数字电子钟说明书

1、华 南 农 业 大 学电子线路综合设计数字电子钟设计 吴立夫201131190527 邢夏琼201131190530 邓善坤201131190509 黄景好201131190512 班级：11电子5班 组别：第六组 指导教师： 郭云志2013年6月摘 要数字钟实际上是一个对标准频率（1Hz）进行计数的计数电路。振荡器产生的时钟信号经过分频器形成秒脉冲信号，秒脉冲信号输入计数器进行计数，并把累计结果以“时”、“分”、“秒”的数字显示出来。秒计数器电路计满60后触发分计数器电路，分计数器电路计满60后触发时计数器电路，当计满24小时后又开始下一轮的循环计数。一般由振荡器、分频器、计数器、译码器、数

2、码显示器等几部分组成。振荡电路：主要用来产生时间标准信号，因为时钟的精度主要取决于时间标准信号的频率及稳定度，而石英晶体的选频特性非常好，有一个极其稳定的串联谐振频率f，而且等效品质因数Q值也很高，所以采用石英晶体振荡器。分频器：因为振荡器产生的标准信号频率很高，要是要得到“秒”信号，需一定级数的分频器进行分频。计数器：有了“秒”信号，则可以根据60秒为1分，24小时为1天的进制，分别设定“时”、“分”、“秒”的计数器，分别为60进制，60进制,24进制计数器，并输出一分，一小时的进位信号。译码显示：将“时”“分”“秒”显示出来。将计数器输入状态，输入到译码器，产生驱动数码显示器信号，呈现出对

3、应的进位数字字型。由于计数的起始时间不可能与标准时间（如北京时间）一致，故需要在电路上加一个校时电路可以对分和时进行校时。另外，计时过程要具有报时功能，当时间到达整点前10秒开始，蜂鸣器1秒响1秒停地响5次。关键词 数字钟 振荡 计数 校正 报时目 录1设计任务.41.1设计任务及指标.41.2设计要求.42数字电子钟的组成和工作原理.42.1数字钟的构成.42.2原理分析.42.3数字点钟的基本逻辑功能框图.53数字钟的电路设计.53.1秒信号发生器的设计.53.1.1方案一.53.1.2方案二.63.1.3两个方案的比较.73.2时间计数电路的设计.7321 “分”、“秒”六十进制计数器.

4、7322 “时”六十进制计数器.83.3译码显示电路.83.4正点报时电路的设计.103.5校时电路的设计.114数字电子钟的整体电路.125电路的装配与调试过程.135.1电路焊接.135.2调试过程.136收获、体会和建议.14参考文献.15附录 元件清单1设计任务 设计制作一个数字电子钟，各在2位数码管上显示时，分，秒，时间计数电路采用24进制，从00开始到23后再回到00；具有手动校时、校分功能，计时过程具有整点报时功能。1.1设计任务及指标设计制作一个数字电子钟；设计计数电路采用24进制，从00开始到23后再回到00；各用2位数码管显示时、分、秒；具有手动校时、校分功能，可以分别对时

5、、分进行单独校正；计时过程具有报时功能，当时间到达整点前10秒开始，蜂鸣器响1秒停1秒地响5次。1.2设计要求1.小组集中查找资料，讨论，确定设计方案；2.根据选定方案确定实现设计要求的基本电路和扩展电路，画出电路原理图（或仿真电路图）；3.根据经济原则选择元器件及参数；4.小组进行电路焊接、调试、测试电路性能，撰写整理设计说明书。2数字电子钟的组成和工作原理21数字钟的构成数字钟一般由振荡器、分频器、计数器、译码器、显示器、较时电路、报时电路等部分组成，这些都是数字电路中应用最广的基本电路.22原理分析数字钟实际上是一个对标准频率（1Hz）进行计数的计数电路。振荡器产生的时钟信号经过分频器形

6、成秒脉冲信号，秒脉冲信号输入计数器进行计数，并把累计结果以“时”、“分”、“秒”的数字显示出来。秒计数器电路计满60后触发分计数器电路，分计数器电路计满60后触发时计数器电路，当计满24小时后又开始下一轮的循环计数。由于计数的起始时间不可能与标准时间（如北京时间）一致，故需要在电路上加一个校时电路可以对分和时进行校时。另外，计时过程要具有报时功能，当时间到达整点前10秒开始，蜂鸣器1秒响1秒停地响5次。23数字点钟的基本逻辑功能框图图1 数字钟的基本逻辑框图3数字钟的电路设计31 秒信号发生器的设计通过查找资料并展开讨论，我们共同讨论了两个不同的秒信号发生器的设计方案。311方案一 555构成

