数字电子钟课设报告

1、_ 脉冲和数字电路课程设计_ 数字电子钟的设计业 _ 通信工程级 _ B120510 号 _ B12051022 名 _ 李彪榕_ 2014 年 _ 脉冲和数字电路课程设计_ 数字电子钟的设计业 _ 通信工程级 _ B120510 号 _ B12051022 名 _ 李彪榕_ 2014 年 6 月 21 日课 程 设 计 报 告课程名称设计题目专班学姓完成日期1 / 211 / 21 （1）23:59:59 ；周期为 24小时.（2）具有调节时，赵国增月日课 程 设 （1）23:59:59 ；周期为 24小时.（2）具有调节时，赵国增月日设计题目： _ 数字电子钟的设计设计内容和要求：用中小规

2、模集成电路设计一个数字电子钟，具备有以下功能：能显示的事件最大示数为分功能；（3）具有整点报时功能， XX时 59 分 50 秒以后每隔 1 秒闪 1下，持续 10秒。设计要求：（1）设计时分秒显示电路；（2）设计 555脉冲发生电路f=1HZ；（3）设计校时电路；（4）设计整点报时电路；（5）时分秒的进位电路；（6）画出框图和逻辑电路图。指导教师：2014 年 6 月 3 日课 程 设 计 评 语成绩：指导教师： _ 年2 / 212 / 21 录目录1 概述 .1 1.1 数字电子钟简介 .2 1.2 研究的内容 .3 1.3 研究的意义 .4 2 数字电子钟的元器件介绍 .5 2.1 数

3、字电子钟的功能和结构 .6 2.2 数字电子钟的主器件选择 .7 3 数字电子钟的电路设计 .8 3.1 六十进制“秒”计数器设计 .9 3.2 六十进制“分”计数器设计 .10 3.3 二十四进制“时”计数器设计 .11 3.4 秒脉冲电路设计 .12 3.5 校分校时电路设计 .13 3.6 整点报时电路设计 .14 4 数字电子钟电路的安装及调试 .15 4.1 总体电路图 .16 4.2 电路的安装 .17 4.3 电路的调试 .12 5 总体功能详细描述 .15 I / 21I / 21 5.1 工作过程 .20 5.2 整点报时过程 .21 5.3 校时过程 .22 总结 .23

4、参考文献 .24 II / 21II / 21 ,1 概述,1.1 数字电子钟简介电子钟是人们日常生活中常用的计时工具，而数字式电子钟又有其体积小、重量轻、走时准确、结构简单、耗电量少等优点而在生活中被广泛应用，因此本次设计就用数字集成电路和一些简单的逻辑门电路来设计一个数字式电子钟，使其完成时间及星期的显示功能。多功能数字钟采用数字电路实现对“时” 、“分”、“秒”数字显示的计时装置。具有时间显示、走时准确、显示直观、精度、稳定等优点。电路装置十分小巧安装使用也方便。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。1.2 研究的内容（1）设计一

5、个有“时”、“分”、“秒”（23小时 59分 59秒）显示，且有手动校时功能的电子钟；（2）用中小规模集成电路组成电子钟，并在实验箱上进行组装、调试；（3）画出框图和逻辑电路图，写出设计、实验总结报告；（4）整点报时。在 59分50秒开始，每 2s 报时一次至整点1.3 研究的意义20世纪末，电子技术获得了飞速的发展，在其推动下，现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域， 有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，同时也使现代电子产品性能进一步提高，产品更新换代的节奏越来越快。数字钟已成为人们日常生活中必不可少的必需品，广泛用于个人家庭以及车站、码 头、剧场、办公室等公共场所，给人们的生

6、活、学习、工作、娱乐带来极大的方便。由于数字集成电路技术的发展和采用了先进的石英技术， 使数字钟具有走时准确、性能稳定、集成电路有体积小、功耗小、功能多、携带方便等优点，因此在许多电子设备中被广泛使用。给人们带来了生活上的方便。1 / 211 / 21 1所2 数字电子钟的元器件介绍1所2.1 数字电子钟的功能和结构2.1.1 数字电子钟的功能需求本课题研究的数字电子钟，应满足经济、实用的特点。经济和实用这两个因素就要求了这种温度不仅实现基本的测量温度的功能，还应该结构简单且有可扩展的其他功能。2.1.2 数字电子钟的结构组成根据数字电子钟的功能分析，在这里设计了数字电子钟的框架图。如图示。图

7、 1 数字电子钟框架图它主要包括以下几大模块，功能如下所述：核心部分即时钟的主要运行及显示部分，实现最高为 24小时的周期性运行。扩展功能部分包括整点报时和校时功能。整点报时功能是在 XX:59：50秒以后，每隔 1秒，小灯闪一下。直到 XX：00:00 时结束。校时功能实现的是对时、分的独立校时功能。2 / 212 / 21 Rd0 0 1 1 1 2所示。LDX X 1 1 1 EP X X 0 X 1 ET X 预置数1 0 计数工作状态置零保持保持（ C=0 Rd0 0 1 1 1 2所示。LDX X 1 1 1 EP X X 0 X 1 ET X 预置数1 0 计数工作状态置零保持保

8、持（ C=0 ）2.2.1 74LS160 74LS160为十进制同步加法计数器，逻辑功能描述如下：由逻辑图和功能表知，在 CT74LS160 中 LD 为预置数控制端， D0-D3 为数据输入端，C为进位输出端， RD为异步置零端， Q0-Q3位数据输出端， EP和ET为工作状态控制端。当 RC=0 时所有触发器将同时被置零，而且置零操作不受其他输入端状态的影响。当RC=1、LD=0 时，电路工作在预置数状态。这时门 G16-G19的输出始终是 1，所以 FF0-FF1 输入端 J、K 的状态由 D0-D3 的状态决定。当RC=LD=1 而 EP=0、ET=1 时，由于这时门 G16-G19

9、的输出均为 0，亦即 FF0-FF3均处在 J=K=0 的状态，所以 CP信号到达时它们保持原来的状态不变。同时 C的状态也得到保持。如果 ET=0、则 EP不论为何状态，计数器的状态也保持不变，但这时进位输出 C等于 0。当 RC=LD=EP=ET=1 时，电路工作在计数状态。从电路的 0000状态开始连续输入 16个计数脉冲时，电路将从 1111的状态返回 0000的状态，C端从高电平跳变至低电平。利用 C端输出的高电平或下降沿作为进位输出信号。逻辑功能如表 1。表 1 74LS160 逻辑图CP X 1 X X 1 引脚图以及逻辑符号如图3 / 213 / 21 Q端控制。图 2 74L

10、S160 引脚图Q端控制。2.2.2 555 脉冲发生器555集成定时器由四个部分组成：（1）基本 RS触发器：由两个“和非”门组成。（2）比较器： C1、C2是两个电压比较器。（3）分压器：阻值均为 5千欧的电阻串联起来构成分压器，为比较器 C1和C2提供参考电压。（4）晶体管开卷和输出缓冲器：晶体管 VT构成开关，其状态受输出缓冲器就是接在输出端的反相器 G3，其作用是提高定时器的带负载能力和隔离负载对定时器的影响。其引脚排列如图 3。图 3 555 引脚排列图4 / 214 / 21 、图形、图形LED是发光二极管 Light Emitting Diode 的英文缩写。LED显示屏是由发

11、光二极管排列组成的一显示器件。它采用低电压扫描驱动，具有：耗电少、使用寿命长、成本低、亮度高、故障少、视角大、可视距离远、规格品种全等特点。目前 LED显示屏作为新一代的信息传播媒体，已经成为城市信息现代化建设的标志。管脚分别接输出段的显示如图 4所示：图 4 LED 显示屏2.2.4 和非门、非门、或非门图 5 和非门图 6 多脚和非门功能：和非门是数字电路的一种基本逻辑电路。若当输入均为高电平（ 1），则输出为低电平（ 0）；若输入中至少有一个为低电平（ 0），则输出为高电平（ 1）。和非门可以看作是和门和非门的叠加。5 / 215 / 21 74LS160，两个 LED显示屏，四个 74

12、LS04非门，74LS160，两个 LED显示屏，四个 74LS04非门，2部分。3.1 六十进制“秒”计数器设计3.1.1 所需器件两块中规模集成十进制计数器一个四输入和门。各器件功能见第3.1.2 原理六十进制秒计数器，它由两块中规模集成十进制计数器 74LS160，一块组成十进制，另一块组成六进制。组合起来就构成六十进制计数器，如图 7所示六十进制计数器。六进制采用的是置零范围为 05，当第六个脉冲到来的瞬间置零，构成六进制计数器。原理图如下。图 7 秒钟部分电路图3.2 六十进制“分”计数器设计6 / 216 / 21 74LS160，一块组3.2.1 所需器件74LS160，一块组两

13、块中规模集成十进制计数器 74LS160，两个 LED显示屏，四个 74LS04非门，一个四输入和门。3.2.2 原理六十进制分计数器，它由两块中规模集成十进制计数器 74LS160，一块组成十进制，另一块组成六进制。组合起来就构成六十进制计数器，如图 5.1 所示六十进制计数器。六进制采用的是置零法， 其变化范围为 05，当第六个脉冲到来的瞬间置零，构成六进制计数器。和六十进制秒计数器相同。原理图如下。图 8 分钟部分电路图3.3 二十四进制“时”计数器设计3.3.1 所需器件两块中规模集成十进制计数器 74LS160和 74ls162，两个 LED显示屏，一个74LS00和门。各器件功能见

14、第 2部分3.3.2 原理二十四进制时计数器，它由两块中规模集成十进制计数器7 / 217 / 21 成四进制，另一块组成二进制。组合起来就构成二十四进制计数器，同理，各片均采用置零法。原理图如下。图 9 小时部分电路图13.4 秒脉冲电路设计秒脉冲发生器是数字钟的核心部分， 它的精度和稳定度决定了数字钟的质量，本实验可采用 555定时器组成的多谐振荡器发出秒脉冲即 1Hz脉冲。3.4.1 所需器件电阻 R1=25k 1个，R3=15k 1个；555脉冲发生器 1个，电容 C1=1uF，C2=30uF。8 / 218 / 21 3.4.2 原理图图 10 秒脉冲电路图频率 f=1T=1（R2+

15、2R3）C1*ln2=1Hz。9 / 219 / 21 3.5 校分校时电路设计3.5.1 所需器件单刀双向开关 2个、12个和非门、2个非门、1个 555脉冲发生器、 20K电阻1个、5K电阻 1个，电容 C1=30uF、C2=1uF。3.5.2 功能描述当走时出现误差的时候，需进行调整。置开关在手动位置，分别对时、分、秒进行单独计数，计数脉冲由秒脉冲输入。为了校时较方便，所以校时脉冲设置频率稍快，不至于和秒脉冲一样慢。这样没有效率，设计也就没多大实际意义了。电路的部分截图如图 11。功能如下：a.如果闭合右边开关 S2，校时脉冲输入分计数器，从而实现对分的校准。b.如果闭合右边开关 S2，

16、校时脉冲输入时计数器，从而实现对时的校准。c. 当校时开关接地时，计数器正常计数和进位；当校时开关接高电位时，电子钟处于校时状态，此时计数器由秒到分、由分到时的进位脉冲被屏蔽，此时可10 / 2110 / 21 对分钟或小时进行手动校对，通过单次脉冲使计数器进位。校时电路如图。图 11 校时电路图3.6 整点报时电路设计3.6.1 所需器件1个和非门， 2个或非门，指示灯 1个。3.6.2 整点报时电路电路应在整点前 10 秒钟内开始整点报时， 即当时间在 59 分 50 秒时，报时电路发出报时控制信号，指示灯每隔 1S闪烁一次。当时间在 59 分 50 秒时，分钟的个位 Qa=Qd=1、十位

17、 Qc=1；秒钟的十位 Qd=1，他们进行和非，和非之后结果为 0,再和秒钟个位数的 Qa进行或非。此时，随着秒钟个位脉冲的到来，或非的结果为 1-0-1-0-1-0-1-0-1-0, 实现指示灯的闪烁。当时间变为 XX:00：00灯停止闪烁，整点报时完成 . 11 / 2111 / 21 6 片 74LS160，555脉图6 片 74LS160，555脉4 数字电子钟电路的安装及调试4.1总体电路图图 13 总体电路图4.2 电路的安装按照图 11总电路图，先整体摆放各主要元器件，例如冲发生器，开关，和非门，非门，指示灯等，摆好位置按照总原理图进行连线。为避免出错，应该按照校时电路、 555

18、 脉冲发生器、时、分、秒、整点报时的顺序分开连接。由于线路较复杂，接线时一定要细心认真细心。4.3 电路的调试12 / 2112 / 21 24进制计数器。用调试计分、计秒电4.3.1 24进制计数器。用调试计分、计秒电按照图 14所示电路图连接电路，构成 60进制计数器，把 74LS90的QA、QB、QC、QD分别接上指示电平，以便观测计数器计数情况，再将秒脉冲和校时脉冲分别接到 74LS160的 CLK，然后接通电，再打开开关开始计数，观察数码管及电平指示是否按加法计数显示。图 14 计分计秒电路图4.3.2 计时电路的调试按照图 15所示电路图连接电路，构成路的方法进行调试。13 / 2

19、113 / 21 图 15 计时电路图4.3.3 完整时分秒电路的调试按照图 16所示电路，将两个 60进制计数器和一个 24进制计数器连接起来，再用上述调试计时电路的方法进行调试，确保每个计数器间的进位正常。图 16 完整时分秒电路图4.3.4 校时电路的调试按照图 17所示电路连接电路，构成校时电路，观察是否可以进行校时，并注意在断开开关后是否会存在时间跳变。图 17 校时电路图14 / 2114 / 21 59分50555脉冲发生器输出 1HZ脉冲，作为1。（2）当秒钟走到59分50555脉冲发生器输出 1HZ脉冲，作为1。（2）当秒钟走到 59秒时，会向分钟产01。（3）时间走到 59

20、分 59秒时，再来一个1S闪烁 1次，直到S3即秒钟停止，打开S1的时候，则给小时输S3可以对秒钟进行校时，最大限度的实按照图 12所示电路连接电路，构成整点报时电路。接通电路观察从秒起，是否每隔 2s 指示灯闪动一次，最后一次闪动结束时达到正点。5 总体功能详细描述打开电路开始运行按钮电路开始工作。CP输入秒钟个位 CLK接口，打开单刀单掷开关，此时数字电子时钟开始工作。5.1 工作过程（1）秒钟开始从 0计时，当个位数显示为 9的时候，再来一个时钟脉冲，则向十位产生一个进位脉冲，此时十位加生一个进位时钟脉冲，此时分钟显示时钟脉冲，则向小时产生一个进位时钟脉冲。 （4）当走到 23：59:59 时，再来一个时钟脉冲，则变为 00：00:00，重复上述过程。5.2 整点报时过程当时钟走到 XX:59:50 秒的时候，指示灯开始闪烁，每隔XX：00:00，结束闪烁。5.3 校时过程当发现时间错误，需要对时间进行校正的时候，先断开S2，则给时钟输入校时脉冲，可以对分钟进行校时，打开入校时脉冲，可以对小时进行校时。打开现精确校时。15 / 2115 / 21 总结转眼之间，这次的课程设计就结束了，