简易数字电子钟的设计

1、简易数字电子钟的设计姓名:何格张炬刚叶常挺班级:测控071 学号:0702381018 指导老师:周利兵摘要:数字电子钟是一种用数字显示秒、分、时的计时装置,与传统的机械钟相比,它具有走时准确、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。数字钟是采用数字电路实现对“时”、“分”、“秒”数字显示的计时装置。数字钟的精度、稳定度远远超过老式机械钟。与传统机械钟相比,它具有走时准确、显示直观无机械传动装置等优点。在数字显示方面,目前以有集成的记数、译码电路,他可以直观的驱动数码显示器件。也可直接采用CMOS-LE

2、D光电组合器件,构成模块式石英晶体数字钟。这些电路装置十分小巧,安装使用也方便,如果想实现大型光电数字显示,可以加一定的驱动电路,采用霓虹灯或白炽灯显示系统,做起来也不困难。数字钟是以不同的计数器为基本单元构成的,它的用途十分广泛,只要有计时、计数的存在,便要用到数字钟的原理及结构;同时在日期中,它以其小巧,价格低廉,走时精度高,使用方便,功能多,便于集成化而受广大消费的喜爱。关键词:电子钟计数器译码器显示器一、设计任务与要求由555定时器产生1HZ的标准秒信号,秒,分为00-59六十进制计数器,时为00-23二时四进制计数器,可以手动校正:能分别进行秒,分,时的校正。只要将开关置于手动位置,

3、可分别对秒,分,时进手动脉冲输入调整或连续脉冲输入的校正。二、方案设计与论证1.时间脉冲产生电路方案一: 由集成逻辑门与RC 组成的时钟源振荡器或由集成电路定时器555与RC 组成的多谐振荡器作为时间标准信号源。 方案二: 振荡器是数字钟的核心。振荡器的稳定度及频率的精确度决定了数字钟计时的准确程度,通常选用石英晶体构成振荡器电路。石英晶体振荡器的作用是产生时间标准信号。因此,一般采用石英晶体振荡器经过分频得到这一时间脉冲信号。 +5V v o如图(2所示为电子手表集成电路(如5C702中的晶体振荡器电路,常取晶振的频率为32768Hz,因其内部有15级2分频集成电路,所以输出端正好可得到1H

4、z的标准脉冲。2.计数器: 有了时间标准“秒”信号后,就可以根据60秒为1分、60分为1小时、24小时为1天的计数周期,分别组成两个六十进制(秒、分、一个二十四进制(时的计数器。将这些计数器适当地连接,就可以构成秒、分、时的计数,实现计时的功能。本实验采4位二进制同步计数器CC40161.CC40161是CMOS集成同步二进制计数器。异步清零端CR,无论有无CP,计数器立即清零,同步预置端LD,在时钟脉冲上升沿的作用下。Q3=D3,Q2=D2,Q1=D1,Q0=D0.计数使端ETp=ETt=1,计数器计数.秒计数电路可以由两位计数芯片构成,个位是10进制计数,十位是6进制计数.将Q3和Q1通过

5、一个与非门接至清零端CR,当个位计数器计到1010(十进制10时,计数器立即清零。将Q3和Q0通过一个与门接至十位的使能端ETp和ETt,当个位计数器计到1001(十进制9时,会产生一个进位信号,使十位计数器累加。分计数电路也可以由两位计数芯片构成。具体的做法同秒钟相同,只是将十位的进位信号接至时计数电路的使端。时计数电路是由两个CC40161构成的24进制计数器。将个位的Q3和Q1通过一个与非门接至清零端CR,个位的Q3和Q0通过一个与门接至十位的使能端。将十位的Q1和个位的Q2通过与非门分别接至十位和个位的清零端CR。当计数到0010 0100(十进制24时,十位和个位同时清零。3.译码和

