数字电子钟课程设计

1、大连海洋大学数字电子技术课程设计题目：数字电子钟姓名:学号:班级:院系：指导教师:起止日期:大连海洋大学课程设计报告纸学院：专业班级：姓名：学号：目录一摘要 2二课程设计任务及要求 2三秒脉冲信号发生器 5四设计原理及其框图 5五设计总结 9六参考文献 10数字电子钟 课程设计 数字电子钟课程设计 摘要数字电子钟就是一种用数字显示秒、分、时的记时装置 ，与传统的机械钟 相比，她具有走时准确、显示直观、无机械传动装置等优点，因而得到了广泛的应用 :小到人们的日常生活中的电子手表 ,大到车站、码头、机场等公共场所的 大型数显电子钟。本课程设计要用通过简单的逻辑芯片实现数字电子钟。要点 在于用 55

2、5芯片连接输出为一秒的多谐振荡器用于时钟的秒脉冲 ,用 74LS160（10 进制计数器）74LS00（与非门芯片）等连接成60与24进制的计数器，再通过七段数 码管显示 ,构成了简单数字电子钟。一 课程设计任务及要求一、设计目的1、熟悉巩固所学的理论知识与实践技能。2、培养学生查阅技术资料的能力 ,培养学生综合运用所学理论知识与实践知 识独立完成课题的工作能力。二、设计任务1、设计一个有“时” ,“分”,“秒”（23 小时 59 分 59秒）显示且有校 时功能的电子钟 ;2、用中小规模集成电路组成电子钟。三、设计要求1. 用 555定时器设计一个秒钟脉冲发生器 ,输入 1HZ 的时钟;（对已

3、有 1kHz 频 率时钟脉冲进行分频 ）;2. 能显示时、分、秒 ,24 小时制 ;3. 设计晶体震荡电路来输入时钟脉冲 ;4、用同步十进制集成计数器 74LS160 设计一个分秒钟计数器 ,即六十进制计 数器;5、用同步十进制集成计数器 74LS160 设计一个 24小时计数器 ,6、 译码显示电路显示时间。四、参考资料1、杨志忠 卫桦林 数字电子技术基础 高等教育出版社、2、缪新颖 曹立杰 丛吉远 数字电子技术实验指导书 大连海洋大学自编教 材、二 电路设计原理工作原理数字电子钟由信号发生器、 “时、分、秒”计数器、译码器及显示器、校时 电路、整点报时电路等组成。 秒信号产生器就是整个系统

4、的时基信号 , 它直接决 定计时系统的精度 , 一般用 555 构成的振荡器加分频器来实现。 将标准秒脉冲信 号送入“秒计数器” , 该计数器采用 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 60进 制计数器 , 每累计 60 分, 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 进制计数器 , 可以实现一天 24h 的累计。译码显示电路将“时、分、秒”计数器的输出状态经七段显示译码器译码，通过六位LED显示器 显示出来。整点报时电路就是根据计时系统的输出状态产生一个脉冲信号 ,

5、然后 去触发音频发生器实现报时。校时电路就是来对“时、分、秒”显示数字进行 校对调整。其数字电子钟系统框图如下数字电子钟系统框图三秒脉冲信号发生器秒脉冲信号发生器就是数字电子钟的核心部分，它的精度与稳定度决定了 数字钟的质量。由振荡器与分频器组合产生秒脉冲信号。 振荡器：通常用555定时器与RC构成的多谐振荡器，经过调整输出1000Hz 脉冲。分频器：分频器功能主要有两个，一就是产生标准秒脉冲信号，一就是提供 功能扩展电路所需要的信号。四、设计原理及其框图数字钟就是一个简单的时序组合逻辑电路，数字钟的电路系统主要包括主体电路系统与扩展电路两大部分所组成，其中，主体电路完成数字钟的基本功能，包括

