电子钟课程设计

1、电子技术课程设计 题 目 电子钟设计 学生姓名 专业班级 学 号 院 （系） 电气信息工程学院 指导教师 完成时间 郑州轻工业学院课程设计任务书题目 电子钟设计 专业 自动化11级 学号 姓名 主要内容、基本要求、主要参考资料等：主要内容1阅读相关科技文献。2学习protel软件的使用。3学会整理和总结设计文档报告。4学习如何查找器件手册及相关参数。技术要求1. 要求电路能够产生定时脉冲。2. 要求电路能够根据对定时脉冲的计数得到时、分、秒。3. 要求电路能够显示时、分、秒。主要参考资料1何小艇，电子系统设计，浙江大学出版社，2001年6月2姚福安，电子电路设计与实践，山东科学技术出版社，20

2、01年10月3王澄非，电路与数字逻辑设计实践，东南大学出版社，1999年10月4李银华，电子线路设计指导，北京航空航天大学出版社，2005年6月5康华光，电子技术基础，高教出版社，2003完 成 期 限： 2013年6月30日 指导教师签章： 专业负责人签章： 2013年6月22日电子钟设计电子钟设计摘 要 电子钟已成为人们日常生活中不可少的必需品，给人们的生活，学习，工作带来极大的方便。数字钟是一种利用数字电路来显示时、分、秒的装置，与传统的机械钟相比，它具有走时准确，性能稳定，显示直观，无机械传动装置等特点。 电子钟由振荡电路、分频器、计数器、显示器。振荡电路产生的信号经过分频器作为秒脉冲

3、，秒脉冲送入计数器，计数结果通过“时”、“分”、“秒”译码器显示时间。本次课程设计的主题是数字电子钟。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，这里用多谐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”计数器的输出状态送到七段显示译码器译码，通过七位LED七段显示器显示出来。

4、关键词 电子钟/时分秒/进制/计数器目 录1 方案设计与选择.12 原理设计和功能述.2 2.1 数字计时器的设计思.22.2 数字电子钟总体框架图.2 2.3 单元电路的设计.32.3.1 数字电子钟原理效果图.3 2.3.2 晶体振荡器电路.4 2.3.3 分频器电路. 5 2.3.4 时间计数器电路.8 2.3.5 数码管.102.4 元器件清单.113 数字电子钟仿真.12结束语.13致谢.14参考文献.15附录(1）.16附录(2）.181 方案与选择数字电子技术的复杂性和灵活性决定了数字电子钟的设计方案有多种，如下是我总结的部分方案:方案一 采用中小规模集成电路实现 &#

5、160; 采用集成逻辑电路设计具有能实现，时、分、秒计时功能和定点报时功能，计时模块采用时钟信号触发，不需要程序控制。 方案二 EDA技术实现   采用EDA作为主控制器外围电路进行电压，时钟控制、键盘和LED控制。但此方案逻辑电路复杂，外围设备多，灵活性较低，不利于扩展 方案三 单片机编程实现   此方案采用单片机编程来设计和控制。  综上，根据自身的知识和方案比较，采用方案一，因为方案一简便灵活，扩展性好，同时符合此次数子电子知识设计的要求。脉冲信号源的选择。用555定时器制作的多谐振荡器，

6、信号发生器，脉冲芯片等方式都可以作为脉冲信号源，在此我选择的是多谐振荡器，主要考虑的是它的易于制作和很好的稳定性。当然也可以用石英振荡器，不过这个较为复杂，而且不稳定。 时分秒计数器的选择。时分秒计数器的选择同样有多种，74160N和74161N都是不错的选择，74LS160和 74LS161, 74LS190和74LS191等等也都可以，考虑到其简单易用，在此我们选择的是74160N。 译码显示器的选择。DCD_HEX或7448加上SEVEN_SEG_COM_K等也是多种方案，这里我选择的是DCD_HEX。2 原理设计和功能描述2.1 数字计时器的设计思想干电路系统由秒信号发生器、“时、分、

7、秒”计数器、译码器及显示器组成。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或555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”、计数器的输出状态由七段显示译码器译码，通过六位LED七段显示器显示出来。校时电路是用来对“时”、“分”、“秒”显示数字进行校对调整