6、数码显示电路:译码和数码显示电路是将数字钟和计时状态直观清晰地反映出来,被人们的视觉器官所接受。显示器件选用LED七段数码管。在译码显示电路输出的驱动下,显示出清晰、直观的数字符号。本设计所选用的是半导体数码管,是用发光二极管(简称LED组成的字形来显示数字,七个条形发光二极管排列成七段组合字形,便构成了半导体数码管。半导体数码管有共阳极和共阴极两种类型。共阳极数码管的七个发光二极管的阳极接在一起,而七个阴极则是独立的。共阴极数码管与共阳极数码管相反,七个发光二极管的阴极接在一起,而阳极是独立的。当共阳极数码管的某一阴极接低电平时,相应的二极管发光,可根据字形使某几段二极管发光,所以共阳极数码

7、管需要输出低电平有效的译码器去驱动。共阴极数码管则需输出高电平有效的译码器去驱动。4.校时电路:实际的数字钟表电路由于秒信号的精确性不可能做到完全(绝对准确无误,加之电路中其它原因,数字钟总会产生走时误差的窒蟆R虼耍缏分芯陀糜行W际奔涔艿牡缏贰?br> 本设计校时电路是将各个位上的使能端引出接一个单刀双掷开关,一端(1端接低位的进位信号,另一端(2端接+5V电压。校正某位上的时间时,可以将相应位的开关接到2端,就能实现校时功能。三、单元电路设计与参数计算1.信号发生器的设计信号发生器是数字钟的核心。它的稳定度及频率的精确度决定了数字钟计时的准确程度,通常选用石英晶体构成振荡器产生的脉冲经

8、过整形、分步获得1Hz的秒脉冲。一般来说,振荡器的频率越高,计时精度越高。如图2.所示为电子手表集成电路(如5C702中的晶体振荡器电路,常取晶振的频率为32768Hz,因其内部有15级2分频集成电路,所以输出端正好可得到1Hz 的标准脉冲。2. 晶体振荡电路如果精度要求不高也可以采用由集成逻辑门与RC组成的时钟源振荡器或由集成电路定时器555与RC组成的多谐振荡器如图3.。这里设振荡频率fo =103Hz.3.多谐振荡器2.秒、分、时计数器的设计秒、分计数器为60进制计数器。小时计数器为24进制计数器。实现这两种模数的计数器采用中规模集成计数器CC40161。(160进制计数器“秒”计数器电

9、路与“分”计数器电路都是60进制,它由一级10进制计数器和一级6进制计数器连接构成。如图4.所示由CC40161构成的60进制计数器。首先将两片CC40161设置成十进制加法计数器,将两片计数器并行进位则最大可实现100进制的计数器。现要设计一个60进制的计数器,可利用“反馈清零”的方法实现。当计数器输出“2Q32Q22Q12Q0、1Q3Q2Q1Q0=0110、0000”时,通过门电路形成一置数脉冲,使计数器归零。(224进制计数器同理当个位计数状态为“Q3Q2Q1Q0=0100”,十位计数器状态为“Q3Q2Q1Q0=0010”时,要求计数器归零。3. 译码显示电路译码电路的功能是将“秒”、“

10、分”、“时”计数器的输出代码进行翻译,变成相应的数字。用于驱动LED七段数码管的译码器常用的有74LS47。74LS47是BCD-7段译码器/驱动器,其输出是OC门输出且低电平有效,专用于驱动LED 七段共阳极显示数码管。由74LS47和LED七段共阳数码管组成的一位数码显示电路如图 6. 所示。若将“秒”、“分”、“时”计数器的每位输出分别接到相应七段译码器的输入端,便可进行不同数字的显示。4.校时电路数字种启动后,每当数字钟显示与实际时间不符进,需要根据标准时间进行校时。校“秒”时,采用等待校时。校“分”、“时”的原理比较简单,采用加速校时。对校时电路的要求是 :1.在小时校正时不影响分和

