100M），反馈电阻的作用是为CMOS反向器提供偏置，使其工作在放大状态。C1可对振荡器频率作微量调整，C1

10、一般采用5-35PF半可调电容。G2是温度特性校正用的电容，一般取20-405平方，电容C1、C2与晶体共同构成 型网络，完成对振荡频率的控制，并提供必要的180度相移。3.2 分频器3.2.1 论证振荡器产生的时基信号通常频率都很高，要使它成为能用过来计时的“秒”信号，需由分频器来完成。分频器的级数和每级的分频次数要根据时基频率来决定。例如，目前石英电子钟多采用32768HZde时标信号，将此信号经过15级即可得到周期为1S的“秒”信号。也可选用其他频率的时基信号，确定好分频次数后再选选择合适的集成电路。3.2.2 实现石英晶体振荡器产生的32768Hz时标信号进行15分频。选用14为二进制

11、计数器分频器CMOS集成电路cc4060，由它可以得到14分频的信号。再将TTL集成电路74LS74双D触发器钟的一个触发器结成计数器型，完成第15级分频，即可得到周期为1s的冲信号。振荡器与分频器连接电路和cc4060引脚排列下图： 图3.2.1cc4060引脚排列图 图3.2.2cc4060组成的振荡器与分频器连接电路3.3 计数器3.3.1 论证数字钟的“秒”、“分”信号产生电路都是由六十进制计数器构成，“时”信号产生电路由二十四进制计数器构成。“秒”和“分”计数器用两块十进制计数器来实现很容易的，它们的个位为十进制，十位为六进制，这样，符合人们通常计数的习惯。“时”计数也可以用两块十进

12、制计数器实现，只要做成二十四进制。上述计数器课用反馈清零法来实现。3.3.2 实现 有了秒脉冲信号，则可以按照60s为1min，60min为1h，24h为一天来设定时、分、妙计数电路。分和秒计数器都是模为60的计数器，采用中规模集成电路十进制计数器至少需要两片。“秒”个位的计数器的时钟cp信号是由分频器提供的周期为1s的脉冲信号，“分”，个位计数器的cp信号是由秒计数器提供的进位信号，“分”计数器的进位信号送至“时”个位计数器的cp端。它们的个位是十进制计数器，而十位则是六进制计数器，其技术规律为00-01-0-58-59-00，当计满60时产生一个进位信号。因此，可选用一片双重BCD加法计数

13、器cc4518，cc4518的引脚排列。 图3.3.1cc4518引脚排列采用反馈清零的方法实现六十进制计数器见下图，“时”计数器是二十四进制计数器电路，也可选用一片cc4518采用反馈清零的方法实现二十四进制，见下图：图3.3.2二十四进制计数器3.4 译码显示器3.4.1论证 计数器的译码显示均采用BCD七段显示译码器，显示器采用共阴极的七段显示数码管。3.4.2实现译码显示电路的功能是将“时”、“分”“秒”计数器输出的4为二进制代码翻译并显示相应的十进制数的状态，通常译码器和显示器是配套使用的，如果选用共阴极发光二极管数码显示器BS201/202，则译码显示电路课采用CC4511BCD七段译码驱动器。其引脚排列见见下图：图3.4.1cc4511引脚排列3.5 校时电路3.5.1论证在刚开机接通电源和计时出现误差时，都需要对时间进行校正。校“时”电路的基本原理是将周期为0.5s的脉冲信号直接引进“时”计数器，同时将“分”计数器清零，让“时”计数器快速计数，在“时”的指示达到需要的数字后，切断0.5s的脉冲信号。校“分”电路也按此方法进行。输入“秒”计数器的校正信号也是周期为0.5s的脉冲信号，使“秒”信号比正常快一倍，以便实现“秒”校准。3.5.2实现校时电路