数字时钟毕业设计

1、本科毕业论文论文题目： 电子数字钟设计 学生姓名： 学号： 专业： 指导教师： 学 院： 1 2014 年 5 月 17 日毕业论文内容介绍论 文题 目电子数字钟设计选题时间2013.12.15完成时间2014.5.17论 文字 数5583关 键 词数字钟 校时 时间显示 整点报时论文（设计）题目的来源、理论和实践意义：题目来源：指导教师指定。理论意义：电子数字钟是一种用数字电路实现时分秒计时的工具，他比普通的机械时钟更具有直观性和准确性，数字时钟适用于自动打铃，自动广播，也适用于节电，节水及自动控制多路电器设备。实践意义：电路结构简单，使用寿命长，成本低论文（设计）的主要内容及创新点：1、振

2、荡电路2、计数电路3、校时电路4、译码及显示电路5、整点报时电路附：论文本人签名： 年 月 日 1电子数字钟设计电子数字钟设计（）摘要：电子数字钟是一种用数字电路实现时分秒计时的装置，它与普通的机械师时钟相比具有更高的直观性，准确性，同时也具有更长的使用寿命，所以得到了广泛的使用。 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。目前，数字钟的功能越来越强，并且有多种专门的大规模集成电路可供选择。 数字钟适用于自动打铃、自动广播，也适用于节电、节水及自动控制多路电器设备。它是由数子钟电路、定时电路、放大执行电路、电源电路组成。为了简化电路结构，数字钟电路与定时电路之间的

3、连接采用直接译码技术。具有电路结构简单、动作可靠、使用寿命长、更改设定时间容易、制造成本低等优点。 从自己所学的知识考虑，这次毕业论文设计的是中小规模集成电路数字钟。关键词：数字钟；校时；时间显示；整点报时 中图分类号：G420 2Digital clock designGuojing（College of Physics and Electronics, Shandong Normal University, Jinan, Shandong 250358, China）Abstract: A digital clock is a kind of digital circuit technol

4、ogy, minutes and seconds when the timing device, and the mechanical clock is higher than the accuracy and intuitive, and no machinery,has more longer service life, so it has been widely used.From the principle of digital clock is a kind of typical digital circuits, including the assembly logic circu

5、it and the sequential circuits. At present, a digital clock function is more and more strong, and a variety of special options. Applicable for automatic digital clock rung, automatic broadcasting, also suitable for electricity, water and automatic control and electrical equipment. It is by several c

6、hildren clock circuit, timing circuit, amplifier circuit, the power circuit implementation. In order to simplify the circuit structure, a digital clock circuit and timing circuits using direct connection between decoding technology. With simple structure, reliable operation, long service life, chang

7、e the setting time for easy and manufacturing cost etc.To learn from the point of view, there are mainly introduced in small scale integrated circuit design method of digital clock。Keywords: digital clock；correct time；time to show；call out at oclock 3目录引言 .41.设计目的 .62.设计功能要求 .62.1 基本功能 .62.2 拓展功能 .6

8、3 电路设计.63.1 设计方案 .63.2 单元电路的设计 .73.2.1 主体电路部分 .73.2.1.1 振荡电路 .83.2.1.2 计数电路 .93.2.1.3 校时电路 .123.2.1.4 译码与显示电路 .143.2.2 扩展功功能电路的设计 .163.2.2.1 整点报时功能 .164.仿真 .174.1 主体电路仿真图 .184.2 拓展电路仿真图 .195.总结 .20参考文献 .21 4引言引言：中国是世界上最早发明计时仪器的国家。有史料记载，汉武帝太初年间（纪元前104-101年）由落下闳创造了我国最早的表示天体运行的仪器浑天仪。东汉时期（公元130年）张衡创造了水运

9、浑天仪，为世界上最早的以水为动力的观测天象的机械计时器，是世界机械天文钟的先驱。盛唐时代，公元725年张遂（又称一行）和梁令瓒等人创制了水运浑天铜仪，它不但能演示天球和日、月的运动，而且立了两个木人，按时击鼓，按时打钟。第一个机械钟的灵魂擒纵器用于计时器，这是中国科学家对人类计时科学的伟大贡献。它比十四世纪欧洲出现的机械钟先行了六个世纪。第一只石英钟出现在二十世纪二十年代，从三十年代开始得到了推广，从六十年代开始，由于应用半导体技术，成功地解决了制造日用石英钟问题，石英电子技术在计时领域得到了广泛的应用。并取代机械钟做了更精确的时间标准。早在1880年，法国人皮埃尔居里和保罗雅克居里就发现了石

