数字电子钟课程设计-

1、目录一.引言 (2二.课程设计目的 (2三.设计所需要的器材 (2四.课程设计原理 (2五.课程设计各个部分模块的介绍 (21.振荡器2.2.分频器3.3.计数器3.4.译码器 (35. 显示器 (46. 正点报时的扩展电路 (4六.设计总结 (4七.心得体会 (4一.引言当今时代,电子技术迅猛发展,各种各样的电子产品也相继出现,数字电子钟也应运而生。数字电子钟能够将时间以数字的形式直观地展现出来,让人们更加清楚地掌握时间,因此备受人们的青睐。数字钟是采用数字电路来实现的,以“时”、“分”、“秒”的形式直观地显示时间。它已成为人们日常生活必不可少的一部分,广泛地应用在各家各户以及车站等公共场所

2、,数字钟的广泛应用,有着非常现实的意义,由于数字集成电路的发展,使得数字电子钟的精度,远远超过老式钟表, 而且具有较好报时功能。本设计采用各种集成电路,进行了一个具有正点报时功能的数字电子钟的设计。由于本人能力有限,设计中如有不足之处,还请老师批评指正。二.课程设计目的1.独立完成一个数字电子钟的设计;2.了解和掌握用数字集成电路来设计数字钟的基本原理和方法;3.掌握N进制计数器的设计与并了解一些常用的电子芯片的功能;4.进一步巩固所学到的理论知识,并应用所学知识分析和解决实际问题;三.设计所需要的器材1.555定时器一个2.电阻:2K、10K、5.1K、0.3K各一个;1K电阻42个3.电容

3、:0.1F、0.01F各一个4.芯片:74LS90(三个、74LS161(两个CD4518一个、CD4511(六个5.共阴极七段显示器(六个6.喇叭1个四.课程设计原理数字钟是由振荡器、分频器、计数器、译码器、显示器以及具有正点报时功能的扩展电路所构成的。欲设计一个数字电子钟,首先应该有一个脉冲源(能够自动的产生稳定的标准时间脉冲信号,即为振荡器;但是一般脉冲源所产生的脉冲信号的频率较高,所以,就需要使用分频器对其进行分频,从而得到适合用来计时的秒脉冲信号,即频率为1Hz的秒脉冲信号;经过分频器输出的秒脉冲信号,再进入计数器当中进行计数,又由于在计数时,北京时间规定60秒为一分钟,60分钟为一

4、小时, 24小时为一天,因此就需要两个60进制的计数器和一个24进制的计数器;计数器计数完毕后再经过译码器进行译码;最后在显示器中将累计结果以“时”、“分”、“秒”的形式显示出来。能够正点报时的扩展电路完成了对整时的提示,使人们能够更清楚地掌握时间。图1为数字钟的逻辑框图。五.课程设计各个部分模块的介绍1.振荡器振荡器的精确度和稳定性对电子钟的质量影响最大,石英晶体振荡器具有震荡频率准确、频率容易调整且电路结构较简单的优点。但一般来讲,如果振荡器的频率和其计时精度越高,则其耗电量越大。555定时器是一种将模拟功能与逻辑功能巧妙地结合在一起的中规模集成电路,功能灵活,所以本设计采用由集成电路定时

5、器555与RC组成的多谐振荡器。555定时器由电阻分压器、比较器、基本RS触发器、双极型三极管T和输出缓冲器组成,其外部有八个引脚,第8脚为电源端,第1脚为接地端,第3脚为输出端,第4脚为直接复位端,第5脚为控制电压输入端,第6脚为复位控制端,第2脚为置位控制端,第7脚为放电端。图2为由集成电路定时器555与RC组成的多谐振荡器的电路图,图3为555定时器的引脚图。R为可调电阻,调节R1时可以得到相应频率的信号输出。2.分频器由于振荡器所产生的信号频率很高,因此需要由分频器来实现对信号频率的调整,从而得到频率为1Hz的脉冲信号,本设计采用3片中规模集成电路计数器74LS90来实现,从而得到设计

6、所需要的秒脉冲信号,其电路图如图4所示。3.计数器“秒”和“分”计数器应当采用60进制计数器,而“时”计数器应当采用24进制计数器。秒脉冲信号经过六级计数器以后,分别得到“秒”的个位、十位,“分”的个位、十位,“时”的个位、十位的计时。60进制计数:“秒”和“分”的计数都需要60进制,本设计根据电子技术课本中提到的知识,采用两片74LS161组成256进制计数器后再用反馈归零法来组成60进制计数,其中,“秒”十位是六进制,“秒”个位是十进制其电路图如图5所示。74LS161芯片的引脚排列图和逻辑功能示意图如图6所示。图中C是输入计数脉冲,CR非是清零端,LD非是置数端,CTp和CTt是计数工作