7、的多谐振荡器电路图如图2。电容C1放电时间为：t1=R2*C1*ln2,充电时间为：t2=(R1+R2)*CI*ln2,则其振荡频率为f=1/(t1+t2)。选择适当的R1、R2、C1值可使f1HZ。图2 555构成的多谐振荡器312方案二 晶体振荡分频电路石英晶体振荡电路1 采用频率fs32768Hz的石英晶体。313两个方案的比较1采用555多谐振荡器优点：555内部的比较器灵敏度较高，而且采用差分电路形式，它的振荡频率受电源电压和温度变化的影响很小。缺点：要精确输出1Hz脉冲，对电容和电阻的数值精度要求很高，所以输出脉冲既不够准确也不够稳定。2采用晶体振荡分频电路优点：由石英晶体的阻抗频

8、率响应可知，它的选频特非常好，有一个极为稳定的串联谐振频率fs，且等效品质因数Q很高。只有频率为fs的信号最容易通过，且其他频率的信号均会被晶体所衰减。 图3 石英晶体振荡器3比较结果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。为了达到设计要求，获取更高的计时精度，选用晶体振荡器构成振荡器电路。一般来说，振荡器的频率越高，计时精度越高。 32时间计数电路的设计秒信号经秒计数器、分计数器、时计数器之后，分别得到“秒”个位、十位、“分”个位、十位以及“时”个位、十位的计时输出信号，然后送至译码显示电路，以便实现用数字显示时、分、秒的要求。“秒”和“分”计数器应为六

9、十进制，而“时”计数器应为二十四进制。采用10进制计数器74LS90来实现时间计数单元的计数功能。74LS90是四位二进制同步加法计数器，它的设置为多片集成计数器的级联提供方便，具有异步清零，同步并行置数，保持和计数的功能。321 “分”、“秒”六十进制计数器选用两块74SL90采用异步清零的方法完成60进制。秒的计数单元为10进制计数器。当QDQCQBQA变成1010时，通过与非门把它的清零端变成0，计数器的输出被置零，跳过1011到1111的状态，又从0000开始，如此重复。秒的十为计数单元为6进制，当QDQCQBQA变成0101时，通过与非门把它的清零端变成0，计数器的输出被置零，跳过0

10、110到1111的状态，又从0000开始，如此就是60进制。同时秒十位上的0101时，要把进位号传输给“分”各位的计数单元。分的个位和十位计数单元的状态转换和秒的是一样的，只是它要把进位信号传输给时的个位计数单元。 图4 74LS90电路图322 “时”二十四进制计数器当“时”十位的QDQCQBQA为0000或0001时，“时”的个位计数单元是十进制计数器，当地的QDQCQBQA到1010时，通过与非门使得个位74LS90上的清零端为0，则计数器的输出直接置零，从0000开始。当十位的QDQCQBQA为0010时，通过与非门使得该74LS90的清零端为0，“时”的十位有重新从0000开始，此时

11、的个位计数单元变成了4进制，即当个位计数单元的QDQCQBQA为0100时，又要从0000开始计数，这样就实现了“时”24进制的计数。 图5 二十四进制示意图33译码显示电路译码显示电路是将计数器输出的8421 BCD码译成数码管显示所需要的高低电平，我们采用阴极七段数码管，引脚如图7。其则译码电路就应选接与它配套的共阴极七段数码驱动器。译码显示电路可采用CD4511BC-7段译码驱动器，其芯片引脚如图8。译码器A、B、C、D与十进制计数器的四个输出端相连接，a、b、c、d、e、f、g即为驱动七段数码显示器的信号。根据A、B、C、D所得的计数信号，数码管显示的相对应的字型。其显示电路如图。 图

12、8 译码显示电路34正点报时电路的设计要求当时间到达整点前10秒开始，蜂鸣器1秒响1秒停地响5次。即当时间达到xx时59分51秒时蜂鸣器开始响第一次，并持续一秒钟，然后停鸣一秒，这样响五次。在59分51秒到59分59秒之间，只有秒的个位计数，分的十位Q3 Q2 Q1 Q0输出0101,个位Q3 Q2 Q1 Q0 输出1001，秒的十位Q3 Q2 Q1 Q0 输出0101均不变，而秒的个位Q0计数过程中输出在0和1之间转。所以可以利用与非门的相与功能，把分十位的Q2 、Q0 ,分个位的Q3、Q0，秒十位的Q2、Q0 和秒个位的Q0和时钟脉冲相“与非”作为控制信号控制与非门的开断，从而控制蜂鸣器的

