电子课程报告数字钟

1、电子课程设计数字钟学院：华科学院专业班级：自动化112202H姓 名：嵇贝贝学 号：201122060209指导老师：任青莲2013年12月目录一、设计任务与要求 .2二、原理框图. 2三、器件选择. 4四、功能模块. 8五、总体设计电路图. 14六、结论与心得. 15一、设计任务与要求。1.1. 设计一数字钟显示时、分、秒。2.2. 小时采用1212小时计时法。3.3. 具有报时功能，当时间到达整点前 1010秒进行蜂鸣报时。4.4. 具有校时功能，可以分别对时及分进行单独校时，使其校正到标准时间二、总体框图1 1、 数字频率计的基本原理：数字钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的钟表。

2、与机械钟相 比具有更高的准确性和直观性，具有更长的使用寿命，已得到广泛的使用。数字 钟的设计方法有许多种，例如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要的外围电路组成电子钟，还可以利用单片机来实现电子钟等等。数字钟的基本功能是显示时间，可以通过计数器的联级实现。以4 4位数码管的数字钟为例，数字钟设定前两位为小时，后两位为分钟，数码管的小数点 闪烁可以表示秒。首先产生一个1Hz1Hz的方波信号，在它的触发下驱动小数点闪烁。 在这个1Hz1Hz的基础上，可以产生1/60HZ1/60HZ的信号（对1Hz1Hz信号计数，每计数3030 次就将输出反相，得到1/6

3、0HZ1/60HZ信号），它就是分钟信号需要的时钟。在这个时钟 的触发下分钟位数码管管依次加1 1,直到6060时变为0 0,再重新开始计数。清零的 时候要产生一个进位，加到小时上面。其他时间小时位保持不变。2 2、 数字钟的工作原理：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555555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6060进制计数器，每累计6060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

4、采用6060进制 计数器，每累计6060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2424进制计数器，可以实现一天 24h24h的累计。译码显示电路将“时、分、秒”计数器的输出状态经四段显示译码器译码，通过六位LEDLED显示器显示出来。整点报时电路是根据计时系统的输出状态产生一个脉冲信号，然后去触发音频发生器实现报时。校时电路是来对“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（图1 1）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

5、 分频器输出标准秒脉冲。秒计数器满 6060后向分计数器进位，分计数器满6060后向 小时计数器进位，小时计数器按照“1212翻1 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、选择器件实验器材及主要器件(1)(1)74LS6074LS606 6片(2)(2)74LS9074LS903 3片(3)(3)74LS0074LS004 4片(4(4)74LS0474LS041 1片(5(5)555555集成芯片1 1片(6(6)四段显示器6 6片(7)(7)电阻、电容、导线，开关等若干1 1、 74LS16074LS16074LS16074LS

6、160是十进制计数器，直接清零，异步清零端MRMR非为低电平时，不管时钟端CPCP信号状态如何，都可以完成清零功能。160160的预置是同步的，当置入 控制器PEPE非为低电平时，在CPCP上升沿作用下，输出端Q0-Q3Q0-Q3数据端P0-P3P0-P3一致 下为管脚图与真值表。?4LS160lSi ni Min# ni nn ?n - rthth DvDv DaDa EPEP GHDGHD输入输出cK LD T.TPCFDODID203Q0 QIQ2Q3CO0XXXfXXXX00000I0XXdo dld2 d3dOdld2I10XX XXXXX保11X0XXXXX1111XXXXX汁11

7、11XXXXX讣散ill 故到 10011 B|CO=12 2、 74LS9074LS9074LS9074LS90计数器是一种中规模二- -五- -十进制异步计数器，R01R01、R02R02是计数器 置0 0端，同时为1 1有效；R91R91和R92R92为置9 9端，同时为1 1时有效；若用A A输入， QAQA输出，为二进制计数器；如 B B为输入，QB-QEQB-QE输出五进制计数器；将 QAQA与 B B相连，A A做为输入端，QA-QDQA-QD俞出十进制计数器；若 QDQD与 A A输入端相连，B B为 输入端，电路为二- -五混合进制计数器。真值表与管脚图如下。表2 2BCDB