7、状态控制端,D0D3是并行数据输入端,CO是进位信号输出端,Q0Q3是计数器状态输出端。24进制计数:“时”的计数是24进制计数,本设计采用CD4518来实现24进制计数,CD4518是一个同步加法计数器,在一个封装中含有两个可互换二/十进制计数器,其功能引脚分别为17和915.该CD4518计数器是单路系列脉冲输入(1脚或2脚;9脚或10脚,4路BCD码信号输出(3脚6脚;11脚14脚。完成24进制计数的电路图如图7所示,CD4518的引脚图如图8所示。4.译码器我们在新校区做电子试验时,在“译码器及其应用”实验中曾用到芯片CD4511,对其较为熟悉,因此本设计采用数字显示译码器CD4511

8、,来实现计数器传来的信号的译码功能。译码是编码的逆过程,即,将给定的代码进行翻译的过程。当计数器所采用的码制不同时,译码电路也会随之不同。CD4511内接有上拉电阻,故只需在输入端与数码管笔段之间传入限流电阻即可工作。其特点为:具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的CMOS电路能提供较大的拉电流。可直接驱动LED显示器。CD4511的引脚图如图9所示。5显示器本设计用七段发光二极管来显示译码器所输出的数字,显示器有共阳极显示器和共阴极显示器两种,而74LS48译码器所对应的显示器是共阴极(接地显示器。LED7段显示器的外形图及二极管的连接方式如图10所示。6.正点报时的扩展电路该

9、正点报时的功能为:最外端对其安装一个喇叭,每当正点到来时,按4次低音和一次高音的顺序发出间断声响,最后一声高音结束的时刻正好是正点。设声响为一秒钟,则相邻声响时刻为2秒,则低音发声时刻分别为59分51秒、53秒、55秒、57秒,高音发声时刻为59分59秒,由此可定出每次声响的时刻。部分门电路控制音响,输入有时、分的各相应位的控制组合。设高低音频率分别为512Hz和1024Hz。其电路图如图11所示。六.设计总结本数字电子钟的设计是由振荡器、分频器、计数器、译码器、显示器和正点报时电路所组成。但本设计电路的缺点是:没有设计校时电路,即据该方案进行生产得到的产品并无校时功能;且其只能正点报时,而不

10、能报整时数。该设计方案的优点是:采用北京时间计时,直接将时间以数字形式表现出来、精确度较高、走时稳定、使用方便、且它具有正点报时功能。本设计采用有集成电路定时器555与RC组成的多谐振荡器组成,由它得到高频信号;再将此信号传至由3片中规模集成电路计数器74LS90相串联得到的分频器中,从而得到我们计时所需要的秒信号(频率为1Hz的秒信号;之后再将该信号传至计数器,计数器计数的准确性直接影响数字表的准确,且计数器部分是我们电子技术课程学习的重点,计数器包括两部分,即24进制计数和60进制计数,本设计24进制计数采用CD4518来实现,60进制采用我们电子技术课本上学到的方法:采用两片74LS16

11、1组成256进制计数器后再用反馈归零法来组成60进制计数器;经过准确计数后,再将信号传至译码器,由于我们在新校区做电子试验时,在“译码器及其应用”试验中曾用到芯片CD4511,故本设计采用显示译码器CD4511,来进行对来自计数器信号的译码(需要在输入端与数码管笔段之间串入限流电阻;最后将时间以数字形式体现在显示器上,显示器由七段发光二极管采用共阴极接法组成;本设计还有一个能够正点报时的扩展电路,它的功能是每当正点到来时,按4次低音和一次高音的顺序发出间断声响,它由组合逻辑电路组成。其总电路图如图12所示。七.心得体会通过这次对数字电子钟的课程设计,我觉着最大的收获就是增强了自己独立收集资料的能力,锻炼了自己独立思考、独立解决问题的能力。虽然我们至此已经完成了本学期对电子技术课程(模电部分和数电部分的学习,但在本次课设的实际应用当中仍然遇到了很多未曾想到的问题。实际操作是我们的目的,而理论知识是我们实际操作