多功能数字钟电路设计作业

课程设计

课程名称：学 院：电气工程学院姓 名：年 级：

多功能数字钟电路设计、安装、调试 专 业：电气工程及自动化 学 号： 任课教师：

2015年 12月 28日

《数字钟电路设计》

课程设计报告

姓 名： 学 号 指导老师： 时 一、目 录

摘要 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1 一、概 述 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1 二、设计任务与要求 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2 2.1 设计任务 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2 2.2 设计要求 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2 三、 电路设计 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2

3.1设计方案 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2 3.2 单元电路的设计 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2 3.2.1 振荡电路的设计 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2 3.2.2 分频电路的设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4 3.2.3计数电路的设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5 3.2.4校时电路的设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„6 3.2.5译码与显示电路的设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„7 四、 组装与调试 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„8 4.1振荡电路 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 8 4.2分频电路„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„8 4.3计数电路„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„8 4.4校时电路„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„8 4.5译码与显示电路„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„8 五、 总结与体会 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„9 六、附录„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„10 参考文献 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„11

多功能数字钟电路设计、安装、调试

摘要

数字电子钟是一种用数字显示秒、分、时的记时装置，与传统的机械时钟相比，它一般具有走时准确、显示直观、无机械传动装置等优点，因而得到了广泛的应用：小到人们的日常生活中的电子手表、电子闹钟，大到车站、码头、机场等公共场所的大型数字显电子钟。钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便, 而且大大地扩展了钟表原先的报时功能。 诸如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、定时启闭电路、定时开关烘箱、通断动力设备甚至各种定时电气的自动启用等， 所有这些，都是以钟表数字化为基础的。因此，研究数字钟及扩大其应用，有着非常现实的意义。

关键词：555定时器； 振荡电路； 分频器； 计数器； 显示； 译码器

一、 概 述

简易数字电子钟具有正常时间显示与计时的功能，根据课程设计任务书要求，此设计书中数字钟可以显示秒、分、时的功能，以及具有校正的功能 (因为快校正设计复杂、不易实现，所以采取慢校正) 。具体可利用振荡器、分频器、计数器、译码器、显示器实现此数字钟，另外可以添加其他电路来实现额外功能，例如：整点报时，闹钟等。

核心部分是振荡器的起振与分频(具体在后文分析) ，产生1Hz 的脉冲。繁琐部分是计数与显示。两部分都是做成与否的关键。

主体电路 扩展电路

二、设计任务及要求

2.1设计任务

设计一个用数字显示“时”、“分”、“秒”的数字钟电路。

2.2设计要求

⑴ 准确计时，用数字显示“时”、“分”、“秒”。 ⑵ 用中小规模集成电路组成，使用器件少，成本低。 （3）选做：校正时间、整点报时。

三、电路设计 3.1设计方案

数字钟的逻辑结构主要包括有六十进制计数器、二十四进制计数器（其中包括六十进制计数器和二十四进制计数器均由十进制计数器74LS90接成）、动态显示译码器、LED 数码管显示环节、555定时器（可以提供一个比较精确的1Hz 的时钟脉冲），时间设置环节可以提供时间的初始设置，动态显示译码器提供将BCD 代码(即8421码) 译成数码显示管所需要的驱动信号，使LED 数码管用十进制数字显示出BCD 代码所表示的数值。

3.2单元电路的设计

3.2.1 振荡电路的设计

555定时器是一种多用途的数字 — 模拟混合集成电路，利用它能极方便地构成施密斯触发器、单稳态触发器和多谐振荡器。由于使用灵活、方便，所以555定时器在波形的产生与变换、测量与控制、家用电器、电子玩具等许多领域中都得到了应用。

本设计方案使用555多谐振荡器来产生1HZ 的信号。通过改变相应的电阻电容值可使频率微调，不必使用分频器来对高频信号进行分频使电路繁复。虽然此振荡器没有石英晶体稳定度和精确性高，由于设计方便，操作简单，成为了设计时的首选，但是由于与实验中使用的555芯片产生的脉冲相比较，利用晶振产生的脉冲信号更加的稳定，通过电压表的测量能很好的观察到这一点，同时在显示上能够更加接进预定的值，受外界环境的干扰较少，一定程度上优于使用555芯片产生信号方式。最终我们选择了555定时器作为秒脉冲发生器。在555定时器的外部接适当的电阻和电容元件构成多谐振荡器，再选择元件参数使其发出标准秒信号。555定时器的功能主要由上、下两个比较器Ｃ1、Ｃ2的工作状况决定。若复位端 ＲＤ加低电平或接地, 可使电路强制复位, 不管555电路原处于什么状态, 均可使它的输出Ｑ为“0”电平。只要在555定时器电路外部配上两个电阻及两个电容元件,

并将某些引脚相连, 就可方便地构成多谐振荡器。

555振荡电路连接图

定时器功能表

555振荡电路内部图

3.2.2 分频电路的设计

由于选取的振荡器是555振荡电路，所以想要得到1Hz 的脉冲必须将频率1KHz ，利用计数器可以实现。将74LS290的连接成十进制，将3个十进制的74LS290连接成为千进制。：假设，一个100Hz 的脉冲发送进入十进制的计数器中，每当计数器计满十时就会发送出1Hz 的脉冲，经过100Hz 后就会只有10Hz 。利用这点就可以将1KHz 变成1Hz ，并且也可以将555振荡器产生的误差1K 等分，这也是为什么频率越高误差越小。

