汪缓 课程设计1

1、课 程 设 计 课程名称数字电子技术课程设计题目名称数字钟的设计专业班级学生姓名 学 号 指导教师 二一二年六月六日摘要数字钟是一个将“时”，“分”，“秒”显示于人的视觉器官的计时装置。它的计时周期为24小时，显示满刻度为23时59分59秒。一个基本的数字钟电路主要由秒信号发生器、“时、分、秒、”计数器、译码器及显示器组成。由于采用纯数字硬件设计制作，与传统的机械表相比，它具有走时准，显示直观，无机械传动装置等特点。本设计中的数字时钟采用数字电路实现对“时” 、“分”、“秒”的显示和调整。通过采用各种集成数字芯片搭建电路来实现相应的功能。具体用到了555震荡器，74LS90及与非，异或等门集成

2、芯片等。该电路具有计时和校时的功能。在对整个模块进行分析和画出总体电路图后，对各模块进行仿真并记录仿真所观察到的结果。实验证明该设计电路基本上能够符合设计要求！关键词 振荡器、 计数器、译码显示器、Multisim2001目 录1.1设计题目：“数字钟的设计”31.3给定条件及元器件31.4设计内容32组成及基本原理32.3译码和数码显示电路42.4校时电路52.5报时电路53各部分电路设计53.1振荡电路53.2计数器63.3译码显示电路93.5整点报时电路124课程设计总结145感谢词14参考文献15 1. 设计任务书 1.1设计题目：“数字钟的设计”1.2技术要求：设计一台能直接显示“时

3、”、“分”、“秒”的数字钟，要求24小时为一计时周期。当电路发生走时误差时，要求电路具有校时功能。要求电路具有整点报时功能，报时声响为四低一高，最后一响正好为正点。1.3给定条件及元器件要求电路主要采用中规模CMOS集成电路CC4000系列组成。电源电压为+5+10V。要求设计在数字电路实验箱上完成。1.4设计内容电路各部分的组成及工作原理。元器件的选取及其电路图和功能。电路各部分的调试方法在整机电路的设计、调试运行中，遇到什么问题，其原因及解决方法。2组成及基本原理数字钟是一个将“时”、“分”、“秒”显示于人的视觉器官的计时装置。它的计时周期为24小时，显示满刻度为23时59分59秒，另外应

4、有校时功能和报时功能。因此，一个基本的数字钟电路主要由五部分组成。其整机框图如下所示。译码显示电路分 计数器秒 计数器时 计数器校时 电 路报时 电 路振荡器2.1晶体振荡器 晶体振荡器的作用是产生时间标准信号。数字钟的精度，主要取决于时间标准信号的频率极其稳定度。因此，一般用石英晶体振荡器经过分频得到这一信号。也可采用由门电路或555定时器构成的多谐振荡器作为时间标准信号源。 2.2计数器 有了时间标准“秒”信号后，就可以根据60秒为一分、60分为一小时24小时为一天的计数周期，分组组成两个六十进制（秒、分）、一个二十四进制（时）的计数器。将这些计数器适当链接，就可以构成秒、分、时的计数，实

5、现计时功能。 2.3译码和数码显示电路 译码和数码显示电路是将数字钟的计时状态直接清晰地反映出来，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信号的驱动下，显示出清 晰、直观的数字符号。2.4校时电路实际的数字钟电路由于秒信号的精确性和稳定性不可能做到完全准确无误，加之电路中其它原因，数字钟总会产生走时误差的现象。因此，电路中就应该有校准时间功能的电路。2.5报时电路当数字钟显示整点时，应能报时。要求当数字钟的“分”和“秒”计数器计到59分50秒时，驱动音响电路，要求每隔一秒音响电路鸣叫一次，每次叫声的时间持续1秒，10秒钟内自动发出五声鸣叫，且前四声低，最后一