8、CD INPUTINPUTnEGIMALnEGIMAL OUTPUTOUTPUTHeHeD Dc cH HA AB1 1 2 23 34 4eT89 90 000 00 0001 1111 1111 11 111 100 06 6110 0111 1111 112 20 001 1011 1011 1111 11 113 300 01 1111 1101 1111 11 114 4a a10 0011 1I10 0111 11 115 50 010 0111 1111 1011 11!16 601 11 1011 1111 1101 11 117 70 01 11 1111 1111 1110

9、 01 119 910 00 0011 1111 1T11 1019 910 00 0111 1111 1111 11 10101 1011 1111 1111 11l110 01 1111 1111 1111 111110 0011 1111 1111 11 11110 0111 1111 1111 1i111 1011 1111 111i i4111 11 1111 1111 1111 11 113 3、 74LS0074LS0074LS0074LS00为四组2 2输入1 1输出的与非门，管脚真值表如下。A = 1 B=1Y=0A = 0 B=1Y=1A = 1 B=0 Y=1A = 0

10、B=0 Y=14 4、 74LS0474LS0474LS0474LS04就是六个非门集成在一块芯片里面，管脚图与真值表如下。VccVcc 4A4A 4Y4Y 5A5A 5Y5Y 6A6A 6Y6Y冋而 T21 rrn Roi M inLn J .1.1 r tqhX L2J L LL LT T J JU U 1Y1Y 2 2 A A 2Y2Y 3A3A 3Y3Y GNDGND图5 5A = 1Y=0A = 0 Y=15 5、555555集成芯片(1)555555在电路结构上是由模拟电路和数字电路组合而成，它将模拟功能 与逻辑功能兼容为一体，能够产生精确的时间延迟和振荡。它拓宽了模拟集成电 路的

11、应用范同。(2)该电路采用单电源。双极型 555555的电压范围为4.5V4.5V15V;15V;而CMOCMO型 的电源适应范围更宽，为2V2V18V18V。这样，它就可以和模拟运算放大器和 TTLTTL或 CMOCMO数字电路共用一个电源。(3)555555可独立构成个定时电路，且定时精度高。(4)555555的最大输出电流选200mA200mA带负载能力强。可直接驱动小电机、 喇叭、继电器等负载。DISDIS THTH % %N N b b b b 卜U M J|GND TR 耳 MH四、功能模块1 1、振荡器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

12、应，在晶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 555555与RCRC组成的多谐振荡器。 如图1 1所示。设振荡频率f=1KHzf=1KHz, R R为可调电阻，微调R1R1可以调出1KHz1KHz输出。图72 2、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

13、定时器555555与RCRC组成的多谐振荡器，产生1KHz1KHz的脉冲信号。故采用3 3片中 规模集成电路计数器74LS9074LS90来实现，得到需要的秒脉冲信号。3 3、计数器秒脉冲信号经过6 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 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 6060秒时产生一个进位信号，所以，选用两 片74LS6074LS60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

14、”十位是六进制，“秒”个位是十进制。U81456QA QB QCQD3456ENPENTLOAD CLRVCCJCLK74LS160N710ENPENTRCO15A红红 A A CLK11 -74LS160NLOADCLR10n,V21kHz5 V0 .图9(2 2)十二进制计数“ 1212翻1 1”小时计数器是按照“ 0101 0202 0303 1111 1212 01010202”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两片74LS6074LS60构成，将它们级连组成“ 1212翻1 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 9,即个