8、的。2.2 数字电子钟总体框架图 图2-1 数字电子钟总体框架图 由图可见：本数字钟电路主要由震荡器、分频器、时分秒计数器、译码显示器构成。它们的工作原理是：由震荡器产生的高频脉冲信号作为数字钟的时间基准，再经过分频器输出标准“秒脉冲”送入秒计数器，秒计数器采用60进制计数器，每累计60秒发出一个“分脉冲”信号，该信号作为分计数器的脉冲信号，分计数器也采用60进制计数器，每累计60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12进制计数器。译码显示电路将时、分、秒计数器的输出状态送到七段译码显示器，通过六位LED七段显示器显示出来。2.3 单元电路的设计2.3.1 数字电子

9、钟原理效果图图2-3-1 数字电子钟原理效果图2.3.2 晶体振荡器电路 震荡器电路是数字钟的核心，主要用来产生时间标准信号，数字钟的精度，主要取决于时间标准信号的频率及稳定度。一般来说，震荡器的频率越高，计时精度越高。通常采用石英晶体震荡器经过分频得到这一信号，也可采用由门电路或555定时器构成的多谐震荡器作为时间标准信号源。 本设计方案采用的是集成电路定时器555与RC组成的多谐震荡器。 555定时器是通过外接电阻R和电容C构成充、放电回路电路，并由两个比较器来检测电容上得电压，以确定输出电平的高低和放电开关管的通断，这就很方便地构成从微妙到数十分钟的延时电路，以及多谢振荡器、单稳态触发器

10、、施密特触发器等脉冲波形产生和整形电路。 接通电源后，电容C1被充电，Vc1上升，当Vc1上升到2/3Vcc时，触发器被复位，同时放电BJTT导通，此时Vo为低电平，电容C1通过R和T放电，使Vc1下降。当Vc1下降到1/3Vcc时，触发器又被复位，Vo翻转为高电平，电容C1放电所需要的时间为： t1=RC1ln2=0.7RC1 当C1放电结束是，T截止，Vcc将通过R1，R2向电容器C1冲电，Vcc由1/3Vcc 上升到2/3Vcc所需要的时间为： t2=(R1+R2)C1ln2=0.7(R1+R2)C1 当Vc上升到2/3Vcc是，触发器又发生翻转。如此周而复始，在输出端就得到一个周期性的

11、方波，其频率为： f=1/(t1=t2)=1.43/(R1+R2)C1 这里设震荡频率f=1KHz。 图2-3-2（a） 555 图2-3-2（b） 波形图2.3.3 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是计数器电路，一般采用多级进制计数器来实现。 图2-3-3 74160N原件图74160N是同步十进制计数器，计数状态 00001001共10个，从0000开始计数，直图2-3-3（a） 74160N原件图到第九个计数脉冲为止，重新开始计数，当EP=ET=1,RD=0时，电路工作在工作状态，从0000开

12、始计数，连续输入10个计数脉冲。 使用74160N总体来说比较方便，上图即为此原件图。 下表为十进制计数器74160的功能表和状态转换表十进制计数器74160的功能表CLKRD工作状态x0xx x置零10 x x预置数x11 0 1保持x11 x 0保持（但C=0）111 1计数十进制计数器74160的状态转换表计数顺序电 路 状 态等效十进制数输出CQ3 Q2 Q1 Q00123456789100 0 0 00 0 0 10 0 1 00 0 1 10 1 0 00 1 0 10 1 1 00 1 1 11 0 0 01 0 0 10 0 0 0 0123456789000000000010

13、 分频器是由两个74160N组成的50进制计数器。则输出端的频率则是将原来的50Hz分成1Hz的频率输出，实现分频效果。图2-3-3(b) 50进制计数器2.3.4 时间计数器电路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、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，时个位和时十位计数器为24进制计数器。秒、分、时分别为60、60、24进制计数器、秒、分均为60进制，即显示0059，它们的个位为十进制，十位为六进制。时为二十四进制计数器，显示为0023，个位仍为十进制，而十位为三进制，但当十进位计到2，而个位计到4时清零，就为二十