10、英晶体有压电的特性，这是制造钟表“心脏”的良好材料。科学家以石英晶体制成的振荡计时器和电子钟组合制成了石英钟。经过测试，一只高精度的石英钟表，每年的误差仅为3-5秒。1942年，著名的英国格林尼治天文台也开始采用了石英钟作为计时工具。在许多场合，它还经常被列为频率的基本标准，用于日常测量与检测。大约在 1970 年前后，石英钟表开始进入市场，风靡全球。随着科学的进步，精密的电子元件不断涌现，石英钟表也开始变得小巧精致，它既是实用品，也是装饰品。它为人们的生活提供方便，更为人们的生活增添了新的色彩。 在现行情况下根据简单实用强的、走时准确进行设计。而实验证明，钟表的振荡部分采用石英晶体作为时基信

11、号源时，走时更精确、调整更方便。钟是一种计时的器具，它的出现开拓了时间计量的新里程。提起时钟大家都很熟悉，它是给我们指明时间的一种计时器，并且我们每天都要用到它。二十世纪八十年代中国的钟表业经历了一场翻天覆地的大转折。其表现在三个方面：（1）从生产机械表转为石英电子表； （2）曾占据中国消费市场四十多年的大型国有企业突然被刚刚冒起的“组业”所取代，钟表生产中心转向中国南方沿海一带；（3）中国钟表业发展从以机芯为龙头改为以手表外观件为龙头。这场转折以迅雷不及掩耳的速度，冲击着传统的中国钟表工业。中国的钟表业从技术简单、零件少的石英钟机芯制造入手。最初石英钟机芯全靠从日本、德国进口，1989 年开

12、始完全自己生产，包括模具的制造加工。近十余年，逐渐提 5高机芯质量的稳定性，同时转向对手表机芯研制与开发。目前石英钟表机芯生产主要在福建省福州、广东东莞、番禺；机械钟表机芯在上海、山东等地。现在我国的电子业发展非常快速，电子业的发展有利于钟表业的发展。在中国钟表发展史上，国产机芯研制的失败已经成为过去， “组装业”作为新兴钟表工业的起步阶段也已成为过去。一支新的充满智慧的钟表精英在成长。我们相信在科技高速发展的今天，钟表业运用当今材料工业、电子工业和其他领域的最新技术，一定会生产出代表中国科学水平的产品。我们希望钟表业的精英们在提高制造技术水平中不断创新，培育出拥有自主知识产权的品牌。这正是中

13、国钟表业发展的希望。数字钟被广泛用于个人家庭,车站, 码头、办公室等公共场所,成为人们日常生活中的必需品。由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的广泛应用,使得数字钟的精度,运用超过老式钟表, 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。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、自动起闭路灯、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。 61.1.设计目的设计目的设计一种多功能数字钟，该数字钟具有基本功能和扩展功能两部分。其中，基本功能部分的

14、有准确计时，以数字形式显示时、分、秒的时间和校时功能。扩展功能部分则具有：自动整点报时功能。数字钟的电路也是由主体电路和扩展电路两部分构成，在电路中，基本功能部分由主体电路实现，而扩展功能由拓展电路实现。这两部分都有一个共同特点就是它们都要用到振荡电路提供脉冲信号。在计时出现误差时电路还可以进行校时和校分，并且要用数码管显示时、分、秒，每部分均为两位显示。 2.2.设计功能要求设计功能要求2.12.1 基本功能基本功能：（1）时的计时要求为 24 进制，分和秒的计时要求为 60 进制（2）准确计时，以数字形式显示时，分，秒的时间（3）校正时间2.22.2 扩展功能扩展功能：（1）自动整点报时3

15、 3. .电路设计电路设计3.13.1 设计方案设计方案根据设计要求首先建立了一个多功能数字钟电路系统的组成框图，框图如图3-1 所示。 7时显示器分显示器秒显示器时译码器分译码器秒译码器时计数器分计数器秒计数器校时电路振荡器整点报时振荡器主体电路扩展电路图 3-1 数字电路框图由图 3-1 可知，电路的工作原理是：多功能数字钟电路由主体电路和扩展电路两大部分组成。其中主体电路完成数字钟的基本功能，扩展电路完成数字钟的扩展功能。振荡器产生标准秒脉冲信号，秒计数器计满 60 后向分计数器个位进位，分计数器计满 60 后向小时计数器个位进位并且小时计数器按照 24 进制的规律计数。计数器的输出经译

16、码器送显示器。计时出现误差时电路进行校时、校分、校秒。扩展电路必须在主体电路正常运行的情况下才能进行扩展功能。3.23.2 单元电路的设计单元电路的设计数字电子钟的设计方法很多种，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。在本次设计，电路是由许多单元电路组成的，因此首先必须对各个单元电路进行设计。3.2.13.2.1 主体电路部分主体电路部分 8主体电路部分的电路主要由振荡电路、计数电路、显示电路以及校时电路四大部分组成。时显示电路分显示电路秒显示电路时译码电路分译码电路秒译码电路时计数电路分计数

17、电路秒计数电路校时电路秒脉冲信号发生器图 3-2 主体电路思想3.2.1.13.2.1.1 振振荡荡电电路路振荡电路也就是秒脉冲信号发生器，由集成电路定时器 555 与 RC 组成的多谐振荡器用来产生秒脉冲。555 定时器芯片介绍，图 3-3 为 555 内部结构图，图 3-3 555 内部结构图1 GND 2 触发 3 输出 4 复位 5 控制电压 6 门限(阈值） 7 放电 8 Vcc 图 3-4 为秒脉冲信号发生器 9 图 3-4 秒脉冲信号发生器采用集成电路 555 定时器与 RC 组成的多谐振荡器。输出的脉冲频率为，周期。取电阻为千欧级，电容KHzInCRRf12)2/(1121ms

18、fTs1/1到。若参数选择:欧姆,时，可以得到秒uF01. 0uF1 . 0KRR1021uFC471脉冲信号。虽然直接得到了秒脉冲，但是从计时精度的角度考虑，振荡器的振荡频率越高，钟表计时的精确就越高，所以此方法的精度不好，但对于本次设计来说，这种方法最方便，所以应用此设计。3.2.1.23.2.1.2 计数电路计数电路数字钟的计数电路是用两个六十进制计数电路和一个 24 进制的计数电路实现。计数电路采用反馈清零法。当计数器正常计数时，反馈门不起作用，只有当进位脉冲到来时，反馈信号将计数电路清零，实现相应模的循环计数。以六十进制为例，当计数器从 00，01，02，59 计数时，反馈门不起作用

19、，只有当第 60 个秒脉冲到来时，反馈信号随即将计数电路清零，实现模为 60 的循环计数。此设计用 74LS160 实现计数，用 74LS160 构成 60,24 进制计数电路，然后级联组成时，分，秒整体计数电路。3.2.1.2.13.2.1.2.1 74LS16074LS160 功能介绍功能介绍 74LS160 为 10 进制计数器，如图 3-5 所示， 10 图 3-5 74LS160 芯片RCO 进位输出端ENP 计数控制端ENT 计数控制端CLK 时钟输入端Q0Q3 输出端MR 异步清零端（低电平有效）LOAD 同步并行置入端（低电平有效）3.2.1.2.23.2.1.2.2 74LS

20、16074LS160 工作原理工作原理以 7 进制计数器为例，其真值表为 表 3-1 表 3-1 7 进制真值表设置该电路时要求在 6 时进位，也就是在输出为 6 时，输入端置零。 11对于要设计的 24 进制和 60 进制，采用 两片 74LS160 级联的方法 。图 3-6 为 24 进制级联图： 图 3-6 24 进制级联图如图 3-6 所示，有两片 74LS160 级联而成 24 进制计数器，若令第二片，则73, 62, 51, 40DDDDDDDD73, 62, 51, 40QQQQQQQQ从开始计数0000000076543210DDDDDDDD到，也就00000000765432

21、10QQQQQQQQ0010001176543210QQQQQQQQ是从 023，然后采用同步清零的方式，这样就完成了24 进制的计数。图 3-7 为 60 进制级联图： 12 图 3-7 60 进制级联图如图 3-7 所示采用的是两片 74LS160 级联成 60 进制计数器， 060，用的是异步清零的方法。3.2.1.33.2.1.3 校时电校时电路路3.2.1.3.13.2.1.3.1 校时电路图校时电路图校时电路用于当时间出现误差时，调整到正确时间。电路如图 3-8 所示 13图 3-8 校时电路图3.2.1.3.23.2.1.3.2 电路的工作原理电路的工作原理校时电路的作用是：当数

22、字钟接通电源或者出现误差时，校正时间。校时是数字钟应具有的基本功能。一般电子表都具有时、分、秒等校时功能。本次采用的方法是利用开关进行校时。如图 3-8 可以看到四个开关S1，S2，S3，S4，利用四个开关的闭合来校正时间。正常情况下 S2，S3,S4 处于闭合状态，时钟进行正常的走动。对分钟进行校时时，闭合 S1，断开 S2，S4，分钟显示器会开始走动，当到达准确时间时，打开 S1，闭合其他开关，校时完成。 14对小时进行校时，闭合 S1，断开 S3，S4，小时的显示器开始走动，当到达准确时间时，打开 S1，闭合其余开关，校时完成。3.2.1.43.2.1.4 译译码码与与显显示示电电路路3

23、.2.1.4.13.2.1.4.1 译码与显示电路图译码与显示电路图 电路如图 3-9 所示图 3-9 译码与显示图3.2.1.4.23.2.1.4.2 电路的工作原理电路的工作原理 数字显示译码器是驱动显示器的核心部件，它可以将输入代码转换成相应的数字显示代码，并在数码管上显示出来。3.2.1.4.33.2.1.4.3 电路中的主要元件及功能介绍电路中的主要元件及功能介绍3.2.1.4.3.13.2.1.4.3.1 译码器译码器 74487448 如图 3-10 所示为七段显示译码器 7448 的引脚图，输入 A,B,CD 接收四位二进制码，输出 QAQG 为高电平有效，可直接驱动共阴极显示

24、器，三个辅助控制端，以增强器件的功能，扩大器件应用。 15图 3-10 7448 芯片图 7448 的真值表如表 3-2 所示。从功能表可以看出，对输入代码 0000，译码条件是：灯测试输入 和动态灭零输入 同时等于 1，而对其他输入代码则仅要求 =1，这时候，译码器各段 ag输出的电平是由输入代码决定的，并且满足显示字形的要求。 表 3-2 7448 真值表 灯测试输入低电平有效。当 = 0 时，无论其他输入端是什么状态，所 16有输出 ag 均为 1，显示字形 8。该输入端常用于检查 7448 本身及显示器的好坏。 动态灭零输入 低电平有效。当 =1，且输入代码 时，输出 ag 均为低电平

25、，即与 0000 码相应的字形 0 不显示，故称“灭零”。利用 =1 与 = 0，可以实现某一位数码的“消隐”。 灭灯输入动态灭零输出 是特殊控制端，既可作输入，又可作输出。当 作输入使用，且 = 0 时，无论其他输入端是什么电平，所有输出 ag 均为 0，字形熄灭。作为输出使用时，受和控制，只有当，且输入代码 时，其他情况下。该端主要用于显示多位数字时多个译码器之间的连接。3.2.1.4.3.23.2.1.4.3.2 七七段段显显示示器器在电路图 3-11 中所用的显示器是共阴极形式，阴极必须接地。其管脚功能图：图 3-11 七段显示器管脚图3.2.23.2.2 扩展功功能电路的设计扩展功功

26、能电路的设计3.2.2.13.2.2.1 整点报时功能整点报时功能3.2.2.1.13.2.2.1.1 电路的工作原理电路的工作原理整点报时功能是，当计数时钟到达整点时发出声响并持续一分钟。 17实现这一功能需要两个四输入的或非门和一个三输入的与门，扬声器，三极管。也就是当分钟的计时器达到 59 时，扬声器发出声音并持续一分钟。原理图如图 3-12：图 3-12 整点报时图4.4.仿真仿真在本设计中，为了设计的顺利进行，我在 protus 上进行了电路的仿真。 184.14.1 主体电路主体电路仿真图仿真图图 4-1 主体电路仿真图 194.24.2 拓展电路仿真图拓展电路仿真图图 4-2 拓展电路仿真图 205.5.总结总结通过本次毕业设计,我明白了一个道理:无论做什么事情,都必需养成严谨,认真,善思的工作作风.本次的毕业设计我全部采用数字电路来实现，构思简单，易理解，但是电路比较复杂。同时此次数字钟设计过程中，更进一步地熟悉了芯片的结构及掌握了各芯片的工作原理和其具体的使用方法。毕