15、位计数器的状态 为QO3QO2QO1QOO=1O0QO3QO2QO1QOO=1O0在下一脉冲作用下计数器进入暂态 10101010，利用暂态的两 个1 1即Q03Q01Q03Q01使个位异步置0 0，同时向十位计数器进位使 Q01=1;Q01=1;二是计数器计 到1212后，在第1313个脉冲作用下个位计数器的状态应为 Q03Q02Q01Q00=000Q03Q02Q01Q00=000什 位计数器的Q01=OQ01=OVCC5VU9DCD HEX1737104141315RCO1211U12丿12NAND2U1DCD HEXU11NAND2QA QB QCQ4AQABQ

16、BCQCDQDENPRCOENTLOAD CLR僅CLK74IS16UN图1U十位个位十位个位CPQ1UQU3QU2QU1QUUCPQ1UQU3QU2QU1QUUUUUUUU8U1UUU1UUUU19U1UU12UUU1UU1U1U3UUU114UU1UU1U1UUUU5UU1U1111UUU16UU11U121UU1U7UU11113UUUU14 4、显示器本次用四段发光二极管来显示译码器输出的数字。5 5、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校对位置。本实验实现“时”“分”的校对。U3DCD HEXVCC5V14

17、10715RCO9VCCCLK74LS160N-11V，1kHz5ENPENTLOADCLRABCD1312QAQBQCQDU4DCD_HEX971U1412155 6 U2U5NAND2+ 5V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S1S1或S2S2为“0 0”或“1 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RSRS触发器组成的防抖动电路来控制。表4 4S1S1S2S2功能11计数01校分10校时6、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

18、时发出声响， 通常 按照4 4低音1 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 4声低音（约500Hz500Hz）分别发生在5959分5151秒、5353秒、5555秒及5757秒，最后一 声高音（约1KHZ1KHZ发生在5959分5959秒，它们的持续时间均为1 1秒。根据以上设定可得到电台正点报时时的分十位状态 Q2M2Q0M2=1Q2M2Q0M2=1（1010110101）， 分个位的状态为 Q3M1Q0MQ3M1Q0M仁1 1（1100111001），秒十位状态为 Q2S2Q0S2=10101Q2S2Q0S2=10101）， 秒个位的状态为Q0SQ0S仁1 1

19、（1 1、3 3、5 5、7 7、9 9）。而发低音还是高音只与秒个位有关，至时个位计JRJR轄至分个位计徽縉校时脉冲图11分卜位 分个位I I kHzkHz 秒个位500Hz500HzCHEH根据设疋可列表如表1 1所示：由表中的状态可总结出如下结论：秒个位的第三位Q3S1Q3S1可用来作为鸣低音或高音的控制信号，即Q3s1=0Q3s1=0时，输入500Hz500Hz的低频信号至音响电路Q3S1=1Q3S1=1时，输入1kHz1kHz的高频信号至音响电路。CP （秒）Q3S1 Q2S1 Q1S1 QoS1功能Cp（秒）Q3S1Q2S1Q 1S1Q0S1功能500000560110停51000

20、1低音570111低音520010停581000停530011鸣低音591001、，.、- 口 -25-2 冋曰540100停000000停550101低音& &秒十位严LQJ-秒介位 Q“_图12五、总体设计电路图图1212总体电路仿真图1.1.仿真由图1212可以看出和清楚的整个数字时钟的总体工作原理和整个工作过程:由555555和RCRC构成的振荡器产生的1000Hz1000Hz的高频信号经过由3 3片74LS9074LS90构 成的1/10001/1000分频的分频器后得到标准的秒脉冲信号， 进入6060进制的“秒”计时，“秒”的分位进入6060进制的“分”计时，最后，由分的“时”进位进入 1212进制 的“时”计时。在电路中，还有由门电路和开关构成的校时电路对电路的“时”，“分”进行校时，得到正确的时间。图7-7-图1111各个部分功能的电路和图1212的总体数字时钟的电路均在电子电 路计算机仿真软件1 1中进行调试和仿真过。2.2. 硬