6、 振荡器、分频器、计数器、译码器、显示器等几个部分组成，这些都就是数字电路中常用的电路。它主要就是用来完成时分秒的计数功能。一般来说，一个数字钟要有振荡器来产生脉冲，分频器来完成标准秒脉冲的生成，计数器的计数功能， 译码器的译码与显示器的显示功能。(1)体振荡器电路晶体振荡器电路给数字钟提供一个频率稳定准确的32768H z的方波信号，可保证数字钟的走时准确及稳定。不管就是指针式的电子钟还就是数字显示的电子钟都使用了晶体振荡器电路。 频器电路分频器电路将32768H z的高频方波信号经32768(15)次分频后得到1Hz的方 波信号供秒计数器进行计数。分频器实际上也就就是计数器。 时间计数器电

7、 路时间计数电路由秒个位与秒十位计数器、分个位与分十位计数器及时个位与时 十位计数器电路构成 ,其中秒个位与秒十位计数器、 分个位与分十位计数器为 60 进制计数器 ,而根据设计要求 ,时个位与时十位计数器为 1 2进制计数器。 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 数码管通常有发光二极管 (LED) 数码管与液晶 (LCD) 数码管 ,本设计提供的为 LED 数码管。2数字钟的工作原理1 )晶体振荡器电路晶体振荡器就是构成数字式时钟的核心,它保证了时钟的走时准确及稳定。图3-2所示电路

8、通过CMOS非门构成的输出为方波的数字式晶体振荡电路，这个电路中，CMOS非门U1与晶体、电容与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，即非门的功能近似于一个高 增益的反相放大器。电容C1、C2与晶体构成一个谐振型网络，完成对振荡频率的控制功能，同时提供了一个18 0度相移，从而与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与准确。数字电子钟 课程设计晶体XTAL的频率选为32768HZ。该元件专为数字钟电路而设计，其

9、频率较低, 有利于减少分频器级数。从有关手册中，可查得C1、C2均为30pF。当要求频率准确度与稳定度更高时， 还可接入校正电容并采取温度补偿措施。由于CMOS电路的输入阻抗极高，因此反馈电阻R1可选为10M Q。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。2 )分频器电路通常,数字钟的晶体振荡器输出频率较高，为了得到1H z的秒信号输入,需要对 振荡器的输出信号进行分频。通常实现分频器的电路就是计数器电路 ,一般采用多级2进制计数器来实现。例如，将3 2 7 6 8 H z的振荡信号分频为1H Z的分频倍数为3 2 7 6 8(2 15 ),即实现该分频功能的计

10、数器相当于15极2进制计数器。常用的2进制计数器有7 4HC 3 9 3等。本实验中采用CD4060来构成分频电路。CD4060在数字集成电路中可实现的分频次数最高，而且CD4060还包含振荡电路所需的非门，使用更为方便。CD4 06 0计数为14级2进制计数器，可以将3 2 7 6 8 H Z的信号分频为2H乙其 内部框图如图3-3所示，从图中可以瞧出，CD 4 0 6 0的时钟输入端两个串接的 非门 ,因此可以直接实现振荡与分频的功能。时间计数单元有时计数、分计数与秒计数等几个部分。时计数单元一般为12进制计数器计数器，其输出为两位8 4 2 1 BCD码形式;分计数与秒计数单元为6 0进

11、制计数器，其输出也为8 4 2 1 BCD码。 一 般采用 10进制计数器 74HC390 来实现时间计数单元的计数功能。为减少器件 使用数量，可选7 4HC 3 9 0，其内部逻辑框图如图2、3所示。该器件为双数字电子钟 课程设计2 5 10异步计数器，并且每一计数器均提供一个异步清零端（高电平有效）。9秒个位计数单元为10进制计数器，无需进制转换，只需将QA与CPB （下降沿 有效）相连即可CPA （下降没效）与1H Z秒输入信号相连Q3可作为向上的 进位信号与十位计数单元的CPA相连。秒十位计数单元为6进制计数器，需要进制转换。将10进制计数器转换为6进制计数器的电路连接方法如图3-5所