11、秒的正常计数。2.在分校正时不影响秒和小时的正常计数。5.整点报时电路当计数器在每次为计时到整点时,开始报时,即当“分”变大为59,“秒”计数器为59时,要求报时电路发出一控制信号F1,该信号持续时间为1秒钟,在这一秒钟内使高音信号打开闸门,使报时鸣叫1声.根据以上要求,设计的整点报.脉冲产生电路:a.用555组成的脉冲产生电路:R1=15*103 R2=68*103 C=10F则555所产生的脉冲的为:f=1.43/(R1+2*R2*103*10*106=0.947Hz,而设计要求为 1Hz,因此其误差为 5.3%,在精度要求不是很高的时候可以使用. b.石英晶体振荡电路:采用的 32768

12、 晶体振荡电路,其频率为 32768Hz,然后再经 过 15 分频电路可得到标准的 1Hz 的脉冲输出.R 的阻值,对于 TTL 门电路通常在 0.72K 之间;对于 CMOS 门则常在 10100M 之间时电路. 2.时序控制电路: 采用 555 单稳态电路实现其中 R=68*103 ,C=10*10-6 F,而 电路的输出脉冲宽度 tw=1.1RC,即 tw=0.075s 四、安装与调试 单元电路安装好后，应该先认真进行通电前的检查，通电后，检查每片集 成电路的工作电压是否正常（TTL 型集成电路电源电压为 5±0.25V），这是电路 有效工作的基本保证。 调试该单元电路直至正常

13、工作。统调主电路的方法是将已 调试好的若干单元电路连接起来，然后跟踪信号流向，由输入到输出，由简单到 复杂，依次测试，直至正常工作。因此时控制电路尚未安装，需人为地给受控电 路加以特定信号使其正常工作。 调试控制电路分为两步： 第一步单独调试控制电路本身，施加于控制电路 的各个信号可以人为设定为某种状态，直至正常工作。第二步将控制电路与系统 主电路中各个功能部件联接起来，进行电路统调。 五、结论与心得 做课程设计是为了让我们对平时学习的理论知识与实际操作相结合， 在理论 和实验教学基础上进一步巩固已学基本理论及应用知识并加以综合提高， 学会将 知识应用于实际的方法， 提高分析和解决问题的能力。

14、通过这次对数字钟的设计 与制作， 让我了解了设计电路的程序， 也让我了解了关数字钟的原理与设计理念， 要实现电路功能总要先设计,成功之后才实际接线的。但是最后的成品却不一定 与理想的完全一样，因为，再实际接线中有着各种各样的条件制约着。所以，在 设计时应考虑两者的差异，从中找出最适合的设计方法。 在做课程设计的过程中，我深深地感受到了自己所学到知识的有 限， 明白了只学好课本上的知识是不够的，要通过图书馆和互联网等各种渠道来 扩充自己的知识。 在实验过程中我们曾经遇到过问题。一个是在电路接好之后计 数的显示结果不正确,经分析，检察后我们请老师帮我们检察了电路，知道了是 电路导线坏了， 于是改正

15、了错误。我们遇到的第二个问题是有一个芯片忘记了接 地。由于有好几百条连线，所以我们没有一时检察出问题，但是我们没有沮丧。 在使用万用表测量各个接点电压后我们找到了原因。，但是从中我们学习到了如 何对待遇到的困难，进一步培养了我们一丝不苟的科学态度和不厌其烦的耐心。 在实验的过程中我和我们组的成员始终在一起，我们互相讨论互相合作，使得我 们的实验得以顺利完成，体会到了合作的力量，感受到了 1+12。所有的这些 心得会对我以后的学习和工作有帮助作用， 忠心感谢老师在实验过程中给我们的 谆谆教导；忠心感谢学校给我们提供这次实验机会。 参考文献 1.孙建三.数字电子技术.北京：机械工业出版社.2000 2.杨爱琴.数字电路与逻辑.北京：科技出版社.1996 3.郝波.数字电路.北京：电子工业出版社.1992 附录：总原理图 ： 原器件清单 74LS08：2 片 (含 IC-