6、声高，正好报整点。3各部分电路设计3.1振荡电路振荡器是数字钟的心脏，它是产生时间标准“秒”信号的电路。为了制作简便，在精度要哀求不高的条件下，本系统中的振荡电路构成的多谐振荡器，见图。多谐振荡器的振荡频率可由式3.1.1估算。 图 图 （式) 若选R1=R2=10K,要在输出端得到频率为1Hz的时钟信号，则C应选47uF。调节电位器，即可调整秒信号。 CC7555单定时器的外部引脚见图所示。3.2计数器 数字钟的“秒”、“分”信号产生电路都是由六十进制计数器构成，“时”信号产生电路为二十四进制计数器。它们都可以用“二十进制”计数器来实现。 六十进制计数器和二十四进制计数器均可由双BCD加法计

7、数器CC4518组成。CC4518的功能和外部引线排列已在第二章做了介绍，这里不再重复。 因为一片CC4518内含有两个十进制计数器，因此用一片CC4518就可构成六十进制或二十四进制计数器了。 选取CC4518和与非门CC4511、采用反馈复位法构成的六十进制和二十四进制加法计时器电路分别见图（a）和(b)所示。 （a） （b） 图 我们把计数器各功能端前标有“1”的叫“计数器1”，标有“2”的叫“计数器2”。在这两个电路中，“计数器1”的控制脉冲均由CP端输入，因此1ENing接高电平；“计数器2”的控制脉冲均由EN端输入，因此2CP应接低电平。 将1QD接至2EN保证了低位十进制计数器想

8、高位计数器提供触发信号。见图是同步十进制计数器的时序图。CPQAQBQCQD2EN(1QD) 图 由图可以看出：当“计数器1”的状态由1001向0000转换时，1QD(2EN)ZN正好是一个下降沿，因此高位的计数器开始计数。 在图（a）中，将2QD和2QB相与后接至CR端，构成了六十进制计数器，在图（b）中，将2QBHE 1QC相与后接至CR端构成二十四进制计数器。为了保证电路能可靠地工作，在“秒”、“分”“时”计数器反馈复位支路中，加了一个RS触发器，如图3.1.6所示（以六进制电路为例）。图 图 将与非门组成的RS触发器的输出接至计数器的复位端，展宽了复位和进位信号的脉冲宽度，使其在本位可

9、靠地复位的同时向高位提供了进位出发脉冲。 与非门选用四2输入与非门CC4011,使外部引脚排列见图.3.3译码显示电路 当数字钟的计数器在CP脉冲的作用下，按60秒为1分、60分为1小时、24小时为一天的计数规律计数时，就应将其状态显示成清晰的数字符号。这就需要将计数器的状态进行译码并将其显示出来。 我们选用的计数器全都是二十进制集成片，“秒”、“分”、“时”的个位和十位的状态分别由集成片中的四个触发器的输出状态来反映的。每组（四个）输出的计数器状态都按BCD代码以高电平来表现。因此，需要译码电路将计数器输出的BCD代码变成能驱动七段数码显示器的工作信号。 译码显示电路选用BCD-7段锁存译码

10、/驱动器CC4511.CC4511已在第二章介绍过了，这里不再赘述。七段显示数码管的外部引脚排列见图(a）、（b）。 (a)外引脚排列 1 2 4 5 6 7 9 10 ed c dp b a f g 3 8 （b）二极管示意图 图 七段数码管表列出了我们经常选用的几种LED数码管的型号及主要参数。 表 型号发光材料正向压降VF(每段)反向漏电流IR（每段）光强IV（每段）极限”电流IFM（每段）峰值波长P(每段)发光颜色外形尺寸（字高）FR-105(C)GaP2.5V10uA0.28mcd30mA5650A绿12.7mmFR-205(C)GaP2.5V10uA0.24mcd30mA7000A

11、红12.7mmFR-305(C)GaASP2.5V10uA0.25mcd30mA5850A黄12.7mmFR-405(C)GaP2.5V10uA0.24mcd30mA6100A橙12.7mm 图 现以60进制“秒计时电路为例，将计时器、译码显示器和显示数码管连在一起，其电路示意图见图.3.4校时电路 当时钟指示不准或者停摆时，就需要校准时间（或称对表）。校准的方法很多，常用的有“快速校时法”。现在以“分计时器”的校时电路为例，简要说明它的校时原理，见图. 与非门1,2构成双稳定触发器，可以讲1Hz的“秒”信号和“秒计数器的进位信号”送至“分计数器的CP端”。两个信号中究竟选哪个送入由开关K控制

12、，它的工作过程是这样的： 图 当开关K置“B”端时，与非门1输出低电平，门2输出高电平。“秒计数器进位信号”通过门4和5送至“分计数器的CP端”，使“分计数器”正常工作；需要校正“分计时器”时，将开关K置“A”端，与非门1输出高电平，门2输出低电平，门4封锁“秒计数器进位信号”，二门3将1Hz的CP信号通过门3和门5送至“分计时器”的CP控制端，使“分计数器”在“秒”信号的控制下“快速”计数，直至正确的时间，再将开关置于“B”端，以达到校准时间的目的。3.5整点报时电路 数字钟整点报时是最基本的功能之一。现在设计的电路要求在离整点差10秒时，每隔1秒钟鸣叫一次，每秒持续时间为1秒，共响5次，前

13、四次为低音500Hz，最后一声为高音1000Hz。整点报时电路的电路原理如图所示。 图 整点报时电路主要由控制门电路和音响电路两部分组成。 控制门电路组成 由与非门18组成。图中与非门1，3,5的输入信号Q4，Q3，Q2，Q1分别表示“分十位”、“分个位”、“秒十位”和“秒个位”的状态，下标中D,C,B,A分别表示组成计数器的四个触发器的状态。 由图可以看出： 根据设计要求，数字钟电路要求在59分51秒、53秒、55秒、57秒和59秒时各鸣叫一次。 当计数器计到59分50秒时，分、秒计数器的状态为： QD4QC4QB4QA4=0101 (分十位) QD3QC3QB3QA3=1001 (分个位)

14、 QD2QC2QB2QA2=0101 (秒十位) QD1QC1QB1QA1=0000 (秒个位) 要求音响电路工作，计数器状态的变化仅发生在59分59秒之间。因此，只有秒个位的状态发生变化，而其他计数器的状态无须变化，所以可持续QC4=QA4=QD3=QA3=QC2=QA2=1不变。将它们相与Y2=QC4QA4QD3QA3QC2QA2=1。将此信号作为非门5.6的控制信号。 由图可以看出： 可见要使Y5=1，在Y2=1的情况下（即59分50秒不变的前提下）由以下两种情况： （1）当1000Hz信号输入时，应使QD1QA1的状态为1，即QD1QC1QB1QA1=1001，即59秒。 （2）当50

15、0Hz信号输出事，应使QD1QA1的状态为1，即QD1=0、QA1=1，我们把Q1状态的真值表列于中。 由表可以看出：QD1=0、QA1=1的所有状态组合只有四种，即0001、0011、0101、0111，它们分别表示51秒、53秒、55秒和57秒。音响电路 音响电路采用射极输出器，推动8的喇叭，三极管基极串接1K限流电阻，是为了防止电流过大损坏喇叭，集电极串接51限流电阻，三极管选用高频小功率管即可。 当Y5端为高电平时，三极管T导通，有电流流经喇叭，使之发出鸣叫声。通过以上分析可知，当计时至59分51、53、55、57秒时，频率为500Hz的信号通过喇叭，当计时至59分59秒时，频率为1000Hz的信号通过喇叭，因而发出四低一高的声音，音响结束正好为59分60秒。 图是数字钟整机逻辑图。 图 4课程设计总结人在课程设计中因知识点欠缺，知识点掌握不够深度而让我遇到了很多的困难，让我所编写的程序老是出错，但同时也让我收获到了很多，比如对这门课程理解的更加深厚