校对电路原理： 当数字钟出现误差时，需校准。校对时间总是在标准时间到来之前进行，一般分四个步骤：首先把小时计数器置到所需的数字；然后再将分计数器置到所需数字；在此同时或之后，应将秒计数器清零，时钟暂停计数，处于等待启动；当选定的标准时刻到达的瞬间，按起动按钮，电路则从所预置时间开始计数。

当数字钟接通电源或或者计时出现误差时, 需要校正时间(或称校时) 。校时是数字钟应具备的基本功

能。一般电子手表都具有时、分等校时功能。为使电路简单，这里只进行分和小时的校时。

对校时电路的功能是，在小时校正时不影响分和秒的正常计数；在分校正时不影响秒和小时的正常计数。校时方式有“快校时”和“慢校时”两种，“快校时”是通过开关控制，使计数器对1Hz 的校时脉冲计数。“慢校时”是手动产生单脉冲作校时脉冲。

3.2.5译码与显示电路的设计

选择CD4511作为显示译码电路；选择LED 数码管作为显示单元电路。由CD4511把输

四、 组装与调试

可以先将系统划分为多谐振荡器、计数器、校准电路、译码显示等部分。单元电路安装好后，应该先认真进行通电前的检查，通电后，检查每片集成电路的工作电压是否正常，这是电路有效工作的基本保证。调试该单元电路直至正常工作。调试可分为静态调试和动态调试两种，一般组合电路应静态调试，时序电路应动态调试。

统调主电路的方法是将已调试好的若干单元电路连接起来，然后跟踪信号流向，由输入到输出，由简单到复杂，依次测试，直至正常工作。因此时控制电路尚未安装，需人为地给受控电路加以特定信号使其正常工作。

调试控制电路分为两步：第一步单独调试控制电路本身，施加于控制电路的各个信号可以人为设定为某种状态，直至正常工作。第二步将控制电路与系统主电路中各个功能部件联接起来，进行电路统调。

4.1振荡电路

芯片：

有时电路上电后，数码管没有全亮，经检查电路没问题。这是因为刚上电，74ls90的输出状态不定，有的码值超过十，译码芯片不能正常工作，则输出出错。在输入一个脉冲之后数码管又显示正常。

4.2分频电路

分频电路由于其结构较为简单，所以连接时不易出错，比较容易完成。

4.3计数电路

计时电路由于要构成60进制的组合，同时要和CD4511连接形成输入与输出的关系，线路连接时一出现错误，同时，计数电路的LS90容易被烧坏，需要在连接中及时发现并更换，否则影响及时的准确性。

4.4校时电路

由于这部分电路要求比较精确，需要反复的进行调试。

4.5译码与显示电路

数码管

1>数码管直接接5伏电压时烧坏一个，于是在六个数码管的公共端接上100欧电阻，之后数码管暗了很多，延长了数码管的寿命。

2>调时过程中，发现数码管有的数显示的不正常，经检验，是先接反了，更正后正常。

五、 总结与体会

通过此次的数字时钟课程设计，无疑的一点：我学到了很多。早在大一的时候我就在问自己我学电路分析究竟拿来干什么，学数字电子技术基础拿来干什么，都埋头苦干在书本上，一点兴趣都没有，一点趣味都没有，以至于花了时间在课本上，却没让自己得到更多的收获。

可这次不一样了，我对专业的兴趣来了，我对专业的热情燃烧了，此次的数字时钟课程设计就是我对专业热情燃烧的导火线。通过此次的数字时钟课程设计，不仅让我对专业重新了解，也让我在其中学到了很多，从理论学习到实践学习，其理论、实践的完美结合更让我知道了电子信息工程的本质。通过本次课程设计, 我明白了一个道理:无论做什么事情, 都必需养成严谨, 认真, 善思的工作作风. 我这毕业设计由于我采用的是数字电路来实现的, 所以电路较复杂, 但是容易理解. 每一部分我都能理解并且能有多种设计方法.

我认为，在这学期的实验中，不仅培养了独立思考、动手操作的能力，在各种其它能力上也都有了提高。更重要的是，在实验课上，我们学会了很多学习的方法。而这是日后最实用的，真的是受益匪浅。要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践。这对于我们的将来也有很大的帮助。以后，不管有多苦，我想我们都能变苦为乐，找寻有趣的事情，发现其中珍贵的事情。就像中国提倡的艰苦奋斗一样，我们都可以在实验结束之后变的更加成熟，会面对需要面对的事情。

最后在实现多功能数字钟的各相功能，都达到了预期的结果，并且很美观。没有最好，只有更好。我相信通过这一次的课程设计之后，我以后会更加努力，用严谨的科学态度去面对一切。克服困难，战胜自我，超越自我。

六、附录

参考文献

[1] 阎石 《数字电子技术基础第五版》北京:高等教育出版社.2006 [2] 张克农 《数字电子技术基础》北京:高等教育出版社.2003 [3] 赵淑范 《电子技术实验与课程设计》北京:清华大学出版社.2006 [4] 陈光明 《电子技术实验课程设计与综合实训》北京:北京航空航天大学出版 社.2007

[5] 李银华 《电子线路设计指导》北京:北京航空航天大学出版社.2005 [6] 黄智伟 《全国大学生电子设计竞赛制作实训》北京:北京航空航天大学出版社.2007.8

[7] 杨志忠 《数字电子技术基础》北京:高等教育出版社.2004 [8] 彭介华 《电子技术课程设计指导》北京:高等教育出版社.2004 [9] 路勇 《电子电路实验及仿真》北京:清华大学出版社.2004