13、响和停。如图9。 图9 整点报时电路35校时电路的设计 在刚接通电源或者时钟走时出现误差时，则需要进行时间的校准。置开关在手动位置，分别对时、分、秒进行单独计数，计数脉冲由单次脉冲或连续脉冲输入。校时电路由4个开关组成，实现对“时”、“分”的校准。由于在机械开关接通或断开瞬间，触电由于机械的弹性振颤，会出现抖动现象，即电路在短时间内多次接通和断开，使V0的逻辑电平多次在0和1之间跳变，导致错误的逻辑输入。可以采用SR锁存器的记忆作用消除机械开关触电抖动引起的脉冲输出。 图10 校时电路电路图4. 数字电子钟的整体电路如下图 图11 数字电子钟的计数校正电路5电路的装配与调试过程51电路焊接焊接

14、时要主要布线和焊点的合理分布，尽量做到美观。在焊之前， 主要是电路的布线，要尽量减少飞线避免一些电线的冗杂和重复，实际焊接过程中，要保证焊笔不要碰到已经焊好的线，否则焊好的线很容易脱落。每焊接完一部分电路，就立即进行调试，测试无误后方可进心下一阶段的焊接。插拔集成芯片时用力要均匀，避免芯片管脚在插拔中变弯、折断。焊接中出现的问题：1.在布局的时候发现飞线好多，为了避免飞线太多，尽量从芯片内部绕线出来，可以尽量利用空间，同时可以让所有的地线先连接在一条线上，可以使布局 美观一点。2.导线由很多小小的线丝围成，一根线丝在焊接过程中不注意可能跟别的走线相连导致短路，找了很久才找出问题所在，所以每一条

15、走线都要检查的很仔细。3.在焊接的时候最好每一条走线完全焊完再焊下一条，如果同时焊的话会导致可能一些走线没完全走完，使电路不能正常工作。4.在焊接完一部分电路后要立即进行调试，不然如果把电路全部焊接完后才调试，错误了就不知道是哪里错了，所以焊接完一部分电路后要立即进行调试有利于检查。52调试过程实际调试中出现了不少问题，如显示不正常，秒计时中满六十后不进位等等。仔细检测后发现主要是电路的一些接线有错以及输出脉冲不行。下面是我们的通电源逐级调试，逐级排除故障错误的调试调试过程：1.用万用表测量电压源是否稳定输出5V电压。2.刚开始没有加上去抖电路的时候，计数器跳动频率很高且无规律，是脉冲不稳定而

16、产生的误差，后来加上了RS组成的去抖电路改善了电路工作。3.检查各级计数器的工作情况。将“秒”信号直接接入计数器的up端，检查“秒”计数器和“秒”译码驱动器和显示器的工作是否正常，计数器是否为六十进制、是否能正常进位。以同样的方法检查“分”“时”计数器是否计数正常。在给秒位计数器的CPA端输入频率为1Hz,幅值为5V的方波信号后，显示器并没有进位也没有随着脉冲信号跳动，分析是74LS90出了故障，更换一个74LS90后问题依然存在，于是仔细对电路图检查路线，发现74LS90置零端没有接地，将74LS90的置零端接地后秒个位显示器正常计数。误差测试与分析理论值10 s20 s30 s40 s50

17、 s60 s第一次实测值10.1s20.1 s30.1 s40.1 s50.0 s60.0 s第二次实测值10.0 s20.1 s30.0 s40.0 s50.0 s60.1 s第三次实测值10.1s20.1 s30.1 s40.0 s50.1 s60.1 s平均值10.06 s20.1 s30.06 s40.03 s50.03 s60.06 s分析：误差属机械引起的误差：器件本身的不足，还有电容电阻本身的局限性导致测试的误差，导线太长太多，由于导线也有电阻，也会影响测量结果。6收获、体会和建议收获与体会：1、加强了团队合作精神，磨练了我们的意志力。我们各人之间好好的配合，分工合作，设计过程没

18、有一团乱麻。这这个课程设计过程前期，所有成员都有找了不同的电路图和不同的方案，并进行比较选择，之后有成员负责布线，焊接电路， 还有队员负责调试时出现错误后对电路进行修改和重焊，更为可贵的是，我们彼此鼓励，同舟共济地处理每个问题。这种团队精神将是我们美好的回忆。我们花了很多心血来做这个课程设计，由于前一个星期要考试，没时间做课程设计，所以很紧的时间，后面出错的时候经常检查电路到凌晨2点多，最后一天晚上通宵到三点多才完工，但凡事不是一帆风顺的，我们遇到了许多困难。有些困难甚至看进来难于解决，确实也是打击了我们的信心。但我们毫不气馁，认真地检查电路，检查焊接的好坏，用坚强的意志解决问题，到最后终于成功了。2、加强我们对电子器件的了解。一直以来，我们都对电子器件都很感兴趣，对电子应用感到好奇。这次我们亲自制作