12、示，其中Q2可作为向上的进位信号与分个 位的计数单元的CPA相连。图 3-5 10进制 6 进制计数器转换电路 分个位与分十位计数单元电路结构分别与秒个位与秒十位计数单元完全相同 只不过分个位计数单元的Q3作为向上的进位信号应与分十位计数单元的CPA相连，分十位计数单元的Q2作为向上的进位信号应与时个位计数单元的CPA相连。4）译码驱动及显示单元计数器实现了对时间的累计以 8421BCD 码形式输出 ,选用显示译码电路将计数 器的输出数码转换为数码显示器件所需要的输出逻辑与一定的电流,选用CD4511作为显示译码电路，选用LED数码管作为显示单元电路。5）校时电源电路当重新接通电源或走时出现误

13、差时都需要对时间进行校正。通常,校正时间的方法就是 :首先截断正常的计数通路 ,然后再进行人工出触发计数或将频率较高的 方波信号加到需要校正的计数单元的输入端,校正好后 ,再转入正常计时状态即可。 根据要求 ,数字钟应具有分校正与时校正功能 ,因此,应截断分个位与时个位数字电子钟 课程设计的直接计数通路 ,并采用正常计时信号与校正信号可以随时切换的电路接入其 中。2、秒脉冲发生器 秒脉冲发生器就是电子电路最基本的单元之一 ,产生固定的频率为 1 的秒脉冲信 号。在整个电路中可以用元件库中的时钟源 ,也可以用 555 定时器改进的秒脉冲 发生器。如下图所示就是用 555 定时器改进的秒脉冲发生器

14、。用两个74160芯片、两个译码与数码显示器连接成六十进制，通过M开关进行 对分钟的校对 ,当在 59 秒时在来一个秒脉冲分钟向前进一 ,秒清零重新计时。3、60 进制秒计数器用两个 74160芯片、两个译码与数码显示器连接成六十进制的秒计数器,时钟源提供秒脉冲4、60 进制分计数器用两个 74160芯片、两个译码与数码显示器连接为六十进制的分钟计数器 ,通过 M 开关进行对分钟的校对 ,当在 59 秒时在来一个秒脉冲分钟向前进一 ,秒清零 重新计时。五 、 设计总结转眼间 ,为期一周的数字电路课程设计就结束了。通过这一周的课程设计,我拓宽了知识面 ,锻炼了能力 ,综合素质得到较大提高。设计

15、,给人以创作的冲动。但凡涉及设计都就是一件良好的事情 ,因为她能给人以美的幻想 ,因为她能给人 以金般财富 ,因为她能给人以成就之感 ,更为现实的就是她能给人以成长以及成 长所需的营养 ,而这种营养更就是一种福祉 ,一辈子消受不竭享用不尽。 安排课程 设计的基本目的 ,在于通过理论与实际的结合、 人与人的沟通 ,进一步提高思想觉 悟。尤其就是观察、分析与解决问题的实际工作能力 ,以便培养成为能够主动适数字电子钟 课程设计应社会主义现代化建设需要的高素质的复合型人才。 课程设计发端之始 ,思绪 全无 ,举步维艰 ,对于理论知识学习不够扎实的我深感“书到用时方恨少”,于就是想起圣人之言 “温故而知

16、新” ,便重拾教材与实验手册 ,对知识系统而全面进行 了梳理 ,遇到难处先就是苦思冥想再向同学请教 ,终于熟练掌握了基本理论知识 , 而且领悟诸多平时学习难以理解掌握的较难知识 ,学会了如何思考的思维方式 , 找到了设计的灵感。 课程设计的过程中 ,由于对理论掌握的不熟练 ,或者就是操 作过程中发生失误 ,都会导致最后结果出不来。至善至美 ,就是人类永恒的追求。 但就是,不从忘却“金无足赤 ,人无完人” ,我们换种思维方式 ,去恶亦就是至善 ,改 错亦为至美。在课程设计过程中 ,我们不断发现错误 ,不断改正,不断领悟 ,不断获 取。最终的检测调试环节 ,本身就就是在践行“过而能改 ,善莫大焉”的知行观。 对我们通信工程专业的本科生来说 ,实际能力的培养至关重要 ,而这种实际能力 的培养单靠课堂教学就是远远不够的 ,必须从课堂走向实践。这也就是一次预演 与准备毕业设计工作。通过课程设计 ,让我们找出自身状况与实际需要的差距 , 12 并在以后的学习期间及时补充相关知识