14、四进制了。1） 60进制60进制计数器是由两个74160N十进制计数器经过一定的方式连接组成的。具体连接是这样的，一片74LS160用低位，另一片设计成六进制计数器做为高位。其连线图如下所示：图2-3-4（a） 60进制2) 24进制24进制计数器也是由两片74LS160组成的，当各位计数状态为Q3Q2Q1Q0=0100,十位计数状态为Q3Q3Q1Q0=0010时，计数器归零。通过把个位Q2、十位Q1接入与非门，然后接入个位、十位的MR端。令计数器清零，从而实现二十四进制计数器的功能。其连线图如下所示：图2-3-4（b） 24进制3）计数部分原理图其总时间原理图如下： 图2-3-4（c） 原理

15、图2.3.5 数码管数码管通常有发光二极管（LED）数码管和液晶（LCD）数码管，本设计提供的为LED数码管DCD_HEX，其已内含译码器功能，所以不用再另加译码器。图2-3-5 数码管2.4 元器件清单表2-4元件名称数量(个)DCD_HEX74160N555_VIRTUAL 4049BT_5V74LS00D57.72k电阻115.4k电阻5V直流电源BUZZER100nF电容10nF电容导线68133111111若干3 数字电子钟仿真 下图为仿真结果，仿真开始时，多谐振荡器产生50Hz的正弦脉冲信号，然后经过分频器后其输出的频率变为1Hz。计数器接收到脉冲信号后开始计数，计数结果显示在数码

16、管上。当分秒计数器达到59分59秒。下面为其中的一张仿真图。图3-1 原理图结 束 语通过这次课程设计，我学到了很多，也感谢老师和朋友在这次设计上的帮助。由于自己知识上的匮乏，许多知识点不得不上网找。我很喜欢模电数电，因为感觉这些东西很绞脑汁儿、很好玩，总想着什么时候能用这些知识做点什么东西出来。当刚拿到题目时很兴奋，心想总算有机会做点东西出来了。可是当真正开始做的时候却发现不知从何下手，不能很好将书上所学连贯起来也就是从这时我才真正的明白理论知识学得好，或者说是应试能力练得好与真正的能力是有差距的。这次课程设计一路走来让我学了好多东西。一、我想最重要的就是让我明白了理论和实践的关系。二、学会

17、了如何使用Altium软件。三、记住了很多元件的标准的名称。四、在实践中了解了多种元件的功能和参数。五、从仿真实践中不仅学会了如何去分析问题和解决问题，也体会到了成功的喜悦和失败的忧郁。六、提高了自己的读图和分析图还有设计图的能力。总之，这次课程设计让我学到了好多东西，这种课程设计对一个大学生是非常重要的，建议学校应该多多举办类似的学习活动。致 谢 通过一周的努力，终于将数字电子钟课程设计完成了，在完成课程设计的这一周中，老师给予了我很大的帮助。他不仅是指导我完成了设计，还教会了我做设计的一般步骤、设计思想和设计方法。当我对此课程设计无从下手的时候，老师专心地为我讲解，为我解决了很多实际存在的

18、困难和问题。他为我们梳理流程，讲解原理，使我对此次的课程设计能圆满完成增添了很多信心，真正的从心理和解决实际问题上为我树立了很好的榜样，我为能有这样的好老师而感觉到骄傲，每每对课程设计的撰写产生疑问时，他为我提纲挈领、梳理脉络，使我确立了本文的框架，为我的写作指引了方向。在此我衷心的感谢一直不辞辛劳为我指明方向的老师，也要感谢教会我知识的学校为我提供实践的场所和实践器材，还要感谢那些耐心帮助我的同学们的同学们。通过这次的课程设计，不仅使我学到了很多专业方面的知识，也让我明白了不畏困难、勇于攀登艰难的重要性，这对我未来的学习和生活产生很大的影响。在此，再次感谢我的学校、老师和同学们。参考文献1 康华光编：数字电子技术基础. 北京:高等教育出版社，2000，221602 任为民编：电子技术基础课程设计.北京:中央广播电视大学出版社，1997，56723 王子仪、殷广信编：电子技术下册.北京: