数字电子钟毕业设计样本

娄底职业技术学院毕业设计（论文）题目多功能数字钟设计与制作 学生姓名学号专业应用电子技术班级06级电子大一班指引教师教师完毕日期 12月 30日湖南省娄底职业技术学院教务处制目录【摘要】 3前言 31.数字钟构成和基本工作原理 41.1振荡器 51.2分频器电路 51.3计数器 51.4译码显示电路 51.5校时电路 51.6报时电路 52.设计环节与办法 62.1振荡电路 62.2分频器电路 62.3计数器 72.3.1计数器六十进制接法 82.3.2二十四进制计数器接法 82.4译码显示电路 102.5校时电路 112.6整点报时电路 122.6.1控制门电路某些 122.6.2音响电路某些 133.组装与调试 153.1接通电源逐渐调试 153.2按顺序对电路连线和调试 154.结束语 155.附录 166.参照文献 17多功能数字钟设计与制作学生：指引教师：娄底职业技术学院【摘要】:多功能数字钟采用数字电路实现对“时”、“分”、“秒”数字显示计时装置。具备时间显示、闹钟设立、报时功能、校正作用。走时精确、显示直观、精度、稳定等长处。电路装置十分小巧,安装使用也以便。同步在日期中，它以其小巧，价格低廉，走时精度高，使用以便，功能多，便于集成化而受广大消费爱慕。核心字:晶体振荡器、分频器、计数器、显示屏和校时电路前言20世纪末，电子技术获得了飞速发展，在其推动下，当代电子产品几乎渗入了社会各个领域，有力地推动了社会生产力发展和社会信息化限度提高，同步也使当代电子产品性能进一步提高，产品更新换代节奏也越来越快。数字钟已成为人们寻常生活中：必不可少必须品，广泛用于个人家庭以及车站、码头、剧场、办公室等公共场合，给人们生活、学习、工作、娱乐带来极大以便。由于数字集成电路技术发展和采用了先进石英技术，使数字钟具备走时精确、性能稳定、集成电路有体积小、功耗小、功能多、携带以便等长处，，因而在许多电子设备中被广泛使用。电子钟是人们寻常生活中惯用计时工具，而数字式电子钟又有其体积小、重量轻、走时精确、构造简朴、耗电量少等长处而在生活中被广泛应用，因而本次设计就用数字集成电路和某些简朴逻辑门电路来设计一种数字式电子钟，使其完毕时间及星期显示功能。本次设计以数字电子为主，分别对1S时钟信号源、秒计时显示、分计时显示、小时计时显示、整点报时及校时电路进行设计，然后将它们组合，来完毕时、分、秒显示并且有整点报时和走时校准功能。并通过本次设计加深对数字电子技术理解以及更纯熟使用计数器、触发器和各种逻辑门电路能力。电路重要使用集成计数器，例如CD4060、CD4518，译码集成电路，例如CD4511，LED数码管及各种门电路和基本触发器等，电路使用5号电池共电，很适合在寻常生活中使用。本次毕业设计得到娄底职业技术学院电子信息工程系钟新跃教师大力支持，她提出了许多意见和建议，在此表达衷心感谢。由于本人能力有限，在设计中难免会浮现错误与局限性，但愿各位教师及读者予以批评并提出宝贵意见。1.数字钟构成和基本工作原理数字钟事实上是一种对原则频率进行计数计数电路。它计时周期是24小时，由于计数器起始时间不也许与原则时间（如北京时间）一致因此采用校准功能和报时功能。数字钟电路重要由译码显示屏、校准电路、报时电路、时计数、分计数、秒计数器，振荡电路和单次脉冲产生电路构成。其中电路系统由秒信号发生器、“时”、“分”、“秒”计数器、译码器及显示屏、校准电路、整点报时电路构成。秒信号产生器是整个系统时基信号，它直接决定计时系统精度，普通用石英晶体振荡器加分频器来实现，将原则秒信号送入“秒计数器”，“秒计数器”采用60进制计数器，每合计60秒发出一种“分脉冲”信号，该信号将作为“分计数器”时钟脉冲。“分计数器”也采用60进制计数器，每合计60分钟，发出一种时脉冲信号，该信号将被送届时计数器。时计数器采用24进制计时器，可实现对一天24小时计时。译码显示电路将“时”、“分”、“秒”计数器输出状态通过显示驱动电路，七段显示译码器译码，在通过六位LED七段显示屏显示出来。整点报时电路时依照计时系统输出状态产生一种脉冲信号，然后去触发一音频发生器实现低、高音报时。校准电路时用来对“时”、“分”、“秒”显示数字进行校对调节。如图1所示多功能数字钟构成框图。译码驱动译码驱动时十位计数分频器电路分频器电路振荡器电路译码驱动译码驱动时十位计数分频器电路分频器电路振荡器电路译码驱动译码驱动译码驱动译码驱动时个位计数分十位计数分十位计数 秒十位计数秒十位计数校时电路校分电路1.1振荡器振荡器是数字钟核心,其作用是产生一种频率原则时间频率信号,然后再由分频器分秒脉冲,因而,振荡器频率精度与稳定度基本决定了数字电子钟质量。振荡器稳定度及频率精准度决定了数字钟计时精确限度，普通选用石英晶体构成振荡器电路。普通来说，振荡器频率越高，计时精度越高。采用石英晶体振荡器通过度频得到这一种频率稳定精确32768Hz方波信号。保证数字钟走时精确及稳定。1.2分频器电路分频器电路将32768Ｈz高频方波信号经32768（215）次分频后得到1Hz方波信号供秒计数器进行计数。分频器事实上也就是计数器。本次设计是运用了CD4060分频器进行分频，分频电路可提供512HZ和1024HZ频率，在经CD4040分频器进行一分频，为此电路输送一秒脉冲。1.3计数器时间计数电路由秒个位和秒十位计数器、分个位和分十位计数器及时个位和时十位计数器电路构成，其中秒个位和秒十位计数器、分个位和分十位计数器为60进制计数器，通惯用2个十进位计数器集成片构成,其中”秒”个位是十进制,秒十位为六进制。可采用反馈归零变”秒”十位为六进制,实现秒六十进制。”分”计数器原理也同样。而依照设计规定。1.4译码显示电路是将数字钟计时状态直观清晰地反映出来，被人们视觉器官所接受。显示屏件选用LED七段数码管。在译码显示电路输出信号驱动下，显示出清晰、直观数字符号.并且为保证数码管正常工作提供足够工作电流。1.5校时电路实际数字钟电路由于秒信号精准性和稳定性不也许做到完全(绝对)精确无误，加之电路中其他因素，数字钟总会产生走时误差现象。因而，电路中就应当有校准时间功能电路。1.6报时电路当数字钟显示整点时，应能报时。规定当数字钟“分”和“秒”计数器计到59分50秒时，驱动音响电路，规定每隔一秒音响电路呜叫一次，每次叫声时间持续1秒，10秒钟内自动发出五声呜叫，且前四声低，最后一声高，正好报整点。2.设计环节与办法2.1振荡电路晶体振荡器是构成数字式时钟核心，它保证了时钟走时精确及稳定。如图2所示电路通过非门构成输出为方波数字式晶体振荡电路，这个电路中，非门U1与晶体、电容和电阻构成晶体振荡器电路，U2实现整形功能，将振荡器输出近似于正弦波波形转换为较抱负方波。输出反馈电阻R1为非门提供偏置，使电路工作于放大区域，即非门功能近似于一种高增益反相放大器。电容C1、C2与晶体构成一种谐振型网络，完毕对振荡频率控制功能，同步提供了一种180度相移，从而和非门构成一种正反馈网络，实现了振荡器功能。由于晶体具备较高频率稳定性及精确性，从而保证了输出频率稳定和精确。晶体XTAL1频率选为32768Hz。其中C1值取5~20pF，C2为30pF。C1作为校正电容可以对温度进行补偿，以提高频率精确度和稳定度。由于电路输入阻抗极高，因而反馈电阻R1可选为10MΩ。较高反馈电阻有助于提高振荡频率稳定性。图2振荡电路图2.2分频器电路由数字钟晶体振荡器输出频率较高，为了得到1Hz秒信号输入，需要对振荡器输出信号进行分频。实现分频器电路是计数器电路，普通采用多级2进制计数器来实现。例如，将32767Hz振荡信号分频为1Hz分频倍数为32767（2１５），即实现该分频功能计数器相称于15极2进制计数器。本实验中采用CD4060来构成分频电路。CD4060在数字集成电路中可实现分频次数最高，并且CD4060还包括振荡电路所需非门，使用更为以便。CD4060计数为最高为14级2进制计数器，一方面由U1(CD4060)Q14(第3脚)产生2Hz振荡信号,然后由二进制计数器CD4040和两个U3A(74LS20),U3B(74LS20)构成120计数器分频,从U3B输出端输出一种分脉冲,作为分钟计数器分钟信号,按键开关S作为分钟调时有手动脉冲开关,每按动一次,从U3B输出端输出一种脉冲,同步U2Q1管脚输出秒脉冲信号驱动发光二极管LED1,LED2,作为秒批示(由于2Hz信号经1位二进制计数器分频后为1Hz)。如图3所示。图3分频电路2.3计数器秒脉冲信号通过级计数器，分别得到“秒”个位、十位，“分”个位、十位以及“时”个位、十位计时。“秒”、“分”计数器为60秒为1分、60分为1小时、24小时为1天计数周期，分别构成两个六十进制（秒、分）、一种二十四进制（时）计数器。将这些计数器恰本地连接，就可以构成秒、分、时计数，实现计时功能进制计数器。它们都可以用两个“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加法计数器CC4518构成。由于一片CC4518内具有两个十进制计数器，因而用一片CC4518就可以构成六十进制或二十四进制计数器了。选用CC4518和与非门CC4511、采用反馈复位法构成六十进制和二十四进制加法计数器电路分别见图4(a)和图4(b)所示。图4(a)计数器六十进制2.3.1计数器六十进制接法图4(a)个位为十进制.故EN=1,Cr=0,计数到9后来自动清零,向高位进位信号采用Q4Q3Q2Q1=1001,将Q4,Q1送入与非门，与非门输出可以做进位信号。由于:当Q4,Q1不同步为1,Y为1当Q4,Q1同步为1时,Y为0,同步计数器到9后自动清零,这时Y又变为1,即浮现了一种上升沿。十位接成六进制,运用Q4Q3Q2Q1=0110信号清零,同步结合高位进位。2.3.2二十四进制计数器接法个位为进制计数器,当计数器计数到24时,即十位为0010,个位为0100时,同步清零,达到了二十四进制计数器目,即高位Q2,底位Q3送入与非门做清零信号,如图4(b)二十四进制计数器。4(b)二十四进制计数器在这两个电路中，计数器控制脉冲由CP端输入，1EN接高电平；计数器控制脉冲由EN端输入，状态如图5看出：当“计数器状态由1001向0000转换时，1Q4(2EN)正好是一种下降沿，高位计数器开始计数。在图4(a)中，将2Q3和2Q2相与后接至CR端，构成了六十进制计数器，在图4(b)中，将2Q2和1Q3相与后接至CR端构成了二十四进制计数器。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，加了一种RS触发器，如图7所示。图5计数器状态图6“秒”进位电路各功能模块中用到门电路可以采用4011(四2输入与非门)来实现,其外部引线排列见图7所示。将与非门构成RS触发器输出接至计数器复位端，展宽了复位和进位信号脉冲宽度，使其在本位可靠地复位同步向高位提供了进位触发图7CC4011引线排列2.4译码显示电路数码管是数码显示屏俗称。惯用数码显示屏有半导体数码管，荧光数码管，辉光数码管和液晶显示屏等。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，被人们视觉器官所接受。显示屏件选用LED七段数码管。在译码显示电路输出驱动下，显示出清晰、直观数字符号。本设计所选用是半导体数码管，是用发光二极管（简称LED）构成字形来显示数字，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。共阳极数码管七个发光二极管阳极接在一起，而七个阴极则是独立。共阴极数码管与共阳极数码管相反，七个发光二极管阴极接在一起，而阳极是独立。当共阳极数码管某一阴极接低电平时，相应二极管发光，可依照字形使某几段二极管发光，因此共阳极数码管需要输出低电平有效译码器去驱动。共阴极数码管则需输出高电平有效译码器去驱动。当数字钟计数器在CP脉冲韵作用下，按60秒为1分、60分为1小时，‘24小时为1天计数规律计数时，就应将其状态显示成清晰数字符号。这就需要将计数器状态进行译码并将其显示出来。咱们选用计数器所有是二-十进制集成片，“秒”、“分”、“时”个位和十位状态分别由集成片中四个触发器输出状态来反映。每组(四个)．输出计数状态都按BCD代码以高低电平来体现。因而,译码显示电路选用BCD-7段锁存译码／驱动器CC4511。七段显示数码管外部引线排列见图8a)、(b)。现以60进制“秒”计时电路为例，将计数器、译码显示屏和显示数码管连在一起，其电路示意图见图9图8(a)译码器外引线排列图8(b)二极管示意图图9译码显示屏和显示数码管2.5校时电路实际数字钟表电路由于秒信号精准性不也许做到完全（绝对）精确无误，加之电路中其他因素，数字钟总会产生走时误差现象。因而，电路中就应当有校准时间功能电路。校准办法诸多，惯用有“迅速校时法”。当前以“分计时器”校时电路为例，简要阐明它校时原理，见图10，与非门1，2构成双稳态触发器，可以将1Hz“秒”信号和“秒计数器进位信号”送至“分计数器CP端”。两个信号中究竟选哪个送入由开关K控制，它工作过程是这样：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和门5送至“分计数器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”，而门3将1HzCP信号通过门3和门5送至“分计时器”CP控制端，使“分计数器”在“秒”信号控制下“迅速”计数，直至对的时间，再将开关置于“B”端，以达到校准时间目图10校时电路图11整点报时电路图2.6整点报时电路数字钟整点报时是最基本功能之一。当前设计电路规定在离电路应在整点前10秒钟内开始整点报时，即当时间在59分51秒到59分59秒期间时，报时电路报时控制信号每隔1秒钟鸣叫一次，每次持续时间为1秒，共响5次，前四次为低音500Hz，最后一声为高音1000Hz。整点报时电路电路原理图如图12所示。2.6.1控制门电路某些图11中与非门1，3，5输入信号Q4，Q3，Q2，Q1分别表达“分十位”“分个位”“秒十位”和“秒个位”状态，下标中D，C，B，A分别表达构成计数器四个触发器状态。Y1=QC4.QA4.QD3.QA3，Y2=Y1.QC2.QA2.Y3=Y2.QD1.F1(1KHz)，Y4=Y2.QD1.QA.F2(500Hz).每当’分’和’秒’计数到59分50秒时,QD4.QC4.QB4.QD4.=0101，QD3,QC3,QB3,QD3=1001,QD2,QC2,QB2,QA2=0101，QD1,QC1,QB1,QA1=0000可见,从59分50秒到59分59秒之间,只有秒个位计数,而’分’有十位,’分’个位,秒十位中QC4=QA4=QD3=QA3=QC2=QA2=1不变.将它们相”与”,即图11中Y2=QC4.QA4.QD3.QA3.QC2.QA2作为控制信号, 去控制Y3和Y4.在每小最最后10秒Y2=1,Y3 输入端加有频率为2048Hz信号B(可取自分频器CDQ4端),同步又受QD1,QA1控制,即C就是在59S时,QD1QA1C=1,将Y4关闭,Y3打开,B信号通过Y3.Y4输入端加有频率为1024Hz信号A,同步又受QD1,QA1控制,即在51,53,55,57s时,C.QD1.QA1=1,将Y3关闭Y4打开,A信号通过Y4,则Z=CQD1QA1B+C.QD1,QA1A,即可实现前四响为1024Hz底音,后一响为2048Hz高音,最后一响完毕正好整点。QD1QC2QB3QA1D1QA100000000110010000111010000101101100011112.6.2音响电路某些音响电路中采用射极输出器，推动8Ω喇叭，三极管基极串接lkΩ限流电阻，是为了防止电流过大损坏喇叭，集电极串接51Ω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信号通过喇叭，当计时至59分59秒时，频率为1000Hz信号通过喇叭，因而发出四低一高声音，音响结束正好为59分60秒。

图12数字钟布线图3.组装与调试在实验板上组装组装电子时钟时,应严格按图连接引脚,注意走线整洁,布局合理,器件悬空端,清0端,置1端要对的解决。插拔集成芯片时要用力均匀,避勉芯片管脚在插拔过程中变弯,折断。3.1接通电源逐渐调试如果浮现错误,可先检查各芯片电源线与否接上,并保证有正常工作电压。按图9电路在数字电路实验箱上连线。它是由十进制加法计数器CC4518、BCD-7段锁存译码／驱动器CC4511和LED七段数码管构成。观测在CP作用下数码管显示状况。需要注意是，CC4511正常工作时，为高电平，LE应为低电平。按图4电路在实验箱上连线。由于CC4518内具有两个同步十进制计数器，CC4011内具有四个2输入与非门，因而分别用一片CC4518和CC4011就够了。按图4(a)电路连线，输出可接发光二极管。观测在CP作用下(CP为1Hz可直接由实验箱持续脉冲输出端提供)输出端发光二极管状态变化状况，验证与否为六十进制计数器。按图4(b)电路连线验证该电路与否为二十四进制计数器。另一方面安装是晶体振荡电路电路。按图2电路连线，输出接发光二极管，观测发光二极管显示状况。3.2按顺序对电路连线和调试按图10所示在数字电路实验箱上对校时电路连线。将电路输出(门5)接发光二极管。拨动开关，观测在CP(1Hz)作用下，输出端发光二极管显示状况。依照开关不同状态，输出端输出频率之比约为1：60，“开关’’可以取自实验箱上逻辑电平开关。参照图11,对整点报时电路安装由于报时电路发出声响时间是59分51秒至59分60秒之间，59分状态是不变。图12中Y2=1不变。测试时，lkHzCP信号可由实验箱上获得，500HzCP信号可将lkHz信号经D触发器二分频得到。QAlQDl端可接至十进制计数器相应输出端。观测计数器在CP信号作用下，喇叭发出声响状况。将时间调节到59分50秒,观测报时电路能否精确报时。如果不正常,则需检查相应CC4518芯片。4.结束语数字钟设计涉及到模仿电子与数字电子技术。其中绝大某些是数字某些、逻辑门电路、数字逻辑表达式、计算真值表与逻辑函数间关系、编码器、译码器显示等基本原理。数字钟是典型时序逻辑电路，包括了计数器，二进制数，六进制数，六十进制，二十四进制，十进制数概念。数字钟设计与制作可以进一步加深对数字电路理解，通过本次电子电路设计，为数字电路制作提供思路。我学到了诸多东西，最重要是去做好一种事情心态，也许在你拿到题目时会觉得困难，但是只要你布满信心，一步一种脚印去实现它，就必定会完毕。有时候画线和其他线重要合时会看不到，有时又会明明连是这个端点，一移动时却连到任外一种端点了，再加上电路有这样大了，显示屏界面宽度又有限，因此做起来有点麻烦，一但搞不好就要重新来，这个时候就要你有足够耐心了。从这次设计中我觉得我学到了如下东西：对于数字逻辑某些基本知识有了更深理解,理解诸多集成门电路芯片使用,增强了面对困难敢于面对，敢于解决信心。以往每做一次课程设计，感觉自己收获总会不少，这次也不例外。做课程设计是为了让咱们对平时学习理论知识与实际操作相结合，在理论和实验教学基本上进一